單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置，其包括有：一單缸機(jī)機(jī)體、一進(jìn)氣管路、一進(jìn)氣箱、一排氣管和一模擬增壓系統(tǒng)；所述單缸機(jī)機(jī)體的進(jìn)氣口和排氣口分別與所述進(jìn)氣箱和所述排氣管連通；所述進(jìn)氣管路與所述進(jìn)氣箱連通；所述進(jìn)氣管路和所述排氣管均與所述模擬增壓系統(tǒng)連通，所述模擬增壓系統(tǒng)用于模擬整機(jī)氣缸的進(jìn)排氣邊界；所述進(jìn)氣箱的容積不小于待模擬的整機(jī)的進(jìn)氣箱的平均容積。通過設(shè)置模擬增壓系統(tǒng)與單缸機(jī)機(jī)體相連通并進(jìn)一步在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置傳感器以測量和數(shù)據(jù)處理的方式對整機(jī)進(jìn)行有效模擬。
【專利說明】單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，采用單缸機(jī)試驗預(yù)測柴油機(jī)整機(jī)性能指標(biāo)可以大幅度減少整機(jī)試驗工作量，對于降低柴油機(jī)開發(fā)成本，縮短柴油機(jī)開發(fā)周期具有重要意義。大型柴油機(jī)產(chǎn)量小，生產(chǎn)周期長，柴油機(jī)制造成本高，試驗費(fèi)用高，常作為主要試驗樣機(jī)。
[0003]單缸機(jī)試驗準(zhǔn)確模擬整機(jī)性能指標(biāo)關(guān)鍵是缸內(nèi)燃燒階段作功和燃燒階段的進(jìn)排氣邊界和整機(jī)一致。缸內(nèi)燃燒階段作功是指缸內(nèi)氣體在壓縮和膨脹行程的作功。該階段作功和燃燒過程和整機(jī)功率指標(biāo)直接相關(guān)，相對于整個循環(huán)的缸內(nèi)做功，以缸內(nèi)燃燒階段作功為模擬目標(biāo)可以排除單缸機(jī)和整機(jī)泵氣損失差異對模擬精度的影響。單缸機(jī)由于只有一個氣缸，不能直接采用整機(jī)增壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也無法考慮整機(jī)各缸之間壓力波傳遞影響，需要針對整機(jī)氣缸的進(jìn)排氣邊界參數(shù)進(jìn)行模擬。柴油機(jī)燃燒過程進(jìn)排氣邊界參數(shù)包括過量空氣系數(shù)、掃氣系數(shù)、殘余廢氣系數(shù)、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣渦流等，對于單缸機(jī)模擬整機(jī)，最主要的為過量空氣系數(shù)、掃氣系數(shù)、進(jìn)氣溫度。過量空氣系數(shù)為進(jìn)氣階段結(jié)束后留在缸內(nèi)的氣量和燃燒完全燃燒所消耗的氣量之比，掃氣系數(shù)為進(jìn)氣階段通過進(jìn)氣閥吸入的總氣量和留在缸內(nèi)氣量之比。
[0004]現(xiàn)有的單缸機(jī)模擬整機(jī)方法并未嚴(yán)格以進(jìn)氣量作為單缸機(jī)模擬整機(jī)邊界的標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)單缸機(jī)和整機(jī)進(jìn)氣量一致來確定單缸機(jī)進(jìn)氣壓力、溫度、排氣背壓等參數(shù)，而把整機(jī)的進(jìn)氣壓力和排氣背壓直接作為單缸機(jī)試驗的邊界，該方法為充分考慮單缸機(jī)和整機(jī)進(jìn)排氣流動的差異，往往會使得單缸機(jī)和整機(jī)性能參數(shù)有明顯差異。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)成本單缸機(jī)模擬整機(jī)時誤差較大的缺陷，提供一種誤差更小、精度更高的單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置。
[0006]本實用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題:
[0007]本實用新型提供一種單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置，其特點(diǎn)在于，其用于實現(xiàn)如上所述的單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗方法，所述單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置包括有:一單缸機(jī)機(jī)體、一進(jìn)氣管路、一進(jìn)氣箱、一排氣管和一模擬增壓系統(tǒng)；
[0008]所述單缸機(jī)機(jī)體的進(jìn)氣口和排氣口分別與所述進(jìn)氣箱和所述排氣管連通；
[0009]所述進(jìn)氣管路與所述進(jìn)氣箱連通；
[0010]所述進(jìn)氣管路和所述排氣管均與所述模擬增壓系統(tǒng)連通，所述模擬增壓系統(tǒng)用于模擬整機(jī)氣缸的進(jìn)排氣邊界；
[0011]所述進(jìn)氣箱的容積不小于待模擬的整機(jī)的進(jìn)氣箱的平均容積。
[0012]此處，由于單缸機(jī)與整機(jī)的氣缸排氣邊界存在差異，因此要模擬整機(jī)的排氣邊界，需要通過模擬增壓系統(tǒng)。
[0013]較佳的，所述進(jìn)氣箱內(nèi)設(shè)置有用于測量進(jìn)氣壓力的進(jìn)氣壓力傳感器和用于測量進(jìn)氣溫度的熱敏傳感器。
[0014]較佳的，所述排氣管包括有一排氣總管和一排氣支管，所述排氣總管與所述模擬增壓系統(tǒng)連通，所述排氣支管一端與所述排氣總管連通，另一端與所述排氣口連通；
[0015]所述排氣支管與所述排氣口連通的一端的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一用于測量排氣壓力的排氣壓力傳感器。
[0016]較佳的，所述單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置還包括有一氣缸蓋，所述氣缸蓋蓋設(shè)于所述單缸機(jī)機(jī)體的進(jìn)氣口和排氣口上。
[0017]此處，氣缸蓋用于對單缸機(jī)機(jī)體的部件進(jìn)行保護(hù)并可以支撐連接排氣管和進(jìn)氣箱等部件。
[0018]本實用新型的積極進(jìn)步效果在于:通過設(shè)置模擬增壓系統(tǒng)與單缸機(jī)機(jī)體相連通并進(jìn)一步在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置傳感器以測量和數(shù)據(jù)處理的方式對整機(jī)進(jìn)行有效模擬。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型較佳實施例的單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗方法的流程圖。
[0020]圖2為本實用新型較佳實施例單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0021]下面舉個較佳實施例，并結(jié)合附圖來更清楚完整地說明本實用新型。
[0022]下面通過實施例的方式進(jìn)一步說明本實用新型，但并不因此將本實用新型限制在所述的實施例范圍之中。
[0023]圖1為本實施例的單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗方法的流程圖，如圖1所示，本實施例涉及的單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗方法包括有以下步驟:
[0024]步驟1、建立一整機(jī)仿真模型和一單缸機(jī)仿真模型。
[0025]步驟2、運(yùn)行整機(jī)仿真模型得出整機(jī)高壓指示壓力和邊界參數(shù)，其中，整機(jī)高壓指示壓力為整機(jī)仿真模型在壓縮和膨脹節(jié)點(diǎn)的缸內(nèi)氣體平均指示壓力，邊界參數(shù)包括有單缸進(jìn)氣結(jié)束缸內(nèi)進(jìn)氣量、進(jìn)氣結(jié)束進(jìn)氣溫度和總進(jìn)氣量。
[0026]在多缸整機(jī)中，當(dāng)活塞上行，進(jìn)氣閥關(guān)閉以后，氣缸內(nèi)的空氣受到壓縮，隨著容積的不斷細(xì)小，空氣的壓力和溫度也就不斷升高，壓縮終點(diǎn)的壓力和濕度與空氣的壓縮程度有關(guān)，即與壓縮比有關(guān)，一般壓縮終點(diǎn)的壓力和溫度分別為4?8MPa和750?950K。在本實施例中，進(jìn)氣量，溫度和濕度等參數(shù)均可以一同在整機(jī)仿真模型中進(jìn)行設(shè)定。
[0027]步驟3、運(yùn)行單缸機(jī)仿真模型，調(diào)整單缸機(jī)仿真模型的高壓指示壓力直至與整機(jī)高壓指示壓力相等，調(diào)整單缸機(jī)仿真模型的進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、排氣背壓直至單缸機(jī)仿真模型的邊界參數(shù)與整機(jī)仿真模型的邊界參數(shù)一致后，記錄下此時的單缸機(jī)仿真模型的進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、排氣背壓。
[0028]步驟4、運(yùn)行待測的實體單缸機(jī)，調(diào)整實體單缸機(jī)的扭矩使得實體單缸機(jī)的高壓指示壓力與整機(jī)高壓指示壓力相等，調(diào)整實體單缸機(jī)的進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)閥、進(jìn)氣溫度加熱器、排氣背壓閥，使得實體單缸機(jī)的進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、排氣背壓與步驟3中記錄的單缸機(jī)仿真模型的進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、排氣背壓相等。
[0029]步驟5、將測量得出實體單缸機(jī)的燃燒放熱率曲線代入整機(jī)仿真模型，得出一組高壓指示壓力和邊界參數(shù)。
[0030]計算燃燒放熱率的出發(fā)點(diǎn)可以采用熱力學(xué)第一定律。在計算放熱率時，采用零燃燒模型，認(rèn)為氣缸內(nèi)為均勻分布的混合氣。燃料燃燒放出的熱量一部分用于提高缸內(nèi)氣體的內(nèi)能并用來對外做功，一部分傳給燃燒室壁構(gòu)成散熱損失。燃燒過程中任一瞬時的熱量平衡方程式為:
[0031]Qf = Q+Qw = Δ U+W+Qff ；
[0032]其中Qf為該瞬時前燃料燃燒放出的熱量；Q為該瞬時前缸內(nèi)氣體吸收的熱量；QW為該瞬時前傳給缸壁的熱量；AU為氣體內(nèi)能變化量;W為從計算始發(fā)點(diǎn)至該瞬時氣體所做的功。
[0033]步驟6、判斷一組高壓指示壓力和邊界參數(shù)與整機(jī)高壓指示壓力和邊界參數(shù)的偏差比例是否大于一設(shè)定比例，若是則返回執(zhí)行步驟2，若否則執(zhí)行步驟7。
[0034]步驟7、將實體單缸機(jī)上實測的最高燃燒壓力作為待模擬的整機(jī)的最高燃燒壓力。
[0035]步驟8、通過實體單缸機(jī)上實測的單缸機(jī)實測燃油消耗率、單缸機(jī)實測NOx排放值單缸機(jī)實測功率和整機(jī)單缸功率計算得出待模擬的整機(jī)的整機(jī)燃油消耗率、整機(jī)NOx排放值，計算方法如下:
[0036]整機(jī)燃油消耗率=單缸機(jī)實測燃油消耗率X單缸機(jī)實測功率+整機(jī)單缸功率；
[0037]整機(jī)NOx排放值=單缸機(jī)實測NOx排放值X單缸機(jī)實測功率+整機(jī)單缸功率。
[0038]步驟9、將實體單缸機(jī)上實測的單缸機(jī)煙度實測值作為待模擬的整機(jī)的整機(jī)煙度值。
[0039]步驟10、將步驟5中的實體單缸機(jī)的燃燒放熱率曲線代入整機(jī)仿真模型，計算得出待模擬的整機(jī)的整機(jī)排溫值。
[0040]由于實體的整機(jī)尚未開發(fā)，整機(jī)邊界參數(shù)是不能夠通過實際測量測定，只能通過模擬來計算，可能存在偏差。所以，在試驗中需要通過可以單缸機(jī)實測的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)來推導(dǎo)整機(jī)邊界參數(shù)，這些可以實測的數(shù)據(jù)就包括有上述的燃燒放熱率、進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度和排氣背壓，因此，在步驟5、步驟6中通過把實體單缸機(jī)上測量得到的燃燒放熱率進(jìn)一步代入整機(jī)模型，校準(zhǔn)整機(jī)運(yùn)行時的邊界參數(shù)。通過反復(fù)的對比兩組整機(jī)邊界參數(shù)，最終可以得到待模擬的整機(jī)的較為合理的邊界參數(shù)，進(jìn)而通過較為合理的邊界參數(shù)推導(dǎo)出其他的整機(jī)參數(shù)。
[0041]本實施例還涉及一種單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置，圖2為本實施例單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，本實施例涉及的單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置包括有:
[0042]單缸機(jī)機(jī)體700、進(jìn)氣管路100、進(jìn)氣箱200、排氣總管500、排氣支管400和模擬增壓系統(tǒng)600。單缸機(jī)機(jī)體700的進(jìn)氣口和排氣口分別與進(jìn)氣箱200和排氣管連通。進(jìn)氣管路100與進(jìn)氣箱200連通。
[0043]進(jìn)氣管路100和排氣總管500均與模擬增壓系統(tǒng)600連通，模擬增壓系統(tǒng)600用于模擬整機(jī)氣缸的進(jìn)排氣邊界。
[0044]進(jìn)氣箱200的容積不小于待模擬的整機(jī)的進(jìn)氣箱的平均容積。
[0045]進(jìn)氣箱200內(nèi)設(shè)置有用于測量進(jìn)氣壓力的進(jìn)氣壓力傳感器和用于測量進(jìn)氣溫度的熱敏傳感器。
[0046]排氣支管400 —端與排氣總管500連通，另一端與排氣口連通。排氣支管400與排氣口連通的一端的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一用于測量排氣壓力的排氣壓力傳感器。
[0047]氣缸蓋300蓋設(shè)于單缸機(jī)機(jī)體700的進(jìn)氣口和排氣口上。
[0048]雖然以上描述了本實用新型的【具體實施方式】，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這僅是舉例說明，本實用新型的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本實用新型的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置，其特征在于，其包括有:一單缸機(jī)機(jī)體、一進(jìn)氣管路、一進(jìn)氣箱、一排氣管和一模擬增壓系統(tǒng)； 所述單缸機(jī)機(jī)體的進(jìn)氣口和排氣口分別與所述進(jìn)氣箱和所述排氣管連通； 所述進(jìn)氣管路與所述進(jìn)氣箱連通； 所述進(jìn)氣管路和所述排氣管均與所述模擬增壓系統(tǒng)連通，所述模擬增壓系統(tǒng)用于模擬整機(jī)氣缸的進(jìn)排氣邊界； 所述進(jìn)氣箱的容積不小于待模擬的整機(jī)的進(jìn)氣箱的平均容積。
2.如權(quán)利要求1所述的單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣箱內(nèi)設(shè)置有用于測量進(jìn)氣壓力的進(jìn)氣壓力傳感器和用于測量進(jìn)氣溫度的熱敏傳感器。
3.如權(quán)利要求2所述的單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置，其特征在于，所述排氣管包括有一排氣總管和一排氣支管，所述排氣總管與所述模擬增壓系統(tǒng)連通，所述排氣支管一端與所述排氣總管連通，另一端與所述排氣口連通； 所述排氣支管與所述排氣口連通的一端的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一用于測量排氣壓力的排氣壓力傳感器。
4.如權(quán)利要求1?3中任一項所述的單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置，其特征在于，所述單缸機(jī)模擬整機(jī)的試驗裝置還包括有一氣缸蓋，所述氣缸蓋蓋設(shè)于所述單缸機(jī)機(jī)體的進(jìn)氣口和排氣口上。
【文檔編號】G01M15/05GK204101295SQ201420553287
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】王新權(quán), 諶祖迪, 仲杰, 閆萍, 張文正 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所