變缸徑變行程中速單缸柴油機試驗臺的增壓系統模擬裝置的製作方法

2023-08-01 11:36:01

專利名稱：變缸徑變行程中速單缸柴油機試驗臺的增壓系統模擬裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及變缸徑變行程中速單缸柴油機進氣及排氣系統，特別是涉及一種用於變缸徑變行程中速單缸柴油機試驗臺的增壓系統模擬裝置。
背景技術：
目前國內單缸柴油機(以下簡稱單缸機)的增壓系統模擬裝置一般只針對某一特定產品機型進行設計和使用；並且，進排氣參數以恆定調節為主要目標，參數可調整和控制 範圍小。隨著試驗對象的改變，增壓系統需要做較大改動，這樣將大大增加成本投入和施工周期，對於換氣過程中壓力波動的影響也無法精確模擬。單缸機和多缸整機換氣過程的差異主要是由以下三方面造成的I、單缸機不存在多缸整機具有的氣缸間相互幹擾；2、單缸機不受渦輪增壓器運行特性的限制；3、進排氣管路幾何結構的差異。為了將換氣過程差異造成的影響降至最小，更好地應用單缸機來模擬多缸整機的燃燒系統性能，必須設法保證單缸機和多缸整機高壓循環的一致性。由此，應在高壓過程開始時刻，即進氣門關閉時刻，燃燒室內氣體狀態必須處於相同的條件，也就是說，運行時，單缸機的進氣壓力和排氣背壓必須相應調整到進氣門關閉時刻與多缸整機處於相同的進氣條件。單缸機與多缸整機換氣過程另一個較大的差異發生在氣門重疊區附近，如圖2所示。由圖2可以看到，進氣門開啟時刻(IVO)前後，單缸機與多缸整機缸內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整進氣諧振管路的幾何結構來進行調整，從而保證其進氣過程的一致性；單缸機排氣過程壓力波動與排氣管的結構形式有直接關係，通過調整排氣管結構形式可以改變排氣壓力波形態，但這就需要單缸機的進排氣管路結構形式可靈活調整。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種用於變缸徑變行程中速單缸柴油機試驗臺的增壓系統模擬裝置，能夠滿足不同缸徑不同行程中速單缸柴油機進排氣邊界的需求，並能保證單缸柴油機高壓循環過程與多缸整機一致；且使單缸柴油機換氣過程壓力波動與多缸整機相一致。為解決上述技術問題，本發明的用於變缸徑變行程中速單缸柴油機試驗臺的增壓系統模擬裝置，包括螺杆式空氣壓縮機，與所述螺杆式空氣壓縮機出口端通過管路連通的冷凍乾燥機，通過管路與所述冷凍乾燥機出口端相連接的進氣一級穩壓筒；所述進氣一級穩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壓閥和壓縮空氣旁通消音器，另一分支通過管路連接主進氣管路進而連接進氣壓力粗調閥和電控進氣壓力細調閥；
所述螺杆式空氣壓縮機、進氣一級穩壓筒、電控旁通調壓閥、進氣壓力粗調閥和電控進氣壓力細調閥構成進氣壓力調節系統，滿足變缸徑變行程中速單缸柴油機進氣壓力需求；主進氣管路依次連接有進氣層流流量計，電控加熱器，進氣二級穩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進氣道，另一端連接進氣諧振管路，並由所述進氣層流流量計實現與所述進氣壓力粗調閥和電控進氣壓力細調閥的出口端相連接；所述進氣諧振管路用於調整變缸徑變行程中速單缸柴油機進氣壓力波動形態，其結構形式可根據變缸徑變行程中速單缸柴油機具體運行參數及工況進行靈活調整；所述變缸徑變行程中速單缸柴油機排氣先經過排氣諧振管路，然後通過電控排氣背壓細調閥和排氣背壓粗調閥，控制所述變缸徑變行程中速單缸柴油機排氣背壓；根據變
缸徑變行程中速柴油機的具體運行參數及工況，靈活調整排氣諧振管路的結構形式，使所述變缸徑變行程中速柴油機排氣壓力波動與多缸整機保持一致。本發明的增壓系統模擬裝置，根據不同缸徑不同行程中速單缸柴油機進排氣壓力調節範圍和調節精度的需要，在進排氣管路上設置了進排氣壓力粗調閥和細調閥，以及控制進排氣壓力的壓力傳感器；通過壓力傳感器的反饋信號用於自動調節電控進氣壓力細調閥、電控排氣背壓細調閥，使所述單缸柴油機的進排氣壓力邊界與多缸整機保持一致。在進氣管路上還設置有溫度傳感器，所述溫度傳感器的反饋信號用於調節電控加熱器，使進入單缸柴油機的進氣溫度與多缸整機保持一致。根據不同缸徑不同行程單缸柴油機換氣過程壓力波動調節需求，本增壓系統模擬裝置在單缸柴油機進排氣管路處設置有諧振管路，通過調整進排氣諧振管路的結構形式(管路長度、數量、公稱通徑等)，來保證單缸柴油機換氣過程壓力波動與多缸整機保持一致。本發明針對不同缸徑不同行程中速單缸柴油機的使用要求，能提供不同缸徑中速船用柴油機缸內燃燒及排放試驗的邊界條件，可以實現對不同缸徑和氣缸排量的多缸整機換氣過程的準確模擬，以準確地預測多缸整機的性能及排放趨勢。


下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖I是所述增壓系統模擬裝置一典型實施例的原理圖；圖2是單缸柴油機與多缸整機換氣過程缸內壓力曲線圖。圖中附圖標記I為螺杆式空氣壓縮機2為冷凍乾燥機3為進氣一級穩壓筒4為第二壓力傳感器5為電控旁通調壓閥6為壓縮空氣旁通消音器7為進氣壓力粗調閥8為電控進氣壓力細調閥9為進氣溼度傳感器10為第一壓力傳感器11為進氣層流流量計12為電控加熱器13為加熱器出口溫度傳感器14為進氣二級穩壓筒15為緊急空氣安全閥16為進氣諧振管路
17為變缸徑變行程中速單缸柴油機 18為排氣諧振管路19為第三壓力傳感器20為電控排氣背壓細調閥21為排氣背壓粗調閥。
具體實施例方式如圖I所示，在一典型實施例中所述用於變缸徑變行程中速單缸柴油機試驗臺的增壓系統模擬裝置，包括螺杆式空氣壓縮機I，對空氣進行壓縮，為增壓系統模擬裝置提供高壓進氣。冷凍乾燥機2，對增壓後的空氣進行除溼，去除壓縮空氣中過多的水分，使單缸柴油機進氣溼度與多缸整機儘量一致。進氣一級穩壓筒3，與所述冷凍乾燥機2通過管路連通，使高壓空氣可以作為穩定 的高壓氣源。該進氣一級穩壓筒3的出口端連接第一個三通管路的進口端。進氣端的電控旁通調壓閥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，進而實現與主進氣管路相連。第二壓力傳感器4設置在所述進氣一級穩壓筒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壓閥5的開度，將多餘的壓縮空氣通過壓縮空氣旁通消音器6排放到大氣中。進氣壓力粗調閥7，一端與所述第一個三通管路的另一個出口端相連接，進而實現與所述進氣一級穩壓筒3相連，另一端與主進氣管路相連。電控進氣壓力細調閥8的進出口端與進氣壓力粗調閥7的進出口端相併聯。進氣壓力粗調閥7為開環控制，直接控制蝶閥開度。電控進氣壓力細調閥8為閉環控制，其控制信號來自設置在進氣管路上的第一壓力傳感器10的壓力反饋信號。根據不同缸徑不同行程中速單缸柴油機進氣壓力的需求對壓縮空氣的壓力進行調節後供給單缸柴油機。所述螺杆式壓縮機I、進氣一級穩壓筒3、電控旁通調壓閥4、進氣壓力粗調閥7和電控進氣壓力細調閥8構成進氣壓力調節系統，滿足變缸徑變行程中速單缸柴油機17進氣壓力需求。主進氣管路上還依次連接有進氣層流流量計11，電控加熱器12，進氣二級穩壓筒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17的進氣道，另一個出口端連接進氣諧振管路16 ;並由所述進氣層流流量計11實現與所述進氣壓力粗調閥7和電控進氣壓力細調閥8的出口端相連接。所述進氣層流流量計11用於測量進入單缸柴油機的壓縮空氣流量，用於降低進氣壓力波動對流量測量造成的幹擾。所述電控加熱器12實時調節進氣溫度，使單缸柴油機17的進氣溫度與多缸整機一致。所述電控加熱器12的溫度調節信號來自於設置於該電控加熱器12出口端的溫度傳感器13的反饋信號。所述進氣二級穩壓筒14的作用是吸收不同缸徑不同行程單缸柴油機進氣壓力反射波。所述緊急空氣安全閥15在所述裝置的設置參數超過允許值時，用於關閉進氣通道，禁止壓縮空氣進入單缸柴油機。所述變缸徑變行程中速單缸柴油機17的排氣端連接著第三個三通管路的進口端，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)和排氣背壓粗調閥21。電控排氣背壓細調閥20的進出口端與排氣背壓粗調閥21的進出口端相併聯。所述排氣背壓粗調閥21為開環控制，直接控制調節閥開度。排氣背壓細調閥20為閉環控制，其控制信號來源於設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17的排氣先進入所述排氣諧振管路18，然後通過排氣背壓細調閥20和排氣背 壓粗調閥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17的排氣背壓，使得單缸柴油機排氣壓力邊界與多缸整機一致，保證其高壓循環的一致性。所述進氣諧振管路16和排氣諧振管路18用於調整變缸徑變行程中速單缸柴油機進排氣壓力波動形態。根據單缸柴油機具體運行參數及具體運行工況的換氣過程調節需求可靈活改變進氣諧振管路(16)和排氣諧振管路(18)的結構形式(管路長度、數量、公稱通徑等)，調整排氣門關閉時刻(EVC)之前，進氣門開啟時刻(IVO)之後的單缸柴油機缸內壓力曲線峰值的幅值和相位，使單缸柴油機進氣過程壓力波動形態與多缸整機保持一致。所述變缸徑變行程中速單缸柴油機17的排氣最後將進入試驗室廢氣處理裝置。在本實施例中，還設有多個壓力傳感器、溫度傳感器，用於檢測增壓系統模擬裝置各個測量點的壓力和溫度。本發明以變缸徑變行程中速單缸柴油機為應用對象，提供一種增壓系統模擬裝置。為滿足不同缸徑中速單缸柴油機進排氣邊界的需求，本模擬增壓系統模擬裝置採用較大範圍的可調進排氣參數技術和進排氣管路壓力波動模擬補償技術，通過調節進排氣壓力、溫度等參數和進排氣諧振管路結構形式(管路長度、數量、公稱通徑等)，達到保證單缸機換氣過程與多缸整機一致；為研究不同柴油機的不同工況條件下單缸機和多缸整機的運行性能提供了可能。本發明能夠滿足不同缸徑不同行程中速單缸柴油機進排氣邊界的需求，並通過調整進排氣壓力粗(細)調節閥開度控制進排氣壓力，保證單缸柴油機高壓循環過程與多缸整機一致；同時通過改變進排氣諧振管路結構形式，使單缸柴油機換氣過程壓力波動與多缸整機相一致。以上通過具體實施例對本發明進行了詳細的說明，但這些並非構成對本發明的限制。在不脫離本發明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種用於變缸徑變行程中速單缸柴油機試驗臺的增壓系統模擬裝置，其特徵在於，包括 螺杆式空氣壓縮機(I)，與所述螺杆式空氣壓縮機(I)出口端通過管路連通的冷凍乾燥機(2)，通過管路與所述冷凍乾燥機(2)出口端相連接的進氣一級穩壓筒(3)； 所述進氣一級穩壓筒(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氣管路進而連接進氣壓力粗調閥(7)和電控進氣壓力細調閥(8)； 所述螺杆式空氣壓縮機(I)、進氣一級穩壓筒(3)、電控旁通調壓閥(5)、進氣壓力粗調閥(7)和電控進氣壓力細調閥(8)構成進氣壓力調節系統，滿足變缸徑變行程中速單缸柴油機(17)進氣壓力需求； 所述主進氣管路上還依次連接有進氣層流流量計(11)，電控加熱器(12)，進氣二級穩壓筒(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(17)的進氣道，另一端連接進氣諧振管路(16);並由所述進氣層流流量計(11)實現與所述進氣壓力粗調閥(7)和電控進氣壓力細調閥(8)的出口端相連接； 所述進氣諧振管路(16)用於調整變缸徑變行程中速單缸柴油機(17)進氣壓力波動形態，其結構形式根據單缸柴油機具體運行參數及工況進行調整； 所述變缸徑變行程中速單缸柴油機(17)排氣先經過排氣諧振管路(18)，然後通過電控排氣背壓細調閥(20)和排氣背壓粗調閥(21)，控制所述變缸徑變行程中速單缸柴油機(17)排氣背壓；根據變缸徑變行程中速柴油機(17)的具體參數及運行工況，改變排氣諧振管路(18)的結構形式，使所述變缸徑變行程中速單缸柴油機(17)排氣壓力波動與多缸整機保持一致。
2.如權利要求I所述的增壓系統模擬裝置，其特徵在於所述電控進氣壓力細調閥(8)的壓力調節控制信號，來自設置在所述進氣壓力粗調閥(7)出口端管路上的第一壓力傳感器(10)的反饋信號。
3.如權利要求I所述的增壓系統模擬裝置，其特徵在於所述進氣一級穩壓筒(3)出口端管路上設有第二壓力傳感器(4)，該第二壓力傳感器(4)的反饋信號用於控制所述電控旁通調壓閥(5)，對所述螺杆空氣壓縮機(I)排出的壓縮空氣的壓力進行調節。
4.如權利要求I所述的增壓系統模擬裝置，其特徵在於所述電控加熱器(12)的溫度調節控制信號，來自設置在該電控加熱器(12)出口端的溫度傳感器(13)的反饋信號。
5.如權利要求I所述的增壓系統模擬裝置，其特徵在於所述變缸徑變行程中速單缸柴油機(17)排氣出口端設有第三壓力傳感器(19)，該第三壓力傳感器(19)的反饋信號用於控制所述電控排氣背壓細調閥(20)的壓力調節。
6.如權利要求I所述的增壓系統模擬裝置，其特徵在於所述電控加熱器(12)實時調節進氣溫度，使變缸徑變行程中速單缸柴油機(17)進氣溫度與多缸整機一致。
全文摘要
本發明公開了一種用於變缸徑變行程中速單缸柴油機試驗臺的增壓系統模擬裝置，包括由螺杆式空氣壓縮機、進氣一級穩壓筒、電控旁通調壓閥、進氣壓力粗調閥和電控進氣壓力細調閥構成的進氣壓力調節系統，滿足變缸徑變行程中速單缸柴油機進氣壓力需求；進氣壓力細調閥和粗調閥結合電控排氣背壓細調閥和粗調閥調節單缸機進排氣壓力，使其進氣壓力和排氣背壓調整到進氣門關閉時刻和多缸整機處於相同的進氣條件，保證單缸機和多缸整機高壓循環的一致性；通過改變單缸機進排氣諧振管路結構形式，使單缸機進排氣壓力波動與多缸整機保持一致。本發明能夠滿足不同缸徑不同行程中速單缸柴油機進排氣邊界的需求，使單缸機換氣過程與多缸整機相一致。
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 優先權日2011年7月28日
發明者張東明, 單熙棋, 任林, 谷峰, 張慧, 季誠 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所