柴油机的个例

zhangqiang03656

1.目的
为NT6138的树脂进排气道模型进行气道稳流试验，确定、比较其进排气道的性能(主要是确定气道的流通特性和实际流量)。

2. 试验及测量技术
试验是在中国北方发动机研究所稳流气道实验室进行。试验设备是2004年自AVL TIPPELMANN公司引进的稳流气道实验台，下图为实验台简图（进气道试验时的简图）。

在本气道稳流试验台上，气道内的流动状态用压差来度量；气体流量用标准流量计来测量；试验方法采用等压差法试验方法：即规定在进气压力一定的情况下，气流在不同的气门升程下通过进排气道，根据仪器测得的参数算出无量纲流量系数和涡流比，用以评价不同气门升程下气道的阻力特性（或流通能力）和气道形成涡流的能力。

3．评价公式
评价气道性能的计算公式：
流通系数  或
其中：
  , 理论质量流量；
——气门数；                 ——气门座圈内径；
     △p ——压差；                  ——实测质量流量；
  ——缸内空气密度；           ——气流平均轴向速度；
———气门开启和关闭时的相位角。
涡流比            
nD ——风速仪转速；           n ——发动机转速；
c ——活塞平均速度;           s ——发动机冲程；
Vh ——气缸排量；               ——缸内空气密度；

4.试验过程简述
1.        对南通柴油机厂提供的气道树脂模型补充加工，用以安装气门，以便进行试验；
2.        对加工后的树脂模型气道进行稳流试验，将试验结果与原石膏模型对比，发现进气道流通性能略有差别；
3.        对进气道树脂模型的两凸台及邻近区域和喉口部位进行适当修改，再次试验并将试验结果与原石膏模型对比，重复这一过程直至气道流通性能与原石膏模型一致为止。

5.试验结果
试验数据见附表，根据所得数据，绘制曲线图，用以简洁直观表达试验对比结果，见下图：
其中：
             代表未修改NT6138气道树脂模型的性能曲线；
                 代表修改后NT6138气道树脂模型的性能曲线；
                       代表NT6138气道石膏模型的性能曲线。

5.1进气流通系数

图1  进气道流通系数曲线


5.2进气流量

图2  进气道质量流量曲线
5.3进气涡流比

图3  进气道涡流比
5.4排气流通系数

图4  排气道流通系数曲线
5.5排气流量

图5  排气道质量流量曲线
从上述图表可以看出：排气道树脂模型和石膏模型的流通系数、流量一致，均已达到设计要求；进气道石膏模型和修改后的树脂模型的流通系数、流量有所不同，然其综合进气效果相同；进气道石膏模型和修改后的树脂模型的涡流都很小。
综上所述：排气道树脂模型和进气道修改后的树脂模型的流通性能均与原石膏模型一致。

表1  NT6138进气道石膏模型试验数据表
进气道试验数据表
发动机型号 ：      NT6138
测试方法：         叶片式进气道测量
缸盖编号：         01
操作员：           刘定优、路朝阳
环境大气压[hpa]：  893
环境温度[℃]：     23.5
压差[hPa]：        50
缸内压力[hPa]：    893
缸盖编号        气门升程
（mm）        涡流比        有效流通面积（mm2）        流量系数 （％）
体积流量(L/s)        质量流量
g/s
01        0.1        0        110.8        0.74        11.1        11.01
01        1        2.053        317.3        2.12        31.6        31.42
01        2        1.127        524.6        3.51        52.4        51.98
01        3        0.252        719.7        4.81        72.0        71.51
01        4        0.023        885.7        5.92        88.4        87.79
01        5        0.005        1052.2        7.03        105.0        104.20
01        6        0.006        1155.2        7.72        115.0        114.26
01        7        0.096        1221.8        8.17        122.0        121.17
01        8        0.233        1261.9        8.44        126.6        124.85
01        9        0.326        1292.1        8.64        129.5        127.67
01        10        0.383        1313.7        8.78        131.6        129.80
01        11        0.431        1332.7        8.91        133.3        131.46
01        12        0.492        1343.6        8.98        134.6        132.77
试验所需结构参数
缸径[mm]：        138
进气门座喉口直径[mm]：        42.5
进气门座锥角[°]：                        30
进气门座宽[mm]：                          2
进气门头直径[mm]：                        50.5
排气门座喉口直径[mm]：                    36.5
排气门座锥角[°]：                        45
排气门座宽[mm]：                          1.8
排气门头直径[mm]：                        43
冲程[mm]：                                163
冲程/(2×连杆长)：                    0.291



表2  NT6138修改前进气道树脂模型试验数据表
进气道试验数据表
发动机型号 ：      NT6138
测试方法：         叶片式进气道测量
缸盖编号：         01
操作员：           刘定优、路朝阳
环境大气压[hpa]：  901
环境温度[℃]：     16.7
压差[hPa]：        50
缸内压力[hPa]：    900
缸盖编号        气门升程
（mm）        涡流比        有效流通面积（mm2）        流量系数 （％）
体积流量(L/s)        质量流量
g/s
01        1        4.824        165.8        1.11        16.4        16.70
01        2        4.278        226.2        1.51        22.2        22.72
01        3        2.674        357.5        2.39        35.2        35.96
01        4        1.766        545.0        3.64        53.7        54.78
01        5        0.914        713.0        4.77        70.4        71.79
01        6        0.781        870.2        5.82        85.6        87.32
01        7        0.633        999.4        6.68        98.3        100.45
01        8        0.320        1099.8        7.35        108.0        110.42
01        9        0.139        1169.3        7.82        114.7        117.32
01        10        0.060        1222.8        8.18        120.1        122.86
01        11        0.002        1256.8        8.40        123.2        126.20
01        12        0.003        1290.0        8.62        126.4        129.51
01        12.48        0.007        1319.5        8.82        129.9        132.52
试验所需结构参数
缸径[mm]：        138
进气门座喉口直径[mm]：        42.5
进气门座锥角[°]：                        30
进气门座宽[mm]：                          2
进气门头直径[mm]：                        50.5
排气门座喉口直径[mm]：                    36.5
排气门座锥角[°]：                        45
排气门座宽[mm]：                          1.8
排气门头直径[mm]：                        43
冲程[mm]：                                163
冲程/(2×连杆长)：                    0.291



表3  NT6138修改后进气道树脂模型试验数据表
进气道试验数据表
发动机型号 ：      NT6138
测试方法：         叶片式进气道测量
缸盖编号：         01
操作员：           刘定优、路朝阳
环境大气压[hpa]：  903
环境温度[℃]：     17.0
压差[hPa]：        50
缸内压力[hPa]：    903
缸盖编号        气门升程
（mm）        涡流比        有效流通面积（mm2）        流量系数 （％）
体积流量(L/s)        质量流量
g/s
01        1        5.342        127.9        0.86        12.6        12.90
01        2        2.832        268.3        1.79        26.4        27.08
01        3        1.901        503.0        3.36        49.3        50.59
01        4        0.925        713.6        4.77        70.0        71.69
01        5        0.405        912.0        6.10        89.7        91.96
01        6        0.357        1051.1        7.03        103.1        105.58
01        7        0.083        1177.2        7.87        115.4        118.29
01        8        0.003        249.5        8.35        122.6        125.53
01        9        0.003        1316.0        8.80        129.5        132.53
01        10        0.152        1371.5        9.17        134.2        137.71
01        11        0.004        1413.1        9.45        139.8        142.88
01        12        0.287        1456.7        9.74        144.2        147.37
01        12.48        0.323        1472.5        9.84        145.1        148.87
试验所需结构参数
缸径[mm]：        138
进气门座喉口直径[mm]：        42.5
进气门座锥角[°]：                        30
进气门座宽[mm]：                          2
进气门头直径[mm]：                        50.5
排气门座喉口直径[mm]：                    36.5
排气门座锥角[°]：                        45
排气门座宽[mm]：                          1.8
排气门头直径[mm]：                        43
冲程[mm]：                                163
冲程/(2×连杆长)：                    0.291



表4  NT6138排气道石膏模型试验数据表
排气道试验数据表
发动机型号 ：      NT6138
测试方法：         排气道测量
缸盖编号：         01
操作员：           刘定优、路朝阳
环境大气压[hpa]：  895
环境温度[℃]：     28.2
压差[hPa]：        50
缸内压力[hPa]：    943
缸盖编号        气门升程
（mm）        有效流通面积（mm2）        流量系数 （％）
体积流量
(L/s)        质量流量
(g/s)
01        0.1        95.9        0.64        8.8        9.76
01        1        309.6        2.07        28.7        31.47
01        2        490.4        3.28        45.5        49.74
01        3        649.1        4.34        60.3        65.79
01        4        753.7        5.04        70.0        76.25
01        5        835.2        5.58        77.5        84.51
01        6        890.8        5.96        82.6        90.15
01        7        932.0        6.23        86.5        94.26
01        8        955.4        6.39        88.5        96.51
01        9        969.4        6.48        90.3        97.60
01        10        981.9        6.56        91.3        98.90
01        11        990.3        6.62        92.0        99.80
01        12        988.0        6.61        91.7        99.94
试验所需结构参数
缸径[mm]：        138
进气门座喉口直径[mm]：        42.5
进气门座锥角[°]：                        30
进气门座宽[mm]：                          2
进气门头直径[mm]：                        50.5
排气门座喉口直径[mm]：                    36.5
排气门座锥角[°]：                        45
排气门座宽[mm]：                          1.8
排气门头直径[mm]：                        43
冲程[mm]：                                163
冲程/(2×连杆长)：                    0.291




表5  NT6138排气道树脂模型试验数据表
排气道试验数据表
发动机型号 ：      NT6138
测试方法：         排气道测量
缸盖编号：         01
操作员：           刘定优、路朝阳
环境大气压[hpa]：  902
环境温度[℃]：     25.1
压差[hPa]：        50
缸内压力[hPa]：    952
缸盖编号        气门升程
（mm）        有效流通面积（mm2）        流量系数 （％）
体积流量
(L/s)        质量流量
(g/s)
01        1        159.5        1.07        14.6        16.37
01        2        273.9        1.83        25.1        28.12
01        3        578.7        3.87        53.3        59.27
01        4        701.3        4.69        64.6        71.73
01        5        814.1        5.44        75.2        83.34
01        6        872.5        5.83        80.4        89.26
01        7        921.6        6.16        84.9        94.09
01        8        945.6        6.32        86.9        96.57
01        9        972.5        6.50        89.5        99.40
01        10        989.5        6.62        90.9        101.06
01        11        1003.7        6.71        92.5        102.90
01        12        1014.7        6.78        92.9        103.82
01        12.29        1015.7        6.79        93.3        104.23
试验所需结构参数
缸径[mm]：        138
进气门座喉口直径[mm]：        42.5
进气门座锥角[°]：                        30
进气门座宽[mm]：                          2
进气门头直径[mm]：                        50.5
排气门座喉口直径[mm]：                    36.5
排气门座锥角[°]：                        45
排气门座宽[mm]：                          1.8
排气门头直径[mm]：                        43
冲程[mm]：                                163
冲程/(2×连杆长)：                    0.291