發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管中氣流流速的測量.docxVIP

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

2、和熱線風(fēng)速儀。前者具有響應(yīng)快、精度高的特點，但價格昂貴,使用要求高,所以采用了熱線風(fēng)速儀。它具有較高的靈敏度和響應(yīng)頻率.結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能滿足發(fā)動機(jī)中不穩(wěn)定氣體流速的測量要求C1熱線風(fēng)速儀的工作原理熱線風(fēng)速儀基本原理是基于從熱線到流體中熱交換的變化來測量流速的醵時變化。本文采用HWL一11型熱線/熱膜流速儀,主機(jī)由刪量電橋、伺服放大器、自動調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)、輸出放大器和輸出指示器等部分組成，見圖1所示。I.電橋2.伺服放大管3.白動調(diào)祭環(huán)節(jié)4.輸出放大群6.信號處理Si熱雄風(fēng)詢儀的成熱線探針作為測量電橋的一個橋臂,測量時將溫度變化轉(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，通過高增益直流放大，推動自動調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，使熱線保持恒定的溫度，則電橋又恢復(fù)平衡。2熱線風(fēng)速儀的標(biāo)定由于內(nèi)燃機(jī)工作時的周圍環(huán)境是不斷變化的，熱線不可能在與內(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)時的大氣壓，Paf一當(dāng)時的大氣溫度，TU流速、m/s方一微壓計頭，Pa調(diào)整不同的力，即可求出不同的流速，得到熱線風(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應(yīng)的關(guān)系C3測單缸柴油機(jī)（S1102）進(jìn)氧管中氣流的流速3.1熱線探針安裝位置的確定在進(jìn)氣過程中，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)流氣道試驗臺匕進(jìn)行吹風(fēng)試收輯日財2001-08-24作者簡介吳小江（1958-）,女.江蘇海安人.江蘇理工大學(xué)高級工程怖.主要從事發(fā)動機(jī)試段研究和發(fā)動機(jī)動態(tài)測試等工作c驗。圖2為進(jìn)氣管截面測點分布表1是各測點在不同氣門升程熱線所測得的電壓值，測量截面距進(jìn)氣門處300mm.從表1中可看出電壓最大值并不在管道

5、的中心位置，而測量截面上的氣流平均流速約圖2進(jìn)氣管般面列點分布為最大流速的83.7%o3,2實驗環(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代表實驗工況，則匕產(chǎn)時（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，熱線在定溫上工作，則修正系數(shù)Ff僅僅是實驗工況中發(fā)動機(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),從而可方便地實現(xiàn)對熱

6、線讀數(shù)的修正。為測量進(jìn)氣管內(nèi)的氣體溫度，作者選用了在低溫時有較高精度的銅一康銅熱電偶c測,時用6個熱電偶同時置于圖2的各測點，測出該裁面的溫度變化。表2為空載時進(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小于40C時的最高使用溫度限值。（2）振動。當(dāng)把熱線置于進(jìn)氣管中時，由于發(fā)動機(jī)振動，使熱線也振動,從而造成與進(jìn)氣管中氣體的相對運動，產(chǎn)生一定的輸出電壓，對此必須進(jìn)行修正。為反映振動對熱線的影響，對同一工況分別將熱線置于進(jìn)氣管內(nèi)和進(jìn)氣管外，置于進(jìn)氣管外時在熱線外罩上封閉保護(hù)罩，以防周圍空氣流動對探針產(chǎn)生影響。圖3為空載轉(zhuǎn)速為2200r/min

7、時的熱線測得的流速信號；圖4為標(biāo)定工況2200r/min.功率為16kW時熱線測得的流速信號。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，門升程下各測點的電壓值單位tv衰2同一戳面各測點進(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針掇動信號(者負(fù)荷)從圖3和圖4可看出.在流速尾部有一速度波。對此有各種解釋：一是由于進(jìn)氣門遲關(guān)期內(nèi)進(jìn)氣倒流引起的；二是在進(jìn)氣門接近關(guān)閉時出現(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)氣終了時熱線的振動較大造成的。同時也可看出在進(jìn)氣過程期間，振動幾乎沒有引起信號輸出,這樣在測量時就不必考慮振動對熱線的影響C3.3測結(jié)果熱線測出的在進(jìn)氣管中距進(jìn)氣門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)動力性、經(jīng)濟(jì)性和工作過程可靠性的一個重要途徑。為了計算分析多缸發(fā)動機(jī)各缸充氣效率和各敏進(jìn)氣的不均勻性，可用熱線測量各進(jìn)氣歧管和總管內(nèi)的辰態(tài)進(jìn)氣速度，用低壓傳感器測最相應(yīng)測點上的瞬態(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，在電力測功器上倒拖G427汽油機(jī)，同時將汽油機(jī)的冷卻水和潤滑油加熱到接近實際工作溫度、使測試工況盡可能地接近發(fā)動機(jī)的實際工況、在各種工況下測景各進(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設(shè)了測量窗口，將熱線和低壓傳感器分別安裝于混量窗口，通過計算機(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信號。由于倒拖發(fā)動機(jī).汽油機(jī)不工作,進(jìn)氣管中的溫度和標(biāo)定溫度相似，所以不再對測量結(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) 采用熱線風(fēng)速儀能夠測量發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管中的