WO2013049985A1

WO2013049985A1 - 测量发动机进气系统的性能的稳流试验台

Info

Publication number: WO2013049985A1
Application number: PCT/CN2012/080388
Authority: WO
Inventors: 路明
Original assignee: Lu Ming
Priority date: 2011-10-08
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2013-04-11
Also published as: CN202330026U

Abstract

一种测量发动机进气系统的性能的稳流试验台，该试验台包括一个模拟气缸（6）、一个涡流排气管（3）、一个滚流排气管（9）、两个叶片风速仪（2，10）、两个转速表（4，8）、一个压力计（11）、一个流量计（12）、一个排气道（15）、一个二级稳压箱（1）、一个稳压箱（14）等部件。该试验台可以同时测量发动机进气系统产生的宏观的大尺度涡流和滚流运动强度以及充气效率。

Description

测量发动机进气系统的性能的稳流试验台

技术领域

本发明涉及发动机制造领域，具体是一种测量发动机进气系统的性能的稳流试验台。功能是测量发动机进气系统在汽缸内形成的气流的旋流能力和充气效率。背景技术

发动机的进气系统主要包括：进气道、燃烧室、进气门，以及控制进气门运动的机构等部件。发动机进气系统的性能主要是指进气系统的进气效率和使进入汽缸内的气流产生旋转运动的能力。进气效率是指通过进气系统进入的气体体积和汽缸排量之比，它衡量进气系统的流通能力。因为进气过程中气流流经进气道、进气门、燃烧室，必然会遇到流动阻力，影响充气效率。发动机的充气效率降低意味着发动机的输出功率下降。

进气系统可以对进气过程进行组织，造成进入发动机汽缸内的气流产生一定模式的旋转运动，有利于提高燃烧速度和放热率，致使改善发动机的燃烧过程。进气系统产生进气旋转主要是由进气道、燃烧室和进气门的几何形状的设计完成的。

众所周知，有两种基本的旋转运动模式，涡流（swirl ) 和滚流 (tumble)。图 1 是发动机汽缸内涡流和滚流运动模式的示意图。这两种气流运动模式对发动机的燃烧过程的影响机制不同。理论和实验表明，涡流和滚流的混合运动模式，又称斜轴涡流对发动机燃烧过程的改进最为显著。发动机汽缸内的气流的旋流能力用涡流比或滚流比 r表示，

0)_s 式中 r是涡流比或滚流比；是涡流转速或是滚流转速； ^¾是发动机转速。发动机进气过程是瞬态的（随时间变化），而上述参数的测量一般是在稳定流动状态下进行的。测量时将按照不同的进气门升程位置逐次固定进气门，形成准稳定流动状态，在每一个进气门开启位置下进行涡流或是滚流转速和进气流量的测量，再将准稳定条件下获得的测量结果进行积分运算，最终获得该进气系统的旋流能力和充气效率指标。这样的试验台架被称为测量发动机进气系统的性能的稳流试验台。稳流实验结果对发动机进气系统的自身比较是有意义的。目前存在专门测量涡流或是滚流运动的稳流试验台，但是发动机汽缸内的涡流和滚流运动模式有着明显的不同，试验台应该同时测量汽缸缸内两种大尺度的旋流运动。综上所述，为测量发动机进气系统的性能，需要一个既能测量发动机汽缸内的旋流能力，（包括涡流和滚流），同时测量发动机的充气效率的、具有工业实用性的装置。发明内容

本发明的目的是提供一种测量发动机进气系统的性能的稳流试验台，包括一个模拟汽缸、一个涡流排气管、一个滚流排气管、二个叶片风速仪、一个转速表、一个压力计、一个流量计、一个排气道、一个二级稳压箱、一个稳压箱等部件，各个部件的连接关系是：模拟汽缸连接一个内部装有一个叶片风速仪的涡流排气管和一个内部装有一个叶片风速仪的滚流排气管；

涡流排气管和滚流排气管共同连接到一个二级稳压箱；

二级稳压箱连接至排气道；

排气道连接压力计和流量计，再接到另一个稳压箱。

该装置能够同时测量汽缸缸内涡流和滚流两种大尺度的旋流运动，以及进气系统的充气效率。该装置结构简单、操作简便，易于维护，可用于发动机的新型进气道、进气门、燃烧室的开发过程，也可用于发动机制造过程中检测进气系统的性能。附图说明

图 1 ( a) 是发动机汽缸内涡流运动模式示意图；图 1 (b)是发动机汽缸内滚流运动模式示意图。图中， 16活塞、 17汽缸、 18排气门、 19进气门、 20进气道、 5涡流运动方向、 7滚流运动方向。

图 2是测量发动机进气系统的性能的稳流试验台的实施方案布局图。图中， 1二级稳压箱、 2叶片风速仪、 3涡流排气管、 4转速表、 5涡流运动方向、 6模拟汽缸、 7滚流运动方向、 8转速表、 9滚流排气管、 10叶片风速仪、 11压力计、 12流量计、 13鼓风机、 14稳压箱、 15排气道。

图 3是测量发动机进气系统的性能的稳流试验台的具体实施方案布局图。图中， 19进气门、 21汽缸盖、 22汽缸盖定位系统、 6模拟汽缸、 3涡流排气管、 4转速表、 23石英窗、 10叶片风速仪、 1二级稳压箱、 24连接管道、 15排气道、 11压力计、 12流量计、 14稳压箱、 13鼓风机、 10叶片风速仪、 23石英窗、 8转速表、 9滚流排气管、 21进气道。具体实施方式

图 2是测量发动机进气系统的性能的稳流试验台的实施方案布局图。如图中所示，为了测量缸内大尺度的涡流和滚流运动，必须把一个叶片式风速仪（2) 放在模拟汽缸的涡流排气管中（3) ，在涡流运动方向上（5) 测量；把另一个叶片式风速仪（10) 放在横放的滚流排气管中（9) ，在滚流运动方向（7) 测量。而实际运行过程中，发动机缸内涡流和滚流的位置，强弱都在不断变化，所以，风速仪（2、 10 ) 的转速只反映了在特定位置上缸内大部分气流的运动状况。稳流模拟实验的结果作为自身的相对比较是有价值的。涡流排气管（3)和滚流排气管（9)共同连接到一个二级稳压箱（1 )，后面连接至排气道（15)。排气道（15) 的壁面上安装压力计（11 ) 和流量计（12)，再接到另一个稳压箱（14)。

试验时，在每一个气门升程下，让鼓风机（13) 吸风，通过调节鼓风机（13) 使得压力计（11 ) 中的压差 ΔΡ 为一定值，读出流量计（12 ) 中的流量，以及和转速表（4) 和

(8)中的叶片风速仪（2)和（10)转速，即可取得涡流比或滚流比 R，以及充气效率稳流试验台使用原理：

稳流试验台上涡流比或滚流比可以定义为

( 1 ) 式中 N_s ( )是某一气门升程下叶片风速仪的转速，量纲为转 /分钟；是某一气门升程下气体体积：纲为米 ³/秒；是发动机曲轴转角，此处可以转换成气门升禾 '主; 高度；是发动机汽缸排量。进气系统的充气效率为

QM

( 2)

式中^)是理论进气速度， = ：纲为米 /秒；是流量计中的压差；是

P

进气门气门座面积。进气系统的性能指标需要对涡流比或滚流比、充气效率进行积分，得到进气过程的平均涡流比或滚流比，以及平均充气效率，作为衡量进气系统性能的指标。平均涡流比或滚流比定义为

1 λ .

] = 7：唱 — sin ^ H—— sin 2^ άθ ( 3)

2 4

考虑到压缩比和充气效率的影，经平均涡流比或滚流比为

平均充气效率为 (5)

以另一个具体实施方案进一步说明本发明提出的测量发动机进气系统的性能的稳流试验台的结构和原理。图 3是测量发动机进气系统的性能的稳流试验台的具体实施方案布局图。如图中所示，首先在呈圆柱形薄壁腔体的模拟汽缸（ 6 )上安置汽缸盖定位系统（ 22 )，目的是为将汽缸盖（21) 与模拟汽缸（6) 对正。为了测量缸内大尺度的涡流和滚流运动，必须把一个叶片式风速仪（2) 放在模拟汽缸的涡流排气管（3) 中，测量涡流旋转运动；把另一个叶片式风速仪（10) 在模拟汽缸的滚流排气管（9) 中，测量滚流旋转运动。涡流、滚流排气管（3、 9) 均为圆柱形薄壁管道，直径为模拟汽缸（6) 直径的三分之二。涡流排气管在（3) 模拟汽缸（6) 底部；滚流排气管（9) 中心轴线与模拟汽缸中心轴线垂直，安装在模拟汽缸（6) 沿轴线方向的下部，目的是模拟进气终了时刻的滚流运动。涡流和滚流排气管中的叶片风速仪（2、 10) 由气流带动其旋转。涡流和滚流排气管（3、 9) 上有小的石英窗（23) 。转速表（4、 8) 上的光电转速器通过石英窗（23) 对正叶片风速仪（2、 10) 上的传感器，以记录叶片风速仪以的转速。

涡流排气管（3) 和滚流排气管（9) 通过一个连接管道（24) 连接到一个二级稳压箱

(1) ，是一个长方体形状的空腔，可以减弱进气流动的脉动。二级稳压箱（1) 连接排气道（15) ，其形状是圆柱形薄壁管道，壁面上接入压力计（11) 和流量计（12) 。流量计

(12) 可以是板孔流量计或涡街流量计。排气道（15) 再接入稳压箱（14) ，是一个长方体形状的空腔，上面接入鼓风机（13) 。稳压箱（14) 的作用是为了减弱鼓风机（13) 的进气脉动，使得试验在稳定流动中运行。

试验时，在每一个气门升程下，将进气门（19) 位置固定，让鼓风机（13) 吸风，气流进入通过进气道（21) 进如模拟汽缸（6) 。调节鼓风机（13) 的转速，调节进气量，使压力计（11) 中的压差 ΔΡ保持为一定值，读出流量计（12) 中的流量和转速表（4、 8) 中的叶片风速仪（2、 10) 转速，按照前面的公式（4) 和（5) 即可取得进气系统的涡流比或滚流比 R，以及充气效率

附图标记列表

1二级稳压箱

2叶片风速仪涡流排气管转速表涡流运动方向模拟汽缸滚流运动方向转速表滚流排气管叶片风速仪压力计流量计鼓风机稳压箱排气道活塞

汽缸

排气门进气门进气道汽缸盖汽缸盖定位系统石英窗

Claims

1. 一种测量发动机进气系统的性能的稳流试验台，其特征是，包括一个模拟汽缸、一个涡流排气管、一个滚流排气管、二个叶片风速仪、一个转速表、一个压力计、一个流量计、一个排气道、一个二级稳压箱、一个稳压箱等部件，所述各个部件的连接关系是：模拟汽缸（6) 连接一个内部装有一个叶片风速仪（2) 的涡流排气管（3) 和一个内部装有一个叶片风速仪（10) 的滚流排气管（9);

涡流排气管（3) 和滚流排气管（9) 共同连接到一个二级稳压箱（1);

二级稳压箱（1) 连接至排气道（15);

排气道（15) 连接压力计（11) 和流量计（12)，再接到另一个稳压箱（14)。

2. 根据权利要求 1所述的测量发动机进气系统的性能的稳流试验台，其特征在于，所述的模拟汽缸（6) 是呈圆柱形的薄壁腔体。

3. 根据权利要求 1所述的测量发动机进气系统的性能的稳流试验台，其特征在于，所述的涡流排气管（3)呈圆柱形薄壁管道的形状，直径为模拟汽缸（6)直径的三分之二，沿轴线方向连接在沿模拟气缸（6) 的中心轴线方向的底部位置。

4. 根据权利要求 1所述的测量发动机进气系统的性能的稳流试验台，其特征在于，所述的滚流排气管（9)呈圆柱形薄壁管道的形状，直径为模拟汽缸（6)直径的三分之二，其中心轴线与模拟气缸（6) 的轴心轴线垂直，安装在模拟汽缸（6) 的侧面下放的部位。