CN111140351A - 缸内取样法的二冲程发动机扫气效率测试系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种缸内取样法的二冲程发动机扫气效率测试系统,作用于气缸上，气缸顶部设置有喷油器，所述气缸燃烧室的顶部设置有采样探针，所述采样探针连接采样头，所述采样头通过控制柜分别连接燃烧分析仪和电脑端。还公开了测试方法包括：通过在电脑端上设置采样探针的压力和温度，使得采样探针相对燃烧室内存在负压而能够持续地进行样品采集，并将采集的气体样品送到采样头进行实时分析；通过比较燃烧前二氧化碳体积浓度和完全燃烧后的二氧化碳体积浓度，最终确定二冲程发动机的扫气效率。本发明测量精度高，结构简单，并且能够计算缸内瞬态的二氧化碳体积浓度。
Description
技术领域
本发明属于发动机测试领域，具体涉及一种缸内取样法的二冲程发动机扫气效率测试系统及其方法。
背景技术
二/四冲程转换作为当前发动机研究的一个热点，深入研究并优化二/四冲程转换发动机的二冲程模式下的换气性能，有利于很好地提高发动机性能。扫气效率表征的是换气结束后，缸内新鲜空气质量与缸内气体总质量的比值，发动机的换气性能与扫气效率有关，因此对该发动机二冲程模式下的扫气效率的测量至关重要。
当前对于二冲程发动机的扫气效率的测量方法还不能满足实际生产的需求，因此，急需开发一种能够满足实际需求、便于操作、测量精度高、计算过程简便的二冲程发动机扫气效率的测试系统及方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种缸内取样法的二冲程发动机扫气效率测试系统及其方法。
本发明为解决背景技术中的技术问题，采用的技术方案是缸内取样法的二冲程发动机扫气效率测试系统，作用于气缸上，气缸顶部设置有喷油器，所述气缸燃烧室的顶部两侧分别设置有进气道和排气道；所述气缸燃烧室的顶部设置有采样探针，所述采样探针连接采样头，所述采样头通过控制柜分别连接燃烧分析仪和电脑端。
所述采样探针的压力范围为150mbar-250mbar，所述的采样探针设置的温度范围为150℃-200℃。
所述采样头的响应时间为7ms。
本发明的第二个目的是缸内取样法的二冲程发动机扫气效率测试系统的测试方法，包括如
下步骤：
1)在电脑端上设置采样探针的压力和温度，使得采样探针相对燃烧室内存在负压而能够持续地进行样品采集，并将采集的气体样品送到采样头进行实时分析；
2)燃烧分析仪显示采样探针所抽取燃烧室内每一个工作循环的二氧化碳体积浓度随曲轴转角的变化趋势；
3)通过比较燃烧前二氧化碳体积浓度和完全燃烧后的二氧化碳体积浓度，最终确定二冲程发动机的扫气效率。
所述燃烧前二氧化碳体积浓度对应于二冲程发动机100个工作循环中二氧化碳体积浓度最小值的平均值。
所述完全燃烧后二氧化碳体积浓度对应于二冲程发动机100个工作循环中二氧化碳体积浓度最大值的平均值。
有益效果：
1、本发明搭建的扫气效率测试系统和方法测量二冲程发动机的扫气效率精度高，为发动机性能的提高提供了指导方向。
2、本发明搭建的扫气效率测试系统和方法既能满足实际的需求，便于操作，且计算过程简便，能够很好地反应发动机的换气性能。
附图说明
附图说明现在将参考附图通过示例进一步描述本发明，其中：
图1是本发明所述的缸内取样法的二冲程发动机扫气效率测试系统示意图。
图2是实施例1的结果。
图3是实施例2的结果。
图4是实施例3的结果。
图中标记：喷油器1、采样探针2、采样头3、进气道4、节气门5、进气门6、控制柜7、燃烧分析仪8、电脑端9、测功机10、活塞11、气缸12、燃烧室13、排气道14、排气门15、曲轴16、联轴器17。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种缸内取样法的二冲程发动机扫气效率测试系统及方法，作用于气缸12上，气缸12顶部设置有喷油器1，所述气缸燃烧室13的顶部两侧分别设置有进气道4和排气道14；所述气缸燃烧13室的顶部设置有采样探针2，所述采样探针2连接采样头3，所述采样头3通过控制柜7分别连接燃烧分析仪8和电脑端9。
能够通过在电脑端9上设置采样探针2的压力和温度，使得采样探针2相对燃烧室13内存在负压而能够持续地进行样品采集，并将采集的气体样品送到采样头3进行实时分析；
燃烧分析仪8能够显示采样探针2所抽取燃烧室13内每一个工作循环的二氧化碳体积浓度随曲轴转角的变化趋势，通过比较燃烧前二氧化碳体积浓度和完全燃烧后的二氧化碳体积浓度，最终确定二冲程发动机的扫气效率。
采样探针2的压力范围为150mbar-250mbar，采样探针2的温度范围为150℃-200℃。
采样头3的响应时间为7ms。
燃烧前二氧化碳体积浓度对应于二冲程发动机100个工作循环中二氧化碳体积浓度最小值的平均值。
完全燃烧后二氧化碳体积浓度对应于二冲程发动机100个工作循环中二氧化碳体积浓度最大值的平均值。
测试时，首先给控制柜7通电，并通入标准气，同时将采样探针2从气缸12内取出，然后通过电脑端9控制采样头3，利用通入控制柜7的标准气对采样探针2进行标定，待标定工作完成后，将采样探针2安装在气缸12位置上(如图1所示位置)，接着利用测功机10带动二冲程发动机运转，待二冲程发动机稳定运行后，利用燃烧分析仪8采集100个工作循环中二氧化碳的体积浓度随曲轴转角的变化情况，最后将这100个循环中二氧化碳的体积浓度的最大值和最小值抽取出来，并分别对其求平均值，最后可计算出二冲程发动机的扫气效率。
扫气效率的计算公式如下：
在燃烧前，缸内缸内CO2的质量为上一循环燃烧后CO2的质量和新鲜空气中CO2质量的和：
式中m(CO2)u为燃烧前CO2的质量，m(CO2)b为上一循环燃烧后CO2的质量，m(CO2)a为新鲜空气中CO2的质量。上述公式可进一步写成：
式中，ρCO2为CO2密度，vu为燃烧前CO2的体积，vb为上一循环燃烧后CO2的体积，va为新鲜空气中CO2的体积，[co2]b为上一循环燃烧后的二氧化碳体积浓度，[co2]u为燃烧前的二氧化碳体积浓度，[co2]a为环境气体中的二氧化碳体积浓度
由理想气体状态方程,pv＝nRT可得到
代入整理后得：
式中，n、p、R、T、M、m分别代表物质的量、压力、气体常数、温度、摩尔质量和质量，下标为u代表是燃烧前，下标为b代表是上一循环燃烧后，下标为a代表是新鲜空气，ηsc为扫气效率。
忽略空气摩尔质量、上一循环燃烧后的摩尔质量及它们混合后气体的摩尔质量的差异，得到以下公式：
[co2]u＝[co2]b(1-ηsc)+[co2]aηsc
因此，有扫气效率：
式中，[co2]b为上一循环燃烧后的二氧化碳体积浓度，[co2]u为燃烧前的二氧化碳体积浓度，[co2]a为环境气体中的二氧化碳体积浓度。
实施例1
实验工况：1000r/min，进气量400kg/h，发动机为二冲程柴油机，实验数据如下：
那么扫气效率的计算如下：
实施例2
实验工况：1000r/min，进气量202kg/h，发动机为二冲程柴油机，实验数据如下：
扫气效率：
实施例3
实验工况：1500r/min，进气量202kg/h，发动机为二冲程柴油机，实验数据如下：扫气效率：
Claims (6)
1.缸内取样法的二冲程发动机扫气效率测试系统，作用于气缸上，所述气缸燃烧室的顶部两侧分别设置有进气道和排气道，其特征在于，所述气缸燃烧室的顶部设置有采样探针，所述采样探针连接采样头，所述采样头通过控制柜分别连接燃烧分析仪和电脑端。
2.根据权利要求1所述的缸内取样法的二冲程发动机扫气效率测试系统，其特征在于，所述采样探针的压力范围为150mbar-250mbar，所述的采样探针设置的温度范围为150℃-200℃。
3.根据权利要求1所述的缸内取样法的二冲程发动机扫气效率测试系统，其特征在于，所述采样头的响应时间为7ms。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的缸内取样法的二冲程发动机扫气效率测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在电脑端上设置采样探针的压力和温度，使得采样探针相对燃烧室内存在负压而能够持续地进行样品采集，并将采集的气体样品送到采样头进行实时分析；
2)燃烧分析仪显示采样探针所抽取燃烧室内每一个工作循环的二氧化碳体积浓度随曲轴转角的变化趋势；
3)通过比较燃烧前二氧化碳体积浓度和完全燃烧后的二氧化碳体积浓度，最终确定二冲程发动机的扫气效率。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述燃烧前二氧化碳体积浓度对应于二冲程发动机100个工作循环中二氧化碳体积浓度最小值的平均值。
6.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述完全燃烧后二氧化碳体积浓度对应于二冲程发动机100个工作循环中二氧化碳体积浓度最大值的平均值。
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