發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中氣流流速的測(cè)量.docx

1、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中氣流流速的測(cè)量吳小江（江蘇理工大學(xué).江蘇鎮(zhèn)江212013）摘介紹了采用熱線(xiàn)風(fēng)速儀測(cè)魚(yú)單缸和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中的流速的原理，提出了對(duì)測(cè)信結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定和修正的方法關(guān)園流速；熱線(xiàn)風(fēng)速儀；發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中圖分類(lèi)號(hào)TK413.4*5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A【文章編號(hào)】1003188X（2002）01009903充氣效率是表示發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣過(guò)程完善程度的一個(gè)重要指標(biāo)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門(mén)做周期性開(kāi)關(guān)以及活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此進(jìn)氣管中氣流的流動(dòng)狀態(tài)是周期變化的。任一截面的流速和壓力均隨時(shí)間變化。如果能測(cè)出進(jìn)氣管某一截面上的瞬時(shí)流速，再利用同時(shí)測(cè)得的進(jìn)氣壓力，就可算出發(fā)動(dòng)機(jī)每一循環(huán)的充氣效率。目前，測(cè)流速常用激光多普勒

2、和熱線(xiàn)風(fēng)速儀。前者具有響應(yīng)快、精度高的特點(diǎn)，但價(jià)格昂貴,使用要求高,所以采用了熱線(xiàn)風(fēng)速儀。它具有較高的靈敏度和響應(yīng)頻率.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)中不穩(wěn)定氣體流速的測(cè)量要求C1熱線(xiàn)風(fēng)速儀的工作原理熱線(xiàn)風(fēng)速儀基本原理是基于從熱線(xiàn)到流體中熱交換的變化來(lái)測(cè)量流速的醵時(shí)變化。本文采用HWL一11型熱線(xiàn)/熱膜流速儀,主機(jī)由刪量電橋、伺服放大器、自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)、輸出放大器和輸出指示器等部分組成，見(jiàn)圖1所示。I.電橋2.伺服放大管3.白動(dòng)調(diào)祭環(huán)節(jié)4.輸出放大群6.信號(hào)處理Si熱雄風(fēng)詢(xún)儀的成熱線(xiàn)探針作為測(cè)量電橋的一個(gè)橋臂,測(cè)量時(shí)將溫度變化轉(zhuǎn)化為此臂的電阻變化，從而產(chǎn)生橋壓變化、可反映出流速的變化。橋臂的電

3、阻產(chǎn)生誤差電壓，輸送至伺服放大器，通過(guò)高增益直流放大，推動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，使熱線(xiàn)保持恒定的溫度，則電橋又恢復(fù)平衡。2熱線(xiàn)風(fēng)速儀的標(biāo)定由于內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)的周?chē)h(huán)境是不斷變化的，熱線(xiàn)不可能在與內(nèi)燃機(jī)工況相似的條件下標(biāo)定，通常只能在大氣狀況下標(biāo)定，然后根據(jù)試驗(yàn)情況進(jìn)行修正。筆者采用OBECALIBRATORMODEL1065小型風(fēng)洞標(biāo)定裝置。其流璋a和與微壓計(jì)的讀數(shù)人具有下面關(guān)系：U=107.35lV（l+O.0O36r）A/-V1+0.02626A/式中：H一當(dāng)時(shí)的大氣壓，Paf一當(dāng)時(shí)的大氣溫度，TU流速、m/s方一微壓計(jì)頭，Pa調(diào)整不同的力，即可求出不同的流速，得到熱線(xiàn)風(fēng)速儀相應(yīng)的輸出電壓，從而得出

4、流速與輸出電壓一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系C3測(cè)單缸柴油機(jī)（S1102）進(jìn)氧管中氣流的流速3.1熱線(xiàn)探針安裝位置的確定在進(jìn)氣過(guò)程中，進(jìn)氣管道中某一截面上氣流速度沿徑向具有一定的分布梯度.而且速度的分布梯度與直管也有所不同，為了確定進(jìn)氣管某一截面的流速變化規(guī)律，找到熱線(xiàn)探針正確的安裝位置，將缸頭連同進(jìn)氣管在穩(wěn)流氣道試驗(yàn)臺(tái)匕進(jìn)行吹風(fēng)試收輯日財(cái)2001-08-24作者簡(jiǎn)介吳小江（1958-）,女.江蘇海安人.江蘇理工大學(xué)高級(jí)工程怖.主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)試段研究和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)試等工作c驗(yàn)。圖2為進(jìn)氣管截面測(cè)點(diǎn)分布表1是各測(cè)點(diǎn)在不同氣門(mén)升程熱線(xiàn)所測(cè)得的電壓值，測(cè)量截面距進(jìn)氣門(mén)處300mm.從表1中可看出電壓最大值并不在管道

5、的中心位置，而測(cè)量截面上的氣流平均流速約圖2進(jìn)氣管般面列點(diǎn)分布為最大流速的83.7%o3,2實(shí)驗(yàn)環(huán)境的修正（1）溫度的修正。據(jù)文獻(xiàn)I）所提出的校正工況的關(guān)系，若以注腳1代表校正工況，以注腳2代表實(shí)驗(yàn)工況，則匕產(chǎn)時(shí)（針.（若知（另務(wù)°5式中：/一金屬絲的端電壓。一金屬絲的平均溫度/一氣流的溫度7_。=（?;、+4）/2由上式可知，如果在大氣中標(biāo)定，熱線(xiàn)在定溫上工作，則修正系數(shù)Ff僅僅是實(shí)驗(yàn)工況中發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管的氣體溫度的函數(shù)。由于在穩(wěn)定工況下進(jìn)氣管溫度變化不大，因此，假定在某一特定的工況下，進(jìn)氣管中溫度保持不變，只要求得該工況下進(jìn)氣管中的平均溫度，即可求出其修正系數(shù),從而可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)熱

6、線(xiàn)讀數(shù)的修正。為測(cè)量進(jìn)氣管內(nèi)的氣體溫度，作者選用了在低溫時(shí)有較高精度的銅一康銅熱電偶c測(cè),時(shí)用6個(gè)熱電偶同時(shí)置于圖2的各測(cè)點(diǎn)，測(cè)出該裁面的溫度變化。表2為空載時(shí)進(jìn)氣管內(nèi)溫度隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系。從表2可看出，隨轉(zhuǎn)速升高，進(jìn)氣管內(nèi)氣流溫度也升高，其最高溫度低于熱線(xiàn)小于40C時(shí)的最高使用溫度限值。（2）振動(dòng)。當(dāng)把熱線(xiàn)置于進(jìn)氣管中時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，使熱線(xiàn)也振動(dòng),從而造成與進(jìn)氣管中氣體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一定的輸出電壓，對(duì)此必須進(jìn)行修正。為反映振動(dòng)對(duì)熱線(xiàn)的影響，對(duì)同一工況分別將熱線(xiàn)置于進(jìn)氣管內(nèi)和進(jìn)氣管外，置于進(jìn)氣管外時(shí)在熱線(xiàn)外罩上封閉保護(hù)罩，以防周?chē)諝饬鲃?dòng)對(duì)探針產(chǎn)生影響。圖3為空載轉(zhuǎn)速為2200r/min

7、時(shí)的熱線(xiàn)測(cè)得的流速信號(hào)；圖4為標(biāo)定工況2200r/min.功率為16kW時(shí)熱線(xiàn)測(cè)得的流速信號(hào)。升程/12315675軟21.611.751.831.922.021.351.220.827442.362.582.662.762.851.821.640.835662.642.903.011143.272.331.950.840582.853.073.253.3-13.542.452.M0.8434102.953.153,323.423.652.602.350.8375衰1在不同，門(mén)升程下各測(cè)點(diǎn)的電壓值單位tv衰2同一戳面各測(cè)點(diǎn)進(jìn),警內(nèi)溫度輯速變化的關(guān)集單位：-C轉(zhuǎn)速/r-min-123456平均值

8、80019.1619.1619.1619.4019.4019.881936120019.M19.6119.6420.6020.3620.6020.08160021.0820.6021.0822.0421.8021.5621.36180022,5222.7623.0023.7223.7223.7223.24200023.0023.0023.0024.9224.9224.9223.96220023.9623.9624.9225.4025.4025.4024.84230025.4025.4025.6429.<)027.8026.6026.64<m/s)(V竺內(nèi)AV(«j/s)6

9、0402006040200-.進(jìn)氣管外TDCTDCTDCTDCTDCTDC圖4針掇動(dòng)信號(hào)(者負(fù)荷)從圖3和圖4可看出.在流速尾部有一速度波。對(duì)此有各種解釋?zhuān)阂皇怯捎谶M(jìn)氣門(mén)遲關(guān)期內(nèi)進(jìn)氣倒流引起的；二是在進(jìn)氣門(mén)接近關(guān)閉時(shí)出現(xiàn)的向進(jìn)氣口方向傳播的壓力波的伴隨波。在此.我們提出另一種解釋是由于進(jìn)氣終了時(shí)熱線(xiàn)的振動(dòng)較大造成的。同時(shí)也可看出在進(jìn)氣過(guò)程期間，振動(dòng)幾乎沒(méi)有引起信號(hào)輸出,這樣在測(cè)量時(shí)就不必考慮振動(dòng)對(duì)熱線(xiàn)的影響C3.3測(cè)結(jié)果熱線(xiàn)測(cè)出的在進(jìn)氣管中距進(jìn)氣門(mén)300mm姓，氣體流速隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系如圖5所示。圈5中，體琉速轉(zhuǎn)遍的斐化4測(cè)多缸汽油機(jī)進(jìn)氣管中氣流的流速改善多缸汽油機(jī)進(jìn)氣的充氣效率和各缸進(jìn)氣的不

10、均勻性，是提高汽油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和工作過(guò)程可靠性的一個(gè)重要途徑。為了計(jì)算分析多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各缸充氣效率和各敏進(jìn)氣的不均勻性，可用熱線(xiàn)測(cè)量各進(jìn)氣歧管和總管內(nèi)的辰態(tài)進(jìn)氣速度，用低壓傳感器測(cè)最相應(yīng)測(cè)點(diǎn)上的瞬態(tài)進(jìn)氣壓力。由于進(jìn)氣流速主要隨轉(zhuǎn)速變化影響較大，在電力測(cè)功器上倒拖G427汽油機(jī)，同時(shí)將汽油機(jī)的冷卻水和潤(rùn)滑油加熱到接近實(shí)際工作溫度、使測(cè)試工況盡可能地接近發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況、在各種工況下測(cè)景各進(jìn)氣歧管內(nèi)的進(jìn)氣參數(shù)。在靠近氣缸蓋的進(jìn)氣歧管上和化油器附近的總管上開(kāi)設(shè)了測(cè)量窗口，將熱線(xiàn)和低壓傳感器分別安裝于混量窗口，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得各進(jìn)氣歧管的速度波和壓力波的瞬時(shí)信號(hào)。由于倒拖發(fā)動(dòng)機(jī).汽油機(jī)不工作,進(jìn)氣管中的溫度和標(biāo)定溫度相似，所以不再對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正，進(jìn)氣管內(nèi)的速度波如圖6所示。圖6進(jìn)氣管內(nèi)的速度波5結(jié)論(1) 采用熱線(xiàn)風(fēng)速儀能夠測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中的