内燃机气道试验台简介
PPT3-气道试验台测量误差分析-詹仰钦
内燃机气道试验台误差分析詹仰钦天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室2008.7目录一.测量方法二.误差基本概念三.试验台误差分析四.结论台桌直线步进电机流量变送器稳压厢稳压筒动量计风机采集仪计算机TUST102气道稳流试验台原理图模拟缸套一测量方法试验台照片二误差基本概念1.测量分类1)直接测量：可用量具或仪表直接读出测量的值。
2)间接测量：由直接测量值经公式运算得出的，称为间接测量，如密度, 体积。
3 误差分类1.系统误差特征：在同一条件下多次测量同一量时，误差的绝对值和方向保持恒定，或者在条件改变时，误差的绝对值和方向按一定规律变化。
2. 随机误差a) 特征：在同一条件下多次测量同一量时，每次出现的误差大小，正负没有确定的规律，以不可预知的方式变化着。
b)随机误差的估算）（）（112−−=∑=n n x x ni i x σ平均值的标准偏差112−−=∑=n X x ni i ）（σ随机误差的正态分布规律标准偏差4 直接测量结果的不确定度目前国际公认的有三条1) 不确定度按其数值的评定方法归并成A,B两类u A ,u B 2) 如果各分量是独立的，测量结果的合成标准不确定度是各分量平方和的正平方根:3) 根据需要可将合成标准不确定度乘以一个包含因子K(取值范围2-3之间),作为展伸不确定度,使测量结果能以高概率(95%以上)包含被测真值.22BA uu u +=1) 直接测量结果的A类不确定度多次重复测量误差处理,根据随机误差计算平均值之标准偏差.即)1()(2−−=∑n n x x u iA 3Δ=Bu2) 直接测量结果的B类不确定度用其他方法估算的误差:如仪器的极限误差,示值误差限或允许误差限或最小分度值△3) 直接测量结果的合成不确定度.测量结果=相对误差: (P=68.3%)展伸不确定度:22BAx uu u +=xu x ±%100*x u E xr =xKu u =6 气道试验测量误差的来源①仪器装置误差②原理方法误差③环境条件误差④个人误差⑤被测量本身的起伏变化⑥测量仪器对被测量的扰动以上6种误差在气道实验中都会出现，在实验中要认真分析，积累经验。
气道相关知识讲解
气道形状参数对气道性能的影响之二
➢ 提高涡流比：修气道芯子有效（减小喉口面 积）
➢ 降低涡流比：修阴模有效（增大喉口面积） 喉口区域是最敏感区域（约离凸台10mm）
➢ 凸台低，离底平面近，坡度变小，切向速度 变大，涡流比将变高
➢ 凸台高，离底平面远，涡流比将变低 凸台高低也是气道性能最敏感参数之一
15
气道形状参数对气道性能的影响之三
➢ 变坡度，提高或降低切向能力，从而提高 或降低涡流比
➢ 螺旋室变大可以提高涡流比 ➢ 通道口对流动不敏感 ➢ 其它区域，如当前在气缸盖修磨的区域，
提高或降低涡流比时总的原则是改变气流 流动截面和流动方向（角度）
16
气道形状参数对气道性能的影响之四
如将105扩缸至108，喷孔数从4变为5： ➢ 由于缸径加大，流量要求加大； ➢ 喷孔数变多，涡流比要小。
缓坡段 喉口 凸台
气 道 入 口
b
敏 感 区
c
a
陡坡段 螺旋部分 呈蜗牛壳形 状
13
气道形状参数对气道性能的影响之一
➢ 喉口截面大小是影响气道参数的关键：气 道截面缩小，流速提高，切向流速变大， 涡流比将提高
➢ 蜗壳形状有一个最佳值 ➢ 气道入口的位置、凸台（螺旋室）的高低
对涡流比有较为明显的影响（详细见后）
9
气道参数的定义
➢ 涡流比 涡流旋转速度/发动机转速
➢ 流量系数 气道实际流量/理论流量
不同的评价方法有不同的具体定义
10
燃烧室中燃油束分布形式源自11合适的涡流比➢ 喷油夹角 ➢ 喷油持续期内曲轴转角度数
当然，实测为进气终了涡流比， 燃烧室内涡流比要大些（角动量守 恒）
12
螺旋进气道的关键形状
基于CFD技术的柴油机气道性能研究
ｍ 口Ｍ ｆ ｔ
■一
ｍ ￡ｅ ＾０
式 中 ， 表 示 实 际流量 ，ｇｓ ｍ 表示 理 论 ｍ ｋ／ ；
流 量 ，ｇ ｓ ｋ／ 。 理 论流 量 可 由下 面 的公式 得 到 ：
Ｃ Ｄ技 术对 气道 流场 进 行 模 拟仿 真 ， 后选 出 最佳 Ｆ 然
ｄ ｃ ｄ，ｔｏ ｈ ｎ，ｃ ｌｕ ａｅ ｅ ｕ ｔ ｗ ｒ ｏ ａ ｅ ｉ ｘ ｅ ｉ ｎａ ｅ ｕ ｔ． ｕｅ ｏ ．Ｔ ｅ ａｃ ｌ ｔｄ ｒｓ ｌ ｅ ｅ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｗ ｔ ｅ ｐ ｒ ｓ ｈ ｍｅ ｔｌｒ ｓ ｌｓ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ＣＦ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ；ｄｅ ｅ ｎ ｉｅ；ｐ ｒ ；ｐ ｒ ｒ ａ ｃ Ｄ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｉｓ ｌ ｇ ｎ ｅ ｏｔ ｅ ｏ ｆ ｍ ｎｅ
・
２ ０・
内燃 机
２ １ 年 ６月 ０１
ｋ ／ ； 。 示 环境 压力 ， ａ ｇ ｍ。 Ｐ 表 Ｐ ；Ａｐ表 示进 出 口压 差 ，
相同， 为气 缸 直径 的 ２ ５倍 ， ． 目的是 为 了减小 出 口气 流对 测 量平 面影 响 。气道 计算 模 型见 图 １ 。 气道 流量 系数 和涡流 比 的计 算采 取 的是 Ａ Ｌ的 Ｖ 方法 和 公 式 。共 计 算 的 气 门升 程 分 别 为 ２ ３ ４ ５ ，，，， ６ｍｍ 五个工况 时 的气 道稳态流 动 。 这
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｎ Ｄｉ ｓ ｌＥｎ ｉ ｓ ａ ｃ ｆＰｏ ｔＰｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｅ ｅ ｇ ｎｅ
Ｂａ ｅ ｎ ＣＦＤ ｃ ｎ ｌ ｇ ｓｄｏ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ
Ｚ ＨＡＮＧ ｉｎ—ｃ ｏ，ＸＵ Ｔ ｏ Ｊａ ａ ａ
农用柴油机气道流动特性稳流试验系统研究
、
￣
、 ． ．
ＨＩ Ｓ ＧＲ Ｃ Ｌ Ｕ Ａ Ｃ Ｎ Ｚ ＴＯ ． ＮＥ ＥＡ Ｉ Ｕ Ｔ Ｒ Ｌ ＭＥ ＨＡ Ｉ Ａ Ｉ Ｎ Ｃ
、
＾
农 用柴油机气道流 动特性 稳流试 验 系统研 究
徐 安 桃 ， 洪 军， 书 亮， 天友 许 刘 王
Ａ ｓ ａ ｔ Ｔ ｅａ ｏｔ ｅ ｏｍａｃ （ ｉ ｎ ｎｉ ｎ ｏ ｂｔ ｃ： ｈ ｉ ｐ ｒ ｐ ｒ ｒ ｎｅ ｓ ｒ ｉｔ ｓｙａ ｄｆ ｗ ｒ ｒ ｆ ｗｌ ｅ ｔ ｌ
稳态 流动模 拟 试 验， 量 进气 涡 流 强 度和 气 道 阻力 等 测 可 比较 的参 数 ， 以此 来 评 价 气 道 性 能 的优 劣 ， 为 确 作
定 气道 的结构 和 尺 寸 的依 据 ， 检 测 确定 已生 产 出 的 并 缸 盖合 格 与否 等 。 现代 自动化 农 用 发 动机 气道 稳 流试 验 台 主要 包 括 试 验 台主 体 、 稳压 筒 体 、 拟 缸 套 、 体 涡 流 测 量 模 气 装置 、 滚流 测 量装 置 ｆ 汽 油 机 而 言）进 排 气 管 路 和 对 、 转换调节阀 、 压离心风机 、 流动量计 、 高 涡 涡街 （ 孔 或
PPT1-内燃机缸内气体流动与气道-刘书亮
内燃机缸内气体流动与气道内容目录1.内燃机缸内空气运动的主要形式2.缸内空气运动对发动机的影响3.气流运动研究与检测技术4.涡流和滚流强度的测量及评价方法的比较5.螺旋气道制造偏差对性能的影响6.变压差技术7.几个评价参数，Cf，Rs，Cp，Cd，Z8.涡流比的预测精度，SKLE，湿度，可压缩性1.内燃机缸内空气运动的主要形式••目的意义•••••••••••内容目录1.内燃机缸内空气运动的主要形式2.缸内空气运动对发动机的影响3.气流运动研究与检测技术4.涡流和滚流强度的测量及评价方法的比较5.螺旋气道制造偏差对性能的影响6.变压差技术7.几个评价参数，Cf，Rs，Cp，Cd，Z8.涡流比的预测精度，SKLE，湿度，可压缩性在内燃机中，涡流和滚流以不同机理产生湍流不同燃烧系统对湍流火焰速度/层流火焰速度之比（F S R）的影响滚流••••直喷式燃烧室的形状燃烧室中燃油束分布形式可变涡流比的效果涡流••••中；–产生涡流需要付出代价--进气压降增大。
影响：大流量系数-8%影响：中流量系数0%影响：小流量系数+3%双螺旋气道切向与螺旋组合双切向气道小结••–减少局部热点（NOx生成点）内容目录1.内燃机缸内空气运动的主要形式2.缸内空气运动对发动机的影响3.气流运动研究与检测技术4.涡流和滚流强度的测量及评价方法的比较5.螺旋气道制造偏差对性能的影响6.变压差技术7.几个评价参数，Cf，Rs，Cp，Cd，Z8.涡流比的预测精度，SKLE，湿度，可压缩性3. 研究方法、技术•SwRI评价法，美国西南研究院•SKLE评价法，中国二维激光多普勒(LDA)测速系统LDA光路系统加长活塞活塞顶石英窗原机活塞原机气缸体45°反射镜Teflon 活塞环延长气缸体带冷却水套软垫软垫气缸盖石英缸套支撑钢套螺栓中心线可进行光学测量的发动机纵刨面LDA在缸内测点分布图激光多普勒测速(LDA)结果压缩过程中四气门汽油机缸内滚流的变化压缩过程中缸内湍动能平均值的变化测量点测量点测量点燃烧室中不同测量点的湍流强度变化曲线m/sPIV 实测结果工况：120°CA ATDC 480r/min过进排气门中心截面流场m/s小结内容目录1.内燃机缸内空气运动的主要形式2.缸内空气运动对发动机的影响3.气流运动研究与检测技术4.涡流和滚流强度的测量及评价方法的比较5.螺旋气道制造偏差对性能的影响6.变压差技术7.几个评价参数，Cf，Rs，Cp，Cd，Z8.涡流比的预测精度，SKLE，湿度，可压缩性评价方法：涡流和滚流强度及流量系数的测量测量—气道稳流试验台评价：Ricardo评价法FEV评价法AVL评价法SwRI评价法SKLE评价法。
内燃机智能型稳流气道试验台性能评价与应用
３ 试 验 方 法 及 计 算 软 件 应 用
气 道 试 验 台 试 验 方 法 有 定 压 差 法 和 可 变 压 差 法
次 涡 流 Ｊ， 表示 。目前 ，气道 稳 流 试 验 的 计 算 方 法 Ⅳ来 有 Ｒ ｃ ｒ ｏ方 法 、Ｆ Ｖ方 法 、Ａ Ｌ方法 和 Ｓ Ｉ ｉａ ｄ Ｅ Ｖ Ｗ Ｒ计 算 方法等 。 ２ １ Ｒ ｃ ｒ ｏ计 算 方 法 ． ｉａ ｄ 英 国 Ｒ ｃ ｒ ｏ公 司采 用 涡 流 比 Ｒ 进 气 结 束 时 ｉａ ｄ （
维普资讯
２０ ０ ６年 ４ 月
农 机 化 研 究
第 ４期
内 燃 机 智 能 型 稳 流 气 道 试 验 台 性 能 评 价 与 应 用
汤 东 ，罗 福 强 ，刘 胜 吉
（ 苏 大 学 汽 车 学 院 ，江 苏 镇 江 ２ ２ １ ） 江 １ ０ ３
此 常 用 稳 流 模 拟 试 验 装 置 一 稳 流 气 道 试 验 台 进 行 研
轴 承 座 可 取 出 ，使 更 换 叶 片更 容 易 。
收稿 日期 ：２０ — ３０ ０ ５０ — ２
基 金项 目：江 苏省 教育 厅 自然 基金 项 目资 助 （０ Ｋ Ｄ ０ ３） ４ Ｊ Ｉ０ ４ ３
图 １ 智 能 型 气 道 试 验 台 示 意 图
气 道 试 验 台 还 有 工 作 平 台 、气 缸 盖 压 紧装 置 、 气 门升 程 调 节 装 置 和 气 缸 盖 对 中装 置 等 ，只要 一 次 装 夹 即 可 。 换气 缸 盖 时 ，只要 更 换 模 拟缸 套 。 叶 片
２ 气 道 性 能评 价指 标 与 计 算 方 法
可 用 涡 流 动 量 矩 仪 来 测 量 涡 流 动量 矩 ，然 后 用 公 式
内燃机实验实验指导书
内燃机实验实验指导书南昌大学机电工程学院动力工程系发动机实验室目录实验一发动机机械效率的测定实验二柴油机负荷特性实验实验三发动机气道稳流性能实验实验四柴油机燃油喷射过程实验附录一发动机台架试验安全操作规范实验一 发动机机械效率的测定一 试验目的：1、了解发动机试验台架的组成，掌握发动机扭矩、功率、转速及油耗等基本发动机性能参数的测量方法。
熟悉电涡流测功器、油耗转速测量仪、发动机数控试验台等仪器的原理和使用方法。
熟悉FST2E 发动机数控系统的使用方法和用户程序的编制方法。
2、采用油耗线法测定发动机机械效率ηm ，并由此计算出发动机的机械损失功率。
目的在于了解发动机的机械磨擦损失随曲轴转速与负荷的变化规律，以便评定发动机的结构完善程度与调整装配质量；还可以借以推算发动机的指示功率，也可用于评定发动机工作均匀性。
二、试验仪器及设备：2105B 型柴油机 南昌凯马柴油机有限公司CW100-3000/10000电涡流测功机 迈凯（洛阳）机电有限公司FCM-D 油耗转速测量仪 上海内燃机研究所FST2E 发动机数控试验台 迈凯（洛阳）机电有限公司三、实验基本原理：本实验采用油耗线法测定2105B 型直喷非增压柴油机的机械效率ηm 。
实验基本原理为：发动机在某一具体工况下指示热效率为： 136003600()i e m A A u A uP P P B H B H η⨯⨯+==发动机同一转速下空转时指示热效率为：假设发动机该工况下和空转时的指示热效率相同（即ηA=η0），则有：故，该转速的发动机机械损失功率可通过下式计算得到：则，该转速下的有效功率为Pe时机械效率ηm为：eme mPP Pη=+另：由于通过油耗法测得发动机机械效率是基于同一转速下不同负荷时发动机指示热效率相等的假设基础上的，但实际情况是在同一转速下不同负荷时发动机的指示热效率是不同的（特别是在点燃式预混燃烧模式发动机上相差更大）。
因此采用油耗法，某个具体工况点的选取对实验精度影响很大，该工况点的选取应尽量保证其与同转速下空转时的热效率近似。
汽油机PIV稳态进气试验及滚流比计算
汽油机PIV稳态进气试验及滚流比计算朱忠攀;林瑞;杜爱民;朱沛沛;袁峥正【摘要】针对某3缸汽油机,搭建了粒子图像测速(PIV)可视化试验测试系统,并进行缸内流场测量.研究了通过不同流场切面进行滚流比计算的试验方法,并进行了试验与仿真结果的对比.研究结果表明:基于2D3C PIV试验测得的缸内横切面速度场与AVL FIRE软件仿真数据具有较好的一致性,试验与仿真计算的流量系数与滚流比随气门升程的变化趋势吻合,误差在合理范围内.通过2D2C PIV可以测得缸内不同切面的速度场来表征缸内三维的流场变化,其中气门轴对称切面很好地表征了滚流的运动状态,此外,通过一系列PIV测量得出的等间距轴向切面与旋转轴向切面可以拟合横切面的速度场,其速度分布与梯度变化趋势与2D3C测得的速度场相同,但测得滚流比计算值偏小.【期刊名称】《内燃机工程》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】7页(P121-127)【关键词】内燃机;汽油机;PIV试验;进气;滚流比【作者】朱忠攀;林瑞;杜爱民;朱沛沛;袁峥正【作者单位】同济大学汽车学院,上海 201804;同济大学汽车学院,上海 201804;同济大学汽车学院,上海 201804;同济大学汽车学院,上海 201804;同济大学汽车学院,上海 201804【正文语种】中文【中图分类】TK417汽油机进气道设计的流动特性参数指标主要有流量系数和滚流(涡流)强度等。
相关研究表明：流量系数是表征充气量的重要指标，而滚流比则对气流运动、混合气形成及燃烧排放具有重要影响，高滚流比可以提高燃烧速率，改善燃烧稳定性与经济性，气道设计一般需要在获得足够流量系数的前提下尽量加大滚流强度[1-2]。
因此，流量系数、滚流比日益成为汽油机气道设计的重要性能衡量指标。
目前，国内外广泛采用稳态流动试验法检测试验发动机气缸盖进、排气道的宏观流动特性参数，但针对滚流比的计算评价方法尚未取得统一，常见的方法包括Ricardo评价方法、FEV评价方法、AVL评价方法及SwRI评价方法等[3]，由于试验设备、试验条件、计算方法等影响，其滚流比计算结果差异较为明显，且上述试验方法无法从微观角度展开流场测量分析。
13666267_关键零件全是国产华源莱动K15信心何来
03□邮箱：****************05刘向前专 题■ 本报记者 李晓菲关键零件全是国产华源莱动K15信心何来在我国发动机行业，有一个“怪”现象——关键零部件往往被外国品牌垄断。
其实，说怪也不怪——自身能力不足时，难免要请外援。
所以，山东华源莱动内燃机有限公司（以下简称“华源莱动”）的参赛机型K15，成了第六届“我信赖的商用车动力评选”专家评审会现场最讨专家“欢心”的参赛机型之一。
那是因为，除性能指标外，华源莱动K15最打动评审会专家的地方，在于其关键零部件全部使用国产产品，国产化程度让行业同类型产品难以望其项背，为内燃机产业链国产化进程的推进树立了标杆。
2010年进行竞品机选型调研，2011年完成图纸设计，2012年完成样机试制，已完成国五排放开发，正在进行国六排放升级……K15的开发过程伴随着不断地攻坚克难，作为这一过程重要的参与者和见证者，华源莱动总经理助理、技术中心主任、高级工程师、国务院特殊津贴专家张子辰向《商用汽车新闻》记者讲述了这一过程。
沃土才能结出硕果市场瞬息万变，要求产品不断升级换代、推陈出新，而实现这一切的基础是研发。
就研发能力而言，华源莱动是一块名副其实的沃土。
据张子辰介绍，华源莱动拥有各类专业技术人员134人，其中获得国务院政府特殊津贴的内燃机设计专家3人、应用研究员3人、高级工程师32人，多年来坚持自主开发，形成了以各级拔尖人才和学科带头人为核心，具备较高技术水平、高素质的新产品研发队伍，并与天津大学内燃机研究所等多家科研院所建立了长期技术合作关系。
与此同时，华源莱动多年来非常注重研发基础建设，1996年被评为省级技术中心企业，研发试验仪器设备先进，试验方法科学、公正、准确、高效，已经获得CNAS 国家实验室认可证书。
技术中心现有发动机试验台架12个，其中AVL 排放测试系统2台套，包含颗粒计数器和燃烧分析仪，能够满足国六排放开发需求。
另有气道试验台和油泵试验台等零部件研发试验设备，研发人员熟练掌握二维、三维设计软件，能够准确进行发动机零部件有限元分析、热力学计算分析、气道测试分析和流场分析等，提高了发动机设计的可靠性和速度，为加快新产品的开发提供了有效的技术保障。
气道试验台流量计算方法
3.2.1 Ricardo 方法Ricardo 咨询公司采用流量系数C s (定义为流过气门阀座实际空气流率与理论空气流率之比) 和涡流比R S (模拟气缸中涡流旋转转速与发动机曲轴转速之比) 分别表示气道的阻力大小和涡流强度。
它假定气道中的流动是不可压缩的绝热过程。
试验结果得到平均流量系数C s 和涡流比R S 。
3.2.2 FEV 方法德国FEV 咨询公司采用流量系数K α(定义为进气道包括气门座和气阀有效流通截面积与活塞顶面面积之比) 和涡流比a u C C /(定义为叶片旋转的切向速度与气缸中气流轴向速度之比) 来评价气道的流通能力和涡流强度的大小。
它假定进气过程为可压缩的绝热过程。
试验结果采用发动机在90% 最大气门升程下的K α和a u C C /，分别表示平均流量系数(K α)m 和平均涡流比(a u C C /)m 。
Ricardo 和FEV 两种评价方法考虑的侧重点不同, 如Ricardo 方法在测量系数上只评价气道本身性能的优劣, 不反映该气道与发动机缸径是否匹配良好, 而FEV 方法反映它与缸径的匹配, 而不反映气道本身性能的优劣。
本论文中，采用的是无因次涡流比Ω和通流系数μσ。
3.2.3 本试验所用评价参数1. 评价空气涡流强度的参数常采用无因次形式：涡流比Ω。
涡流比Ω＝nn D，其中n D 为试验测得的风速仪转速，n 是假定模拟气缸内气流的平均轴向流速等于活塞平均速度C m 时，所计算出来的假想发动机转速。
即：130γ⋅=h mV G n (3－1) 式中：G m ——试验中测得的空气流量（kg/s ）；1γ——气缸内的空气密度，可以用下式近似求出，01001p p p ∆-=γγ，p 0、γ0分别为大气压力和大气密度，Δp 1为进气道压力降；V h ——发动机工作容积（m 3）。
进气体积流量可以用下式来计算：121)(2γαεp p AG V -= (3－2)式中：G v ——空气体积流量（m 3/h ）；α——流量系数；ε——关于空气膨胀的修正系数，12154.01p p p --=ε； p 1、p 2——流量计前后的绝对压力（kg/m 3）； A ——孔板式流量计的孔的面积，42d A π=；d ——流量计孔径（m ）；可以根据流量计的型号查到α、ε的数值，A 、γ1可以计算出来，将这些常数代入上式中，可得：p p p G V ∆=-=76.1976.1921 (3－3)利用试验测得的的Δp,代入公式（3－3）中,可以求得体积流量G v ，将G v 换算成G m ，再代入公式（3－2）中，就可算出一定质量流量下的发动机模拟转速n D 。
发动机机试验台架的设计说明书
电力测功器
具有电涡流的功能还可用于：(1)摩擦功率 (倒拖)测量;(2)噪声试验研究; ( 3)在瞬态 试验台架上进行内燃机、零部件的试验;(4) 配上相应的软件,在高动态试验台架上进行变 速箱、传动系、动力系的性能测试,整套行驶 程序如经济性行驶模态、废气排放测试等。
3 测功器的选配
下面几个方面考虑： 1）设计功率
要点：基础质心、弹簧数、弹簧的水平刚 度和垂直刚度
弹簧数量一般在台架两侧各有４～８组， 每组可以２～３根。
可以利用配重调整质心位置
弹簧
２）弹簧的计算
初 选 旋 绕 比 ：C D2 d
Ｃ＝４～１４推荐５～８
K—曲度系数，
P—最大载荷
K 4C 1 0.615 4C 4 C
弹 簧 直 径 ：d 1.6
圆盘式 1 转轴 2 圆盘 3 定子 4固定圆盘 5 轴承架 特点：结构简单、可反
转、工作稳；
涡流室式
1转子 2定子
3进水 4 出水
特点：工作稳定、低 速性能好、结构 复杂
水温不允许超70℃，适宜40~50 ℃，防止出现气泡
2）电涡流测功器
组成：定子、转子
工作：转子转动磁通密 度变化，电磁感应定律， 产生感应电动势，阻止 磁通的变化，于是在集 流环上形成强烈的涡电 流，这个电涡流产生一 个相反的磁场,并由此 把制动效果加到转子上， 同时制动的能量转化为 冷却室里水的热量。
1定子 2 转子（感应子）3涡流环 4定子 5 激磁线圈6，7轴承
测功机调节性能
水力测功机-水门恒位置，电涡流测功机-恒电流调 节，M-n。
“转速恒定”调节形式：通过调节测功器的扭矩来 保持转速不变。
“平方特性线调节”调节形式：测功器可在平方 (Me-n2)的特性线情况下运动。测功器的扭矩接近于 在道路上汽车的空气阻力，扭矩与转速的平方成正 比。
全自动发动机气道试验台的研制
ｃｌ ｄｒ ｅｄａｄｖｌｅ ｉ ． ． ０ ｏｔ ｌ ｉｆ ｗａｊｓｎ ｓ ｍ ｅｔ ｔ ｎｈ、ｔ ＰＤ ｊｓｔｅ ｒｓ ｙ ｎ ｅ ａ ａ ｆ ３ Ｔ ｎｒ ｒ ｏ ｄ ｔ ｇ ｙｔ ｏ ｔ ｓ ｂ ｃ ｖｈ Ｉ ｔ ａ ｕｔｈ ｅ— ｉ ｈ ｎ ｖ ｌＩ ｃ ｏａ ｌ ｕ ｉ ｓ ｅ ｎｈ ｅ ｅ ｉ ｏｄ ｐ
维普资讯
２Ｏ 年第 ４ （ Ｏ６ 期 总第 ９ 期 ） ４
内燃机与动 力装 置 ＩｃＥ＆Ｐｗｒａｔ ．． ｏｅ ｌ ｐｎ
２０ 年 ８ ０６ 月
【 产品开发】
全 自动 发 动机 气 道试 验 台 的研 制
顾 富强 ， 高树征 （ 东省 内燃机 研 究所 ， 东 济 南 山 山 ２０ １） ５０４
ｍ ｔｏ ｋ ｔｉ ｏ ｓ ｌ ｔｒ ｐ ｅｔ ｏ ｄ ｔ ｅ ｄ ｍａ ｅ ｉ ｍｐ ｓ ｉ ｅｔ ｉ ｅ ｒ ｔ ｓ ｗ ａ ｈ ｂ ｏｎ ｕ ｔ ｆ ｌ ｎ ｏ￣ｌｃ ｔｅ ｙｉｄ ｒｔ ｓ ．６ ｈ ｅ ｔｓ ｉ ｃ ｎ ｒｌ ｄ ｗ ｔ ｅ ｔ ｈ ｒｃ ｌ ｅ ｔ ｔ ．Ｔ ｅ ｔ ｓ ｏ ｔ ｌ ｉ ｏ ｎ ｏ ｅ ｏｅ ｈ
１ 试验 台的总体构成
系统总体布局如图 １可以将大 气罐和罗茨风 ， ． 三路气流压力信号采集 、 一路 机 放在另 外一 个 房 间 ， 以减 少 操作 间 的噪 音 。设 两 ２ ３ 完成转速测量 、 温度 信号采 集 ； 个 手动 阀是 为 了兼顾 作进 气道试 验 和作 排 气道试 验 ． 回零检测 ， 气门上下 限位检测 ， 时， 气体流向转换 之需。小气罐靠近缸盖测试机构 ２４ 完成缸盖复位 、 气缸上下限位检测 ， 阀门上下限位检测 、 联动互锁 、 总成一 端 ， 由软橡胶 管 与缸筒相 连 ， 缸筒 由气缸 带动 超 限保 护 ； 脱 离 和密封 缸盖 。 ２５ 通过 ４５通 讯 口完 成 与 文 本 显 示 屏 的数 据 交 ． ８ ２ 控 制系统 的硬件设计 换。 硬件原理框 图如 图 ２ 。其中阀门的驱动由 ＳＲ Ｓ 系统 由 ＰＥ 和计 算 机 组 成 上 下 位 机 通 讯 。 由 Ｉ 完成 ， 减少了对系统的干扰 ， 定位和检测传感器 、 转 ＰＥ完 成 的功能 有 ： Ｉ ３ 本神视公 司产品， 提高了系统的可 ２ １ 直接发脉冲信号和换 向信号给步进 电机驱动 速传感器采用 １ ．
缸盖气道流量试验台设计
窭
验 台 ， 以专 门 检 测 缸 盖 进 气 道 的 进 气 参 数 — — 进 用
气量与进气 涡流强度 。
１ 设 计原 理
如 图 ｌ所 示 ， 空 泵 工 作 时 ， 拟 缸 套 与稳 压 箱 真 模 内形 成 负 压 ， 开 气 门后 ， 气 便 沿 着 进 气 道进 入模 打 空 拟 气缸 ， 涡 流 带 动 叶 片计 上 的 叶 片 转 动 ， 片 转 动 其 叶
（） ３
值 ； 电传 感 器 Ｓ Ｇ — ｌ 光 Ｚ ｌ型 ， 脉 冲信 号 转 化 为 数 将
其 中 ， 可 由 Ｕ 型 管 直 接 读 取 ； 为 重 力 加 速 Ｐ ｇ 度 ， ｓ； ｍ／２ ｐ为 气 体 密 度 ， ／ｍ３ ｇｃ 。
Ｐ＝ Ｐ ｏ— Ｐ ／ ｑ ＲＴｏ （） ４
字 信 号 ； 速 数 字 显 示 仪 Ｘ Ｐ一１ １， 字 显 示 转 速 ； 转 Ｊ ０３数
同， 因此 ， 示 的 转 速 数 值 应 除 以 叶 片 数 量 ； 轮 流 显 涡 量 计 的 精 度 测 定 由仪 表 厂 出 厂 时 给 出 。 因 此 ， 预 在 设定读 取值时不应 再试 验其 精度 ， 直接 设定 读取 而
模 式 即可 。
读取 预 设 定 而 获 得 气 体 的 瞬 态 或 累计 流 量 值 ； 端 两 的 稳 压 箱 是 为 了保 证 抽 真 空 后 的 负 压 处 于 一 个 稳 定
的状 态 。 实 际 测 量 得 到 的 参 数 为 ： Ｐ为稳 压 箱 内 （ 模
拟缸套 内） 体压力 与大气压力之 差 ，ａＰ 气 Ｐ ； 。为 涡 轮 流量 计 前 端 管 道 内 气 体 压 力 与 大 气 压 力 之 差 ， ａ Ｐ； Ｑ 为 涡 轮 流量 计 获 取 的 气 体 流 量 值 （瞬 态 ）， Ｌ／ １ ； 为模 拟 缸 套 内 叶 片 的 实 测 的转 速 ，／ ｎ ０ｓ ｒ ｍｉ。
气道试验台及4种评价方法介绍
２１ ０ ０年 １ ２月 验 台及 ４种 评 价 方 法 介 绍
争 冬
（ 重庆康 明斯发动机有 限公 司， 重庆 ４０３ ） ００ １
摘
要： 介绍 了柴 油机缸 内运 动及研 究评 价 方 法 ， 分析 了国 内外所 进 行 的 气道稳 流 模 拟试
ＨＵ ｎ Ｄｏ ｇ
（ ｈ ｎ ｑｎ ｕ Ｃ ｏ ｇ ｉｇＣ ｍｍｉｇ ｇｎ ｏ ｔ ｎ ｓＥｎ ｉｅＣ ．Ｌｄ，Ｃ ｏ ｇ ｉｇ４ ０ ３ ， ｈｎ ） ｈ ｎ ｑｎ ０ ０ Ｃ ｉａ １ Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｈ ｒ ｅ ｍｏ ｉｎ ｉ ｉｓ ｌｅ ｉ ｅ’ ｙ ｉ ｄ ｒａ ｄ ｉ ｖ ｌ ａ ｉｎ ｍｅｈ ｄ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｅ ｃ ａ ｇ ｔｏ ｎ ａ ｄｅ ｅ ｎｇｎ Ｓｃ ｌｎ ｅ ｎ ｔ ｅ ａｕ ｔ ｔｏ ｓ ａ ｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ｓ ｏ ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｔｉ ｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅｆ ｕ ｔ ｏ ｓｗｈｉｈ ａｅ ｕ ｅ ｏ ｄ ｉ ａ ｓ ｇ ｔ ａ ｙ ｆｏ ｓｍｕ ａｉｎ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ．Ｉ ｓｆｃ ｓ ｄ ｏ ｈ ｏ ｒｍｅｈ ｄ ｃ ｒ ｓ ｄ ｔ ｏ ａｒｐ ｓ ａ ｅ ｓｅ ｄ ｗ ｉ ｌｔｏ ｌ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｖ ｒｔ ｅ ｗｏ ｌ ｘ ｅ ｉ ｎ ｓｏ ｅ ｈ ｒｄ：Ｒｉ ａｄｏ ｅ ｐｅｉ ｎ ｔ ｏ ｃ ｒ ｘ ｒｍｅ ｔ ｍｅｈ ｄ，ＡＶＬ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｍｅ ｈ ｄ，ＦＥＶ ｘ ｅ ｉ ｎ ｘ ｅ ｉ ｎ ｔ ｏ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｄ Ｓ ｔ ｏ ｎ ｗＲＩｅ ｐ ｒｍｅ ｔｍｅ ｈ ｄ． ｘ ｅ ｉ ｎ ｔｏ
柴油发动机模拟排气试验台的研制
分析几种典型柴油机的尾气排放数据（见表1）可知，如果直接用柴油机做选择性催化还原SCR 技术研究，种发动机提供的流量和温度基本上不同，对试验研究有很
大的局限。
为此，
建立模拟多种柴油机尾气的试验台，输出的热量由柴油燃烧。
此台架在研究不同柴油机热源和排放以及柴油机在不同工况下对选择性催化还原SCR 性能的影响时都可应用。
2柴油发动机模拟排气试验台组成
柴油发动机模拟排气试验台由供风系统、点火系统、燃烧系统和供油系统4部分组成。
———————————————————
—作者简介:刘元成（1972-），男，山东临沂人，
工程师，研究方向为机电一体化和现代制造工艺装备。
图2催化反应机理
图1NO X 和NH 3反应原理NH 3
NO X
N 2
+
H 2O
喷油量设计计算
由能量守恒，可得总的气体吸收的热量等于燃油燃烧
放出的热量，即：Q吸=Q放
其中：
烟气的比热容，—
烟气密度。
（
φ（%）—系统换热效率，η
—柴油低位热值。
将式（5），式（6）代入式（4）得到：
参照典型燃气轮机燃烧室参数，
），燃烧效率ηc（90~99%
42934kJ/kg[5]。
5试验台的运行和调试
本试验台输出烟气的参数（流量、
控制系统通过控制点火风机和混合风机的开关来进行
可以得出：。
变压差气道稳流试验台的应用
关键词
发动机
气道
稳流试验
Ａｐ ｉａ ｏ ｆ Ｔｅ ｔＲｉ ｆＰ ｒ ｔａ ｙ Ｆ ｏ ｗｉ Ｃａ ｐｌ ｔ ｎ ｏ ｓ ｇ ｏ ｏ ｔ Ｓ ｅ ｄ ｌ ｗ ｔ Ｖａ ｔｅ ｃｉ ｈ
Ｐｒ ｓ ｕｒ ｅ ｓ ｅＤｒ ｏｐ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｐ ｒｐ ｒ ｒ ｎ ｅ （ ｉｌ ａｉ，ｆｏ ｏ ｍｃｅ ｔ ｈ ｓ ｓｒ ｃ ： ｏｔ ｅｆ ｍａ ｃ ｓ ｒ ｒｔ ｌ ｗｃ ｅ ｉｎ） ａ ｏ ｗ ｏ
定压差试验 ， 具有 快捷 、 高效的特 点， 少气道稳流试验 中的 减
调 整 气道 压 差 为 恒值 的操 作程 序 。本 文基 于 Ｔ Ｓ 一 ０ Ｕ Ｔ １ １气道 稳 流 试 验 台 的 实际 应 用 ， 比 了 ２种 试 验 方 法 的 差 异 ， 根 对 并
据 实际 应 用 对试 验 台进 行 部 Ｐ ｒ Ｓｅｄ ｆ ｗｔｓ ｙ ｏｄ ：Ｅ ｇ ｏ ｎ ｔ ｔａ ｌ ｙ ｏ ｅｔ
引言
发 动机 的燃烧 过 程是 否 良好 ， 是否 能够 获得 理
系数和涡流比 ，在空气为充分发展 的湍流条件下 ， 这２ 个参数是恒定不变的。无论是变压差还是定压
差试验 ， 两者的前提条件都是要求缸 内的气体必须 为充 分发 展 的湍 流条 件 。这样 ， 变压 差法 只要 在最 大升程时保证有足够大的压差 ， 就能够始终保证模
拟 气 缸 中 的空 气 流 动 始 终 为 充 分 发展 了 的 湍 流状 态 。在 同一 风机 作用 下 ， 由于气 门升程 越小 ， 道压 气 差 越 大 ， 样 ， 整 个气 门升程 变 化 范 围内 ， 这 在 模拟 气 缸 中 的空 气 流动必 然为 充分 发展 了 的湍流状 态 。如
戴崇洲
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 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。
– – – – 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；
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
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。
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
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
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；
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
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 。
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
广西玉柴机器股份有限公司技术中心
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
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
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
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
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（
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
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
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