CN201233318Y - 用于发动机台架试验的排气压力调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于发动机试验设备技术领域。提供一种用于发动机台架试验的排气压力调节装置，它包括风机、带有进气口的排气主管和带有喷嘴的引风支管，所述进气口与发动机排气管相连接，所述引风支管的喷嘴伸入所述的排气主管内部，所述的风机设置在该引风支管内。与现有技术相比，采用了引射技术，改善了风机工作环境，不仅能显著提高风机的寿命和系统稳定性，还能实现对排气压力进行较大范围的调节。另外，本实用新型还具有运行可靠性高，故障率低，适应不同排量、不同型号的汽油、柴油发动机等优点。

Description

用于发动机台架试验的排气压力调节装置

技术领域

本实用新型属于发动机试验设备技术领域，尤其涉及一种用于发动机台架试验的排气压力调节装置。

背景技术

排气压力是影响发动机性能指标的重要因素。在发动机试验中，对排气压力的监测和控制有着严格的要求，必须满足国标GB/T 18297-2001。排气背压对发动机性能影响较大，排气背压增大可使功率下降3％～5％，甚至超过8％。汽车排气消声器技术条件(QCT 631)中对排气背压也有着严格的规定，所以在发动机台架试验中必须对排气压力进行正确的控制和监测。这对检测结果的准确性起着关键的作用。

随着汽车法规严格限制及能源问题日益严峻，相关法规对发动机的升功率和排放指标提出更高的要求，因此对发动机台架试验中各项环境保障条件要求越来越详尽。目前，国内外发动机试验室对发动机排气压力的控制主要采用以下两种方法：一、增大排气管道直径；二、在排气管道中安装离心风机，通过控制离心风机的转速达到调节压力和流量的目的。

但这两种方法均存在各种缺陷，采用第一种方法来增大管道直径，这不仅会占用更大的空间，使噪声泄漏，而且不能对排气压力进行调节；对于第二种方式，由于离心风机的工作环境恶劣，故障率高，大大影响了其使用寿命，因此其对排气压力调节范围较小，而且不能精确控制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于发动机台架试验的排气压力调节装置，能对排气压力进行较大范围的调节。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

提供一种用于发动机台架试验的排气压力调节装置，它包括风机、带有进气口的排气主管、带有喷嘴的引风支管，所述进气口与发动机排气管相连接，所述引风支管的喷嘴伸入所述的排气主管内部，所述的风机设置在该引风支管内。

采用这样的结构以后，发动机排气管排出的气体进入排气主管内部后，与引风支管喷出的高速、高压的工作气流混合并进行能量交换，从而实现对排气压力的调节。与现有技术相比，采用了引射技术，改善了风机工作环境，不仅能显著提高风机的寿命和系统稳定性，还能实现对排气压力进行较大范围的调节。另外，本实用新型还具有运行可靠性高，故障率低，适应不同排量、不同型号的汽油、柴油发动机等优点。

附图说明

图1是本实用新型提供的一较佳实施例的结构示意图；

图2是图1中排气主管的结构示意图；

图3是图1中引风支管的结构示意图；

图4是本实用新型的一较佳实施例的逻辑控制框图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至4所示的较佳实施例，它包括风机1、带有进气口4的排气主管8和带有喷嘴3的引风支管9，所述进气口4与发动机排气管相连接，所述引风支管9的喷嘴3伸入所述的排气主管8内部，所述的风机1设置在该引风支管9内。具体的，如图1所示，所述的进气口4设置在排气主管8的一侧，引风支管9从下至上的方式插入排气主管8的内部。

这样，发动机排气管排出的气体(参考图1中点划线所示)进入排气主管8内部后，与引风支管9喷出的高速、高压的工作气流(参考图1中波浪线所示)混合并进行能量交换，从而实现对排气压力的调节。与现有技术相比，采用了引射技术，改善了风机1工作环境，不仅能显著提高风机1的寿命和系统稳定性，还能实现对排气压力进行较大范围的调节。此外，还能使得对风机1的维修保养变得更为方便。

作为前述技术方案的进一步改进，如图3所示，所述的引风支管9的中部为一段扰性风管2，所述的喷嘴3与风机1分别设置在该扰性风管2的两侧。这样，就可以显著降低风机1工作时对排气主管8与引风支管9造成的振动。

为了使得排气更加容易的排出，作为前述技术方案的进一步优选，所述排气主管8的出气端的直径沿着排气方向逐渐增大，呈喇叭形。具体的，参考图1和图2，从下至上，排气主管8的内部空间分别为接受室5、混合室6及扩散室7，接受室5是用来接受和储存发动机排气管排出气体的腔体，所述的排气主管8的进气口4与引风支管9的喷嘴3均与此接受室5相通；混合室6，则是发动机的排气与引风支管9喷出的引射空气进行动量和能量交换的场所；扩散室7即为前述呈喇叭形的部位，其可以降低混合室6内出口气体压力，使前端气流顺畅，容易排出。

为了实现对排气压力的精确调节，作为一种优选实施例，所述的风机1为可变频控制的轴流风机1。具体的，是在引风支管9末端安装一个轴流风机1，且轴流风机1使用变频控制技术，在所述的排气主管8进气口4及接受室5之间还设有可用于控制轴流风机转速的压力传感器，该压力传感器与所述的轴流风机1电连接。这样，轴流风机1可以吸入外界空气，并通过引风支管9上的喷嘴3喷出高压、高速空气流，这些高速空气与接受室5中发动机排出的低速排气混合，在混合室6通过动量和能量交换，使接受室5内排气压力降低，从而保证发动机排气管口的压力在需要范围内。压力传感器与变频技术的结合，可以使得轴流风机1喷射的空气流与排气管排出的气体压力相适应，从而精确的对排气压力进行调节。

本实施例遵从以下基本定律：

1)质量守恒定律，即M_C＝M_P+M_H

式中：

M_p为工作流体的质量流量

M_h为引射流体的质量流量

M_c为混合流体的质量流量

2)动量定理，假设在引射器中流动是均匀的，那么对于任意形状的混合室6的动量定理可写成：

M_C W_C＝M_p W_p+M_h W_h

式中：

W_p为混合室6入口截面上工作流体的速度

W_h为混合室6入口截面上引射流体的速度

W_c为混合室6出口截面上混合流体的速度

3)能量守恒定律，在引射器之前工作和引射流体的动能之和与在引射器之后混合流体的动能损失通常忽略不计。

i_p+ui_h＝(1+u)i_c

式中：

i_p为在引射器前工作流体的焓

i_h为在引射器前引射流体的焓

i_c为在引射器之后混合流体的焓

u＝M_h/M_p称引射系数，即引射流体的质量流量与工作流体的质量流量之比。

所述喷嘴3的横截面积与发动机的最大排气量和引射系数u有关，其特性、结构参数都是采用一元流假设下的经验公式计算：

其中ΔP_C＝P_C-P_H；ΔP_H＝P_P-P_H；f_H＝f₃-f_P1；速度系数值为

对于工作流体和引射流体为同种流体且同种状态下的引射器，流体的比热容相等v_P＝v_H＝v_C，这样，上式可以简化成如下公式

$\frac{{\mathrm{\ΔP}}_C}{{\mathrm{\ΔP}}_P}=\frac{f_{P1}}{f_3}[1.75+0.7\frac{f_{P1}}{f_{P2}}*u^2-1.07*\frac{f_{P1}}{f_3}*{(1+u)}^2]$

其中：f₃为在混合室出口处混合流体的截面积；f_P1为在混合室入口处混合流体的截面积；f_H2为在混合室入口处引射流体的截面积。

工作时，发动机排气管输出的排气经由进气口4进入接受室5内，轴流风机1则将外界空气鼓入引风支管9的管道，引风支管9内气体带有一定的压力，经喷嘴3喷出后，即为高速、高压工作流体；在接受室5与喷嘴3交接处，高速、高压的工作流体能产生射流紊动扩散作用，卷吸接受室5中的引射流体，即发动机排气，从而，工作流体与引射流体在混合室6内进行动量和能量交换，在流动过程中速度渐渐均衡，这期间常常伴随压力的升高；混合气体从混合室6出来进入扩散室7后，压力将因流动速度变缓而继续升高，在扩散室7出口处，混合气体的压力高于进入接受室5时引射流体的压力。

本实施例中风机1的变频控制工作原理如下：如图4所示，在排气管入口4与接受室5之间安装的压力传感器，可以实时监测发动机排气管口外部空间气体的实际压力P；当压力P大于预设的目标压力值时，即可由计算机控制系统输出相应的控制量，通过PID闭环，增加变频风机1的转速，从而增加风机1的鼓风量，喷嘴3喷出的气体流速增加，提高工作流体的动量和能量，产生更大的卷吸力，使接受室5处的压力降低；当压力P小于目标值时，由计算机控制系统输出相应的控制量，通过PID闭环，降低变频风机1的转速，从而降低风机1的鼓风量，喷嘴3喷出的气体流速减小，工作流体的动量和能量降低，产生较小的卷吸力，使接受室5处的压力增加，最终达到目标值。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1、一种用于发动机台架试验的排气压力调节装置，它包括风机和带有进气口的排气主管，所述进气口与发动机排气管相连接，其特征在于：该排气压力调节装置还包括一带有喷嘴的引风支管，该引风支管的喷嘴伸入所述的排气主管内部，所述的风机设置在该引风支管内。

2、根据权利要求1所述的排气压力调节装置，其特征在于：所述的引风支管的中部为一段扰性风管，所述的喷嘴与风机分别设置在该扰性风管的两侧。

3、根据权利要求1所述的排气压力调节装置，其特征在于：所述排气主管的出气端的直径沿着排气方向逐渐增大。

4、根据权利要求1至3任一项所述的排气压力调节装置，其特征在于：所述的风机为可变频控制的轴流风机。

5、根据权利要求4所述的排气压力调节装置，其特征在于：所述的排气主管内还设有用于控制轴流风机转速的压力传感器。

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