CN207585918U - 一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统 - Google Patents

一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统 Download PDF

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何文潇
楚云路
邱鹏
张超
韩志强
吴学舜
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Abstract

本实用新型公开了一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统,包括测功机、信号采集系统、以及从多缸发动机隔离出来的实验缸和其它缸。实验缸具有实验缸进气系统、实验缸排气系统和实验缸进气道喷油系统,其它缸具有其它缸进气系统和其它缸排气系统。实验缸和其它缸同时具有缸内直喷喷油系统。通过采用其它缸倒拖实验缸达到预定转速的方法,简化了实验台架对测功机的要求;能够确保当实验缸采用不同喷油策略后,通过智能化控制,可以将实验缸的进气压力、进气温度以及转速维持在一个恒定值。相对于通过缸内瞬时压力计算实验缸指示功率的方法,本实用新型采用的实验缸指示功率的计算方法更加的准确。

Description

一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及发动机的台架实验领域,具体涉及到一种自带倒拖功能的单缸发 动机台架实验系统。
背景技术
[0002] 台架实验是发动机开发过程中一个必不可少的环节。考虑到在台架实验的过程 中,对发动机运行的影响因素较多,例如进气状态参数(进气压力和进气温度)和喷油策略 (喷油量和喷油定时),因此对发动机的输入参数进行精确地控制显得尤为重要。此外,近年 来有研宄者提出,在压燃式发动机负荷较大时,以进气道喷射低活性燃油和缸内直喷柴油 相结合的方式,能够减少缸内柴油扩散燃烧的比例,使得缸内的燃烧模式更趋向于均质预 混燃烧,从而提高发动机热效率并降低有害物的排放。然而这种燃烧模式仍然处于大量的 实验验证阶段且对于台架实验平台基础设施的要求较高,特别是需要测功机具有倒拖功 能。
[0003] 目前针对进气道喷射的燃油(如:汽油、丁醇)在进气状态参数达到一定值的条件 下,该燃油在缸内形成的均质预混合气是否能够发生高温放热反应的实验研究还比较少。 因此,如果能够通过倒拖的方法,在不同的进气道喷射燃油量和进气状态参数条件下,获得 不同转速的缸内预混合气的纯压缩缸内放热和排放数据,将对这一方向的研究提供重要的 实验依据。 实用新型内容
[0004] 本实用新型提供了一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统,能通过倒拖的 方法,在不同的进气道喷射燃油量和进气状态参数条件下,获得不同转速的缸内预混合气 的纯压缩缸内放热和排放数据。
[0005] 为解决上述技术问题,本实用新型所采用的技术方案为:
[0006] 一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统,包括测功机、以及从多缸发动机 隔离出来的实验缸和其它缸;所述实验缸为多缸发动机内靠近正时齿轮端的气缸,除实验 缸以外的气缸均为其它缸;
[0007] 所述实验缸的进气系统设有带增压器旁通阀的废气涡轮增压器压气机、带中冷器 旁通阀的进气中冷器、进气温度传感器和进气压力传感器,实验缸的排气系统设有排气温 度传感器、排气压力传感器和尾气分析仪;
[0008] 所述其它缸的排气通过废气涡轮增压器进入实验缸进气管内;
[0009] 还包括实验缸进气道喷油系统,实验缸进气道喷油系统的进气道喷油器的喷油口 设在实验缸进气管内;
[0010] 所述实验缸内的第一缸内直喷喷油器和其它缸内的第二缸内直喷喷油器通过直 喷燃油油轨连接到一起;
[0011] 还包括与发动机的曲轴同步旋转的角位移信号发生器,以及安装于实验缸内的缸 内压力传感器;缸内压力传感器连接到电荷放大器,电荷放大器连接到采集卡;角位移信号 发生器直接连接到采集卡;
[0012] 增压器旁通阀、中冷器旁通阀、直喷燃油油轨、进气道喷油器、进气温度传感器、进 气压力传感器、排气温度传感器和排气压力传感器均与实验缸ECU电联;第二缸内直喷喷油 器与其它缸ECU电联;采集卡、实验缸E⑶、其它缸E⑶和尾气分析仪最终均与电脑电联。
[0013]根据上述方案,所述实验缸的进气系统包括依次连接的第一空气滤清器、进气流 量计、废气涡轮增压器压气机、进气中冷器和实验缸进气管,实验缸进气管的另一端与实验 缸连通;进气温度传感器和进气压力传感器设于实验缸进气管上。
[0014] 根据上述方案,所述实验缸的排气系统包括依次连接的实验缸排气管、稳压罐、取 气阀和尾气分析仪,实验缸排气管与实验缸连通;排气温度传感器和排气压力传感器设于 实验缸排气管上。
[0015] 根据上述方案,所述实验缸进气道喷油系统包括依次连接的高压气罐、压力调节 阀、蓄能器、蓄能器出口阀门和进气道喷油器。
[0016] 进一步的,所述进气道喷油器的喷嘴正对实验缸的进气门后背。
[0017] 根据上述方案,所述直喷燃油油轨的进油口端依次连接有高压油栗和直喷燃油油 箱。
[0018] 与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:通过采用其它缸倒拖实验缸达到预 定转速的方法,简化了实验台架对测功机的要求,降低了对实验测功系统的要求,从而节约 了成本。够确保当实验缸采用不同喷油策略后,通过智能化控制,可以将实验缸的进气压 力、进气温度以及转速维持在一个恒定值。通过采用增压器旁通阀来控制实验缸的进气压 力,可以实现迅速的响应以及较高的控制精度;通过中冷器旁通阀来控制进气温度,对温度 的控制采用调整高温空气与低温空气的混合比例的方法,可以实现迅速的响应。本实用新 型所提供的实验系统采用在同一台发动机上利用其它缸的废气涡轮增压器涡轮机为实验 缸进气提供增压压力的方法,不需要为实验缸进气系统增加额外的设备(如:空气压缩机、 稳压罐、进气加热器、泄压阀等等)就能实现进气压力和温度的控制。
附图说明
[0019] 图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明,图中各标号的释义 为:1-第一空气滤清器,2-进气流量计,3-废气涡轮增压器压气机,4-增压器旁通阀,5-进气 中冷器,6_中冷器旁通阀,7-实验缸进气管,8-实验缸排气管,9-取气阀,10-尾气分析仪, 11-第二空气滤清器,12_其它缸进气管,13-其它缸排气管,14-废气涡轮增压器涡轮机,15-直喷燃油油箱,16-高压油栗,17-直喷燃油油轨,18-第一缸内直喷喷油器,19-高压气罐, 20-压力调节阀,21-蓄能器,22-蓄能器出口阀门,23-进气道喷油器,24-进气温度传感器, 25-进气压力传感器,26-排气温度传感器,27-排气压力传感器,28-缸内压力传感器,29-角 位移信号发生器,30-电荷放大器,31-采集卡,32-实验缸ECU,33-其它缸ECU,34-电脑,35 -测功机,36-第二缸内直喷喷油器,37-实验缸,38-其它缸,39-稳压罐。
[0021]本实用新型所述的自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统包括测功机35、信号 未集系统、以及从多缸发动机隔尚出来的头验缸37和其它缸38。实验缸37具有实验缸进气 系统、实验缸排气系统和实验缸进气道喷油系统,其它缸38具有其它缸进气系统和其它缸 排气系统。实验缸37和其它缸38同时具有缸内直喷喷油系统。
[0022]所述实验缸37为多缸发动机内靠近正时齿轮端的气缸,除实验缸37以外的气缸均 为其它缸38。
[0023]所述实验缸进气系统包括依次连接的第一空气滤清器1、进气流量计2、废气涡轮 增压器压气机3、进气中冷器5和实验缸进气管7,实验缸进气管7的另一端与实验缸37连通。 废气涡轮增压器的废气涡轮增压器压气机3通过并行的旁通管路设有增压器旁通阀4,进气 中冷器5通过并行的旁通管路设有中冷器旁通阀6。实验缸进气管7上设有进气温度传感器 24和进气压力传感器25,进气温度传感器24和进气压力传感器25均通过信号线束与实验缸 ECU32 (Electronic Control Unit,电子控制单元)连通。增压器旁通阀4和中冷器旁通阀6 均通过电控线束与实验缸E⑶32连通。
[0024]所述实验缸排气系统包括依次连接的实验缸排气管8、稳压罐39、取气阀9和尾气 分析仪10,实验缸排气管8与实验缸37连通。尾气分析仪10与电脑34中的尾气分析程序通 讯,通过该程序对尾气分析仪10的数据进行记录和存储。实验缸排气管8上设有排气温度传 感器26和排气压力传感器27,排气温度传感器26和排气压力传感器27均通过信号线束与实 验缸E⑶32连通。稳压罐39用于稳定排气脉冲压力。
[0025] 所述实验缸进气道喷油系统包括通过高压油管依次连接的高压气罐19、压力调节 阀20、蓄能器21、蓄能器出口阀门22和进气道喷油器23。进气道喷油器23的喷油口在实验缸 进气管7内,为中压喷射器,其喷嘴正对实验缸37的进气门后背。进气道内要喷射的燃料预 先装入蓄能器21中,通过高压气罐19 (为常用气体钢质气瓶,通常最高气压为30MPa)中的高 压气体(气体介质为氮气)加压,进气道喷油器23的喷射压力通过高压气罐19与蓄能器21之 间的压力调节阀20调节,调节范围为0〜30MPa。进气道喷油器23通过电控线束与实验缸 ECU32连通。
[0026] 所述缸内直喷喷油系统包括通过高压油管依次连接的直喷燃油油箱15、高压油泵 16、直喷燃油油轨17、第一缸内直喷喷油器18和第二缸内直喷喷油器36。第一缸内直喷喷油 器18和第二缸内直喷喷油器36通过直喷燃油油轨17连接到一起,并通过高压油栗16对直喷 燃油油轨17内的燃油建立压力,压力的调节范围为0〜180MPa。第一缸内直喷喷油器18通过 电控线束与实验缸E⑶32相连,通过实验缸E⑶32发出的喷油信号来控制第一缸内直喷喷油 器18的喷油定时和喷油脉宽。第二缸内直喷喷油器36通过电控线束与其它缸E⑶33连通,通 过其它缸ECU33发出的喷油信号来控制第二缸内直喷喷油器36的喷油定时和喷油脉宽。直 喷燃油油轨17通过电控线束与实验缸E⑶32连通。
[0027] 所述其它缸进气系统包括第二空气滤清器11,第二空气滤清器11通过其它缸进气 管12连通到其它缸38。
[0028] 所述其它缸排气系统包括废气涡轮增压器涡轮机14,废气涡轮增压器的废气涡轮 增压器涡轮机14通过其它缸排气管13连通到其它缸38,其它缸38的排气会通过废气涡轮增 压器进入到实验缸进气管7内。
[0029]所述采集系统包括与发动机的曲轴同步旋转的角位移信号发生器29,以及安装于 实验缸37内的缸内压力传感器28。缸内压力传感器28通过信号线束连接到电荷放大器30, 电荷放大器30通过信号线束连接到采集卡31,角位移信号发生器29通过信号线束直接连接 到采集卡31。对缸内瞬时压力的采集通过角位移信号发生器29的时针信号进行触发,缸内 压力传感器28进行测量,采集卡31最终通过USB信号线与电脑34实现实时通讯,并通过电脑 34中的燃烧分析程序对实验缸37内的瞬时压力进行分析和储存。
[0030]实验缸ECU 32和其它缸E⑶33均连通到电脑34并通过电脑34中的程序能够实现互 相通讯且在程序中能够输入喷油信号,能够输入的信号包括进气道喷射器23的喷油量、第 一缸内直喷喷油器18的喷油量、第一缸内直喷喷油器18的喷油定时、其它缸缸内直喷喷射 器36的喷油量、其它缸缸内直喷喷射器36的喷油定时。进气道喷射器23和第一缸内直喷喷 油器18由实验缸E⑶32发出的相应喷油信号控制,第二缸内直喷喷油器18由其它缸E⑶33发 出的相应喷油信号单独控制。
[0031]电脑34中的控制程序中能够输入实验缸37的进气温度和进气压力的预定值,实验 缸ECU32中的信号处理模块能够对进气温度传感器24和进气压力传感器25所采集的信号进 行实时处理并分析,对比实验缸37内的实时温度和压力是否与实验预定值一致,增压器旁 通阀4和中冷器旁通阀6根据实验缸ECU32发出的调整指令做出相应的开度调整动作从而实 现对进气温度和压力的调整,具体过程如下:
[0032]当实验缸37的进气压力大于预定值时,由实验缸E⑶32控制的增压器旁通阀4的开 度将增大,废气涡轮增压器压气机3出口端将会有更多的气体通过增压器旁通阀4回流到废 气涡轮增压器压气机3的上游,从而减少了进入实验缸进气管7的空气量,进而实现了减小 进气压力的目的。
[0033]当实验缸37的进气压力小于预定值时,由实验缸E⑶32控制的增压器旁通阀4的开 度将减小,从而减小了从废气涡轮增压器压气机3的出口回流到废气涡轮增压器压气机3上 游的空气量,此时进入实验缸进气管7的空气量将会增大,从而实现了增加进气压力的目 的。
[0034]当实验缸37的进气温度大于预定值时,由实验缸E⑶32控制的中冷器旁通阀6的开 度将减小,通过中冷器旁通阀6的高温空气(其它缸38的排气)量将减小,最终实现实验缸进 气管7内混合气温度下降的目的。
[0035]当实验缸37的进气温度低于预定值时,由实验缸E⑶32控制的中冷器旁通阀6的开 度将增大,通过中冷器旁通阀6的高温空气量将增多,最终实现实验缸进气管7内混合气温 度升高的目的。
[0036]本实用新型的控制方法为:
[0037] 在实验系统启动后,电脑34以默认的怠速工况控制实验缸E⑶3 2和其它缸E⑶3 3, 此时第一缸内直喷喷油器18和第二缸内直喷喷油器36保持相同的喷油量和喷油定时运行, 进气道喷油器23不工作,此时发动机以怠速状态进行预热。当冷却水和机油温度达到预定 值(本实验选定的预定值为80°C)时,电脑34控制程序使本系统进入实验状态。
[0038]实验正式开始之前,在电脑34的程序中输入预定的实验缸进气温度和进气压力, 并发送停止实验缸喷油信号给实验缸E⑶32,第一缸内直喷喷油器18停止喷油。通过调整压 力调节阀20和高压油栗16的泄压阀,使进气道喷油器23的喷射压力和第一缸内直喷喷油器 18的喷射压力达到实验预定值。
[0039]在发动机达到实验预定转速时,在电脑34的程序中输入第二缸内直喷喷油器36的 喷油量数值和测功机35的加载命令,此时的实验缸37完全由其它缸38的运转倒拖。此时,实 验缸37的进气由废气涡轮增压器进行增压,废气涡轮增压器由其它缸38排气中的能量提供 动力。
[0040]位于实验缸进气管7的管路上的进气温度传感器24和进气压力传感器25对进气温 度和压力进行检测,并将测量信号发送给实验缸ECU32,实验缸ECU32将电脑34程序中输入 的温度和压力预定值与实际的进气温度和压力值进行比较,当进气温度和压力出现与实验 预定值有偏差时(过高或者过低),实验缸ECU32发送增压器旁通阀4和中冷器旁通阀6的开 度调整指令(减小开度或者增加开度)信号,增压器旁通阀4和中冷器旁通阀6接收到开度调 整信号后,做出相应的反应动作(减小开度或者增加开度)。
[0041] 待实验缸37的进气温度与压力达到预定值时,记录此时测功机35的功率数值Pi。 [0042]实验缸进气道喷射&缸内直喷实验:
[0043]待?:记录完成后,在电脑34的程序中输入进气道喷油器23和第一缸内直喷喷油器 18的喷油量和喷油定时,此时进气道喷油器23和第一缸内直喷喷油器18以相应的输入值向 实验缸37内喷油。待发动机稳定后,重新调整测功机35的加载,使发动机的转速恢复到喷油 之前的转速。待发动机的转速稳定后,记录此时测功机35的功率数值P2。此时实验缸37的指 示功率。控制电脑34中的燃烧分析程序开始对缸内压力传感器28接收到缸压信号 进行实时分析并存储,并控制尾气分析程序开始对尾气分析仪10接收到的尾气成分数值进 行显示并存储。
[0044]实验缸进气道喷射&倒拖实验:
[0045]待?!记录完成后,在电脑34的程序中输入进气道喷油器23的喷油量,此时进气道 喷油器23以相应的输入值向实验缸37内喷油。进气道喷油器23喷射的燃油与空气混合后在 实验缸37内形成预混合气。待发动机稳定后,重新调整测功机35的加载,使发动机的转速恢 复到喷油之前的转速。待发动机的转速稳定后,记录此时测功机35的功率数值P3。此时实验 缸37的指示功率PiiPs-Pi。控制电脑34中的燃烧分析程序开始对缸内压力传感器28接收到 缸压信号进行实时分析并存储,并控制尾气分析程序开始对尾气分析仪10接收到的尾气成 分数值进行显示并存储。
[0046]本实用新型的进气道喷油器23喷射的燃油具有更好的雾化性能。考虑到进气道喷 油器23喷射的燃油蒸发需要吸收热量,为了确保进气道喷油器23喷射的燃油能够完全形成 均质预混合气,本实用新型采用了具有较高贯穿距离的中压喷油器和其喷嘴面向温度较高 的进气门后背喷射的安装方式。并通过直喷燃油油轨I7使第一缸内直喷喷油器18和第二缸 内直喷喷油器36的喷油压力保持一致。通过实验缸ECU32和其它缸E⑶33两套电控系统对实 验缸37和其它缸38的喷油进行相互独立的控制,可以实现实验缸37相对于其它缸38采用不 同的喷油策略。
[0047]大部分针对发动机燃烧模式研宄的台架系统需要在具有倒拖功能的电力测功机 上进行,而本实用新型提供的实验系统,可以通过采用其它缸38倒拖实验缸37达到预定转 速的方法,简化了实验台架对测功机的要求,降低了对实验测功系统的要求,从而节约了成 本。本实验系统能够确保当实验缸37采用不同喷油策略后,通过智能化控制,可以将实验缸 37的进气压力、进气温度以及转速维持在一个恒定值。通过采用增压器旁通阀4来控制实验 缸37的进气压力,可以实现迅速的响应以及较高的控制精度;通过中冷器旁通阀6来控制进 气温度,对温度的控制采用调整高温空气与低温空气的混合比例的方法,可以实现迅速的 响应。本实用新型所提供的实验系统采用在同一台发动机上利用其它缸38的废气涡轮增压 器涡轮机I4为实验缸37进气提供增压压力的方法,不需要为实验缸37进气系统增加额外的 设备(如:空气压巧机、稳压罐、进气加热器、泄压阀等等)就能实现进气压力和温度的控制。 相对于通过缸内瞬时压力计算实验缸37指示功率的方法,本实用新型采用的实验缸37指示 功率的计算方法更加的准确。

Claims (6)

1.一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统,其特征在于:包括测功机(35)、以及 从多缸发动机隔离出来的实验缸(37)和其它缸(38);所述实验缸(37)为多缸发动机内靠近 正时齿轮端的气缸,除实验缸(37)以外的气缸均为其它缸(38); 所述实验缸C37)的进气系统设有带增压器旁通阀(4)的废气涡轮增压器压气机(3)、带 中冷器旁通阀(6)的进气中冷器(5)、进气温度传感器泛4)和进气压力传感器(25),实验缸 (37)的排气系统设有排气温度传感器(26)、排气压力传感器(27)和尾气分析仪(1〇); 所述其它缸(38)的排气通过废气涡轮增压器进入实验缸进气管⑺内; 还包括实验缸进气道喷油系统,实验缸进气道喷油系统的进气道喷油器(23)的喷油口 设在实验缸进气管(7)内; 所述实验缸(37)内的第一缸内直喷喷油器(18)和其它缸(38)内的第二缸内直喷喷油 器(36)通过直喷燃油油轨(17)连接到一起; 还包括与发动机的曲轴同步旋转的角位移信号发生器(29),以及安装于实验缸(37)内 的缸内压力传感器(28);缸内压力传感器(28)连接到电荷放大器(30),电荷放大器(30)连 接到采集卡(31);角位移信号发生器(29)直接连接到采集卡(31); 增压器旁通阀(4)、中冷器旁通阀(6)、直喷燃油油轨(17)、进气道喷油器(23)、进气温 度传感器(24)、进气压力传感器(¾)、排气温度传感器G6)和排气压力传感器(27)均与实 验缸E⑶(32)电联;第二缸内直喷喷油器(36)与其它缸ECU (33)电联;采集卡(31)、实验缸 E⑶(32)、其它缸E⑶(33)和尾气分析伩(10)最终均与电脑(34)电联。
2.根据权利要求1所述的一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统,其特征在于: 所述实验缸(37)的进气系统包括依次连接的第一空气滤清器(1)、进气流量计(2)、废气涡 轮增压器压气机(3)、进气中冷器(5)和实验缸进气管C7),实验缸进气管(7)的另一端与实 验缸(37)连通;进气温度传感器(24)和进气压力传感器(25)设于实验缸进气管(7)上。
3.根据权利要求1所述的一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统,其特征在于: 所述实验缸(37)的排气系统包括依次连接的实验缸排气管(8)、稳压罐(39)、取气阀(9)和 尾气分析仪(10),实验缸排气管⑻与实验缸(37)连通;排气温度传感器(26)和排气压力传 感器(27)设于实验缸排气管⑻上。
4. 根据权利要求1所述的一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统,其特征在于: 所述实验缸进气道喷油系统包括依次连接的高压气罐(19)、压力调节阀(20)、蓄能器(21)、 蓄能器出口阀门(22)和进气道喷油器(23)。
5. 根据权利要求4所述的一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统,其特征在于: 所述进气道喷油器(23)的喷嘴正对实验缸(37)的进气门后背。
6.根据权利要求1所述的一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统,其特征在于: 所述直喷燃油油轨(17)的进油口端依次连接有高压油泵(16)和直喷燃油油箱(15)。
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