CN102518497A - 用于使消声器与发动机相匹配的发动机排气参数检测装置 - Google Patents

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郑四发
连小珉
刘海涛
赵林风
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Abstract

本发明涉及一种用于使消声器与发动机相匹配的发动机排气参数检测装置，属于汽车排气系统噪声控制技术领域。检测装置包括测量管和声学负载变化管，测量管与发动机排气歧管相连，测量管的另一端组成声学负载变化管的内管相连。测量管上设有动态压力传感器、静压传感器和热电偶的安装座。声学负载变化管由内管和外管组成，内管伸入外管，内管和外管设有限位卡环和高温密封圈。本发明检测装置，能够快速测量出发动机排气系统的流体参数，如温度、静压、动态压力、流速，以及发动机排气系统的声学参数，如源阻抗与源强度参数等，为汽车排气消声系统的仿真及匹配设计提供理论依据。

Description

用于使消声器与发动机相匹配的发动机排气参数检测装置
本发明涉及一种用于使消声器与发动机相匹配的发动机排气参数检测装置，属于汽车排气系统噪声控制技术领域。
背景技术
汽车排气噪声是汽车主要的噪声源之一。有效的降低排气噪声，需要将排气消声系统与发动机系统联合起来进行匹配。首先，需要获取确切的发动机排气系统参数。目前进行排气消声系统与发动机匹配的方法主要包括台架试验方法(郑康华，发动机台架试验系统排气消声坑的设计和试验，西南林学院学报，1989)与基于仿真的方法(谢田峰，GT-POWER在内燃机排气消声器设计中的应用，2003)。台架试验方法是在发动机测功试验台架上安装特定一款发动机，将不同结构的排气消声器与发动机连接，在消声室中对消声器的尾端噪声或者消声器的插入损失进行测量。然后对比测试数据，选取消声性能较好的消声器。发动机测功试验台架还能利用相关的传感器输出数据读出排气系统的温度、压力以及流量参数。但此种方法不能测量出发动机排气系统的源阻抗与源强度参数，不能有效指导排气消声系统的仿真匹配及优化设计。因而只能依靠大量重复台架试验进行消声器的选型，具有较大的盲目性，会耗费大量时间与人力。基于仿真的方法，是借用商用仿真软件GT-Power，建立特定的发动机仿真模型，对排气消声系统进行匹配仿真。但该方法的准确性依赖于详细的发动机设计参数，实际工作中这些参数不易甚至根本得不到，因而此种方法在实际工作中也难以获得成功应用。
发明内容
本发明的目的是提出用于使消声器与发动机相匹配的发动机排气参数检测装置，以克服目前排气消声系统匹配方法的不足，能够方便识别出发动机排气歧管口处的流体参数以及声学参数，然后用这些参数进行消声器分析及设计，从而为消声系统的设计提供依据。
本发明提出的用于使消声器与发动机相匹配的发动机排气参数检测装置，包括测量管和声学负载变化管，所述的声学负载变化管由内管和外管组成，所述的测量管的一端通过前连接法兰与发动机排气歧管相连，测量管的另一端通过后连接法兰与所述的内管相连；所述的测量管上设有第一动态压力传感器安装座、第二动态压力传感器安装座、静压传感器安装座和热电偶安装座，第一动态压力传感器安装座和第二动态压力传感器安装座之间的距离为L，L的取值范围：300毫米～500毫米，所述的静压传感器安装座和热电偶安装座位于第一动态压力传感器安装座和第二动态压力传感器安装座之间；所述的声学负载变化管中，内管伸入外管，外管端部与后连接法兰之间的距离为L′，L′的取值范围为0～2000毫米，所述的外管端部的内壁上设有外管限位卡环，外管限位卡环至外管顶部的空间中设有外管高温密封圈，所述的内管端部的外壁上设有内管限位卡环，内管限位卡环至内管顶部的空间中设有内管高温密封圈。
本发明提出的用于使消声器与发动机相匹配的发动机排气参数检测装置，其优点是：本发明检测装置能够快速测量出发动机排气系统的流体参数，如温度、静压、动态压力、流速，以及发动机排气系统的声学参数，如源阻抗与源强度参数等，从而方便汽车排气消声系统的仿真及匹配设计，相对于已有的发动机台架试验方法，本发明检测装置可以更准确方便的获取排气流速信息，同时获得声学参数。相对于已有的基于仿真的匹配方法，本发明检测装置获取参数直接用于消声器的匹配仿真，而不依赖于详细的发动机设计参数。因此本发明检测装置在基本不干扰排气流场的情况下，能够准确快捷的测量发动机排气的流体参数和声学参数，直接用于排气消声系统的匹配仿真研究。
附图说明
图1是本发明提出的检测装置的结构示意图。
图2是图1的声学负载变化管的剖视图
图1和图2中，1是测量管，2是第一动态压力传感器安装座，3是静压传感器安装座，4是热电偶安装座，5是第二动态压力传感器安装座，6是后连接法兰，7是内管，8是外管，9是发动机，10是外管高温密封圈，11是外管限位卡环，12是内管限位卡环，13是内管高温密封圈，14是前连接法兰，15是传声器。
具体实施方式
本发明提出的用于使消声器与发动机相匹配的发动机排气参数检测装置，其结构如图1所示，包括测量管1和声学负载变化管。声学负载变化管由内管7和外管8组成，所述的测量管1的一端通过前连接法兰14与发动机9的排气歧管相连，测量管1的另一端通过后连接法兰6与所述的内管7相连。测量管1上设有第一动态压力传感器安装座2、第二动态压力传感器安装座5、静压传感器安装座3和热电偶安装座4，第一动态压力传感器安装座2和第二动态压力传感器安装座5之间的距离为L，L的取值范围：300毫米～500毫米，所述的静压传感器安装座3和热电偶安装座4位于第一动态压力传感器安装座2和第二动态压力传感器安装座5之间。声学负载变化管中，内管7伸入外管8，外管8的端部与后连接法兰之间的距离为L′，L′的取值范围为0～2000毫米。外管8端部的内壁上设有外管限位卡环11，外管限位卡环至外管顶部的空间中设有外管高温密封圈10。内管7端部的外壁上设有内管限位卡环12，内管限位卡环至内管顶部的空间中设有内管高温密封圈13。
独立使用本发明的检测装置，不需要从发动机测功试验台架获取任何数据，即可实现排气温度T、静态压力ps、动态压力波动pd以及流速v的综合测量。使用本发明的检测装置，根据测量数据可以计算识别出发动机在多种工况下的源阻抗Zs以及源强度参数Ps。
本发明提出的测量装置，其工作原理为：
本测量装置的入口端连接发动机排气歧管，出口端置于消声室内(自由场声学环境)。装置主要由两部分组成，一部分为测量管，另一部分为声学负载变化管。测量管上布置有一个热电偶、一个静态压力传感器、两个动态压力传感器的安装基座。测量时热电偶剥除保护金属壳，让测量温度的金属丝直接与气流接触，从而快速反应排气温度变化，测量实时气流温度T。静态压力传感器用来测量排气静压力ps。动态压力传感器能够精确测量排气管内的压力波动pd。将两个动态压力传感器布置间隔一段距离L，然后对两个传感器同步采得的数据进行时域相关计算处理，可以识别排气流动速度v。再根据气体温度T、静态压力ps和管道截面积S计算出排气质量流量Qm。这种测量流速(流量)的方式，相对于发动机测功台架所采用的测量进气流量及燃油消耗量换算排气流量的方式，最大的优点是实时保证流速(流量)测量精度，而且基本不会对排气流场造成影响。声学负载变化管为一组可以改变长度的套管组成，用以改变测量装置的声学负载，从而减轻了传统发动机源特性(Zs、Ps)测量中不断更换不同长度直管的工作量。具体发动机源特性的测量方式为，改变管长以改变声学负载，在不同的声学负载下测量管道末端的声压信号，然后根据发动机源特性参数计算方法得出发动机源强度Ps与源阻抗Zs声学参数。此声学参数是发动机台架试验法无法获取的。
本发明装置方便快捷测量发动机排气温度T、流速v、静压ps、动态压力波动pd以及发动机源强度Ps和源阻抗Zs参数。它由测量管和声学负载变化管两部分组成：测量管上焊接有热电偶、静压传感器以两个动态压力传感器的安装座，热电偶和静压传感器分别测量温度和静压，而两个动态压力传感器可获得压力波动和流速信息。声学负载变化管通过伸缩管结构方便改变管长并读取管长，从而可测量计算得到发动机源阻抗和源强度。
图1所示是本发明提出的检测装置的结构示意图。检测装置入口端通过法兰与发动机排气总管相连接，检测装置末端置于消声室(自由场声学环境)中，并用传声器15测量各个工况下的末端辐射声压。检测装置分测量管1和声学负载变化管两部分组成。测量管1管体上焊接有两个动态压力传感器安装座2和5、静压传感器安装座3、热电偶传感器安装座4。静压传感器在安装时，在传感器与安装座之间安装一段细直管用于散热，从而避免高温排气损坏静压传感器。热电偶传感器剥除金属保护层，露出内部的金属丝以便快速感应管内的温度变化，同时也可减少对排气流场的影响。两个动态压力传感器安装座相距L，L的取值范围可以为300mm～500mm，以便于准确计算排气流速。
图2所示为声学负载管变化管的剖视图。声学负载变化管通过后连接法兰6与测量管1出口相连。声学负载变化管主要由内管7和外管8组合成一种伸缩管结构，从而可以通过改变长度改变检测装置声学负载。内管7的外管壁上标以刻度，便于直接读取声学负载变化管的管长变化量L′，L′的取值范围可以为0～2000mm。内管7外壁上加工一处凹槽，用于安装内管限位卡环12。内管限位卡环12用于固定安装于内管上的高温密封圈13，以防止其自由活动。内管限位卡环12与外管限位卡环11配合使用，防止外管伸出太长以致于与内管脱离。外管8的内壁上也加工一处凹槽，用于安装外管限位卡环11。外管限位卡环11用于固定安装于外管内壁处的高温密封圈10，以防止其自由活动。在测量发动机源阻抗与源强度时，改变声学负载变化管的管长，并记录管长数值。另外还可以运用传声器15记录每种管长下的管口末端的辐射声压值。本装置可用于三负载法、四负载法以及多负载法计算发动机源特性的试验测量装置。

Claims (1)

1.一种用于使消声器与发动机相匹配的发动机排气参数检测装置，其特征在于该测量装置包括测量管和声学负载变化管，所述的声学负载变化管由内管和外管组成，所述的测量管的一端通过前连接法兰与发动机排气歧管相连，测量管的另一端通过后连接法兰与所述的内管相连；所述的测量管上设有第一动态压力传感器安装座、第二动态压力传感器安装座、静压传感器安装座和热电偶安装座，第一动态压力传感器安装座和第二动态压力传感器安装座之间的距离为L，L的取值范围：300毫米～500毫米，所述的静压传感器安装座和热电偶安装座位于第一动态压力传感器安装座和第二动态压力传感器安装座之间；所述的声学负载变化管中，内管伸入外管，外管端部与后连接法兰之间的距离为L′，L′的取值范围为0～2000毫米，所述的外管端部的内壁上设有外管限位卡环，外管限位卡环至外管顶部的空间中设有外管高温密封圈，所述的内管端部的外壁上设有内管限位卡环，内管限位卡环至内管顶部的空间中设有内管高温密封圈。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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