发动机进气管中气流流速的测量.docx

1、发动机进气管中气流流速的测量吴小江（江苏理工大学.江苏镇江212013）摘介绍了采用热线风速仪测鱼单缸和多缸发动机进气管中的流速的原理，提出了对测信结果进行标定和修正的方法关园流速；热线风速仪；发动机进气管中图分类号TK413.4*5文献标识码A【文章编号】1003188X（2002）01009903充气效率是表示发动机进气过程完善程度的一个重要指标。由于发动机进气门做周期性开关以及活塞做往复运动，因此进气管中气流的流动状态是周期变化的。任一截面的流速和压力均随时间变化。如果能测出进气管某一截面上的瞬时流速，再利用同时测得的进气压力，就可算出发动机每一循环的充气效率。目前，测流速常用激光多普勒

2、和热线风速仪。前者具有响应快、精度高的特点，但价格昂贵,使用要求高,所以采用了热线风速仪。它具有较高的灵敏度和响应频率.结构简单，操作方便，能满足发动机中不稳定气体流速的测量要求C1热线风速仪的工作原理热线风速仪基本原理是基于从热线到流体中热交换的变化来测量流速的醵时变化。本文采用HWL一11型热线/热膜流速仪,主机由删量电桥、伺服放大器、自动调节环节、输出放大器和输出指示器等部分组成，见图1所示。I.电桥2.伺服放大管3.白动调祭环节4.输出放大群6.信号处理Si热雄风询仪的成热线探针作为测量电桥的一个桥臂,测量时将温度变化转化为此臂的电阻变化，从而产生桥压变化、可反映出流速的变化。桥臂的电

3、阻产生误差电压，输送至伺服放大器，通过高增益直流放大，推动自动调节环节，使热线保持恒定的温度，则电桥又恢复平衡。2热线风速仪的标定由于内燃机工作时的周围环境是不断变化的，热线不可能在与内燃机工况相似的条件下标定，通常只能在大气状况下标定，然后根据试验情况进行修正。笔者采用OBECALIBRATORMODEL1065小型风洞标定装置。其流璋a和与微压计的读数人具有下面关系：U=107.35lV（l+O.0O36r）A/-V1+0.02626A/式中：H一当时的大气压，Paf一当时的大气温度，TU流速、m/s方一微压计头，Pa调整不同的力，即可求出不同的流速，得到热线风速仪相应的输出电压，从而得出

4、流速与输出电压一一对应的关系C3测单缸柴油机（S1102）进氧管中气流的流速3.1热线探针安装位置的确定在进气过程中，进气管道中某一截面上气流速度沿径向具有一定的分布梯度.而且速度的分布梯度与直管也有所不同，为了确定进气管某一截面的流速变化规律，找到热线探针正确的安装位置，将缸头连同进气管在稳流气道试验台匕进行吹风试收辑日财2001-08-24作者简介吴小江（1958-）,女.江苏海安人.江苏理工大学高级工程怖.主要从事发动机试段研究和发动机动态测试等工作c验。图2为进气管截面测点分布表1是各测点在不同气门升程热线所测得的电压值，测量截面距进气门处300mm.从表1中可看出电压最大值并不在管道

5、的中心位置，而测量截面上的气流平均流速约图2进气管般面列点分布为最大流速的83.7%o3,2实验环境的修正（1）温度的修正。据文献I）所提出的校正工况的关系，若以注脚1代表校正工况，以注脚2代表实验工况，则匕产时（针.（若知（另务°5式中：/一金属丝的端电压。一金属丝的平均温度/一气流的温度7_。=（?;、+4）/2由上式可知，如果在大气中标定，热线在定温上工作，则修正系数Ff仅仅是实验工况中发动机进气管的气体温度的函数。由于在稳定工况下进气管温度变化不大，因此，假定在某一特定的工况下，进气管中温度保持不变，只要求得该工况下进气管中的平均温度，即可求出其修正系数,从而可方便地实现对热

6、线读数的修正。为测量进气管内的气体温度，作者选用了在低温时有较高精度的铜一康铜热电偶c测,时用6个热电偶同时置于图2的各测点，测出该裁面的温度变化。表2为空载时进气管内温度随转速变化的关系。从表2可看出，随转速升高，进气管内气流温度也升高，其最高温度低于热线小于40C时的最高使用温度限值。（2）振动。当把热线置于进气管中时，由于发动机振动，使热线也振动,从而造成与进气管中气体的相对运动，产生一定的输出电压，对此必须进行修正。为反映振动对热线的影响，对同一工况分别将热线置于进气管内和进气管外，置于进气管外时在热线外罩上封闭保护罩，以防周围空气流动对探针产生影响。图3为空载转速为2200r/min

7、时的热线测得的流速信号；图4为标定工况2200r/min.功率为16kW时热线测得的流速信号。升程/12315675软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，门升程下各测点的电压值单位tv衰2同一戳面各测点进,警内温度辑速变化的关集单位：-C转速/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竺内AV(«j/s)6

9、0402006040200-.进气管外TDCTDCTDCTDCTDCTDC图4针掇动信号(者负荷)从图3和图4可看出.在流速尾部有一速度波。对此有各种解释：一是由于进气门迟关期内进气倒流引起的；二是在进气门接近关闭时出现的向进气口方向传播的压力波的伴随波。在此.我们提出另一种解释是由于进气终了时热线的振动较大造成的。同时也可看出在进气过程期间，振动几乎没有引起信号输出,这样在测量时就不必考虑振动对热线的影响C3.3测结果热线测出的在进气管中距进气门300mm姓，气体流速随转速变化的关系如图5所示。圈5中，体琉速转遍的斐化4测多缸汽油机进气管中气流的流速改善多缸汽油机进气的充气效率和各缸进气的不

10、均匀性，是提高汽油机动力性、经济性和工作过程可靠性的一个重要途径。为了计算分析多缸发动机各缸充气效率和各敏进气的不均匀性，可用热线测量各进气歧管和总管内的辰态进气速度，用低压传感器测最相应测点上的瞬态进气压力。由于进气流速主要随转速变化影响较大，在电力测功器上倒拖G427汽油机，同时将汽油机的冷却水和润滑油加热到接近实际工作温度、使测试工况尽可能地接近发动机的实际工况、在各种工况下测景各进气歧管内的进气参数。在靠近气缸盖的进气歧管上和化油器附近的总管上开设了测量窗口，将热线和低压传感器分别安装于混量窗口，通过计算机数据采集系统获得各进气歧管的速度波和压力波的瞬时信号。由于倒拖发动机.汽油机不工作,进气管中的温度和标定温度相似，所以不再对测量结果进行修正，进气管内的速度波如图6所示。图6进气管内的速度波5结论(1) 采用热线风速仪能够测量发动机进气管中的