一种发动机扫气系数在线检测装置的制作方法

本发明属于内燃机工作测试技术领域，具体涉及一种能够对发动机扫气过程进行在线检测的装置。

背景技术：

内燃机的性能很大程度上依赖其换气过程。在换气过程中，进气门和排气门有一段重叠开启期，称为“气门重叠期”。在气门重叠期内，新鲜空气从进气门进入气缸，同时将气缸内的废气从排气门排挤出气缸，完成扫气过程。扫气过程直接影响发动机气缸内压缩气体的成分，对接下来的燃烧过程产生重要影响。扫气不充分时，气缸内留有较多的残余废气，阻碍燃烧过程发展，导致燃烧不充分、发动机工作不稳定、功率下降、未燃hc和碳烟排放急剧升高等问题。过度扫气时，部分新鲜进气不参与燃烧直接进入排气管内，称为“进气短路”，导致换气损失增加、泵气效率下降、油耗上升、排气成分变化、排气温度下降、后处理器不能正常工作等问题。

在增压发动机上，进气压力和排气压力随工况变化较大，压差不稳定，扫气过程的优化是一个难题。随着发动机小型强化程度的提高，发动机的增压压力也相应大幅增加。越来越多的产品发动机出现扫气效率不高的问题，出现扫气不完全、进气短路并存的现象。

在实际车辆运行过程中，由于工况和环境条件较为复杂，在发动机设计开发阶段对扫气过程的仿真计算结果与实际情况在一些工况上的差距较大，使得相应工况下燃烧系统的标定产生困难。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种可以在线测量发动机扫气效率的装置，实现对各种工况下发动机的扫气效率进行实时检测。应用本发明可根据扫气效率实测值对发动机充气效率和燃烧过程进行改善，达到降低油耗和碳烟排放的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种发动机扫气系数在线检测装置，包括箱体、采样管、气体成分浓度传感器；

所述箱体分为上下两个腔，下腔为采样稳压腔，上腔为恒定压力腔，且两腔连通；采样测量时，气体通过中通管由下腔进入上腔；

所述采样稳压腔与采样管相连；所述恒定压力腔与出气接口相连；所述箱体的恒定压力腔的侧壁安装有气体成分浓度传感器；在采样测量时对采样气体的成分浓度进行瞬时测量；

所述箱体两侧壁均设有加热棒。

本发明所述的气体成分浓度传感器为市场采购的即可，本发明不对其结构进行限定，其工作原理也是常规的。

进一步的，所述箱体的采样稳压腔与恒定压力腔由中通管相连通。

进一步的，所述采样稳压腔由下端盖涂胶密封，并与采样管相连，起到稳定采样气体压力的作用。

进一步的，所述恒定压力腔由上端盖涂胶密封。

进一步的，所述上端盖上安装有一个真空调压阀。所述真空调压阀可根据设定值在采样过程中确保恒定压力腔中的压力稳定。

进一步的，所述加热棒在采样测量时对箱体进行加热，确保采样气体在到达气体成分浓度传感器时的温度不低于250摄氏度。

进一步的，所述出气接口与一真空泵连接，作为采样时抽气的出口。

本发明还提供一种使用如上所述的发动机扫气系数在线检测装置进行安装测试的方法，包括如下步骤，所述发动机扫气系数检测装置安装于发动机排气侧，在排气歧管上表面钻孔后，将采样管伸入到气缸盖的排气道内接近排气门背面的位置；所述发动机扫气系数检测装置的出气接口与一个真空泵相连；所述气体成分浓度传感器线束与控制器相连。

相对于现有技术，本发明所述的发动机扫气系数在线检测装置，具有以下优势：

(1)本发明所述的在线检测装置，通过从发动机排气道内对尾气进行快速采样，并同时对气体成分浓度进行实时测量，经过计算分析可得到发动机每个循环的扫气系数，解决对发动机扫气系数在线测量的问题。

(2)本发明所述的在线检测装置，结构简单、设置合理可靠，能够方便地对发动机扫气系数进行在线检测。通常情况下对发动机扫气过程的评价多通过发动机工作过程仿真计算得到，无法进行在线检测，本发明可以实现在车辆上安装并对实际工况下发动机扫气系数进行实时在线检测，结构轻便、成本较低，对发动机本体改动小，易于实施；拓展应用范围宽，可以广泛应用于发动机试验室以及道路行驶的车辆上。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的发动机扫气系数在线检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的发动机扫气系数在线检测装置在发动机上安装的结构示意图。

附图标记说明：

1-真空调压阀；2-上端盖；3-出气接口；4-箱体；5-加热棒；6-采样管；7-恒定压力腔；8-中通管；9-气体成分浓度传感器；10-采样稳压腔；11-下端盖；12-进气管；13-气缸盖；14-进气道；15-进气门；16-真空泵；17-排气门；18-排气道；20-发动机扫气系数在线检测装置；21-排气管；22-控制器；23-气缸；24-活塞；25-燃烧室。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种发动机扫气系数在线检测装置，包括箱体4、采样管6、气体成分浓度传感器9；

所述箱体4分为上下两个腔，下腔为采样稳压腔10，上腔为恒定压力腔7，且两腔连通；

所述箱体4的采样稳压腔10与恒定压力腔7由中通管8相连通。采样测量时，气体通过中通管8由下腔进入上腔；

所述采样稳压腔10与采样管6相连；所述恒定压力腔7与出气接口3相连；所述箱体4的恒定压力腔7的侧壁安装有气体成分浓度传感器9，在采样测量时对采样气体的成分浓度进行瞬时测量；

所述箱体2两侧壁均设有加热棒5。

所述采样稳压腔10由下端盖11涂胶密封，并与采样管6相连，起到稳定采样气体压力的作用；

所述恒定压力腔7由上端盖2涂胶密封，并与出气接口3相连；

所述上端盖2上安装有一个真空调压阀1。所述真空调压阀1可根据设定值在采样过程中确保恒定压力腔中的压力稳定；

所述加热棒5在采样测量时对箱体进行加热，确保采样气体在到达气体成分浓度传感器9时的温度不低于250摄氏度。

所述出气接口3与一真空泵连接,作为采样时抽气的出口。

一种使用如上所述的发动机扫气系数在线检测装置进行安装测试的方法，包括如下步骤，所述发动机扫气系数检测装置20安装于发动机排气侧，在排气歧管上表面钻孔后，将采样管6伸入到气缸盖13的排气道18内接近排气门17背面的位置；所述发动机扫气系数检测装置20的出气接口3与一个真空泵相连；所述气体成分浓度传感器9线束与控制器相连。安装结构如图2所示。

本发明的简要工作过程包括：在发动机运转时，新鲜空气从进气管12经进气道14、进气门15进入气缸内，燃烧后的废气经排气门17、排气道18进入排气管21内。燃烧过程的化学反应使得新鲜空气转变为废气，其气体成分发生变化，主要表现为气体中氧气浓度显著下降、二氧化碳浓度显著上升。在扫气过程中，发动机进气门15和排气门17同时处于开启状态，新鲜空气进入气缸与燃烧室25内废气混合，同时将废气推出气缸。这一过程中，因有新鲜气体与废气的混合气进入排气道18内，在排气道18近排气门17处气体成分浓度会有所变化。通过采样管6在排气道18近排气门17处进行气体采样，再通过气体成分浓度传感器9进行测量，可以得到扫气过程中排气气体成分的瞬态变化，从而计算出发动机在该工作循环的扫气系数。

发动机扫气系数在线检测装置的工作过程包括：控制器首先对箱体4两侧加热棒5供电，使箱体温度上升至250摄氏度以上，以确保采样分析过程中，被采样气体不会因温度降低而出现冷凝、分解等现象而对测量造成较大误差。出气接口3与真空泵连接，启动真空泵后，通过箱体4上端真空调压阀1设定恒定压力腔7的真空度为一恒定值，使气体成分浓度传感器9在测量气体浓度时因环境压力变化而产生的浓度测量误差降到最低。因真空泵的抽吸作用，箱体4内上下两腔均产生真空度，而排气道18内压力一般高于大气压，在压差的作用下，排气经采样管6进入采样稳压腔10。在采样稳压腔10内，被采样气体受排气道18内排气过程气流冲击产生的压力波动得到消除。这时采样气体再通过中通管8到达恒定压力腔7内气体成分浓度传感器9时，气流压力稳定、流速均匀，使得气体成分浓度测量结果准确可信。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。