一种多缸发动机各缸进气均匀性测试装置及测试方法

本发明属于发动机，涉及一种多缸发动机进气均匀性测量装置及测试方法。

背景技术：

1、发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，它不仅被用于汽车、摩托等交通工具中，还广泛应用于火车、工程机械、拖拉机、发电机、船舶、坦克、排灌机械和众多其他机械的动力，是现代工业中不可或缺的部分。在双碳目标的大背景下，对发动机的经济性提出了更高的要求，其中，发动机的各缸工作均匀性是影响经济性的重要影响因素。尤其是对于多缸发动机，各缸进气的均匀性将直接影响到各缸空气与燃油的混合程度，从而影响燃烧过程的组织，使各缸的燃烧过程产生差异，直接影响发动机的工作稳定性和经济性。基于此，提出了一种测量发动机进气均匀性而不需要使发动机处于工作状态的测试装置及测量方法，测试过程中具有绿色节能、环境友好、低噪声和不污染工作环境的优势。

2、中国专利cn106226087a公开了一种发动机各缸进气分配均匀性直接测量装置及方法，在发动机的进气歧管上安装有热式流量计，在发动机的曲轴上安装有转角传感器，热式流量计、转角传感器、显示器分别与分析仪电连接；测量方法是由热式流量计将测得进气流量转换为电信号传输到所述分析仪，由转角传感器将测量的曲轴转角转化为电信号传输到所述分析仪，由分析仪将进气流量信号和曲轴转角信号进行记录和处理，绘制出汽缸进气流量随曲轴转角变化的曲线，并将其显示在显示器上，在发动机工作生过程中监测通过进气歧管进入汽缸的实际进气流量。

3、中国专利cn112267998a公开了一种依据各缸缸内最高温度测试发动机的工作均匀性的系统和方法。根据发动机的过量空气系数和汽缸nox排放量的采样值计算对应汽缸的缸内最高温度，并根据发动机不同汽缸的缸内最高温度分析发动机的工作均匀性。目前，通常通过发动机工作时的缸压间接分析发动机各缸工作均匀性，该测试方法会受到其它因素的影响，同时，由于测试仪器昂贵，检测过程复杂而难以得到的广泛应用。

4、中国专利cn210090033u公开了一种发动机气门机构性能综合检测装置，该检测装置包括气泵、进气嘴、进气凸轮轴链轮、排气嘴、气门升程传感器、驱动电机、稳压罐、压力传感器和流量计；气泵通过进气嘴为气缸输送测试压力的高压气体；排气嘴与稳压罐相连；稳压罐通过流量计将气体排入大气；压力传感器实时检测稳压罐内压力；稳压罐、压力传感器和流量计数量与气缸数相匹配，并与气缸一一对应，根据压力传感器和流量计采集的信号评估各气缸进气的均匀性；驱动电机驱动进气凸轮轴链轮旋转；气门升程传感器实时检测气门升程数据。其公开的各汽缸进气均匀性测试装置缺少发动机进气歧管，无法体现发动机进气歧管的气道结构对进气均匀性的影响。由于发动机进气歧管是发动机的主要性能零件之一，其主要作用是为发动机运行提供均匀、稳定的进气量，保证各缸进气的均匀性。合理地设计进气歧管气道结构，不仅可以保证各缸进气的均匀性，还可以降低进气压损，增加进气量。因此，发动机进气均匀性的测试不能忽视发动机进气歧管气道结构对进气均匀性的影响。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于克服上述不足，提供一种不需要使发动机处于工作状态而直接测量多缸发动机进气均匀性的测试装置及测量方法。

2、本发明的总体构思在于：

3、(1)通过调速电机模拟在不同发动机转速下的进气门开闭情况，测试发动机在不同转速下各缸进气均匀性；

4、(2)通过控制真空型罗茨鼓风机转速，保持调速电机转速不变，通过控制真空型罗茨鼓风机转速，调整汽缸与外界的压差模拟在不同海拔下发动机各缸进气均匀性。

5、本发明是这样实现上述目的：

6、一种直接测量多缸发动机各缸进气均匀性而不需要使发动机处于工作状态的测试装置，包括发动机汽缸盖、发动机进气歧管、发动机进气总管、配气机构、透明汽缸套、汽缸盖密封衬垫、固定台架、调速电机、联轴器、发动机排气歧管、发动机排气总管、真空型罗茨鼓风机、热式流量计、压力传感器、数据采集卡、下位控制单元及上位计算机等。

7、所述固定台架具有上下两层固定平台，发动机汽缸盖固定于上层固定平台，发动机汽缸盖与上层固定平台之间的汽缸盖密封衬垫实现发动机汽缸盖与透明汽缸套的密封连接；透明汽缸套处于上层固定平台与下层固定平台之间，通过两固定平台之间的透明汽缸套紧固螺栓进行紧固；下层固定平台下端具有漏斗形通道，下层固定平台与漏斗形通道是焊接连接的整体，透明汽缸套下端与下层固定平台的漏斗形通道上端之间的密封垫实现透明汽缸套下端与漏斗形通道上端的密封连接。

8、所述电机位置升降平台固定于矩形固定台架的上层固定平台，调速电机固定于电机位置升降平台，实现调速电机在垂直方向上的位置调整。联轴器处于发动机汽缸盖与调速电机间，联轴器两端的调速电机的输出轴和发动机凸轮轴在同一直线上时，联轴器的一端与可调速电机的输出轴相连接，另一端与发动机凸轮轴相连接，实现可调速电机的输出轴与发动机凸轮轴的刚性连接，实现电机驱动发动机凸轮轴控制进气门的开闭，进气门开闭速度由调速电机控制，通过调速电机9模拟在不同发动机转速下的进气门开闭情况。

9、所述漏斗形通道下端与发动机排气歧管之间具有法兰，法兰实现漏斗形通道下端与发动机排气歧管的密封连接，各缸的发动机排气歧管最终汇集到发动机排气总管。各缸的发动机发动机排气歧管上均安装有热式流量计，直接测量通过发动机排气歧管的空气流量；发动机排气总管上安装有压力传感器，测量汽缸内的压力值。发动机排气总管的出口端与真空型罗茨鼓风机之间也具有法兰，通过法兰实现发动机排气总管的出口端与真空型罗茨鼓风机的密封连接，用于模拟发动机进气过程汽缸内的真空状态。

10、所述测试装置具有若干个数据采样线路，其中，对于空气流量数据采样线路，发动机排气歧管上的热式流量计与上位计算机之间接有数据采集卡，数据采集卡可以自动采集热式流量计测量的数据并传输到上位计算机；对于模拟进气行程时的压力数据采样线路，发动机排气总管上的压力传感器与上位计算机之间有下位控制单元，下位控制单元反馈和接收上位计算机的控制指令，控制真空型罗茨鼓风机转速。

11、本发明还提供一种利用上述测试装置直接测量多缸发动机进气均匀性而不需要使发动机处于工作状态的测试方法，包括：

12、首先启动真空型罗茨鼓风机，上位计算机给下位控制单元发送状态获取命令，下位控制单元收到命令后调用压力传感器的测量数据，然后转化为数字信息反馈给上位计算机，上位计算机判断压力传感器输出压力值是否与上位计算机程序设定压力值一致，若不一致，上位计算机发送控制信号给下位控制单元，下位控制单元控制真空型罗茨鼓风机转速来调整汽缸内的压力，使汽缸内压力达到进气行程时的真空状态。当上位计算机判断压力传感器的压力值与上位计算机程序设定压力值一致时，启动进气门调转速调速电机，同时自动关闭鼓风机转速控制程序。此时，数据采集卡自动采集热式流量计测量的数据并传输到上位计算机，上位计算机软件程序根据所接收的空气流量数据绘制出各汽缸进气流量图像，上位计算机程序计算出各缸进气不均匀度。

13、根据以下公式计算所述发动机各缸进气均匀性σmax：

14、

15、式中，qmαx为歧管出口最大质量流量，kg/s；qmin为歧管出口最小质量流量，kg/s；qm为歧管平均质量流量，kg/s。测试发动机各缸进气均匀性说明：电机驱动凸轮轴控制进气门的开闭，使各汽缸进气门按多缸发动机工作顺序依次开闭，热式流量计测出从进气门开启至关闭进入汽缸的空气质量流量。完成一次工作顺序后，上位计算机在热式流量计测得的各发动机排气歧管质量流量值中选取最大质量流量和最小质量流量，并计算各发动机排气歧管的平均质量流量，按上述公式计算发动机进气均匀性。

16、进一步地，模拟测试发动机在不同转速下各缸进气的均匀性时：保持汽缸与外界环境压差不变，即保持真空型罗茨鼓风机转速不变，使汽缸内模拟进气时的真空度不变，通过调速电机模拟在不同发动机转速下的进气门开闭情况，测试发动机各汽缸的进气均匀性。

17、进一步地，模拟测试在不同海拔下的发动机各缸进气均匀性时：保持调速电机转速不变，改变上位计算机软件程序设定的压力值，通过上位计算机发送控制信号给下位控制单元，下位控制单元控制真空型罗茨鼓风机转速来调整汽缸内的压力，使汽缸内压力达到软件程序所设定的压力值，即通过调整汽缸与外界的压差模拟在不同海拔下的发动机各缸进气均匀性。

18、本发明的有益效果主要体现在：

19、(1)测量发动机进气均匀性时不需要使发动机处于工作状态，测试过程中具有绿色节能、环境友好、低噪声和不污染工作环境的优势；

20、(2)由于发动机进气歧管是发动机的主要性能零件之一，合理地设计进气歧管气道结构，不仅可以保证各缸进气的均匀性，还可以降低进气压损，增加进气量，因此，发动机进气均匀性的测试不能忽视进气歧管气道结构对进气均匀性的影响。本测试装置的待测发动机包含进气歧管和进气总管，突出了进气歧管气道结构对进气均匀性的影响。

21、(3)发动机进气均匀性测试稳定性高，测量方便。