压 罐61与四通支管31之间的气流通道连通。
[0027] 该冷流试验装置的工作过程如下： (1) 控制装置4控制水栗22的电源开启，冷凝器21开始水循环对气流进行冷却； (2) 控制装置4控制罗茨风机的电源开启，罗茨风机进入待工作状态； (3) 控制装置4控制节流阀7的开启，经稳压罐61稳压后的气流开始通过四通支管31 进入待测样件； (4) 压力传感器51、温度传感器52和流速传感器53开始检测温度、压力和流速信号并 反馈到控制装置4中； (5 )控制装置4控制阀门控制器33的电源开启，启动阀门32进入待工作状态； (6) 在控制装置4中设置阀门32的开闭周期及作用顺序； (7) 控制装置4计算各个阀门32的开闭时刻，并通过阀门控制器33控制阀门32开始 工作； (8) 气流在阀门32周期动作下产生脉冲气流； (9) 在控制装置4中设定气流质量流量的基准值； (10) 控制装置4中根据反馈的压力、温度、流速等信号计算检测的质量流量值； (11) 控制装置4比较计算质量流量值与基准值，并通过比较结果对罗茨风机的转速进 行调整； (12) 控制装置4重新比较调整后的计算质量流量值与基准值，并再次对罗茨风机的转 速进行调整，直至计算的质量流量值与基准值基本趋于一致。
[0028] 汽车的排气系统一般包括通过管道依次连通的排气歧管81、一级催化器82、二级 催化器83、前级消声器84和后级消声器85,当采用上述的冷流试验装置测试汽车排气系统 的热态背压时，排气歧管81与冷流试验装置的四通支管31连通，在排气歧管81与一级催 化器82之间的管道上设有第一测点91，一级催化器82与二级催化器83之间的管道上设有 第二测点92,二级催化器83与前级消声器84之间的管道上设有第三测点93,前级消声器 84与后级消声器85之间的管道上设有第四测点94,后级消声器85之后的尾管上设有第五 测点95,详见图5所示。热态背压的具体的计算方法如下： (1) 首先查找与排气系统匹配发动机的型号及类型，确认与该排气系统匹配发动机的 额定进气质量流量值m，此质量流量值m即为控制装置4设定的质量流量的基准值； (2) 通过控制装置4调整罗茨风机的转速，使冷流试验装置中计算的质量流量值与基 准值基本一致，在此工况下，测试排气系统各个测点的冷态背压，即测试排气歧管81处的 背压PU二级催化器83前端的背压P2、前级消声器84前端的背压P3、后级消声器85前端 的背压P4、后级消声器85后端的背压P5; (3)通过步骤（2)中各测点的背压测试数据计算出排气系统各级在冷流状态下的第一 压力损失，具体如下：
(5)根据排气系统结构确认各个测点位置的排气管径01、02、03、04』5，并通过以下公 式算出各个测点在冷流状态下的第一流速扣、料:、灼::；
(7) 根据发动机参数及排气系统结构预估排气系统各个测点的温度tl、t2、t3、t4、t5、 并计算热流状态下的各个测点的第二空气密度资、A、P3、P,、.残，计算方法同步骤（4); (8) 根据排气管径Dl、D2、D3、D4、D5,并计算各个测点在热流状态下的第二流速、滅 ，计算方法同步骤（5); (9) 根据热流状态下的各级第二流速、第二空气密度及冷流状态下的压力损失系数计 算各级的第二压力损失，具体如下：
(10)计算排气系统在热流状态下的总背压，总背压为各级第二压力损失的和，具体如 下：
[0029] 至此完成排气系统热态背压的测算。
[0030] 综上，本发明提供的一种用于排气背压测试的冷流试验装置，设备成本较低，能耗 小，且不易受外界客观条件限制，在排气声学匹配开发过程中可用于排气背压的比较分析； 本实施例设计的排气背压试验装置由罗茨风机产生风量，并通过水循环对风量进行冷却， 克服了罗茨风机长时间工作时产生热源对气源温度和测试误差产生影响；本实施例设计的 排气背压试验装置安装有稳压罐，使罗茨风机产生气源更加稳定，避免气源波动对测试产 生影响；本实施例设计的排气背压试验装置安装有四个阀门，通过控制装置控制构成一套 排气阀门控制系统，用于拟合四缸发动机排气阀门的开闭动作，使冷流试验装置能够产生 阶次脉冲气流；而且本发明提供的通过冷流实验数据估算热态背压的方法，使得冷流实验 数据更切合发动机的实测数据。
[0031] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人 士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明 精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种排气系统背压测试的冷流试验装置，其特征在于：包括用于产生气流的气源装 置、用于对所述气源装置产生的气流进行冷却的冷却装置、用于拟合四缸发动机排气阀门 的阀门装置、测试反馈装置和控制装置，所述气源装置、所述冷却装置和所述阀门装置通过 管道依次连通，且所述气源装置、所述冷却装置和所述阀门装置分别与所述控制装置连接， 所述阀门装置与待测样件连通。2. 根据权利要求1所述的排气系统背压测试的冷流试验装置，其特征在于：所述冷却 装置采用水循环冷却装置，所述水循环冷却装置包括通过管道相连通的水栗和冷凝器，所 述冷凝器与所述气源装置通过管道连通，所述水栗与所述控制装置连接。3. 根据权利要求1所述的排气系统背压测试的冷流试验装置，其特征在于：所述阀门 装置包括四通支管、分别设置在所述四通支管的每个支管上的阀门、阀门控制器，所述阀门 通过所述阀门控制器与所述控制装置连接，通过所述控制装置控制所述阀门的开闭以拟合 四缸发动机排气阀门的开闭动作。4. 根据权利要求3所述的排气系统背压测试的冷流试验装置，其特征在于：所阀门为 气动阀门，所述阀门装置还包括气瓶，所述气动阀门通过所述阀门控制器与所述气瓶连接。5. 根据权利要求4所述的排气系统背压测试的冷流试验装置，其特征在于：所述阀门 为机械式阀门。6. 根据权利要求1所述的排气系统背压测试的冷流试验装置，其特征在于：所述冷流 试验装置还包括使所述气源装置产生的气流压力稳定的稳压装置，所述稳压装置包括稳压 罐和旁通阀，所述稳压罐设置在所述冷却装置和所述阀门装置之间，所述旁通阀设置在所 述气源装置和所述稳压罐之间。7. 根据权利要求6所述的排气系统背压测试的冷流试验装置，其特征在于：所述测试 反馈装置设置在所述稳压罐与所述阀门装置之间的管路上，所述测试反馈装置包括用于测 试管道内气流压力的压力传感器、用于测试管道内气流温度的温度传感器和用于测试管道 内气流流速的流速传感器，所述压力传感器、所述温度传感器、所述流速传感器分别与所述 控制装置连接。8. 根据权利要求6所述的排气系统背压测试的冷流试验装置，其特征在于：所述冷流 试验装置还包括设置在所述稳压罐和所述阀门装置之间的节流阀，所述节流阀与所述控制 装置连接。9. 一种热态背压估算方法，其特征在于：采用如权利要求1~8中任一项所述的冷流试 验装置测试，所述冷流试验装置与所述待测样件的排气系统连通，所述排气系统包括通过 管道依次连通的排气歧管、一级催化器、二级催化器、前级消声器和后级消声器，所述排气 歧管与所述冷流试验装置的所述阀门装置连通，所述排气歧管与所述一级催化器之间的管 道上设有第一测点，所述一级催化器与所述二级催化器之间的管道上设有第二测点，所述 二级催化器与所述前级消声器之间的管道上设有第三测点，所述前级消声器与所述后级消 声器之间的管道上设有第四测点，所述后级消声器之后的尾管上设有第五测点。10. 根据权利要求9所述的热态背压的估算方法，其特征在于：所述估算方法为： (1) 确定所述排气系统的额定进气质量流量； (2) 所述冷流试验装置在额定进气质量流量工况下，测试所述排气系统各个测点在冷 流状态下的背压； (3) 计算所述排气系统各级在冷流状态下的第一压力损失； (4) 计算所述排气系统各级在冷流状态下的第一空气密度； (5) 根据所述排气系统结构确认各个测点位置的排气管径，并计算各个测点在冷流状 态下的第一流速； (6) 计算所述排气系统各级在冷流状态下的压力损失系数； (7) 根据发动机参数及所述排气系统结构预估所述排气系统各级的温度，并计算热流 状态下各级的第二空气密度； (8) 根据所述排气系统各个测点位置的排气管径计算各个测点在热流状态下的第二流 速； (9) 根据各级第二流速、第二空气密度及冷流状态下的压力损失系数计算各级的第二 压力损失； (10) 计算所述排气系统热流状态下的总背压。
【专利摘要】<b>本发明公开了一种排气系统背压测试的冷流试验装置及热态背压估算方法，其中试验装置包括用于产生气流的气源装置、用于对所述气源装置产生的气流进行冷却的冷却装置、用于拟合四缸发动机排气阀门的阀门装置、测试反馈装置和控制装置，所述气源装置、所述冷却装置和所述阀门装置通过管道依次连通，且所述气源装置、所述冷却装置和所述阀门装置分别与所述控制装置连接，所述阀门装置与待测样件连通。该排气系统背压测试的冷流试验装置能够在试验室对排气系统的背压进行预测，且设备成本较低，操作简单，而且不易受外界客观条件限制；同时根据冷流状态下的测试数据对台架背压进行估算，使得冷流测试数据更切合发动机实测背压数据。</b>
【IPC分类】G01M15/10
【公开号】CN105067273
【申请号】CN201510563738
【发明人】柳仲达, 郑四发, 韩强, 齐松明
【申请人】清华大学苏州汽车研究院（相城）
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年9月8日