專利名稱：變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)試驗臺的增壓系統(tǒng)模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)進(jìn)氣及排氣系統(tǒng)，特別是涉及一種用于變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)試驗臺的增壓系統(tǒng)模擬裝置。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)單缸柴油機(jī)(以下簡稱單缸機(jī))的增壓系統(tǒng)模擬裝置一般只針對某一特定產(chǎn)品機(jī)型進(jìn)行設(shè)計和使用；并且，進(jìn)排氣參數(shù)以恒定調(diào)節(jié)為主要目標(biāo)，參數(shù)可調(diào)整和控制 范圍小。隨著試驗對象的改變，增壓系統(tǒng)需要做較大改動，這樣將大大增加成本投入和施工周期，對于換氣過程中壓力波動的影響也無法精確模擬。單缸機(jī)和多缸整機(jī)換氣過程的差異主要是由以下三方面造成的I、單缸機(jī)不存在多缸整機(jī)具有的氣缸間相互干擾；2、單缸機(jī)不受渦輪增壓器運(yùn)行特性的限制；3、進(jìn)排氣管路幾何結(jié)構(gòu)的差異。為了將換氣過程差異造成的影響降至最小，更好地應(yīng)用單缸機(jī)來模擬多缸整機(jī)的燃燒系統(tǒng)性能，必須設(shè)法保證單缸機(jī)和多缸整機(jī)高壓循環(huán)的一致性。由此，應(yīng)在高壓過程開始時刻，即進(jìn)氣門關(guān)閉時刻，燃燒室內(nèi)氣體狀態(tài)必須處于相同的條件，也就是說，運(yùn)行時，單缸機(jī)的進(jìn)氣壓力和排氣背壓必須相應(yīng)調(diào)整到進(jìn)氣門關(guān)閉時刻與多缸整機(jī)處于相同的進(jìn)氣條件。單缸機(jī)與多缸整機(jī)換氣過程另一個較大的差異發(fā)生在氣門重疊區(qū)附近，如圖2所示。由圖2可以看到，進(jìn)氣門開啟時刻(IVO)前后，單缸機(jī)與多缸整機(jī)缸內(nèi)壓力曲線都存在壓力峰值，壓力峰值的幅值和相位可以通過調(diào)整進(jìn)氣諧振管路的幾何結(jié)構(gòu)來進(jìn)行調(diào)整，從而保證其進(jìn)氣過程的一致性；單缸機(jī)排氣過程壓力波動與排氣管的結(jié)構(gòu)形式有直接關(guān)系，通過調(diào)整排氣管結(jié)構(gòu)形式可以改變排氣壓力波形態(tài)，但這就需要單缸機(jī)的進(jìn)排氣管路結(jié)構(gòu)形式可靈活調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)試驗臺的增壓系統(tǒng)模擬裝置，能夠滿足不同缸徑不同行程中速單缸柴油機(jī)進(jìn)排氣邊界的需求，并能保證單缸柴油機(jī)高壓循環(huán)過程與多缸整機(jī)一致；且使單缸柴油機(jī)換氣過程壓力波動與多缸整機(jī)相一致。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的用于變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)試驗臺的增壓系統(tǒng)模擬裝置，包括螺桿式空氣壓縮機(jī)，與所述螺桿式空氣壓縮機(jī)出口端通過管路連通的冷凍干燥機(jī)，通過管路與所述冷凍干燥機(jī)出口端相連接的進(jìn)氣一級穩(wěn)壓筒；所述進(jìn)氣一級穩(wěn)壓筒出口端分為兩個分支，一個分支通過旁通管路連接電控旁通調(diào)壓閥和壓縮空氣旁通消音器，另一分支通過管路連接主進(jìn)氣管路進(jìn)而連接進(jìn)氣壓力粗調(diào)閥和電控進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥；
所述螺桿式空氣壓縮機(jī)、進(jìn)氣一級穩(wěn)壓筒、電控旁通調(diào)壓閥、進(jìn)氣壓力粗調(diào)閥和電控進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥構(gòu)成進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，滿足變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)進(jìn)氣壓力需求；主進(jìn)氣管路依次連接有進(jìn)氣層流流量計，電控加熱器，進(jìn)氣二級穩(wěn)壓筒和緊急空氣安全閥；緊急空氣安全閥出口連接著三通管路，三通管路一端連接變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)進(jìn)氣道，另一端連接進(jìn)氣諧振管路，并由所述進(jìn)氣層流流量計實現(xiàn)與所述進(jìn)氣壓力粗調(diào)閥和電控進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥的出口端相連接；所述進(jìn)氣諧振管路用于調(diào)整變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)進(jìn)氣壓力波動形態(tài)，其結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)具體運(yùn)行參數(shù)及工況進(jìn)行靈活調(diào)整；所述變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)排氣先經(jīng)過排氣諧振管路，然后通過電控排氣背壓細(xì)調(diào)閥和排氣背壓粗調(diào)閥，控制所述變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)排氣背壓；根據(jù)變
缸徑變行程中速柴油機(jī)的具體運(yùn)行參數(shù)及工況，靈活調(diào)整排氣諧振管路的結(jié)構(gòu)形式，使所述變缸徑變行程中速柴油機(jī)排氣壓力波動與多缸整機(jī)保持一致。本發(fā)明的增壓系統(tǒng)模擬裝置，根據(jù)不同缸徑不同行程中速單缸柴油機(jī)進(jìn)排氣壓力調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)精度的需要，在進(jìn)排氣管路上設(shè)置了進(jìn)排氣壓力粗調(diào)閥和細(xì)調(diào)閥，以及控制進(jìn)排氣壓力的壓力傳感器；通過壓力傳感器的反饋信號用于自動調(diào)節(jié)電控進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥、電控排氣背壓細(xì)調(diào)閥，使所述單缸柴油機(jī)的進(jìn)排氣壓力邊界與多缸整機(jī)保持一致。在進(jìn)氣管路上還設(shè)置有溫度傳感器，所述溫度傳感器的反饋信號用于調(diào)節(jié)電控加熱器，使進(jìn)入單缸柴油機(jī)的進(jìn)氣溫度與多缸整機(jī)保持一致。根據(jù)不同缸徑不同行程單缸柴油機(jī)換氣過程壓力波動調(diào)節(jié)需求，本增壓系統(tǒng)模擬裝置在單缸柴油機(jī)進(jìn)排氣管路處設(shè)置有諧振管路，通過調(diào)整進(jìn)排氣諧振管路的結(jié)構(gòu)形式(管路長度、數(shù)量、公稱通徑等)，來保證單缸柴油機(jī)換氣過程壓力波動與多缸整機(jī)保持一致。本發(fā)明針對不同缸徑不同行程中速單缸柴油機(jī)的使用要求，能提供不同缸徑中速船用柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒及排放試驗的邊界條件，可以實現(xiàn)對不同缸徑和氣缸排量的多缸整機(jī)換氣過程的準(zhǔn)確模擬，以準(zhǔn)確地預(yù)測多缸整機(jī)的性能及排放趨勢。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖I是所述增壓系統(tǒng)模擬裝置一典型實施例的原理圖；圖2是單缸柴油機(jī)與多缸整機(jī)換氣過程缸內(nèi)壓力曲線圖。圖中附圖標(biāo)記I為螺桿式空氣壓縮機(jī)2為冷凍干燥機(jī)3為進(jìn)氣一級穩(wěn)壓筒4為第二壓力傳感器5為電控旁通調(diào)壓閥6為壓縮空氣旁通消音器7為進(jìn)氣壓力粗調(diào)閥8為電控進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥9為進(jìn)氣濕度傳感器10為第一壓力傳感器11為進(jìn)氣層流流量計12為電控加熱器13為加熱器出口溫度傳感器14為進(jìn)氣二級穩(wěn)壓筒15為緊急空氣安全閥16為進(jìn)氣諧振管路
17為變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī) 18為排氣諧振管路19為第三壓力傳感器20為電控排氣背壓細(xì)調(diào)閥21為排氣背壓粗調(diào)閥。
具體實施例方式如圖I所示，在一典型實施例中所述用于變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)試驗臺的增壓系統(tǒng)模擬裝置，包括螺桿式空氣壓縮機(jī)I，對空氣進(jìn)行壓縮，為增壓系統(tǒng)模擬裝置提供高壓進(jìn)氣。冷凍干燥機(jī)2，對增壓后的空氣進(jìn)行除濕，去除壓縮空氣中過多的水分，使單缸柴油機(jī)進(jìn)氣濕度與多缸整機(jī)盡量一致。進(jìn)氣一級穩(wěn)壓筒3，與所述冷凍干燥機(jī)2通過管路連通，使高壓空氣可以作為穩(wěn)定 的高壓氣源。該進(jìn)氣一級穩(wěn)壓筒3的出口端連接第一個三通管路的進(jìn)口端。進(jìn)氣端的電控旁通調(diào)壓閥5，一端與壓縮空氣旁通消音器6相連，另一端連接所述第一個三通管路的一個出口端，進(jìn)而實現(xiàn)與主進(jìn)氣管路相連。第二壓力傳感器4設(shè)置在所述進(jìn)氣一級穩(wěn)壓筒3的出口端，通過該第二壓力傳感器4的反饋信號控制所述電控旁通調(diào)壓閥5的開度，將多余的壓縮空氣通過壓縮空氣旁通消音器6排放到大氣中。進(jìn)氣壓力粗調(diào)閥7，一端與所述第一個三通管路的另一個出口端相連接，進(jìn)而實現(xiàn)與所述進(jìn)氣一級穩(wěn)壓筒3相連，另一端與主進(jìn)氣管路相連。電控進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥8的進(jìn)出口端與進(jìn)氣壓力粗調(diào)閥7的進(jìn)出口端相并聯(lián)。進(jìn)氣壓力粗調(diào)閥7為開環(huán)控制，直接控制蝶閥開度。電控進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥8為閉環(huán)控制，其控制信號來自設(shè)置在進(jìn)氣管路上的第一壓力傳感器10的壓力反饋信號。根據(jù)不同缸徑不同行程中速單缸柴油機(jī)進(jìn)氣壓力的需求對壓縮空氣的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)后供給單缸柴油機(jī)。所述螺桿式壓縮機(jī)I、進(jìn)氣一級穩(wěn)壓筒3、電控旁通調(diào)壓閥4、進(jìn)氣壓力粗調(diào)閥7和電控進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥8構(gòu)成進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，滿足變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)17進(jìn)氣壓力需求。主進(jìn)氣管路上還依次連接有進(jìn)氣層流流量計11，電控加熱器12，進(jìn)氣二級穩(wěn)壓筒14和緊急空氣安全閥15，緊急空氣安全閥15出口連接著第二個三通管路的進(jìn)口端，該第二個三通管路的一個出口端連接變缸徑變行程中速柴油機(jī)17的進(jìn)氣道，另一個出口端連接進(jìn)氣諧振管路16 ;并由所述進(jìn)氣層流流量計11實現(xiàn)與所述進(jìn)氣壓力粗調(diào)閥7和電控進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥8的出口端相連接。所述進(jìn)氣層流流量計11用于測量進(jìn)入單缸柴油機(jī)的壓縮空氣流量，用于降低進(jìn)氣壓力波動對流量測量造成的干擾。所述電控加熱器12實時調(diào)節(jié)進(jìn)氣溫度，使單缸柴油機(jī)17的進(jìn)氣溫度與多缸整機(jī)一致。所述電控加熱器12的溫度調(diào)節(jié)信號來自于設(shè)置于該電控加熱器12出口端的溫度傳感器13的反饋信號。所述進(jìn)氣二級穩(wěn)壓筒14的作用是吸收不同缸徑不同行程單缸柴油機(jī)進(jìn)氣壓力反射波。所述緊急空氣安全閥15在所述裝置的設(shè)置參數(shù)超過允許值時，用于關(guān)閉進(jìn)氣通道，禁止壓縮空氣進(jìn)入單缸柴油機(jī)。所述變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)17的排氣端連接著第三個三通管路的進(jìn)口端，該第三個三通管路的一個出口端連通排氣諧振管路18，另一個出口端連接主排氣管路；該主排氣管路上裝有第三壓力傳感器19 (排氣壓力傳感器)和排氣背壓粗調(diào)閥21。電控排氣背壓細(xì)調(diào)閥20的進(jìn)出口端與排氣背壓粗調(diào)閥21的進(jìn)出口端相并聯(lián)。所述排氣背壓粗調(diào)閥21為開環(huán)控制，直接控制調(diào)節(jié)閥開度。排氣背壓細(xì)調(diào)閥20為閉環(huán)控制，其控制信號來源于設(shè)置在排氣管路上的第三壓力傳感器19的反饋信號。所述變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)17的排氣先進(jìn)入所述排氣諧振管路18，然后通過排氣背壓細(xì)調(diào)閥20和排氣背 壓粗調(diào)閥21，通過改變其閥門開度，控制所述變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)17的排氣背壓，使得單缸柴油機(jī)排氣壓力邊界與多缸整機(jī)一致，保證其高壓循環(huán)的一致性。所述進(jìn)氣諧振管路16和排氣諧振管路18用于調(diào)整變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)進(jìn)排氣壓力波動形態(tài)。根據(jù)單缸柴油機(jī)具體運(yùn)行參數(shù)及具體運(yùn)行工況的換氣過程調(diào)節(jié)需求可靈活改變進(jìn)氣諧振管路(16)和排氣諧振管路(18)的結(jié)構(gòu)形式(管路長度、數(shù)量、公稱通徑等)，調(diào)整排氣門關(guān)閉時刻(EVC)之前，進(jìn)氣門開啟時刻(IVO)之后的單缸柴油機(jī)缸內(nèi)壓力曲線峰值的幅值和相位，使單缸柴油機(jī)進(jìn)氣過程壓力波動形態(tài)與多缸整機(jī)保持一致。所述變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)17的排氣最后將進(jìn)入試驗室廢氣處理裝置。在本實施例中，還設(shè)有多個壓力傳感器、溫度傳感器，用于檢測增壓系統(tǒng)模擬裝置各個測量點的壓力和溫度。本發(fā)明以變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)為應(yīng)用對象，提供一種增壓系統(tǒng)模擬裝置。為滿足不同缸徑中速單缸柴油機(jī)進(jìn)排氣邊界的需求，本模擬增壓系統(tǒng)模擬裝置采用較大范圍的可調(diào)進(jìn)排氣參數(shù)技術(shù)和進(jìn)排氣管路壓力波動模擬補(bǔ)償技術(shù)，通過調(diào)節(jié)進(jìn)排氣壓力、溫度等參數(shù)和進(jìn)排氣諧振管路結(jié)構(gòu)形式(管路長度、數(shù)量、公稱通徑等)，達(dá)到保證單缸機(jī)換氣過程與多缸整機(jī)一致；為研究不同柴油機(jī)的不同工況條件下單缸機(jī)和多缸整機(jī)的運(yùn)行性能提供了可能。本發(fā)明能夠滿足不同缸徑不同行程中速單缸柴油機(jī)進(jìn)排氣邊界的需求，并通過調(diào)整進(jìn)排氣壓力粗(細(xì))調(diào)節(jié)閥開度控制進(jìn)排氣壓力，保證單缸柴油機(jī)高壓循環(huán)過程與多缸整機(jī)一致；同時通過改變進(jìn)排氣諧振管路結(jié)構(gòu)形式，使單缸柴油機(jī)換氣過程壓力波動與多缸整機(jī)相一致。以上通過具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)試驗臺的增壓系統(tǒng)模擬裝置，其特征在于，包括 螺桿式空氣壓縮機(jī)(I)，與所述螺桿式空氣壓縮機(jī)(I)出口端通過管路連通的冷凍干燥機(jī)(2)，通過管路與所述冷凍干燥機(jī)(2)出口端相連接的進(jìn)氣一級穩(wěn)壓筒(3)； 所述進(jìn)氣一級穩(wěn)壓筒(3)出口端分為兩個分支，一個分支通過旁通管路連接電控旁通調(diào)壓閥(5)和壓縮空氣旁通消音器￠)，另一分支通過管路連接主進(jìn)氣管路進(jìn)而連接進(jìn)氣壓力粗調(diào)閥(7)和電控進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥(8)； 所述螺桿式空氣壓縮機(jī)(I)、進(jìn)氣一級穩(wěn)壓筒(3)、電控旁通調(diào)壓閥(5)、進(jìn)氣壓力粗調(diào)閥(7)和電控進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥(8)構(gòu)成進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，滿足變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)(17)進(jìn)氣壓力需求； 所述主進(jìn)氣管路上還依次連接有進(jìn)氣層流流量計(11)，電控加熱器(12)，進(jìn)氣二級穩(wěn)壓筒(14)和緊急空氣安全閥(15);所述緊急空氣安全閥(15)出口的三通管路一端連接變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)(17)的進(jìn)氣道，另一端連接進(jìn)氣諧振管路(16);并由所述進(jìn)氣層流流量計(11)實現(xiàn)與所述進(jìn)氣壓力粗調(diào)閥(7)和電控進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥(8)的出口端相連接； 所述進(jìn)氣諧振管路(16)用于調(diào)整變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)(17)進(jìn)氣壓力波動形態(tài)，其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)單缸柴油機(jī)具體運(yùn)行參數(shù)及工況進(jìn)行調(diào)整； 所述變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)(17)排氣先經(jīng)過排氣諧振管路(18)，然后通過電控排氣背壓細(xì)調(diào)閥(20)和排氣背壓粗調(diào)閥(21)，控制所述變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)(17)排氣背壓；根據(jù)變缸徑變行程中速柴油機(jī)(17)的具體參數(shù)及運(yùn)行工況，改變排氣諧振管路(18)的結(jié)構(gòu)形式，使所述變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)(17)排氣壓力波動與多缸整機(jī)保持一致。
2.如權(quán)利要求I所述的增壓系統(tǒng)模擬裝置，其特征在于所述電控進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥(8)的壓力調(diào)節(jié)控制信號，來自設(shè)置在所述進(jìn)氣壓力粗調(diào)閥(7)出口端管路上的第一壓力傳感器(10)的反饋信號。
3.如權(quán)利要求I所述的增壓系統(tǒng)模擬裝置，其特征在于所述進(jìn)氣一級穩(wěn)壓筒(3)出口端管路上設(shè)有第二壓力傳感器(4)，該第二壓力傳感器(4)的反饋信號用于控制所述電控旁通調(diào)壓閥(5)，對所述螺桿空氣壓縮機(jī)(I)排出的壓縮空氣的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求I所述的增壓系統(tǒng)模擬裝置，其特征在于所述電控加熱器(12)的溫度調(diào)節(jié)控制信號，來自設(shè)置在該電控加熱器(12)出口端的溫度傳感器(13)的反饋信號。
5.如權(quán)利要求I所述的增壓系統(tǒng)模擬裝置，其特征在于所述變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)(17)排氣出口端設(shè)有第三壓力傳感器(19)，該第三壓力傳感器(19)的反饋信號用于控制所述電控排氣背壓細(xì)調(diào)閥(20)的壓力調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求I所述的增壓系統(tǒng)模擬裝置，其特征在于所述電控加熱器(12)實時調(diào)節(jié)進(jìn)氣溫度，使變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)(17)進(jìn)氣溫度與多缸整機(jī)一致。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)試驗臺的增壓系統(tǒng)模擬裝置，包括由螺桿式空氣壓縮機(jī)、進(jìn)氣一級穩(wěn)壓筒、電控旁通調(diào)壓閥、進(jìn)氣壓力粗調(diào)閥和電控進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥構(gòu)成的進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，滿足變缸徑變行程中速單缸柴油機(jī)進(jìn)氣壓力需求；進(jìn)氣壓力細(xì)調(diào)閥和粗調(diào)閥結(jié)合電控排氣背壓細(xì)調(diào)閥和粗調(diào)閥調(diào)節(jié)單缸機(jī)進(jìn)排氣壓力，使其進(jìn)氣壓力和排氣背壓調(diào)整到進(jìn)氣門關(guān)閉時刻和多缸整機(jī)處于相同的進(jìn)氣條件，保證單缸機(jī)和多缸整機(jī)高壓循環(huán)的一致性；通過改變單缸機(jī)進(jìn)排氣諧振管路結(jié)構(gòu)形式，使單缸機(jī)進(jìn)排氣壓力波動與多缸整機(jī)保持一致。本發(fā)明能夠滿足不同缸徑不同行程中速單缸柴油機(jī)進(jìn)排氣邊界的需求，使單缸機(jī)換氣過程與多缸整機(jī)相一致。
文檔編號G01M15/04GK102901632SQ20111021270
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者張東明, 單熙棋, 任林, 谷峰, 張慧, 季誠 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所