一种柴油机燃油供给系统及其测试方法与流程

1.本发明涉及测试技术领域，尤其涉及一种柴油机燃油供给系统及其测试方法。


背景技术：

2.柴油机中的燃油供给系统是发动机的心脏与主动脉，在发动机与整车中起着极其重要的作用。燃油供给系统中的燃油输油泵总成在其中承担着系统的先导作用，是使发动机实现良好的起动和工作特性的前提，决定该系统能否正常工作，是燃油供给系统的关键部件。
3.现有技术中，在燃油供给系统中的燃油输油泵通常是柱塞式输油泵，柱塞式燃油输油泵是一种采用凸轮回转驱动柱塞往复运动而进行泵油的燃油输油泵，凸轮回转一次产生一次供油。由于柱塞泵受空间和结构上的制约影响较大，其泵油量过少会造成燃油供应不足而严重影响发动机功率的全能发挥；同时，由于断续式泵油，产生的压力波动大，易对燃油供给系统造成冲击；另外，柱塞式输油泵的输油压力较低，无法适配需要更高输油压力的燃油供给系统。
4.所以，亟需一种柴油机燃油供给系统，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.基于以上所述，本发明的目的在于提供一种柴油机燃油供给系统及其测试方法，能高效稳定地向发动机供给燃油。
6.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种柴油机燃油供给系统，包括：
8.燃油箱，燃油置于所述燃油箱内；
9.输油泵总成，包括转子泵，所述转子泵的进油口与所述燃油箱连通，出油口连通有低压燃油输油管，所述转子泵被配置为能将所述燃油箱内的燃油增压至预设压力后泵至所述低压燃油输油管；
10.喷油器，与所述低压燃油输油管连通，所述喷油器被配置为能向发动机的燃烧室喷射燃油，所述喷油器还连通有回油管，所述回油管与所述燃油箱连通。
11.作为一种柴油机燃油供给系统的优选方案，所述输油泵总成还包括与所述转子泵并联的旁通阀，所述转子泵上设置有限压阀。
12.作为一种柴油机燃油供给系统的优选方案，所述柴油机燃油供给系统还包括粗滤器和细滤器，所述粗滤器设置于所述燃油箱和所述输油泵总成之间，所述细滤器设置于所述输油泵总成和所述喷油器之间。
13.作为一种柴油机燃油供给系统的优选方案，所述转子泵包括：
14.泵体，所述进油口和所述出油口设置于所述泵体上；
15.转动设置于所述泵体内的内转子和外转子，所述内转子和所述外转子偏心设置且所述内转子的齿数比所述外转子的齿数少一，当所述内转子和所述外转子相互啮合时，能
将所述燃油箱的燃油加压并泵至所述低压燃油输油管。
16.一种柴油机燃油供给系统测试方法，用于测试如以上任一方案所述的柴油机燃油供给系统，包括测量所述转子泵在启动工况、最大扭矩工况以及最高转速工况下的参数。
17.作为一种柴油机燃油供给系统测试方法的优选方案，包括：在所述启动工况和所述最高转速工况下计算所述转子泵的输油量。
18.作为一种柴油机燃油供给系统测试方法的优选方案，包括：在恒定出油压力下测试所述转子泵的转速与输油量的关系。
19.作为一种柴油机燃油供给系统测试方法的优选方案，包括：在所述启动工况、所述最大扭矩工况和所述最高转速工况下计算所述转子泵的最小输油量，并比较所述启动工况、所述最大扭矩工况和所述最高转速工况下所述最小输油量与所述发动机相应工况下的耗油量。
20.作为一种柴油机燃油供给系统测试方法的优选方案，包括：在所述启动工况、所述最大扭矩工况和所述最高转速工况下计算所述转子泵的出油压力。
21.作为一种柴油机燃油供给系统测试方法的优选方案，其特征在于，还包括所述转子泵的预设时间负荷循环测试，所述预设时间为1800小时。
22.本发明的有益效果为：
23.本发明通过设置用于容置燃油的燃油箱和用于向发动机的燃烧室喷射燃油喷油器；通过在燃油箱和喷油器之间设置输油泵总成，输油泵总成包括转子泵，转子泵能将燃油箱内的燃油增压至适配喷油器的压力，并通过低压燃油输油管将压力适合且稳定的燃油泵入喷油器，转子泵的泵油过程稳定，对柴油机燃油供给系统的冲击小，同时，转子泵具有较高的输油压力，能有效地保证低压燃油输油管内的燃油压力满足喷射器的要求；另外，通过设置回油管，用于将未经喷油器喷入燃烧室的燃油回流至燃油箱。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明实施例一提供的柴油机燃油供给系统的示意图；
26.图2是本发明实施例一提供的柴油机燃油供给系统的转子泵的爆炸视图。
27.图中：
28.100、燃油箱；101、低压燃油输油管；110、输油泵总成；111、转子泵；112、旁通阀；113、限压阀；120、喷油器；121、高压燃油输油管；122、喷油泵；123、喷嘴；130、回油管；140、粗滤器；150、细滤器；
29.1、皮带轮；2、驱动轴；3、螺母；4、垫片；5、挡圈；6、轴承；7、骨架油封；8、泵体；9、外转子；10、内转子；11、平键；12、泵盖；13、o型圈；14、自攻自锁螺钉；15、轴套；16、螺堵；17、垫片；18、柱塞弹簧；19、钢球；20、柱塞；21、柱塞平衡弹簧。
具体实施方式
30.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例一
32.如图1和图2所示，本实施方式提供一种柴油机燃油供给系统，该柴油机燃油供给系统包括燃油箱100、输油泵总成110和喷油器120，燃油置于燃油箱100内；输油泵总成110包括转子泵111，转子泵111的进油口与燃油箱100连通，出油口连通有低压燃油输油管101，转子泵111被配置为能将燃油箱100内的燃油增压至预设压力后泵至低压燃油输油管101；喷油器120与低压燃油输油管101连通，喷油器120被配置为能向发动机的燃烧室喷射燃油，喷油器120还连通有回油管130，回油管130与燃油箱100连通。
33.通过设置燃油箱100，用于容置燃油；通过设置喷油器120，用于向发动机的燃烧室喷射燃油；通过在燃油箱100和喷油器120之间设置输油泵总成110，输油泵总成110包括转子泵111，转子泵111能将燃油箱100内的燃油增压至适配喷油器120的压力，并通过低压燃油输油管101将压力适合且稳定的燃油泵入喷油器120，转子泵111的泵油过程稳定，对柴油机燃油供给系统的冲击小，同时，转子泵111具有较高的输油压力，能有效地保证低压燃油输油管101内的燃油压力满足喷射器的要求；另外，通过设置回油管130，用于将未经喷油器120喷入燃烧室的燃油回流至燃油箱100。
34.值得说明的是，喷油器120包括喷油泵122和喷嘴123，喷油泵122的进油口与低压燃油输油管101连通，出油口设置有高压燃油输油管121，喷嘴123设置于高压燃油输油管121的另一端，由于输油泵总成110的供油量比喷油泵122供油量大得多，所以设置回油管130，使得过量的燃油能经回油管130流回燃油箱100。
35.另外，从输油泵总成110到喷油泵122的进油口的这段油路中的油压是由转子泵111建立的，转子泵111的出油压力一般为(400～500)kpa，所以这段油路称为低压燃油输油管101。从喷油泵122到喷嘴123这段油路中的油压是喷油泵122建立的，一般在150mpa以上，所以此段油路为高压燃油输油管121。高压燃油输油管121内的高压燃油通过喷嘴123呈雾状喷入燃烧室，与空气混合而形成可燃混合气，进一步驱动发动机活塞做功。
36.具体地，柴油机燃油供给系统还包括粗滤器140和细滤器150，粗滤器140设置于燃油箱100和输油泵总成110之间，用于过滤燃油，保证进入转子泵111的燃油的清洁；细滤器150设置于输油泵总成110和喷油器120之间，用于进一步过滤燃油，进而保证进入喷油泵122的燃油的清洁，有效地保证喷嘴123喷油的可靠性。可选地，输油泵还包括与转子泵111并联的旁通阀112，旁通阀112连接粗滤器140和细滤器150，有利于进一步排出多余杂质的作用。
37.本实施例中，如图2所示，转子泵111包括泵体8，转子泵111的进油口和出油口设置于泵体8上；还包括转动设置于泵体8内的内转子10和外转子9，内转子10和外转子9偏心设置且内转子10的齿数比外转子9的齿数少一，当内转子10和外转子9相互啮合时，能将燃油箱100内的燃油加压并泵至低压燃油输油管101。转子泵111工作时，内转子10为主动轮带动外转子9异速同向旋转，由内转子10、外转子9、泵体8及泵盖12等零件形成两个独立的密封
腔。随着内转子10和外转子9的旋转，一侧的齿退出啮合，低压腔容积增大形成一定真空度，实现吸油，该腔称为吸油室；另一侧齿进入啮合，压油腔容积减小，油压升高，实现泵油，该腔称为压力室。
38.具体地，内转子10通过平键11与驱动轴2联接。驱动轴2通过轴承6及轴套15支承在泵体8上。泵盖12用三个自攻自锁螺钉14紧固在泵体8上。在泵体8的端面上开有一密封槽，密封槽内装一o型圈13用来防止泵内燃油从泵体8与泵盖12结合面外泄。泵体8内安装一骨架油封7，防止燃油从驱动轴2处外泄。低压腔与油封之间有一润滑油孔，泵体8上有一溢流孔。
39.进一步地，在泵体8内吸油室与压力室之间设有限压阀113。限压阀113由螺堵16、垫片17、柱塞弹簧18、柱塞20、钢球19和柱塞平衡弹簧21组成。安装在泵体8内的轴承6用挡圈5卡住。皮带轮1用垫片17及螺母3固定在驱动轴2上。当压力室油压高于限压阀113开启压力时，钢球19通过柱塞20压缩柱塞弹簧18，压力室和吸油室相通，实现卸压。
40.实施例二
41.本实施方式还公开一种柴油机燃油供给系统测试方法，用于测试实施例一中所述的柴油机燃油供给系统，包括测量转子泵111在启动工况、最大扭矩工况以及最高转速工况下的参数。
42.由于输油泵总成110相对于柴油机燃油供给系统是一个二次开发件，其中转子泵111相对于柴油机燃油供给系统是关键部件，转子泵111的性能达标与否直接影响着发动机的启动和功率。所以为满足发动机开发需要，需要对输油泵总成110，尤其是转子泵111的性能进行测试，以保证在发动机各种工况下，转子泵111能向喷油器120提供稳定且合适压力和数量的燃油。
43.现有技术中，通常通过测量喷油泵122处的参数来评价柴油机燃油供给系统，忽略了转子泵111对柴油机燃油供给系统的重要性。本实施例通过对转子泵111进行检测，使对柴油机燃油供给系统的评价更加准确。
44.下面以设置有bf6m1013
‑
28机型发动机的柴油机燃油供给系统为例，说明柴油机燃油供给系统测试方法。机型号bf6m1013
‑
28中b代表增压机型，f代表高速四冲程机型，6代表六缸，m代表水冷，10代表产品序列号，13代表活塞冲程，1013的缸径
×
冲程为108
×
130(mm)，后边的
‑
28是指功率为280马力。本实施例中，转子泵111通过涨紧连接板安装在发动机的前端，通过皮带轮1的带传动直接由发动机的曲轴驱动。转子泵111转速是曲轴转速的2.118倍。已知bf6m1013
‑
28机型发动机的参数如下：气缸数为6；缸径为108mm；行程为130mm；总排量7.146l；缸心距132mm；各个气缸之间的发火顺序为1
‑5‑3‑6‑2‑
4；曲轴旋转方向沿前视为顺时针方向；吸气方式为增压空空中冷；额定进气温度为小于等于50℃；额定功率(kw)/转速(r/min)为206/2300；净功率(kw)/转速(r/min)为206/2300；活塞平均速度为9.97(m/s)；升功率为28.82(kw/l)；额定功率点平均有效压力为1504kpa；最大扭矩为1050/1400(n
·
m/r/min)；扭矩储备系数为22.76％；最大扭矩点平均有效压力为1846kpa；800r/min时扭矩为650n
·
m；800r/min平均有效压力为1143kpa；怠速转速为800
±
50(r/min)；额定工况燃油消耗率为(230
±
2％)(g/kw
·
h)；外特性最低燃油消耗率为(203
±
1％)(g/kw
·
h)；13工况加权油耗率为220(g/kw
·
h)；bf6m1013
‑
28发动机最高转速为(2500
±
50)r/min，起动转速280r/min。
45.具体地，柴油机燃油供给系统测试方法包括估算转子泵111的输油量，尤其是在启动工况和最高转速工况下计算转子泵111的输油量，因为转子泵111在低速时内泄大，所以需要检测启动工况时转子泵111的输油量，以减少转子泵111对柴油机燃油供给系统的影响。而输油能力反映了转子泵111内部零部件，比如油封、内转子10、外转子9材料的耐磨损性能，决定了在整车设计时，输油箱与转子泵111入口之间的距离，两者之间距离越远，对转子泵111内部零件油封、内转子10、外转子9磨损程度越大。
46.转子泵111的输油量为q＝qth
×
η
×
n，式中qth为每转排量，单位为升每转(l/r)；η为容积效率；n为输油泵工作转速，单位为转每分(r/min)。其中qth＝πb
×
[d－d]
×
10
‑6(l/r)，式中b为转子厚度，单位为mm；d为内转子10的小径，单位为mm；d位外转子9的大径，单位为mm。示例性地，转子泵111的转子厚度b＝11.5mm，内转子10的小径d小＝23.82mm，外转子9的大径d大＝33.62mm，nmax＝5375r/min(发动机最高转速工况转子泵111转速)，nmin＝593r/min(发动机起动工况输油泵转速)，内转子10为8齿，外转子9为9齿，内转子10和外转子9的偏心距离为2.235mm。所以qth＝0.25π
×
11.5
×
[33.622－23.822]
×
10
‑6(l/r)＝5082
×
10
‑6(l/r)，对应地，发动机起动工况下转子泵111输油量q＝5082
×
10
‑6×
40％
×
593＝1.2l/min，发动机最高转速工况下转子泵111输油量q＝5082
×
10
‑6×
60％
×
5375＝16l/min。
[0047]
进一步地，柴油机燃油供给系统测试方法包括转子泵111的性能测试，性能测试的试验条件包括：测试油液要求按照iso4113执行，测试温度在(40
±
3)℃；输油高度要求，即转子泵111中心高于试验台液面1500mm；吸油管的内径ф10mm,长度2000mm，采用透明吸油管；出油管的内径ф7mm,长度1500mm，采用透明输油管。
[0048]
转子泵111的性能测试具体包括：第一，对转子泵111的内转子10和外转子9的可自由旋转性测试，测试方法为旋转皮带轮1，旋转圈数最少转7圈，扭矩不大于0.5n
·
m，用于控制内转子10和外转子9配合的灵活性。
[0049]
第二，转子泵111总成吸油能力测试，测试方法为把输油泵总成110安装在满足试验条件下的试验装置上，打开吸油管,以大于等于3000r/min的转速空转10s(保证吸油室是空的)；使得转子泵111转速250r/min和(0～10)kpa背压下，必须在小于等于30s的时间段内从出油口输出燃油，目的是控制内转子10和外转子9的径向间隙，以及内转子10、外转子9与泵盖12之间的端面间隙符合使用要求。
[0050]
第三，转子泵111压力特性，即转子泵111的输油量随转速变化的调节性能。测试方法为按试验条件要求安装好转子泵111，用转速仪测量转子泵111的转速，压力检测选择点在转子泵111的进油口与出油口。根据测量结果，得到恒定转子泵111的出油压力下，转子泵111的转速与输油量的特性曲线。示例性地，合格的转子在转速与输油量的表格中具有一条合格曲线，若根据上述检测方法测得的转速与输油量的特性曲线落在合格曲线的左上方，才是合格产品。
[0051]
第四，转子泵111的流量特性，同理，在恒定转速的条件下，合格的转子泵111在出油压力和输油量的表格中具有一条合格曲线，若在转子泵111转速一定的条件下，出油压力和输油量的曲线落在合格曲线的右上方才是合格产品。
[0052]
第五，转子泵111的限压阀113开启压力验证。实际使用过程中要求限压阀113开启压力大于500kpa，目的是控制低压输油输油管的燃油压力。如果低压输油输油管的压力低
于500kpa，发动机的功率就会受到影响。测试方法为在转子泵111不同转速下，通过在恒定转速下，不断改变转子泵111出油压力，测得输油量，在输油量骤然下降点，即可得到限压阀113的开启压力。
[0053]
第六，转子泵111在启动工况、最大扭矩工况和最高转速工况下计算转子泵111最小输油量，并比较启动工况、最大扭矩工况和最高转速下最小输油量与发动机相应工况下的耗油量。以考核转子泵111在发动机启动工况、最大扭矩工况和最高转速工况下的油量能否满足发动机要求。转子泵111启动工况下的转速为600r/min，出油压力为100kpa，最小输油量为1.6l/min；最大扭矩工况下的转速为3000r/min，出油压力为500kpa，最小输油量为6l/min；最高转速工况下的转速为5375r/min，出油压力为500kpa，最小输油量为10l/min。相应地，发动机在额定工况燃油消耗率开发目标为：230g/kw
·
h，额定功率为206kw/2300r/min。发动机启动工况下额定燃油消耗量为于是体积流量为即体积流量为0.95l/min，发动机启动工况燃油消耗量是额定工况的120％；所以发动机启动工况燃油消耗量为1.2
×
0.95＝1.16l/min，小于转子泵111在启动工况下的最小输油量1.6l/min。同理，发动机在最大扭矩工况下的燃油消耗量为0.61l/min，最高转速工况下燃油消耗量为0.99l/min，而转子泵111在最大扭矩工况下的最小输油量为6l/mina，最高转速工况下最小输油量为10l/min，分别大于发动机相应工况下的燃油消耗量，所以转子泵111完全能够满足供油系统和发动机的开发要求。
[0054]
第七，柴油机燃油供给系统测试方法包括在启动工况、最大扭矩工况和最高转速工况下计算转子泵111的出油压力。测试方法为，堵住转子泵111的出油口,当转子泵111转速为5375r/min时，转子泵111的出油口的压力不超过900kpa即为合格。目的是控制转子泵111在最高转速下的出油压力。值得说明的是，如果在发动机最高转速下，转子泵111泵出的燃油压力大于900kpa，就会破坏柴油机燃油供给系统的其他部件，例如，柴油机燃油供给系统中细滤器150的破损压力为900kpa。
[0055]
进一步地，柴油机燃油供给系统测试方法包括转子泵111的稳定性测试。测试方法为：首先稳定性测试试验液符合iso4113标准，试验液温度(40
±
3)℃，并于3000h后更换液体。输油管内径ф10mm,长度2000mm，转子泵111的中心高于试验台液面750mm。转子泵111出油口的出油压力为(500
±
20)kpa。v型带传动装置径向载荷(450
±
50)n。试验保证转子泵111转速6250r/min，并持续600h运转。在上述试验条件下，完成转子泵111的稳定性运转，然后将转子泵111冷却到室温；转动转子泵111的内转子10或外转子9，至少转7圈，最大扭矩0.5n
·
m；在转子泵111转速250r/min和背压为(0～10)kpa时，输油泵是否小于等于45s时间内从出油口输出燃油；输油量比该转子泵111的指标相应减少量是否超过10％；泵盖12紧固螺栓的拧紧力矩是否大于原始最小值的90％；在泵体8转子腔内是否有可见表面磨损；转子泵111是否密封,在泵体8外表面是否有可见油污。通过上述标准评价转子泵111的稳定性。
[0056]
柴油机燃油供给系统测试方法还包括转子泵111的预设时间负荷循环测试，预设时间为1800小时，用于考核转子泵111的可靠性和耐久性。在转子泵111工作预设时间后，对
输油泵总成110零部件进行拆解，同时观察内转子10、外转子9、油封、驱动轴2、柱塞20磨损情况。
[0057]
在完成上述测试后，柴油机燃油供给系统测试方法还包括发动机性能测试和整车用户测试，以检测采用转子泵111的柴油机燃油供给系统对发动机甚至整车的影响。测试方式为将转子泵111随柴油机燃油供给系统安装于整车，并试驾5万公里，以测试转子泵111寿命。
[0058]
本发明通过对柴油机燃油供给系统中的输油泵总成110进行测试，获得尤其是对转子泵111在启动工况、最大扭矩工况、最大转速工况下所应具备的输油特性、出油压力特性，以及随同发动机的可靠性、耐久性。同时，还获得转子泵111的可自由旋转性能、输油性能、限压阀113开启压力的量化值等。采用上述柴油机燃油供给系统测试方法，可以保证柴油机燃油供给系统，尤其是转子泵111能够满足发动机的开发要求，成为一个合格的产品。
[0059]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
[0060]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
[0061]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。