[实用新型]测量发动机进气系统的性能的稳流试验台

说明书

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。可在发动机的新型进气道、进气门、燃烧室的开发过程中使用，用于测量进气系统的旋流能力和充气效率。也可用于发动机制造过程中检测进气系统的性能。 

背景技术

发动机的进气系统的特性对发动机的性能有决定性影响。其原因在于进气系统可以对进气过程进行组织，造成发动机气缸内的气流按照一定的模式运动，致使改善发动机的燃烧过程，包括提高燃烧速度、放热率。同时进气系统的充气效率会直接影响发动机的输出功率。决定发动机的进气系统特性的因素包括进气道、燃烧室的几何形状以及进气门的运动规律等。 

众所周知，发动机的进气系统都必须使进气在气缸内产生旋转运动。有两种基本的旋转运动模式，涡流(swirl)和滚流(tumble)。图1是发动机气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。涡流运动是指旋转流动运动围绕气缸轴线的运动。进气过程活塞下移、压缩过程活塞上移，气缸内气流的运动与气缸壁面产生剪切力，致使湍流持续不断产生，加快了火焰传播速度。而滚流是指旋转运动围绕与气缸轴线相垂直的轴线的运动。在进气过程后期形成滚流，压缩过程中随着活塞上升，气缸空间变小，直至滚流运动发生破碎，形成以大尺度漩涡为主的湍流场，进一步加快了火焰传播速度。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。组织进气过程产生进气旋转主要是由进气道和燃烧室的几何形状完成的。 

发动机气缸内的气流的旋流能力用涡流比或滚流比r表示， 

r=ωsωe]]>

式中r是涡流比或滚流比；ω_s是涡流转速或是滚流转速；ω_e是发动机转速。发动机进气过程是瞬态的(随时间变化)，r一般是在发动机进气系统的稳流试验台上测量的。 

进气系统的另一个性能指标是进气系统的流量系数。它定义为进入气缸的气体体积和气缸排量之比。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。 

发动机的进气过程是瞬态的(随时间变化)，而上述参数(涡流比或是滚流比、流量系数)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，在每一个进气门开启位置下进行涡流转速或是滚流转速和进气流量的测量，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由意义的。目前存在专门测量涡流或是滚流运动的实验台，但是发动机气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气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气缸内的旋流能力，(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，它能够同时测量气缸缸内涡流和滚流两种大尺度的旋流运动，以及进气系统的流量系数。该试验台包括汽缸盖定位系统、模拟气缸、涡流排气管、滚流排气管、叶片风速仪、转速表、压力计、流量计、排气道、稳压箱等部件。各个部件的连接关系是：一个汽缸盖定位系统，其下连接一个模拟气缸，模拟气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稳压箱，然后连接至排气道，排气道连接压力计和流量计，再接到另一个稳压箱。 

本发明采用的技术方案： 

稳流试验台上涡流比或滚流比可以定义为