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内燃机气道试验台测控系统的研制张淑华;麻春辉【摘要】研发出了一种气道试验台的自动测控系统,通过传感器、PLC及上位机完成数据的采集、自动记录数据并打印且能实现气门升程的自动调节,PLC通过PID 计算自动调节流量控制阀,能够实现定压差测量.【期刊名称】《承德石油高等专科学校学报》【年(卷),期】2017(019)004【总页数】3页(P64-66)【关键词】内燃机;测控系统;PID;PLC;传感器【作者】张淑华;麻春辉【作者单位】承德石油高等专科学校汽车工程系,河北承德067000;承德石油高等专科学校汽车工程系,河北承德067000【正文语种】中文【中图分类】TK4内燃机气道稳流试验台是在稳流状态下测量发动机缸内进气涡轮强度、进气阻力特性的试验装置。
通过测量进气涡轮强度和气道阻力来评价气道性能的优劣，并作为确定气道结构和尺寸的依据。
传统的试验台通过手动调节气门的升程，再通过手动调节流量控制阀调节进入气缸中气体的流量，实现达到定压差的测量，人工记录数据。
开发出一种气道试验台自动测控系统，通过传感器、PLC及上位机完成数据的采集并能自动记录数据并打印，通过上位机控制PLC实现单点或满升程自动调节气门的升程并通过PID计算自动调节电动阀门，控制流过气缸气体流量达到实现定压差的目的。
气道试验台结构如图1所示。
气门调节机构通过步进电机驱动丝杠控制气门升程。
转速传感器测量气道在不同气门升程下旋转叶片的转速，计算出涡轮比。
此试验台可以进行单点试验，通过上位机输入气门的升程，设定好稳压箱1的压差及采样时间，PLC对流量调节阀进行PID控制，从而实现测定压降与设定压降相等的状态，当达到采样时间后，上位机将自动采集数据计算结果并虚拟仪表显示及绘制流量与涡轮比的曲线。
气道试验台上位机界面如图2所示。
此试验装置除单点试验的虚拟仪表显示、数据存储、计算分析及图表绘制、输出打印外，还能够进行气门满升程自动测量。
在上位机按动自动测量按钮，设定好气门升程每次增加的步长，系统将气门逐步开启，对于每个升程，与单点试验类似。
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。
内燃机气道试验台的结构设计与开发高亚男【摘要】设计了一款内燃机气道试验台,可实现缸径为Φ80 ～ 140 mm气缸气道的测量.该试验台结构简单,操作方便,可实现缸盖快速、准确、可靠的定位和夹紧.气门升程可自动控制,行程控制精度高,大大提高了气道试验台的测量效率和测量精度,降低劳动强度.【期刊名称】《承德石油高等专科学校学报》【年(卷),期】2017(019)005【总页数】4页(P56-59)【关键词】内燃机;气道试验台;缸盖;测试【作者】高亚男【作者单位】承德石油高等专科学校汽车工程系,河北承德067000【正文语种】中文【中图分类】TK406在内燃机特别是柴油机的研发和设计过程中，由于各国或组织对排放标准和燃油消耗制定了越来越严格的法规，使得内燃机研究方向从提高单位功率转移到改善排放和燃油消耗上来。
控制和优化燃烧过程、改善燃烧系统是提高发动机燃油经济性和降低排放的根本途径，同时也可改善发动机的动力性能、降低燃烧噪声，因此研究缸内空气与燃油或混合油气的运动状态，特别是进气、压缩和燃烧三个阶段气流运动状态，在内燃机设计过程中有重要意义[1-3]。
目前研究内燃机气道气流运动的方法主要有流场的数值模拟和试验测量[4]。
对于数值模拟方法常用的专用软件有AVL.FIRE、FLUENT等，试验测量方法有缸内专用仪器测量(热线风速仪 CTA、激光多普勒测速仪 LDA 、粒子示踪速度法 PTV 和粒子图像速度法 PIV)和稳流试验测量(即气道试验台测量)。
其中采用气道试验台测量的方法具有效率高、原理简单、结果可信的优点而被广泛使用。
但目前的气道试验台都存在一定的问题，例如缸盖种类多、气门数目不定、数据采集全部为手工、气门升程采用直尺测量、缸盖的平移需要复杂的升降轨道，尤其是缸盖对应气缸的中心与气缸体轴线的对中很难保证，每测量一次都必须重新划线对中[5]。
因此，设置一款气门升程可控、数据自动采集、快速高精度对中且适应多类别的气道试验台对于提高测量精度、测量效率、降低劳动强度具有重要意义。
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2014.05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：em e mP P P η=+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）。
内燃机测试技术知识点总结内燃机是一种通过内燃机燃烧工作气体（如汽油、柴油、天然气等）来产生机械能的发动机。
它广泛应用于汽车、摩托车、船舶、飞机等交通工具中。
内燃机的性能和可靠性对于交通工具的安全和效率至关重要，因此内燃机测试技术显得尤为重要。
本文将对内燃机测试技术的相关知识点进行总结介绍。
一、内燃机测试技术概述内燃机测试技术是指对内燃机的工作状况、性能参数和可靠性进行测试、测量和分析的技术。
通过测试技术可以准确评估内燃机的工作状态，发现问题和优化设计，保证内燃机的正常运行和持续改进。
内燃机测试技术包括静态测试和动态测试两种方式。
静态测试主要是对内燃机的性能参数和结构进行测量和分析，如功率、转速、燃料消耗等；动态测试则是利用实际工况下的试验台或测试车辆对内燃机进行加载、模拟工作环境和实时监测，以获取更真实的工作数据。
二、内燃机测试技术的重要性1. 评估内燃机性能：通过测试技术可以准确测量内燃机的功率、扭矩、燃油消耗等性能参数，为内燃机的设计和优化提供准确数据。
2. 发现问题并改进设计：通过测试技术可以发现内燃机的故障和问题，及时采取改进措施，提高内燃机的可靠性和耐久性。
3. 保证内燃机安全和可靠运行：通过测试技术可以评估内燃机的充分燃烧、冷却、润滑等工作状况，保证内燃机的安全运行。
4. 减少成本和提高效率：通过测试技术可以对内燃机的各个部件和系统进行评估，及时发现问题并减少损失，提高内燃机的运行效率。
5. 实现环保要求：通过测试技术可以对内燃机的排放进行监测和改进，满足环保要求。
三、内燃机测试技术的应用内燃机测试技术主要应用于以下几个方面：1. 内燃机性能测试：包括功率测量、扭矩测量、燃料消耗测量等，用于评估内燃机的工作性能。
2. 内燃机振动测试：对内燃机的振动进行监测和分析，评估内燃机的运行平稳性和可靠性。
3. 内燃机排放测试：监测内燃机排放的含量和组成，评估内燃机的环保性能。
4. 内燃机润滑和冷却测试：监测内燃机的润滑和冷却系统的工作状况，保证内燃机的正常运行。
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。
