CN102829976B - 一种车用发动机排气特性模拟试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用发动机排气特性模拟试验台，属于环境模拟试验设备。该模拟试验台包括气源、进气测量段、加热段、脉动段、噪声段和出口测量段，所述的气源、进气测量段、加热段、脉动段、噪声段和出口测量段依次通过管道和法兰相连。本模拟试验台可以全面模拟车用发动机的排气流速、温度、脉动、噪声，适用于各型不同排量发动机的消声器匹配试验工作；本试验台中使用脉动发生器和扬声器相组合的方式提供测试所需噪声源，脉动发生器用于产生高强度低频声，扬声器用于产生较高频率的阶次声和白噪声，排气流速、温度、脉动强度、脉动频率可以独立定量控制。

Description

一种车用发动机排气特性模拟试验台

技术领域

本发明涉及一种车用发动机排气特性模拟试验台，用于模拟车用发动机在不同工况下的排气特性，属于环境模拟试验设备。

背景技术

随着汽车保有量的急剧增长和人们对环境问题的日益关注，世界各国都将汽车噪声指标纳入了强制考核的范围，明确规定了机动车噪声限值。车用发动机的排气噪声占汽车噪声的比重非常大，甚至比发动机本体噪声高出10~15dB（A）。为此，一般通过加装排气消声器的方式来消减发动机的排气噪声，以达到降噪的目的。目前，国内外对于排气消声器的设计仍以经验设计为主，经过设计→试制→试验→改进设计→再试制→再试验等多轮循环过程。消声器的性能分析、匹配工作经过消声器试验台后，一般需要在发动机台架上进行匹配。该试验过程周期长，耗费高，而且不具备通用性，同一型号消声器匹配不同发动机时需在不同的发动机台架上进行试验。因此设计一种可以模拟发动机排气状态的试验台，以进行不同排量不同工况的发动机排气状态模拟，对于消声器的研究、设计、匹配，最终降低排气噪声工作具有重要的意义。

排气消声器的消声性能与发动机的排气温度、出口流速、排气脉动、噪声特性等因素密切相关，只有全面、定量、可控的模拟出这些排气指标，才能保证模拟试验台能够提供各种发动机在不同工况下的排气环境，使模拟试验台具备通用性，方便排气消声器的研究、设计、匹配工作。

目前已有的类似试验平台中，相关试验台的功能均是为消声器匹配试验提供简单的噪声源，没有将还原发动机的排气状态作为试验平台的设计目标，不能准确定量的模拟发动机的排气环境。有的试验装置只能简单模拟冷态下的发动机排气，如蔡超等人（排气消声器声学特性试验台研制，江苏工学院学报1991年第4期）、唐宇彤等人（消声器模拟试验台的设计研究，山东机械1998年第2期）设计的试验平台均不能模拟热态下的发动机排气；有的平台无法模拟车用发动机的排气脉动现象，如阮登芳等人（内燃机消声器特性试验装置的研制及应用，内燃机工程2004年第4期）设计的“内燃机消声器特性试验装置”虽然能够提供稳定的高温气体和白噪声，但是无法模拟排气脉动。由于试验环境与实际发动机工作状态存在较大差异，造成了现有的模拟试验台在应用上受到一定的局限。

发明内容

本发明的目的是提出一种车用发动机排气特性模拟试验台，利用该装置定量模拟不同排量的车用发动机在各种工况下的排气状态，包括发动机的排气流速、温度、脉动、噪声，为排气消声器的匹配试验提供接近实际使用状况的噪声源和气源，以方便进行发动机排气消声器的试验匹配及研究工作。

本发明提出的车用发动机排气特性模拟试验台，包括气源、进气测量段、加热段、脉动段、噪声段和出口测量段，所述的气源、进气测量段、加热段、脉动段、噪声段和出口测量段顺次通过管道和法兰相连；

所述的气源包括风机、稳压箱、电动球阀和进气消声器，所述的稳压箱上设有一个进气口和两个出气口，稳压箱的进气口与风机的出气口相连，稳压箱的底部出气口与大气环境相通，稳压箱的底部出气口上安装有所述的电动球阀，稳压箱的顶部出气口与所述的进气消声器相连；

所述的进气测量段包括流量传感器、第一热电偶和第一压力传感器；所述的流量传感器通过管道和法兰串联在气源和加热段之间，第一热电偶和第一压力传感器通过安装基座安装在进气测量段的主管道的末端上；

所述的加热段包括第一波纹管、加热器和第二波纹管，所述的第一波纹管、加热器和第二波纹管依次串联；

所述的脉动段包括脉动发生器、变频电机和旁通阀，所述的脉动发生器与旁通阀相互并联，所述的脉动发生器由变频电机驱动；

所述的噪声段包括扬声器和功率放大器，所述的扬声器通过旁通支管与噪声段的主管道相连，所述的扬声器由功率放大器驱动；

所述的出口测量段包括第二压力传感器、动压传感器、第二热电偶和高声压传感器，所述的第二压力传感器、动压传感器、第二热电偶和高声压传感器通过安装座安装在出口测量段的主管道上。

本发明提出的车用发动机排气特性模拟试验台，与现有技术相比，具有以下优点及突出功能：

1、本发明的模拟试验台可以全面定量的模拟车用发动机的排气流速、温度、脉动、噪声，适用于各种不同排量发动机的消声器匹配试验工作；

2、本发明的模拟试验台使用脉动发生器和扬声器相组合的方式提供测试所需噪声源，脉动发生器用于产生高强度低频声，扬声器用于产生较高频率的阶次声和白噪声，解决了低频段噪声强度不足的问题；

3、本发明的模拟试验台中，采用脉动发生器与旁通阀并联来产生脉动频率和脉动强度可调的气流脉动，消除了管道内流量、脉动强度和脉动频率之间的耦合，使得排气流速、脉动强度、脉动频率可以独立的加以定量控制。

附图说明

图1是本发明提出的车用发动机排气特性模拟试验台的结构示意图。

图1中，1是风机，2是稳压箱，3是电动球阀，4是进气消声器，5是流量传感器，6是第一热电偶，7是第一压力传感器，8是第一波纹管，9是加热器，10是第二波纹管，11是旁通阀，12是脉动发生器，13是变频电机，14是扬声器，15是功率放大器，16是第二压力传感器，17是动压传感器，18是第二热电偶，19是高声压传感器。

具体实施方式

本发明提出的车用发动机排气特性模拟试验台，其结构如图1所示，包括气源、进气测量段、加热段、脉动段、噪声段和出口测量段，所述的气源、进气测量段、加热段、脉动段、噪声段和出口测量段顺次通过管道和法兰相连；

其中的气源包括风机1、稳压箱2、电动球阀3和进气消声器4，所述的稳压箱2上设有一个进气口和两个出气口，稳压箱2的进气口与风机的出气口相连，稳压箱2的底部出气口与大气环境相通，稳压箱2的底部出气口上安装有所述的电动球阀3，稳压箱2的顶部出气口与所述的进气消声器4相连；

其中的进气测量段包括流量传感器5、第一热电偶6和第一压力传感器7；所述的流量传感器5通过管道和法兰串联在气源和加热段之间，第一热电偶6和第一压力传感器7通过安装基座安装在进气测量段的主管道的末端上；

其中的加热段包括第一波纹管8、加热器9和第二波纹管10，所述的第一波纹管8、加热器9和第二波纹管10依次串联；

其中的脉动段包括旁通阀11、脉动发生器12和变频电机13，所述的脉动发生器12与旁通阀11相互并联，所述的脉动发生器12由变频电机13驱动；

其中的噪声段包括扬声器14和功率放大器15，所述的扬声器14通过旁通支管与噪声段的主管道相连，所述的扬声器14由功率放大器15驱动；

其中的出口测量段包括第二压力传感器16、动压传感器17、第二热电偶18和高声压传感器19，所述的第二压力传感器16、动压传感器17、第二热电偶18和高声压传感器19通过安装座安装在出口测量段的主管道上。

以下结合附图1，详细介绍本发明模拟试验台的工作原理：

试验时，风机1出气口流出的空气进入稳压箱2后，一部分空气经稳压箱2底部出气口直接返回大气，剩余空气经稳压箱2顶部出气口，通过进气消声器4，进入进气测量段，由安装在进气测量段上的流量传感器5、第一热电偶6和第一压力传感器7分别测量得到进入空气的流量、温度和压力；进气测量段出气口处的空气进入加热段，经过波纹管8后进入加热器9；加热器9中的电加热丝对进入的空气进行加热，被加热的空气通过波纹管10进入脉动段；热空气进入脉动段后，一部分热空气通过脉动发生器12，产生气流脉动后到达脉动段出气口处，剩余部分热空气直接通过与脉动发生器12并联的旁通阀11到达脉动段出气口处；脉动段出气口处的热空气进入噪声段的主管道，向出口测量段的方向流动，扬声器14通过支管与噪声段的主管道相连，在主管道中产生特定频谱的噪声；热空气通过噪声段后进入出口测量段，由安装在出口测量段上的第二压力传感器16、动压传感器17、第二热电偶18和高声压传感器19，可以分别测量得到出口处的排气温度、动压、声压和绝对压力；在模拟试验台的出口测量段的出气口处形成可供排气消声器试验、匹配所需的排气环境。

在试验中，通过调节电动球阀3的开度来控制模拟试验台出口处的空气流量，由流量传感器5的反馈信号对电动球阀3进行模糊控制，实现控制气体流量的功能。

在试验中，加热器9具备自适应控制功能，可根据事先设定的加热器出气口温度值，自动调节加热功率，实现控制气体温度的功能。

在试验中，脉动发生器12由变频电机13驱动旋转，使通过脉动发生器12的空气产生脉动，空气的脉动频率与脉动发生器12的转速成正比，通过调节变频电机13的转速来控制模拟试验台出气口处气体脉动频率；模拟试验台出气口处气体脉动强度与通过脉动发生器12的气体的量相关，通过调节脉动段中旁通阀11的开度来控制模拟试验台出口出气体脉动强度。

在试验中，扬声器14输入的模拟信号由计算机中的D/A数据卡产生，可以根据需要合成各种频谱的噪声。

本发明在稳压箱2中敷设吸声材料，并设置消声结构，一方面可以减小气流波动，同时还可以起到一定的消除管道噪声的作用。

Claims (1)

1.一种车用发动机排气特性模拟试验台，包括气源，所述的气源包括风机、稳压箱、电动球阀和进气消声器，所述的稳压箱上设有一个进气口和两个出气口，稳压箱的进气口与风机的出气口相连，稳压箱的底部出气口与大气环境相通，稳压箱的底部出气口上安装有所述的电动球阀，稳压箱的顶部出气口与所述的进气消声器相连；其特征在于还包括进气测量段、加热段、脉动段、噪声段和出口测量段，所述的进气测量段、加热段、脉动段、噪声段和出口测量段依次通过管道和法兰相连；

所述的进气测量段包括流量传感器、第一热电偶和第一压力传感器；所述的流量传感器通过管道和法兰串联在气源和加热段之间，第一热电偶和第一压力传感器通过安装基座安装在进气测量段的主管道的末端上；

所述的加热段包括第一波纹管、加热器和第二波纹管，所述的第一波纹管、加热器和第二波纹管依次串联；

所述的脉动段包括脉动发生器、变频电机和旁通阀，所述的脉动发生器与旁通阀相互并联，所述的脉动发生器由变频电机驱动；

所述的噪声段包括扬声器和功率放大器，所述的扬声器通过旁通支管与噪声段的主管道相连，所述的扬声器由功率放大器驱动；

所述的出口测量段包括第二压力传感器、动压传感器、第二热电偶和高声压传感器，所述的第二压力传感器、动压传感器、第二热电偶和高声压传感器通过安装座安装在出口测量段的主管道上。