内燃机气道试验台简介讲解共38页文档
内燃机气道试验台测控系统的研制
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。
内燃机气道试验台简介
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TUST-Ⅴ 广西玉柴机器股份有限公司质量部
27
TUST103
12
TUST102 潍坊柴油机厂中速机厂
28
TUST103
13
TUST-Ⅴ 广西玉柴机器股份有限公司装备厂
29
TUST103
14
TUST102 河南缸盖厂
30
TUST103
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TUST102 重庆志成机械厂
31
TUST103
16
TUST101 天津一汽夏利轿车股份有限公司产品开发中心 32
鉴定与评价（续二）
先后通过了教育部3次子项目的鉴定 （1998年，2003年，2005年） 国家教委1994年科技进步三等奖 天津市1999年科技进步三等奖 教育部2005年提名国家科学技术奖 科技进步一等奖
评价排气道的流量系数； 检测进、排气管的流量特性; 空气滤清器的流量特性。
适用范围： 柴油机、汽油机、摩托车发动机
变压差方法的提出
内燃机运行时气道内气体为充分发展 的湍流流动，其无量纲量是不变的；
确立充分发展的湍流流动的实验条 件；
免去对其压力差的调控
变压差方法的提出
定压差（3500 Pa）与变压差试验结果的比较
序号
1 2
型号
使用单位
TUST-I
广西玉柴机器股份有限公司技术中心
TUST-Ⅰ 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室
序号
17 18
型号
TUST102 TUST102
3
TUST-II 广西玉柴机器股份有限公司技术中心
4
TUST-Ⅰ 中国人民解放军军事交通学院
5
TUST-I
山东大学
气道相关知识讲解
气道形状参数对气道性能的影响之二
➢ 提高涡流比：修气道芯子有效（减小喉口面 积）
➢ 降低涡流比：修阴模有效（增大喉口面积） 喉口区域是最敏感区域（约离凸台10mm）
➢ 凸台低，离底平面近，坡度变小，切向速度 变大，涡流比将变高
➢ 凸台高，离底平面远，涡流比将变低 凸台高低也是气道性能最敏感参数之一
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气道形状参数对气道性能的影响之三
➢ 变坡度，提高或降低切向能力，从而提高 或降低涡流比
➢ 螺旋室变大可以提高涡流比 ➢ 通道口对流动不敏感 ➢ 其它区域，如当前在气缸盖修磨的区域，
提高或降低涡流比时总的原则是改变气流 流动截面和流动方向（角度）
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气道形状参数对气道性能的影响之四
如将105扩缸至108，喷孔数从4变为5： ➢ 由于缸径加大，流量要求加大； ➢ 喷孔数变多，涡流比要小。
缓坡段 喉口 凸台
气 道 入 口
b
敏 感 区
c
a
陡坡段 螺旋部分 呈蜗牛壳形 状
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气道形状参数对气道性能的影响之一
➢ 喉口截面大小是影响气道参数的关键：气 道截面缩小，流速提高，切向流速变大， 涡流比将提高
➢ 蜗壳形状有一个最佳值 ➢ 气道入口的位置、凸台（螺旋室）的高低
对涡流比有较为明显的影响（详细见后）
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气道参数的定义
➢ 涡流比 涡流旋转速度/发动机转速
➢ 流量系数 气道实际流量/理论流量
不同的评价方法有不同的具体定义
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燃烧室中燃油束分布形式源自11合适的涡流比➢ 喷油夹角 ➢ 喷油持续期内曲轴转角度数
当然，实测为进气终了涡流比， 燃烧室内涡流比要大些（角动量守 恒）
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螺旋进气道的关键形状
内燃机气道试验台的结构设计与开发
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》实验指导书解读
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）。
气道吹风试验台作业指导书教学教材
4.5.注意事项
现在是个飞速发展的时代，与时俱进的大学生当然也不会闲着，在装扮上也不俱一格，那么对作为必备道具的饰品多样性的要求也就可想而知了。4.5.1测量前应使传感器通电预热30分钟以上。
4.1.3依次打开总电源.电脑.数据采集仪.控制台电源，启动测试软件及控制台（使用控制台前一定在软件中将它启动）。
4.1.4检查计算机与数据采集仪是否连上，在控制台界面上设置相关试验参数，参数设置主要包括缸盖气道.缸盖类型.缸盖编号.待检缸号.气道型式.流动方式.检测人员以及测试目的。
4.2测量过程
3.职责：操作本仪器的作业人员负责以下程序，指导书的更新由测试技术组负责。
4.程序：
4.1准备工作：
4.1.1检查模拟缸套上止口“O”型密封圈是否平整光滑，能否达到密封效果。
4.1.2自动测量时装上自动压紧机构；手动测量时装上手动压紧机构。并调整摇臂和压紧机构，确保进气门与压紧机构对准，合理放置气门升程位移传感器。
产品试验室仪器操作作业指导书
文件编号：第1页共3页
设备型号
105740097
零件编号
设备名称
气道稳流试验台
零件名称
过程编号
使用车间
技术中心产品试验室
设备操作作业指导书
1.目的：本作业指导书适用于抽查生产线上送检的气缸盖的气道性能，也可用于进行发动机气道的开发.研制和成品缸盖的抽样试验。
2.范围：适用于本仪器操作人员。
4.4.1无法打开采集仪，在确定采集仪工作正常并与计算机相连后选择重新连接项。
据上述部分的分析可见，我校学生就达4000多人。附近还有两所学校，和一些居民楼。随着生活水平的逐渐提高，家长给孩子的零用钱也越来越多，人们对美的要求也越来越高，特别是大学生。他们总希望自己的无论是衣服还是首饰都希望与众不同，能穿出自己的个性。但在我们美丽的校园里缺少自己的个性和琳琅满目的饰品，所以我们的小饰品店存在的竞争力主要是南桥或是市区的。这给我们小组的创业项目提供了一个很好的市场机会。4.4.2工作中气门升程数值不变化，检查气门升程位移传感器测杆是否动作。
内燃机气道试验台简介共38页
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
内燃机气道试验台简介
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！Βιβλιοθήκη 38
气道测试操作说明
孔板设置
测试注意事项介绍
三、测试及评价方法
1、在测试中，可根据需要得到不同气道性能评 价参数，主要有Ricardo、AVL、FEV和SwRI评价方 法。 2、评价方法的设置进入：设置---传感器及参 数设置---工作方式---计算方法 3、当采用Ricardo评价方法时，需要输入发动 机实际的凸轮型线数据，输入方法见前面内容。
测试台 被测缸盖
磁性表座
测试设备及使用介绍
• 控制系统
采集仪
气门步进 电机开关 总开关 交流稳压电源
数据采集系统
风机变频器
当使用手动压气门时，气门步进电机开关可关闭。实验时推荐 采用手动压气门，采用步进电机压气门时，气门升程误差较大。
测试设备及使用介绍
• 控制系统
电脑采集卡的连接注意 两个端口的连接位置， 标记有“横”、“竖” 的端口对应连接。
采集通讯端口1
采集通讯端口2
电脑采集卡
测试设备及使用介绍
• 被测缸盖
排气门
测试缸盖的准备：
螺旋气道
切向气道
喷油器口
1、安装对应的缸盖底板 2、用橡皮泥堵塞预热塞 口和喷油器口
3、清洁被测缸盖，特别 是进、排气道需擦拭干净
备注：当要测试组合气道（ 两个气门同时压下，切向气 道和螺旋气道同时进气）时 ，需要使用气门压板，以保 证两个气门被同时压下，升 程一致。
测试计算结果
测试软件及使用介绍
• 测试结果浏览界面3
1、在测试结果浏览界面中。 还可对测量结果进行浏览。
2、每次测量结束后，应该观 察本次测量的测量结果，重点 检查两类数据：（1）、动量 计扭矩：动量计扭矩不应出现 负值，如果出现负值，可能是 动量计出现了零飘，建议进行 系统清零，重测。（2）、孔 板压差：所有孔板压差介于 100~1500Pa之间，如超过 1500Pa，建议换大直径的孔板， 重测。