本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域，具體是一種測(cè)量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)橫軸渦流運(yùn)動(dòng)的方法和裝置。該裝置的功能是測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)形成的橫軸渦流的旋流能力和進(jìn)氣效率。

背景技術(shù)：

發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)有一種基本的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模式，橫軸渦流(tumble)，其運(yùn)動(dòng)模式的示意圖如圖1所示。這種氣流運(yùn)動(dòng)模式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程有重要影響。橫軸渦流是指旋轉(zhuǎn)的氣流圍繞與汽缸軸線相垂直的軸線的運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)氣過程后期形成橫軸渦流，壓縮過程中隨著活塞上升，汽缸空間變小，直至橫軸渦流運(yùn)動(dòng)發(fā)生破碎，形成以大尺度漩渦為主的湍流場(chǎng)，進(jìn)一步加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣取０l(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的橫軸渦流的旋流能力用橫軸渦流比r表示，

式中ωs是發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)橫軸渦流運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速；ωe是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)橫軸渦流運(yùn)動(dòng)是由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)產(chǎn)生的。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)主要包括:進(jìn)氣道、燃燒室、進(jìn)氣門，以及控制進(jìn)氣門運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)等部件。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的性能是指進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣效率和使進(jìn)入汽缸內(nèi)的氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的能力。進(jìn)氣效率是指通過進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)入汽缸的氣體體積和汽缸排量之比，它衡量進(jìn)氣系統(tǒng)的流通能力。因?yàn)檫M(jìn)氣過程中氣流流經(jīng)進(jìn)氣道、進(jìn)氣門、燃燒室，必然會(huì)遇到流動(dòng)阻力，影響進(jìn)氣效率。進(jìn)氣效率是決定發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率的主要因素。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率降低意味著發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率下降。進(jìn)氣系統(tǒng)可以對(duì)進(jìn)氣過程進(jìn)行組織，造成進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的氣流產(chǎn)生一定模式的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，有利于提高燃燒速度和放熱率，致使改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程。進(jìn)氣系統(tǒng)產(chǎn)生進(jìn)氣旋轉(zhuǎn)主要是由進(jìn)氣道、燃燒室和進(jìn)氣門的幾何形狀的設(shè)計(jì)完成的。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣過程是瞬態(tài)的(隨時(shí)間變化)，而上述參數(shù)(橫軸渦流比、進(jìn)氣效率)的測(cè)量只可能在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行的。測(cè)量時(shí)將按照不同的進(jìn)氣門升程位置逐次固定進(jìn)氣門，形成一個(gè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣過程的準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)，在每一個(gè)進(jìn)氣門開啟位置下進(jìn)行橫軸渦流轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣流量的測(cè)量，再將準(zhǔn)穩(wěn)定條件下獲得的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行積分運(yùn)算，最終獲得該進(jìn)氣系統(tǒng)的旋流能力和進(jìn)氣效率指標(biāo)。這樣的試驗(yàn)裝置被稱為測(cè)量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)橫軸渦流運(yùn)動(dòng)的裝置，可以用于新產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品生產(chǎn)線檢測(cè)，具有工業(yè)實(shí)用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)橫軸渦流運(yùn)動(dòng)的方法和裝置，圖2是本發(fā)明提出的該裝置的布局圖。包括一個(gè)模擬汽缸(6)、一個(gè)橫軸渦流排氣管(3)、一個(gè)葉片風(fēng)速儀(2)、一個(gè)轉(zhuǎn)速表(4)、一個(gè)壓力計(jì)(7)、一個(gè)流量計(jì)(8)、一個(gè)排氣道(11)、一個(gè)二級(jí)穩(wěn)壓箱(1)、一個(gè)穩(wěn)壓箱(10)、一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)(9)，各個(gè)部件的連接關(guān)系是：

模擬汽缸(6)連接一個(gè)內(nèi)部裝有一個(gè)葉片風(fēng)速儀(2)的橫軸渦流排氣管(3)；

橫軸渦流排氣管(3)通過連接管道(20)連接到一個(gè)二級(jí)穩(wěn)壓箱(1)；

二級(jí)穩(wěn)壓箱(1)連接至排氣道(11)；

排氣道(11)的壁面上安裝壓力計(jì)(7)和流量計(jì)(8)，再接到另一個(gè)穩(wěn)壓箱(10)。

如圖2中所示,為了測(cè)量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸大尺度的橫軸渦流運(yùn)動(dòng),必須把一個(gè)葉片式風(fēng)速儀(2)放在橫放的橫軸渦流排氣管中(3)，測(cè)量橫軸渦流運(yùn)動(dòng)方向(5)上的氣流轉(zhuǎn)速。而實(shí)際運(yùn)行過程中,發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)橫軸渦流的位置、強(qiáng)弱都在不斷變化,所以,風(fēng)速儀(2)的轉(zhuǎn)速只反映了在特定位置上汽缸內(nèi)橫軸渦流的運(yùn)動(dòng)狀況。測(cè)量結(jié)果只作為自身的相對(duì)比較。

測(cè)量時(shí),在每一個(gè)氣門升程下，讓鼓風(fēng)機(jī)(9)吸風(fēng),通過調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)(9)使得壓力計(jì)(9)中的壓差△p為一定值,讀出流量計(jì)(8)中的流量，以及和轉(zhuǎn)速表(4)中的葉片風(fēng)速儀(2)轉(zhuǎn)速，即可取得渦流比或橫軸渦流比以及進(jìn)氣效率

該測(cè)量裝置的使用原理：

在該測(cè)量裝置上橫軸渦流比可以定義為

式中ns(θ)是某一氣門升程下葉片風(fēng)速儀的轉(zhuǎn)速，量綱為轉(zhuǎn)/分鐘；qs(θ)是某一氣門升程下氣體體積流量，量綱為米³/秒；θ是發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角，此處可以轉(zhuǎn)換成氣門升程高度；vh是發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸排量。進(jìn)氣系統(tǒng)的充氣效率為

上式中v0是理論進(jìn)氣速度，量綱為米/秒；δp是流量計(jì)中的壓差；a是進(jìn)氣門氣門座面積。橫軸渦流進(jìn)氣系統(tǒng)的性能指標(biāo)需要對(duì)橫軸渦流比、充氣效率進(jìn)行積分，得到進(jìn)氣過程的平均橫軸渦流比，以及平均進(jìn)氣效率，作為衡量進(jìn)氣系統(tǒng)性能的指標(biāo)。平均橫軸渦流比定義為

考慮到壓縮比ε和充氣效率η的影響，經(jīng)過修正的平均橫軸渦流比為

平均充氣效率為

該裝置能夠測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)橫軸渦流運(yùn)動(dòng)，以及橫軸渦流進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣效率。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，易于維護(hù)，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)的新型進(jìn)氣道、進(jìn)氣門、燃燒室的開發(fā)過程，也可用于發(fā)動(dòng)機(jī)制造過程中檢測(cè)進(jìn)氣系統(tǒng)的性能。

附圖說明

圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)橫軸渦流運(yùn)動(dòng)模式示意圖。圖中，5橫軸渦流運(yùn)動(dòng)方向、12活塞、13汽缸、14排氣門、15進(jìn)氣門、16進(jìn)氣道。

圖2是測(cè)量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)橫軸渦流運(yùn)動(dòng)的裝置的布局圖。圖中，1二級(jí)穩(wěn)壓箱、2葉片風(fēng)速儀、3橫軸渦流排氣管、4轉(zhuǎn)速表、5橫軸渦流運(yùn)動(dòng)方向、6模擬汽缸、7壓力計(jì)、8流量計(jì)、9鼓風(fēng)機(jī)、10穩(wěn)壓箱、11排氣道、20連接管道。

圖3是測(cè)量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)橫軸渦流運(yùn)動(dòng)的裝置的具體實(shí)施方案布局圖。圖中，1二級(jí)穩(wěn)壓箱、2葉片風(fēng)速儀、3橫軸渦流排氣管、4轉(zhuǎn)速表、6模擬汽缸、7壓力計(jì)、8流量計(jì)、9鼓風(fēng)機(jī)、10穩(wěn)壓箱、11排氣道、15進(jìn)氣門、16進(jìn)氣道、17汽缸蓋、18汽缸蓋定位系統(tǒng)、19石英窗、20連接管道。

具體實(shí)施方式

以一個(gè)具體實(shí)施方案進(jìn)一步說明本發(fā)明提出的測(cè)量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)橫軸渦流運(yùn)動(dòng)的方法和裝置的結(jié)構(gòu)和原理。圖3是測(cè)量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)橫軸渦流運(yùn)動(dòng)的裝置的具體實(shí)施方案布局圖。如圖中所示,首先在呈圓柱形薄壁腔體的模擬汽缸(6)上安置汽缸蓋定位系統(tǒng)(18)，目的是為將汽缸蓋(17)與模擬汽缸(6)對(duì)正。為了測(cè)量缸內(nèi)大尺度的橫軸渦流運(yùn)動(dòng),必須把一個(gè)葉片式風(fēng)速儀(2)放在橫軸渦流排氣管(3)中，測(cè)量橫軸渦流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方向(5)上的轉(zhuǎn)速。橫軸渦流排氣管(3)均為圓柱形薄壁管道，直徑為模擬汽缸(6)直徑的三分之二。橫軸渦流排氣管(3)中心軸線與模擬汽缸中心軸線垂直，安裝在模擬汽缸(6)沿軸線方向的下部，目的是模擬進(jìn)氣終了時(shí)刻的橫軸渦流運(yùn)動(dòng)。橫軸渦流排氣管中的葉片風(fēng)速儀(2)由氣流帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。橫軸渦流排氣管(3)上有小的石英窗(19)。轉(zhuǎn)速表(4)上的光電轉(zhuǎn)速器通過石英窗(19)對(duì)正葉片風(fēng)速儀(2)上的光電傳感器，以記錄葉片風(fēng)速儀以的轉(zhuǎn)速。

橫軸渦流排氣管(3)通過一個(gè)連接管道(20)連接到一個(gè)二級(jí)穩(wěn)壓箱(1)，是一個(gè)長方體形狀的空腔，可以減弱進(jìn)氣流動(dòng)的脈動(dòng)。二級(jí)穩(wěn)壓箱(1)連接排氣道(11)，其形狀是圓柱形薄壁管道，壁面上接入壓力計(jì)(7)和流量計(jì)(8)。流量計(jì)(8)可以是板孔流量計(jì)或渦街流量計(jì)。排氣道(11)再接入穩(wěn)壓箱(10)，是一個(gè)長方體形狀的空腔，上面接入鼓風(fēng)機(jī)(9)。穩(wěn)壓箱(10)的作用是為了減弱鼓風(fēng)機(jī)(9)的進(jìn)氣脈動(dòng)，使得試驗(yàn)在穩(wěn)定流動(dòng)中運(yùn)行。

測(cè)量時(shí),在每一個(gè)固定氣門升程下，將進(jìn)氣門(15)位置固定，讓鼓風(fēng)機(jī)(9)吸風(fēng),氣流通過進(jìn)氣道(17)進(jìn)入模擬汽缸(6)。調(diào)節(jié)氣門升程到下一個(gè)固定位置，然后調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)(9)的進(jìn)氣量，使壓力計(jì)(7)中的壓差△p保持為一定值,讀出流量計(jì)(8)中的流量和轉(zhuǎn)速表(4)中的葉片風(fēng)速儀(2)轉(zhuǎn)速，按照前面的公式(5)和(6)即可取得進(jìn)氣系統(tǒng)的渦流比以及進(jìn)氣效率