直喷式柴油机螺旋进气道性能试验及评价方法

第26卷第3期 2005年6月 内 燃 机 工 程 Chinese Internal Combustion Engine Engineering Vol. 26 No. 3 Jun.2005 文章编号:1000-0925(2005) 03-027-04 260051 直喷式柴油机螺旋进气道性能试验及评价 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 邱卓丹‘，沈 捷2 (1.广西工学院 汽车工程系，柳州545006;2.玉柴机器股份公司技术中心) Helical Inlet Port Test And Evaluation Method For Direct Injection Diesel Engine QIU (1. Automobile Engineering Department 2. Technical Center Zhuo-dan'，SHEN Be' Guangxi Institute of Technology, Liuzhou 545006,China; Yuchai Machinery Company Limited) Abstract:The characteristic of helical inlet port including swirl ratio and flow coefficient has an impor- tant effect on the performance of diesel engine. This paper introduces the steady flow test rig of port for en- gines. It also introduces the calculations，the characteristics，the differences and the applicability by two dif- ferent evaluation methods:the FEV method and Ricardo method. Aanalyzing the results of comparative steady flow tests on the six inlet ports on the YC6108Q diesel engine,the authors propose some measures in order to ensure stable and even flow coefficient and swirl ratio. 摘要:螺旋进气道特性(涡流比、流量系数)对柴油机性能有重要影响。介绍了发动机气道 稳流试验装置及 FEV和Ricardo两种气道评价方法的计算、特点、差异和适用性;通过对 YC6108Q型柴油机六个进气道的稳流试验及对比分析，提出了保证进气道流量系数和涡流比 值德定性和均匀性的措施。 关键词:内燃机;柴油机;螺旋进气道;稳流试验;评价方法;流量系数;涡流比 Key Words:I. C. Engine;Diesel Engine;Helical Inlet Port;Steady Flow Test; Evaluation Method;Flow Coefficient;Swirl Ratio 中图分类号:TK427 文献标识码:A 1 概述 气缸进气道)进行稳流试验，分析其试验结果并采取 措施以保证制造质量的稳定性。 新鲜空气由进气道进人气缸的数量及其运动状 态对发动机性能有重大影响，设计制造出结构良好的 进气道一直是柴油机设计制造者的追求目标。但在 气缸盖生产过程中，漂芯和胀大等铸造误差将导致气 道流量系数和涡流比发生变化，最终导致发动机整机 性能的下降。故在大批量生产时，控制好气道质量极 为重要。YC6108Q型柴油机的螺旋进气道是根据该 机的特点而设计的，要求具有中等强度的涡流比，气 道的结构形状较为复杂，气道制造质量对所能形成的 涡流比和流量系数值影响较大。因此，在对YC6108Q 型柴油机的批量生产中，抽取了两个气缸盖(共六个 2 进气道稳流试验装置 柴油机的实际进气过程在气缸中很难直接测定。 为了评价进气道的进气流量和气流品质，通常在无发 动机的模拟试验台上进行稳流模拟试验，由于螺旋进 气道的形状复杂、不易用尺寸表达，其设计更多依赖 于稳流试验。虽然模拟试验时，稳定的、不随时间变 化的气体流动特点与发动机的实际进气特点有差异， 但在相同条件下对不同的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 进行对比试验仍 然具有一定的可比性，故具有一定的实用意义。 收稿日期 作者简介 2004-02-23 邱卓丹(1973-)，女，讲师，主要研究方向为内粥机节能及排放控制,E-mail:giuzhuodan)21cn. com. 内 燃 机 工 程 2005年第3期 试验采用了天津大学的TUST- II型发动机气 道稳流试验台，该试验台可进行不同 型号 pcr仪的中文说明书矿用离心泵型号大全阀门型号表示含义汽车蓄电池车型适配表汉川数控铣床 的四冲程 发动机进排气道的开发、研制和成品缸盖的抽样试 验;试验台备有105 mm, 108 mm, 112 mm三种缸径 的缸套和相应的大小为96. 3 mm, 99 mm, 102. 7 mm 的风速仪叶片，风速仪叶片的安装平面距缸盖底平 面的距离为1.1-1.2倍缸径。根据本试验机型的 实际需要，选取了108 mm模拟缸套及”mm风速仪 叶片，试验原理简图如图1所示。 Ricard。评价方法采用平均流量系数反映气道 流通能力;采用涡流比R，反映气流品质。 (1)无因次涡流比N， 、， ? 、? ? ，?? ? ? ??、 ?? 、 N，=田，·BVa Va， 式中，。，为风速仪叶片转速，rad/s; B为气缸直径， m;V。为理论气流速度，m/s; p为气门座处气体密 度，kg/m' ; Ap，为进气道压差，Pa, (2)理论流量Q， 、 ? ? 、 ? ? ， ? ? ? ? ? 、 ? 、 Q理=A·V。 A = nd',n?/4 式中，A为进气门座内孔面积，mz;V。为理论气流速 度，m/s;d，为进气门座内径，m; n，为进气门数。 (3)流量系数CF 、、 ? 、? ? ? ? ?? ?? 、 ? ?、 C. F=Q，.PiQ),.A Ql=288.79 VOp/p, 图1 进气道稳流试验台原理图 1.进气门 2.缸盖 3.模拟气缸 4.叶片风速仪 5.数 字转速计 6.气道压力计 7.孔板流量计 8.进气道调 节阀 9.气体旁通调节阀 10,11.稳压箱12.离心风机 式中，Q;为气体实际流量，MIA; Ap为孔板压差， kPa;p:为孔板前气体密度，kg/m' ; Do为大气密度或 气门座处气体密度，kg/m', (4)平均流量系数CF 3 进气道稳流试验条件及方法 CF f老CFda (7) 口2一 口I 式中，a, , a:分别为进气门开启、关闭角度，'CA, Ricard。法对进气道流通能力的评价实际是以 进气马赫数Z为经验判据。Ricard。研究所建议在 发动机的标定转速下，Z的允许范围是0.4-0.6. 、 ， 、、 ? ? ? ? ??、 ? ?、 ? ??????? 由于气道稳流试验遵循相似原理，即要求试验 过程中空气流场约束在完全发展湍流的条件下，试 验得到的气道性能才与发动机一致。因此，试验采 用定压差法，在整个测量过程中通过调节进气道调 节阀，始终维持进气道压降为△p,,-}3. 430 kPa以满 足完全发展湍流的原则，保证气道内为充分发展的 湍流状态使稳流试验结果严谨准确。在不变的压差 下采集各试验数据，包括:用气门升程传感器记录不 同的气门升程;用叶片风速仪测量模拟气缸内各气 门升程下的气体涡流转速;用孔板流量计测各气门 升程下的气体流量;采集大气压力、温度等参数。 2X SXnE 60XaXG LL= 、/kXRXT 4 进气道评价方法 式中，D为进气门内径，m;S为活塞行程,m;nE为发 动机转速，r/min; a为音速，m/s;k为绝热指数;R为 气体常数287. 06j/(kg- K); T为气体绝对温度，K, (5)涡流比R,(进气终了时的终涡流比) TUST- II型发动机气道稳流试验台采用了 FEV和Ricard。两种评价方法计算流量系数和涡流 比，它们分别反映了进气道流通能力和气流品质。 4.1 Ricardo评价方法 R,=LD1才CF’Nx’da (1 "Z。·da)z (10) ? ??LD= E · (11) 2005年第 3期 内 燃 机 工 程 2s 4. 2 FEV评价方法 FEV评价方法采用流量系数“、反映气道流通 能力，涡流比Cdc.反映气流品质。 (1)流量系数Qk A， “k今Ak (12) A。=C,p, (13) Ak= 7C4 (14) pt (p2)Ilk 二二二 一 一 R T, p, (15) 一 I2k、。、，r -， ,P2、 k-':}1/2 C.=j井共XRX T,}1一(毕) k }1 (16) 一 }k一1’一”一‘L一 'A’ J 式中，A、为活塞面积，m2 ;A，为气道气门处有效流 通截面积，m2 ; 2n为通过进气道的空气质量流率，kg/ s; p,为通过进气道的空气密度，kg/m' ; C:为通过进 气道的空气速度，m/s; p，为进人进气道的空气压 力，Pa; T,为进人进气道的空气温度，K; p:为缸内 压强，Pa, (2)涡流比Cu /C. f C。为空气在气缸中旋转的平 均切向速度;C,代表空气在气缸中的平均轴向速度。 式中，Rn、 0. 365 B为风速仪叶片中心半径，m; A,t 为缸内气体密度，kg/m', (3 )FEV公司对大量多孔喷嘴直喷式柴油机进 气道性能的统计结果为:当气门升程为。.9倍最大 气门升程时，若ak E (0. 08-0. 10)且Cu 1 C, E (1. 5 -3.0)，则代表气道质量良好。下表中对YC6108Q 柴油机进气道的试验结果分析，均以进气门升程为 10 mm时的试验数据表示进气道性能。 4.3 Ricardo与FEV两种评价方法的对比分析 Ricard。与FEV两种评价方法考虑的侧重点不 同:Ricard。评价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评价方法反映该气道与发动机缸径的 匹配，不反映气道本身性能的优劣。 Ricard。及FEV两种评价方法虽不能直接较好 地预测柴油机实际运转时气缸内的涡流比，但如果 有丰富的产品研发工作经验，并能根据经验提出相 应进气道性能要求时，大多采用这两种评价方法;其 中Ricard。评价方法由于不仅考虑了气道本身的特 性、气缸直径及活塞行程，还考虑了进气门的开启规 律，故近来应用更多些。 5 试验结果及分析 C, = 2nw, R? (17) 六个进气道的稳流吹风试验各评价参数随气门 C,=AkAY (18) 开度的变化规律见图2、分析结果见表。 表 六个进气道的试验结果分析 方法 项目 各进气道试验值 平均值 最大值/偏差 最小值/偏差 1并 2共 3# 4林 5材 6# FE V “七 0.0813 0.0813 0.0807 0.0811 0.0829 0.0800 0.0812 0,0829/2. 1% 0.0800/1.5肠 e(0.08^ -0. 10) C?/C, 2.3084 2.2758 2. 3536 2. 3355 2.0387 2. 4520 2. 294 2. 452 0/6. 89 0o 2. 0387/11. 1写 〔(1.5-3.0) Ricardo CF 0.333 0.344 0. 333 0.333 0.345 0. 327 0. 336 0. 345/2. 68% 0. 327/2. 6800 Z 0. 54 0.52 0.54 0. 54 0.52 0. 55 0.53】一~~~~e(0.4 0.6) Rs 2.142 2.072 2. 197 2. 149 2.000 2.250 2. 135 2.250/5. 39纬 2. 000/6. 33% 图2的稳流试验对比曲线表明:流量系数与涡 流比随气门开度增大而增大;两者间存在一定的矛 盾，如在大部分气门开度范围内5#进气道的流量系 数较其它进气道的大，但其涡流比却最小，从表1中 的试验数据分析中同样可得出这一结论:5#进气 道的涡流比最小而流量系数最大，6#进气道的涡流 比最大而流量系数最小。 由表可知:六个进气道的进气马赫数Z值均处 于Ricardo统计范围0.4^-0.6的中间稍偏高水平， 都能在保证一定充气效率的同时又保证泵气损失不 增加;六个进气道的流量系数“、和涡流比C. /C,分 别在FEV统计范围内，即ak(1#^-6#) E (0. 08^'0. 10) 30 · 内 燃 机 工 程 2005年第3期 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 沙 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.6 0.55 1 3 5 7 9 h/mm 11 13 11 13 h/mm (a)Ricardo 0.09- 0.08一 声 0.“了一 矛9 0.“6一 尸 0.05一者 0.04一了 0.“3一f 0. 02 -,} - }一一1一一1 1 3 5 7 9 h/mm 2. 2. 2. 1 1.8 Q 1.5 1.2 0.9 0.6 11 13 0.313 (b) FEV 5 7 9 11 13 h/mm 图2 各进气道稳流试验对比曲线 .一 1井 ，一‘2# .一 3# .一 4# x一、5# ▲一‘6并 且Cu1Ce(1it--6p) E (1. 5'"3. 0)，说明它们的质量均符 合要求。 从图2中的CF-h及ak-h图可看出:在整个 气门开度范围内，六个进气道的流量系数曲线变化 趋势一致且相互间无太大差别，说明这六个进气道 的流量有较好的均匀性;由表可知:两种评价方法测 得的各气道流量系数较平均值的偏差较小，均在 1.500^ 2.68%，属正常范围内的波动。图2中的 C./C,-h图清楚地表明涡流比有较大波动，且在气 门大开度时，从N, -h及C./C,-h图均可看出:5 $# 进气道的涡流比曲线分离趋势非常明显，这说明各 气道涡流比的均匀性不理想;由表可知:各气道涡流 比较平均值的偏差较大，在5.39%至11.1写之间。 性、稳定性。 控制气道型芯的变形和磨损，并加强检验;控制 气道型芯尺寸位置，防止气道倾斜;保证气道出口和 气门座的同心度，避免偏心;避免气道纵向胀大，或 将其控制在所设计的0. 8 mm范围内;铸造和加工气 道时尽量避免同时产生胀大、偏心、倾斜等多种偏 差;定期抽检气道特性，达不到要求的要及时修正。 参考文献: ? ? ? ﹂ ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? 6 结论 进气道特性是影响柴油机性能的关键因素，在 制造上应严格要求以保证流量系数和涡流比的均匀 张耀庆.气缸盖螺旋进气道的新计算一试验方法【J].小型内 燃机，1994,23(3):32^-36. 刘书亮，任立红，李玉峰，等.直喷式柴油机螺旋进气道制造缺 陷对气道性能影响的研究「J].内姗机工程.2000,21(3):1^ 6, 13. 段家修，尧命发，许振忠.柴汕机进气道性能试验与评价方法 [J].汽车技术，2001(7):23-V25. 许振忠，吕筱萍.直喷式柴油机进气道稳流试验台参数的侧定 CJ].汽车技术，2002(12):29- 32. ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ?? (编 辑:姜文玲)