一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统及其控制方法，包括测功机、信号采集系统、以及从多缸发动机隔离出来的实验缸和其它缸。实验缸具有实验缸进气系统、实验缸排气系统和实验缸进气道喷油系统，其它缸具有其它缸进气系统和其它缸排气系统。实验缸和其它缸同时具有缸内直喷喷油系统。通过采用其它缸倒拖实验缸达到预定转速的方法，简化了实验台架对测功机的要求；能够确保当实验缸采用不同喷油策略后，通过智能化控制，可以将实验缸的进气压力、进气温度以及转速维持在一个恒定值。相对于通过缸内瞬时压力计算实验缸指示功率的方法，本发明专利技术采用的实验缸指示功率的计算方法更加的准确。

【技术实现步骤摘要】
一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统及其控制方法
本专利技术涉及发动机的台架实验领域，具体涉及到一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统及其控制方法。
技术介绍
台架实验是发动机开发过程中一个必不可少的环节。考虑到在台架实验的过程中，对发动机运行的影响因素较多，例如进气状态参数(进气压力和进气温度)和喷油策略(喷油量和喷油定时)，因此对发动机的输入参数进行精确地控制显得尤为重要。此外，近年来有研究者提出，在压燃式发动机负荷较大时，以进气道喷射低活性燃油和缸内直喷柴油相结合的方式，能够减少缸内柴油扩散燃烧的比例，使得缸内的燃烧模式更趋向于均质预混燃烧，从而提高发动机热效率并降低有害物的排放。然而这种燃烧模式仍然处于大量的实验验证阶段且对于台架实验平台基础设施的要求较高，特别是需要测功机具有倒拖功能。目前针对进气道喷射的燃油(如：汽油、丁醇)在进气状态参数达到一定值的条件下，该燃油在缸内形成的均质预混合气是否能够发生高温放热反应的实验研究还比较少。因此，如果能够通过倒拖的方法，在不同的进气道喷射燃油量和进气状态参数条件下，获得不同转速的缸内预混合气的纯压缩缸内放热和排放数据，将对这一方向的研究提供重要的实验依据。
技术实现思路
本专利技术提供了一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统及其控制方法，能通过倒拖的方法，在不同的进气道喷射燃油量和进气状态参数条件下，获得不同转速的缸内预混合气的纯压缩缸内放热和排放数据。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统，包括测功机、以及从多缸发动机隔离出来的实验缸和其它缸；所述实验缸为多缸发动机内靠近正时齿轮端的气缸，除实验缸以外的气缸均为其它缸；所述实验缸的进气系统设有带增压器旁通阀的废气涡轮增压器压气机、带中冷器旁通阀的进气中冷器、进气温度传感器和进气压力传感器，实验缸的排气系统设有排气温度传感器、排气压力传感器和尾气分析仪；所述其它缸的排气通过废气涡轮增压器进入实验缸进气管内；还包括实验缸进气道喷油系统，实验缸进气道喷油系统的进气道喷油器的喷油口设在实验缸进气管内；所述实验缸内的第一缸内直喷喷油器和其它缸内的第二缸内直喷喷油器通过直喷燃油油轨连接到一起；还包括与发动机的曲轴同步旋转的角位移信号发生器，以及安装于实验缸内的缸内压力传感器；缸内压力传感器连接到电荷放大器，电荷放大器连接到采集卡；角位移信号发生器直接连接到采集卡；增压器旁通阀、中冷器旁通阀、直喷燃油油轨、进气道喷油器、进气温度传感器、进气压力传感器、排气温度传感器和排气压力传感器均与实验缸ECU电联；第二缸内直喷喷油器与其它缸ECU电联；采集卡、实验缸ECU、其它缸ECU和尾气分析仪最终均与电脑电联。根据上述方案，所述实验缸的进气系统包括依次连接的第一空气滤清器、进气流量计、废气涡轮增压器压气机、进气中冷器和实验缸进气管，实验缸进气管的另一端与实验缸连通；进气温度传感器和进气压力传感器设于实验缸进气管上。根据上述方案，所述实验缸的排气系统包括依次连接的实验缸排气管、稳压罐、取气阀和尾气分析仪，实验缸排气管与实验缸连通；排气温度传感器和排气压力传感器设于实验缸排气管上。根据上述方案，所述实验缸进气道喷油系统包括依次连接的高压气罐、压力调节阀、蓄能器、蓄能器出口阀门和进气道喷油器。进一步的，所述进气道喷油器的喷嘴正对实验缸的进气门后背。根据上述方案，所述直喷燃油油轨的进油口端依次连接有高压油泵和直喷燃油油箱。一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统的控制方法，其步骤如下：在实验系统启动后，电脑以默认的怠速工况控制实验缸ECU和其它缸ECU，此时第一缸内直喷喷油器和第二缸内直喷喷油器保持相同的喷油量和喷油定时运行，进气道喷油器不工作，此时发动机以怠速状态进行预热；当冷却水和机油温度达到预定值时，电脑控制程序使本系统进入实验状态；实验正式开始之前，在电脑的程序中输入预定的实验缸进气温度和进气压力，并发送停止实验缸喷油信号给实验缸ECU，第一缸内直喷喷油器停止喷油；通过调整压力调节阀和高压油泵的泄压阀，使进气道喷油器的喷射压力和第一缸内直喷喷油器的喷射压力达到实验预定值；在发动机达到实验预定转速时，在电脑的程序中输入第二缸内直喷喷油器的喷油量数值和测功机的加载命令，此时的实验缸完全由其它缸的运转倒拖；此时，实验缸的进气由废气涡轮增压器进行增压，废气涡轮增压器由其它缸排气中的能量提供动力；位于实验缸进气管的管路上的进气温度传感器和进气压力传感器对进气温度和压力进行检测，并将测量信号发送给实验缸ECU，实验缸ECU将电脑程序中输入的温度和压力预定值与实际的进气温度和压力值进行比较，当进气压力比实验预定值高时，实验缸ECU发送增压器旁通阀的增大开度信号；反之则发送减小开度信号；当进气温度比实验预定值高时，实验缸ECU发送中冷器旁通阀的减小开度信号；反之则发送增大开度信号；增压器旁通阀和中冷器旁通阀接收到开度调整信号后，做出相应的减小开度或者增加开度动作；待实验缸的进气温度与压力达到预定值时，记录此时测功机的功率数值P1；实验缸进气道喷射&缸内直喷实验：待P1记录完成后，在电脑的程序中输入进气道喷油器和第一缸内直喷喷油器的喷油量和喷油定时，此时进气道喷油器和第一缸内直喷喷油器以相应的输入值向实验缸内喷油；待发动机稳定后，重新调整测功机的加载，使发动机的转速恢复到喷油之前的转速；待发动机的转速稳定后，记录此时测功机的功率数值P2；此时实验缸的指示功率Pi＝P2-P1；控制电脑中的燃烧分析程序开始对缸内压力传感器接收到缸压信号进行实时分析并存储，并控制尾气分析程序开始对尾气分析仪接收到的尾气成分数值进行显示并存储；实验缸进气道喷射&倒拖实验：待P1记录完成后，在电脑的程序中输入进气道喷油器的喷油量，此时进气道喷油器以相应的输入值向实验缸内喷油；进气道喷油器喷射的燃油与空气混合后在实验缸内形成预混合气；待发动机稳定后，重新调整测功机的加载，使发动机的转速恢复到喷油之前的转速；待发动机的转速稳定后，记录此时测功机的功率数值P3；此时实验缸的指示功率Pi＝P3-P1；控制电脑中的燃烧分析程序开始对缸内压力传感器接收到缸压信号进行实时分析并存储，并控制尾气分析程序开始对尾气分析仪接收到的尾气成分数值进行显示并存储。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过采用其它缸倒拖实验缸达到预定转速的方法，简化了实验台架对测功机的要求，降低了对实验测功系统的要求，从而节约了成本。够确保当实验缸采用不同喷油策略后，通过智能化控制，可以将实验缸的进气压力、进气温度以及转速维持在一个恒定值。通过采用增压器旁通阀来控制实验缸的进气压力，可以实现迅速的响应以及较高的控制精度；通过中冷器旁通阀来控制进气温度，对温度的控制采用调整高温空气与低温空气的混合比例的方法，可以实现迅速的响应。本专利技术所提供的实验系统采用在同一台发动机上利用其它缸的废气涡轮增压器涡轮机为实验缸进气提供增压压力的方法，不需要为实验缸进气系统增加额外的设备(如：空气压缩机、稳压罐、进气加热器、泄压阀等等)就能实现进气压力和温度的控制。相对于通过缸内瞬时压力计算实验缸指示功率的方法，本专利技术采用的实验缸指示功率的计算方法更加的准确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统，其特征在于：包括测功机(35)、以及从多缸发动机隔离出来的实验缸(37)和其它缸(38)；所述实验缸(37)为多缸发动机内靠近正时齿轮端的气缸，除实验缸(37)以外的气缸均为其它缸(38)；所述实验缸(37)的进气系统设有带增压器旁通阀(4)的废气涡轮增压器压气机(3)、带中冷器旁通阀(6)的进气中冷器(5)、进气温度传感器(24)和进气压力传感器(25)，实验缸(37)的排气系统设有排气温度传感器(26)、排气压力传感器(27)和尾气分析仪(10)；所述其它缸(38)的排气通过废气涡轮增压器进入实验缸进气管(7)内；还包括实验缸进气道喷油系统，实验缸进气道喷油系统的进气道喷油器(23)的喷油口设在实验缸进气管(7)内；所述实验缸(37)内的第一缸内直喷喷油器(18)和其它缸(38)内的第二缸内直喷喷油器(36)通过直喷燃油油轨(17)连接到一起；还包括与发动机的曲轴同步旋转的角位移信号发生器(29)，以及安装于实验缸(37)内的缸内压力传感器(28)；缸内压力传感器(28)连接到电荷放大器(30)，电荷放大器(30)连接到采集卡(31)；角位移信号发生器(29)直接连接到采集卡(31)；增压器旁通阀(4)、中冷器旁通阀(6)、直喷燃油油轨(17)、进气道喷油器(23)、进气温度传感器(24)、进气压力传感器(25)、排气温度传感器(26)和排气压力传感器(27)均与实验缸ECU(32)电联；第二缸内直喷喷油器(36)与其它缸ECU(33)电联；采集卡(31)、实验缸ECU(32)、其它缸ECU(33)和尾气分析仪(10)最终均与电脑(34)电联。...

【技术特征摘要】
1.一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统，其特征在于：包括测功机(35)、以及从多缸发动机隔离出来的实验缸(37)和其它缸(38)；所述实验缸(37)为多缸发动机内靠近正时齿轮端的气缸，除实验缸(37)以外的气缸均为其它缸(38)；所述实验缸(37)的进气系统设有带增压器旁通阀(4)的废气涡轮增压器压气机(3)、带中冷器旁通阀(6)的进气中冷器(5)、进气温度传感器(24)和进气压力传感器(25)，实验缸(37)的排气系统设有排气温度传感器(26)、排气压力传感器(27)和尾气分析仪(10)；所述其它缸(38)的排气通过废气涡轮增压器进入实验缸进气管(7)内；还包括实验缸进气道喷油系统，实验缸进气道喷油系统的进气道喷油器(23)的喷油口设在实验缸进气管(7)内；所述实验缸(37)内的第一缸内直喷喷油器(18)和其它缸(38)内的第二缸内直喷喷油器(36)通过直喷燃油油轨(17)连接到一起；还包括与发动机的曲轴同步旋转的角位移信号发生器(29)，以及安装于实验缸(37)内的缸内压力传感器(28)；缸内压力传感器(28)连接到电荷放大器(30)，电荷放大器(30)连接到采集卡(31)；角位移信号发生器(29)直接连接到采集卡(31)；增压器旁通阀(4)、中冷器旁通阀(6)、直喷燃油油轨(17)、进气道喷油器(23)、进气温度传感器(24)、进气压力传感器(25)、排气温度传感器(26)和排气压力传感器(27)均与实验缸ECU(32)电联；第二缸内直喷喷油器(36)与其它缸ECU(33)电联；采集卡(31)、实验缸ECU(32)、其它缸ECU(33)和尾气分析仪(10)最终均与电脑(34)电联。2.根据权利要求1所述的一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统，其特征在于：所述实验缸(37)的进气系统包括依次连接的第一空气滤清器(1)、进气流量计(2)、废气涡轮增压器压气机(3)、进气中冷器(5)和实验缸进气管(7)，实验缸进气管(7)的另一端与实验缸(37)连通；进气温度传感器(24)和进气压力传感器(25)设于实验缸进气管(7)上。3.根据权利要求1所述的一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统，其特征在于：所述实验缸(37)的排气系统包括依次连接的实验缸排气管(8)、稳压罐(39)、取气阀(9)和尾气分析仪(10)，实验缸排气管(8)与实验缸(37)连通；排气温度传感器(26)和排气压力传感器(27)设于实验缸排气管(8)上。4.根据权利要求1所述的一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统，其特征在于：所述实验缸进气道喷油系统包括依次连接的高压气罐(19)、压力调节阀(20)、蓄能器(21)、蓄能器出口阀门(22)和进气道喷油器(23)。5.根据权利要求4所述的一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统，其特征在于：所述进气道喷油器(23)的喷嘴正对实验缸(37)的进气门后背。6.根据权利要求1所述的一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统，其特征在于：所述直喷燃油油轨(17)的进油口端依次连接有高压油泵(16)和直喷燃油油箱(15)。7.一种自带倒拖功能的单缸发动机台架实验系统的控制方法，其步骤如下：在实验系统启动后，电脑(34)以默认的怠速工...

【专利技术属性】
技术研发人员：田维，何文潇，楚云路，邱鹏，韩志强，吴学舜，张超，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川,51