CN104101395B - 发动机内部残余废气测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机内部残余废气测量装置及方法。本发明中的高压气源的出气口通过进气管与发动机的进气门连通，在进气管上安装有进气流量传感器和进气压力传感器，发动机的气缸盖上安装有气缸压力传感器，发动机的排气门连接出气管，出气管上安装有排气压力传感器、排气调压阀。发动机的曲轴上装有曲轴转角编码器。本发明方法是测量进气管压力、气缸压力、排气管压力随曲轴转角变化，根据进气管与气缸和排气管压力差，计算废气流量，从而得到进气管和排气管内累积废气量，最终可以确定进排气管倒流引起的残余废气系数。本发明可在不同转速、配气正时、进排气压力条件下，测量发动机内部残余废气量。

Description

发动机内部残余废气测量方法

技术领域

本发明涉及发动机测试技术领域，具体涉及一种发动机内部残余废气测量方法。

背景技术

在发动机进排气过程中，由于气门叠开期的存在，排气管和气缸内的废气可能会回流进入进气管，形成内部残余废气。

目前，控制气缸内残余废气量已经成为发动机减少NOx生成量的重要方法，在发动机行业得到广泛应用。但是，对于气门叠开在进排气过程中不同工况下所造成的内部残余废气量，尚缺少准确且可行的试验方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种发动机内部残余废气测量方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

发动机内部残余废气测量装置，包括发动机、高压气源、进气流量传感器、进气压力传感器、气缸压力传感器、排气压力传感器、排气调压阀和曲轴转角编码器。

高压气源的出气口通过进气管与发动机的进气门连通，在进气管上安装有进气流量传感器和进气压力传感器，所述进气压力传感器距离进气门2-3倍管径。

发动机的气缸盖上安装有气缸压力传感器。

发动机的排气门连接出气管，出气管上安装有排气压力传感器、排气调压阀，所述排气压力传感器距离排气门2-3倍管径。

所述发动机的曲轴上装有曲轴转角编码器。

发动机内部残余废气测量方法，包括以下步骤：

步骤1、停止发动机点火、喷油，发动机曲轴由电动机拖动，在活塞往复运动下实现进气与排气过程。

步骤2、电机拖动发动机至所需试验转速，调整高压气源压力、排气调压阀，使进排气压力满足试验要求。

步骤3、测量进气管压力、气缸压力、排气管压力随曲轴转角变化。

步骤4、根据进气管与气缸和排气管压力差，计算回流废气流量；

其中表示气缸至进气管瞬时废气流量，表示排气管至气缸瞬时废气流量，A表示气门有效流通面积，Ψ表示气门流通系数，p₁表示气缸压力，p₀表示进气管压力，p₂表示进气管压力，ρ₀表示缸内气体密度，c_p表示定压比热容，c_v定容比热容。

步骤5、根据发动机转速，计算气门开启到关闭期间不同转角所对应废气流动速率，计算进气管内累积废气量m₁；

其中表示曲轴转角编码器脉冲信号间隔，n表示曲轴转速，表示进气门开启转角，表示进气门关闭转角。

步骤6、根据发动机转速，计算气门开启到关闭期间不同转角所对应废气流动速率，计算排气管回流累积废气量m₂；

其中表示排气管倒流起始转角，表示排气管倒流结束转角。

步骤7、根据进气流量传感器所测流量Q和进排气管回流的累积废气量,计算进排气管倒流引起的残余废气系数φ；

本发明有益效果：

本发明提供了一种发动机内部残余废气测量装置及其测量方法，可在不同转速、配气正时、进排气压力条件下，测量发动机内部残余废气量。

该装置在电动机拖动下工作，无需燃料燃烧，可在发动机零部件设计阶段进行内部残余废气试验，可灵活调节配气正时、进排气压力等试验参数；

该装置可应用于车用汽油机、车用柴油机、船用柴油机等不同类型发动机，结构简单，试验简便可行

附图说明

图1为本发明方法采用的测量装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括发动机、高压气源1、进气流量传感器2、进气压力传感器3、气缸压力传感器5、排气压力传感器7、排气调压阀8和曲轴转角编码器10。高压气源的出气口通过进气管与发动机的进气门4连通，在进气管上安装有进气流量传感器和进气压力传感器，进气压力传感器距离进气门2-3倍管径，气体在该距离范围内形成稳定流动状态。发动机的气缸盖上安装有气缸压力传感器。发动机的排气门6连接出气管，出气管上安装有排气压力传感器、排气调压阀8，所述排气压力传感器距离排气门2-3倍管径。所述发动机的活塞连杆9安装的曲轴上装有曲轴转角编码器10。

利用上述装置进行发动机内部残余废气测量方法，包括以下步骤：

步骤1、停止发动机点火、喷油，发动机曲轴由电动机拖动，在活塞往复运动下实现进气与排气过程。

步骤2、电机拖动发动机至所需试验转速，调整高压气源压力、排气调压阀，使进排气压力满足试验要求。

步骤3、测量进气管压力、气缸压力、排气管压力随曲轴转角变化。

步骤4、根据进气管与气缸和排气管压力差，计算回流废气流量；

A＝πD_VL_V

其中表示气缸至进气管瞬时废气流量，单位为kg/s，表示排气管至气缸瞬时废气流量，单位为kg/s，A表示气门有效流通面积，D_V表示气门直径，单位为m，L_V表示气门升程，单位为m，Ψ表示气门流通系数，p₁表示气缸压力，单位为pa，p₀表示进气管压力，单位为pa，p₂表示进气管压力，单位为pa，ρ₀表示缸内气体密度，c_p表示定压比热容，c_v定容比热容。

步骤5、根据发动机转速，计算气门开启到关闭期间不同转角所对应废气流动速率，计算进气管内累积废气量m₁；

其中表示曲轴转角编码器脉冲信号间隔，单位为rad，n表示曲轴转速，单位为rad/s，表示进气门开启转角，单位为rad，表示进气门关闭转角，单位为rad。

步骤6、根据发动机转速，计算气门开启到关闭期间不同转角所对应废气流动速率，计算排气管回流累积废气量m₂；

其中表示排气管倒流起始转角，单位为rad，表示排气管倒流结束转角，单位为rad。

步骤7、根据进气流量传感器所测流量Q(L/s)和进排气管回流的累积废气量,计算进排气管倒流引起的残余废气系数φ；

Claims (1)

1.发动机内部残余废气测量方法，使用的装置包括发动机、高压气源、进气流量传感器、进气压力传感器、气缸压力传感器、排气压力传感器、排气调压阀和曲轴转角编码器；

高压气源的出气口通过进气管与发动机的进气门连通，在进气管上安装有进气流量传感器和进气压力传感器，所述进气压力传感器距离进气门2-3倍管径；

发动机的气缸盖上安装有气缸压力传感器；

发动机的排气门连接出气管，出气管上安装有排气压力传感器、排气调压阀，所述排气压力传感器距离排气门2-3倍管径；

所述发动机的曲轴上装有曲轴转角编码器；

其特征在于包括以下步骤：

步骤1、停止发动机点火、喷油，发动机曲轴由电动机拖动，在活塞往复运动下实现进气与排气过程；

步骤2、电机拖动发动机至所需试验转速，调整高压气源压力、排气调压阀，使进排气压力满足试验要求；

步骤3、测量进气管压力、气缸压力、排气管压力随曲轴转角变化；

步骤4、根据进气管与气缸和排气管压力差，计算回流废气流量；

$\stackrel{\·}{m_1}=A\mathrm{\Ψ}\sqrt{\frac{2p_0{\mathrm{\ρ}}_0\mathrm{\κ}}{\mathrm{\κ}-1}({{\mathrm{\π}}_1}^{\frac{2}{\mathrm{\κ}}}-{{\mathrm{\π}}_1}^{\frac{\mathrm{\κ}+1}{\mathrm{\κ}}})};$

$\stackrel{\·}{m_2}=A\mathrm{\Ψ}\sqrt{\frac{2p_2{\mathrm{\ρ}}_0\mathrm{\κ}}{\mathrm{\κ}-1}({{\mathrm{\π}}_2}^{\frac{2}{\mathrm{\κ}}}-{{\mathrm{\π}}_2}^{\frac{\mathrm{\κ}+1}{\mathrm{\κ}}})};$

${\mathrm{\π}}_1=\frac{p_1}{p_0},{\mathrm{\π}}_2=\frac{p_2}{p_1},\mathrm{\κ}=\frac{c_p}{c_v};$

其中表示气缸至进气管瞬时废气流量，表示排气管至气缸瞬时废气流量，A表示气门有效流通面积，Ψ表示气门流通系数，p₁表示气缸压力，p₀表示进气管压力，p₂表示进气管压力，ρ₀表示缸内气体密度，c_p表示定压比热容，c_v定容比热容；

步骤5、根据发动机转速，计算气门开启到关闭期间不同转角所对应废气流动速率，计算进气管内累积废气量m₁；

其中表示曲轴转角编码器脉冲信号间隔，n表示曲轴转速，表示进气门开启转角，表示进气门关闭转角；

步骤6、根据发动机转速，计算气门开启到关闭期间不同转角所对应废气流动速率，计算排气管回流累积废气量m₂；

其中表示排气管倒流起始转角，表示排气管倒流结束转角；

步骤7、根据进气流量传感器所测流量Q和进排气管回流的累积废气量,计算进排气管倒流引起的残余废气系数φ；

$\mathrm{\φ}=\frac{m_1+m_2}{Q}.$