内燃机气道试验台简介

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。

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。

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。

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 。