[发明专利]测量汽车发动机汽缸内横轴涡流运动的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及发动机制造领域，具体是一种测量汽车发动机汽缸内横轴涡流运动的方法和装置。该装置的功能是测量发动机进气系统在汽车发动机汽缸内形成的横轴涡流的旋流能力和进气效率。

背景技术

发动机汽缸内有一种基本的旋转运动模式，横轴涡流(tumble)，其运动模式的示意图如图1所示。这种气流运动模式对发动机的燃烧过程有重要影响。横轴涡流是指旋转的气流围绕与汽缸轴线相垂直的轴线的运动。在进气过程后期形成横轴涡流，压缩过程中随着活塞上升，汽缸空间变小，直至横轴涡流运动发生破碎，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。发动机汽缸内的横轴涡流的旋流能力用横轴涡流比r表示，

式中ω_s是发动机汽缸内横轴涡流运动的旋转转速；ω_e是发动机输出轴转速。

汽车发动机汽缸内横轴涡流运动是由汽车发动机的进气系统产生的。汽车发动机的进气系统主要包括:进气道、燃烧室、进气门，以及控制进气门运动的机构等部件。发动机进气系统的性能是指进气系统的进气效率和使进入汽缸内的气流产生旋转运动的能力。进气效率是指通过进气系统进入汽缸的气体体积和汽缸排量之比，它衡量进气系统的流通能力。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，影响进气效率。进气效率是决定发动机充气效率的主要因素。汽车发动机的充气效率降低意味着发动机的输出功率下降。进气系统可以对进气过程进行组织，造成进入发动机汽缸内的气流产生一定模式的旋转运动，有利于提高燃烧速度和放热率，致使改善发动机的燃烧过程。进气系统产生进气旋转主要是由进气道、燃烧室和进气门的几何形状的设计完成的。

汽车发动机进气过程是瞬态的(随时间变化)，而上述参数(横轴涡流比、进气效率)的测量只可能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，形成一个汽车发动机进气过程的准稳定流动状态，在每一个进气门开启位置下进行横轴涡流转速和进气流量的测量，再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进气效率指标。这样的试验装置被称为测量汽车发动机汽缸内横轴涡流运动的装置，可以用于新产品开发、产品生产线检测，具有工业实用性。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量汽车发动机汽缸内横轴涡流运动的方法和装置，图2是本发明提出的该装置的布局图。包括一个模拟汽缸(6)、一个横轴涡流排气管(3)、一个叶片风速仪(2)、一个转速表(4)、一个压力计(7)、一个流量计(8)、一个排气道(11)、一个二级稳压箱(1)、一个稳压箱(10)、一个鼓风机(9)，各个部件的连接关系是：

模拟汽缸(6)连接一个内部装有一个叶片风速仪(2)的横轴涡流排气管(3)；

横轴涡流排气管(3)通过连接管道(20)连接到一个二级稳压箱(1)；

二级稳压箱(1)连接至排气道(11)；

排气道(11)的壁面上安装压力计(7)和流量计(8)，再接到另一个稳压箱(10)。

如图2中所示,为了测量汽车发动机汽缸大尺度的横轴涡流运动,必须把一个叶片式风速仪(2)放在横放的横轴涡流排气管中(3)，测量横轴涡流运动方向(5)上的气流转速。而实际运行过程中,发动机缸内横轴涡流的位置、强弱都在不断变化,所以,风速仪(2)的转速只反映了在特定位置上汽缸内横轴涡流的运动状况。测量结果只作为自身的相对比较。

测量时,在每一个气门升程下，让鼓风机(9)吸风,通过调节鼓风机(9)使得压力计(9)中的压差△P为一定值,读出流量计(8)中的流量，以及和转速表(4)中的叶片风速仪(2)转速，即可取得涡流比或横轴涡流比以及进气效率

该测量装置的使用原理：

在该测量装置上横轴涡流比可以定义为

式中N_s(θ)是某一气门升程下叶片风速仪的转速，量纲为转/分钟；Q_s(θ)是某一气门升程下气体体积流量，量纲为米³/秒；θ是发动机曲轴转角，此处可以转换成气门升程高度；V_h是发动机汽缸排量。进气系统的充气效率为