1、天津大学内燃机气道试验台天津大学内燃机气道试验台简介简介天津内燃机燃烧学国家重点实验室2009年4月 内燃机缸内气体流动是影响内燃机燃烧性能的决定性因素，直接决定其动力、经济及排放特性。缸内空气运动重要性螺旋进气道直喷柴油机燃烧系统的关键部件 对直喷柴油机的功率输出，燃油经济性，排烟以及排放等都有巨大影响，因为它影响着空气和燃油的混合过程和燃烧过程。内燃机缸内空气运动的主要形式直喷柴油机缸内空气运动 涡流，立轴涡流，主要运动 挤流 湍流汽油机缸内空气运动 滚流，横轴涡流；涡流 涡流挤压流：活塞接近上止点时，空气被挤入活塞头部的燃烧室内湍流：壁面生成旋涡拉伸火焰 用叶片风速仪的方法测量涡流或滚流
2、（FEV）a)涡流测量b)滚流测量研究方法、技术缸内流动过程的微观研究湍流速度场的变化过程热线风速仪CTA，单点测量，速度、湍流强度激光多普勒测速仪LDA,LDV；单点测量，速度、湍流强度激光粒子图像法，PIV，PTV；多点测量，二维速度场，流谱图多位数值模拟技术CFD；二维速度场，流谱图，湍动能分布图缸内流动宏观测量稳流试验技术，即气道试验台叶片风速仪测量法涡流动量计法宏观流动的评价方法Ricardo评价法，英国FEV评价法，德国AVL评价法，奥地利SwRI 评价法，美国西南研究院动量计微观研究与宏观检测的对比 微观研究优点 信息详尽 阐明机理透彻 适于研究用 缺点 仪器昂贵 工作量大 操作
3、复杂 只适于研究用 宏观（稳流气道试验台）检测优点 原理简单，结果可靠 广泛用于直接指导生产 研究单位和企业都适用 迅速给出结果，我们的专利技术已可做到1分钟检测一个气道 缺点 给出信息不够详尽，例如无湍流方面的信息气道稳流试验必要性用稳态流动试验法检测、试验内燃机的进、排气道的流量系数、涡流比、等流动特性参数是国内外广泛采用并行之有效的方法；不同燃烧室及燃油系统对涡流比有不同的匹配要求，涡流比过高过低都将使燃烧恶化、排放变差。稳流气道试验台原理简单，结果可靠，能迅速给出结果，广泛用于直接指导生产。国外著名发动机咨询公司如英国Ricardo、奥地利AVL、德国FEV及美国SwRI等都有自己的方
4、法，以进行气道性能的评价。气道稳流试验优越性控制质量 质量部检测配件厂来的气缸盖质量（缸盖厂）主机厂批量检测，稳定性 气缸盖气道流动性能的在线检测开发新产品 新机型研发 新燃烧系统控制工艺 例如铸造、机加工过程造成的倾斜、偏心误差气道稳流试验台的应用气道稳流试验台布置图天津大学研制气道试验台功能评价内燃机进气道涡流比、滚流比、流量系数；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变压差方法的提出内燃机运行时气道内气体为充分发展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；的湍流流动，其无量纲量是不
5、变的；确立充分发展的湍流流动的实验条确立充分发展的湍流流动的实验条件；件；免去对其压力差的调控免去对其压力差的调控定压差（定压差（3500 Pa）与变压差试验结果的比较）与变压差试验结果的比较变压差方法的提出变压差方法的提出1.机械方面机械方面：滚道机构，气动滑道机构，自动控制气门升程；2.电气方面电气方面：3.软件方面软件方面：自动处理实验数据,多种评价方法的结果，数据库；4.变压差技术变压差技术：可在1.3分钟完成一个气道的检测。实现自动化实现自动化稳流试验中把空气当作不可压缩流体来处理，只是一种近似；按可压缩流体处理，可得到精确的结果；变压差方法+可压缩流体计算将使数据更加精确，使变压差
6、方法更趋完美。可压缩流可压缩流国内外同类技术比较 国外同类产品1.只给出一种结果，不能横向对比；2.假设条件不符合实际工程应用价值降低；3.定压差技术，效率低，15分钟；4.价格昂贵：25-40万欧元。本成果产品1.给出SKLE结果及国际上4种评价结果；2.SKLE方法，精确预测，工程应用价值高；3.变压差技术，检测效率高，1.3分钟；4.价格经济：40万元RMB。试验台精度量程精度压差25-100hPa0.3%FS流量计20-1500 m3/h+/-1.5%V 扭矩0.2Nm+/-1%FS气门升程30 mm0.05mm涡流比重复性：涡流比重复性：+/-0.06流量系数重复精度：流量系数重复精
7、度：+/-0.005主要创新点首次提出SKLE方法；首次提出可变压差理论及试验技术；提高效率十倍以上；开发出具有自主知识产权的、国内唯一完 整的全自动稳流气道试验台和在线检测系 列产品；在核心发动机制造企业得到广泛应用。潍柴在线检测潍柴在线检测应用情况应用情况天津一汽天津一汽应用情况玉柴技术中心玉柴技术中心应用情况志成缸盖厂志成缸盖厂应用情况重庆宗申重庆宗申应用情况重庆隆鑫重庆隆鑫应用情况玉柴二发厂玉柴二发厂应用情况 经过十多年的基础研究和技术发展，目前变压差全自动气道试验台已有4种型号，并成功应用于国内各大汽车公司、发动机骨干制造企业、著名内燃机研究所和高校等，完成项目43项。另外为广西玉柴
8、机器股份有限公司、上海大众汽车有限公司、奇瑞汽车有限公司，保定长城汽车有限公司等开发/评价多个气道。序号型 号使 用 单 位序号型 号使 用 单 位1TUST-I广西玉柴机器股份有限公司技术中心17TUST102广西玉柴机器股份有限公司第二发动机厂2TUST-天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室18TUST102天津内燃机研究所3TUST-II广西玉柴机器股份有限公司技术中心19TUST103上海柴油机股份有限公司4TUST-中国人民解放军军事交通学院20TUST103中国重汽集团济南技术中心有限公司5TUST-I山东大学21TUST103潍柴动力股份有限公司技术中心6TUST-广西玉柴机器股份
9、有限公司质量部22TUST103洛阳北方易初摩托车有限公司7TUST-I河南科技大学23TUST103绵阳新晨动力有限公司8TUST-重庆宗申集团技术研究开发中心24TUST103上海比亚迪汽车股份有限公司9TUST-广西玉柴机器股份有限公司技术中心25TUST104广西玉柴机器股份公司第二发动机厂轻微车间10TUST-重庆隆鑫集团技术研究开发中心26TUST104广西玉柴机器股份公司第一发动机厂重机车间11TUST-广西玉柴机器股份有限公司质量部27TUST103长城汽车股份有限公司汽车工程研究院12TUST102潍坊柴油机厂中速机厂28TUST103重庆隆鑫集团技术研究开发中心13TUST
10、-广西玉柴机器股份有限公司装备厂29TUST103重庆建设集团技术中心14TUST102河南缸盖厂30TUST103中国船舶工业总公司第七一一研究所15TUST102重庆志成机械厂31TUST103广西玉柴机器股份有限公司装备厂（大缸径用）16TUST101天津一汽夏利轿车股份有限公司产品开发中心32TUST103广西玉柴机器股份有限公司技术中心33TUST103南昌大学34TUST103北京理工大学35TUST103江淮汽车股份有限公司36TUST103广西柳机动力有限公司37TUST103上海通用汽车有限公司38TUST103广西玉柴机器股份有限公司装备厂39TUST103广西玉柴机器股份
11、有限公司质量部40TUST103广西玉柴机器股份有限公司第二发动机厂41TUST103洛阳拖拉机股份有限公司42TUST103天长缸盖厂43TUST103华晨汽车股份有限公司鉴定与评价我国知名内燃机专家当时的西安交大校长蒋德明教授评价说：在国际上首次提出在稳流试验台上评价滚流强度的方法和计算公式（即SKLE方法）是独创性的。鉴定与评价（续一）国际知名内燃机专家，英国Brunel大学学科教授Hua Zhao博士评价说：SKLE试验台是当今世界上最先进最实用的内燃机气道稳流试验台之一，看到如此先进的一套系统在中国汽车工业界被开发出来并被广泛应用，备受鼓舞，须知这一领域一直被外国公司统治着。鉴定与评价（续二）先后通过了教育部先后通过了教育部3 3次子项目的鉴定次子项目的鉴定（19981998年，年，20032003年，年，20052005年）年）国家教委国家教委19941994年科技进步三等奖年科技进步三等奖天津市天津市19991999年科技进步三等奖年科技进步三等奖教育部教育部20052005年提名国家科学技术奖年提名国家科学技术奖 科技进步一等奖科技进步一等奖
