内燃机气道试验台简介

气道稳流试验台的应用 控制质量
– 质量部检测配件厂来的气缸盖质量（缸盖厂） – 主机厂批量检测，稳定性 – 气缸盖气道流动性能的在线检测
开发新产品
– 新机型研发 – 新燃烧系统
控制工艺
– 例如铸造、机加工过程造成的倾斜、偏心误差
气道稳流试验台布置图
天津大学研制气道试验台功能

评价内燃机进气道涡流比、滚流比、流量系数；
FEV）
研究方法、技术
缸内流动过程的微观研究—湍流速度场的变化过程
• • • • • • 热线风速仪CTA，单点测量，速度、湍流强度 激光多普勒测速仪LDA, LDV；单点测量，速度、湍流强度 激光粒子图像法，PIV，PTV；多点测量，二维速度场，流谱图 多位数值模拟技术CFD；二维速度场，流谱图，湍动能分布图 叶片风速仪测量法 涡流动量计法
– – – – 原理简单，结果可靠 广泛用于直接指导生产 研究单位和企业都适用 迅速给出结果，我们的 专利技术已可做到~1分 钟检测一个气道
• 缺点
– – – – 仪器昂贵 工作量大 操作复杂 只适于研究用
• 缺点
– 给出信息不够详尽，例 如无湍流方面的信息
气道稳流试验必要性
用稳态流动试验法检测、试验内燃机 的进、排气道的流量系数、涡流比、 等流动特性参数是国内外广泛采用并 行之有效的方法；
鉴定与评价
我国知名内燃机专家当 时的西安交大校长蒋德 明教授评价说： 在国际上首次提出在 稳流试验台上评价滚流 强度的方法和计算公式 （即SKLE方法）是独创 性的。
鉴定与评价（续一）
国际知名内燃机专家， 英国Brunel大学学科教授 Hua Zhao博士评价说： SKLE试验台是当今世界 上最先进最实用的内燃 机气道稳流试验台之一， 看到如此先进的一套系 统在中国汽车工业界被 开发出来并被广泛应用， 备受鼓舞，须知这一领 域一直被外国公司统治 着。
提高效率十倍以上；
开发出具有自主知识产权的、国内唯一完
整的全自动稳流气道试验台和在线检测系 列产品； 在核心发动机制造企业得到广泛应用。
潍柴在线检测
应用情况
天津一汽
应用情况
玉柴技术中心
应用情况
志成缸盖厂
应用情况
重庆宗申
应用情况
重庆隆鑫
应用情况
玉柴二发厂
应用情况
在线气道试验台 应用情况
广西玉柴机器股份有限Fra Baidu bibliotek司技术中心
重庆隆鑫集团技术研究开发中心 广西玉柴机器股份有限公司质量部 潍坊柴油机厂中速机厂 广西玉柴机器股份有限公司装备厂 河南缸盖厂 重庆志成机械厂 天津一汽夏利轿车股份有限公司产品开发中心 南昌大学 江淮汽车股份有限公司
25
26 27 28 29 30 31 32 34 36
试验台精度
量程 精度
压差
25-100hPa
0.3%FS
流量计
20-1500 m3/h
+/1.5%@V
+/- 1%FS
扭矩
0.2[Nm]
气门升程
30 mm
0.05mm
涡流比重复性：+/- 0.06 流量系数重复精度： +/- 0.005
主要创新点
首次提出SKLE方法； 首次提出可变压差理论及试验技术；
天津大学内燃机气道试验台 简介
天津内燃机燃烧学国家重点实验室 2009年4月
缸内空气运动重要性
内燃机缸内气体流动是影 响内燃机燃烧性能的决定性 因素，直接决定其动力、经 济及排放特性。
螺旋进气道 直喷柴油机燃烧系 统的关键部件
对直喷柴油机的功 率输出，燃油经济性 ，排烟以及排放等都 有巨大影响，因为它 影响着空气和燃油的 混合过程和燃烧过程 。
37
39 41 43
TUST103
TUST103 TUST103 TUST103
上海通用汽车有限公司
广西玉柴机器股份有限公司质量部 洛阳拖拉机股份有限公司 华晨汽车股份有限公司
38
40 42
TUST103
TUST103 TUST103
广西玉柴机器股份有限公司装备厂
广西玉柴机器股份有限公司第二发动机厂 天长缸盖厂
缸内流动宏观测量—稳流试验技术，即气道试验台 宏观流动的评价方法
• • • • Ricardo评价法，英国 FEV评价法，德国 AVL评价法，奥地利 SwRI 评价法，美国西南研究院
动量计
微观研究与宏观检测的对比
• 微观研究优点
– 信息详尽 – 阐明机理透彻 – 适于研究用
• 宏观（稳流气道试验 台）检测优点
内燃机缸内空气运动的主要形式
直喷柴油机缸内空气运动
– 涡流，立轴涡流，主要运动 – 挤流 – 湍流
汽油机缸内空气运动
– 滚流，横轴涡流； – 涡流
涡流
挤压流：活塞接
近上止点时，空气 被挤入活塞头部的 燃烧室内
湍流：壁面生成
旋涡拉伸火焰
a) 涡流测量
b) 滚流测量
用叶片风速仪的方法测量涡流或滚流（
TUST103 TUST103 TUST103
潍柴动力股份有限公司技术中心
洛阳北方易初摩托车有限公司 绵阳新晨动力有限公司 上海比亚迪汽车股份有限公司
9
10 11 12 13 14 15 16 33 35
TUST-Ⅳ
TUST-Ⅳ TUST-Ⅴ TUST102 TUST-Ⅴ TUST102 TUST102 TUST101 TUST103 TUST103
加精确，使变压差方法更趋完美。
国内外同类技术比较
国外同类产品
1. 只给出一种结果，不 1. 能横向对比； 2. 假设条件不符合实际 2. 工程应用价值降低； 3. 定压差技术，效率低，3. 15分钟； 4. 价格昂贵：25-40万 4. 欧元。
本成果产品
给出SKLE结果及国际 上4种评价结果； SKLE方法，精确预测， 工程应用价值高； 变压差技术，检测效 率高，1.3分钟； 价 格 经 济 ： 40 万 元 RMB。

评价排气道的流量系数； 检测进、排气管的流量特性; 空气滤清器的流量特性。
适用范围： 柴油机、汽油机、摩托车发动机
变压差方法的提出

内燃机运行时气道内气体为充分发展 的湍流流动，其无量纲量是不变的；

确立充分发展的湍流流动的实验条 件； 免去对其压力差的调控

变压差方法的提出
定压差（3500 Pa）与变压差试验结果的比较
序号
1
2 3 4
型 号
TUST-I
TUST-Ⅰ TUST-II TUST-Ⅰ
使 用 单 位
广西玉柴机器股份有限公司技术中心
天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室 广西玉柴机器股份有限公司技术中心 中国人民解放军军事交通学院
序号
17
18 19 20
型 号
TUST102
TUST102 TUST103 TUST103
鉴定与评价（续二）
先后通过了教育部3次子项目的鉴定
（1998年，2003年，2005年）
国家教委1994年科技进步三等奖 天津市1999年科技进步三等奖 教育部2005年提名国家科学技术奖
科技进步一等奖
不同燃烧室及燃油系统对涡流比有不 同的匹配要求，涡流比过高过低都将 使燃烧恶化、排放变差。
气道稳流试验优越性
稳流气道试验台原理简单，结果可靠，
能迅速给出结果，广泛用于直接指导生 产。
国外著名发动机咨询公司如英国Ricardo、
奥地利AVL、德国FEV及美国SwRI等都 有自己的方法，以进行气道性能的评价。
实现自动化 1. 机械方面： 滚道机构，气动滑道机构，
自动控制气门升程；
2. 电气方面： 3. 软件方面：
自动处理实验数据, 多种评价方法的结果，
数据库；
4. 变压差技术：可在1.3分钟完成一个气道的检测。
可压缩流
稳流试验中把空气当作不可压缩流体来处
理， 只是一种近似；
按可压缩流体处理，可得到精确的结果； 变压差方法+可压缩流体计算将使数据更
使 用 单 位
广西玉柴机器股份有限公司第二发动机厂
天津内燃机研究所 上海柴油机股份有限公司 中国重汽集团济南技术中心有限公司
5
6 7 8
TUST-I
TUST-Ⅲ TUST-I TUST-Ⅳ
山东大学
广西玉柴机器股份有限公司质量部 河南科技大学 重庆宗申集团技术研究开发中心
21
22 23 24
TUST103
• 经过十多年的基础研究和技术发展，目前 变压差全自动气道试验台已有4种型号，并 成功应用于国内各大汽车公司、发动机骨 干制造企业、著名内燃机研究所和高校等， 完成项目43项。 • 另外为广西玉柴机器股份有限公司、上海 大众汽车有限公司、奇瑞汽车有限公司， 保定长城汽车有限公司等开发/评价多个气 道。
TUST104
TUST104 TUST103 TUST103 TUST103 TUST103 TUST103 TUST103 TUST103 TUST103
广西玉柴机器股份公司第二发动机厂轻微车间
广西玉柴机器股份公司第一发动机厂重机车间 长城汽车股份有限公司汽车工程研究院 重庆隆鑫集团技术研究开发中心 重庆建设集团技术中心 中国船舶工业总公司第七一一研究所 广西玉柴机器股份有限公司装备厂（大缸径用） 广西玉柴机器股份有限公司技术中心 北京理工大学 广西柳机动力有限公司