一种汽车发动机开发测试系统的制作方法

1.本发明属于汽车发动机开发测试系统技术领域，具体涉及一种汽车发动机开发测试系统。


背景技术：

2.随着2003中国加入wto (世界贸易组织)，中国经济的各个方面取得了快速发展，其中汽车业在众多自主民族品牌的加入下，竞争日趋激烈，不断打破国外汽车公司对市场的垄断。伴随经济的快速发展，人民的经济收入大幅的提升，汽车作为人们日常消费品也逐步进入普通家庭，在这样的背景下，中国汽车工业得以蓬勃发展，逐步实现产销量超越日本、德国和美国，产销量实现多年全球第一，但由于中国的汽车千人保有量仍然较低，因此汽车的整体保有量必将持续增加；随着汽车保有量的逐年攀升，能源消耗和环境污染逐步引起国家的重视，如果不能妥善应对，将有可能产生能源危机和环境危机，为应对能源问题日益紧张和环境问题的日趋恶化，汽车油耗法规和尾气排放法规也在逐步加严，预计在2030年第六阶段企业平均油耗要求将达到每百公里3.2升，比第五阶段油耗指标再降低20%，为达成这一目标，一方面需要不断开发利用集成新技术，提升发动机的热效率水平；另一方面需要采用混合动力技术，让发动机主要在高效率区附近运行；但是现有发动机的开发周期长、成本高，且面临很多方面不确定的失败风险，对于目标更加苛刻的高效率发动机开发来说，开发难度和复杂度都提升了一个数量级。
3.基于上述汽车发动机开发过程中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种汽车发动机开发测试系统，旨在解决现有汽车发动机开发过程中周期长、成本高的问题之一。
5.本发明提供一种汽车发动机开发测试系统，所述测试系统包括测功机、抽真空装置、高压供油装置、燃烧分析仪、进气压力控制装置以及控制装置；测功机能够通过传动轴与单缸发动机传动连接；抽真空装置能够与单缸发动机的发动机曲轴箱连接，从而提供负压源；高压供油装置能够与单缸发动机的进气口连通，从而向单缸发动机提供所需的供油压力；燃烧分析仪能够与单缸发动机的燃烧室连通，从而采集燃烧室的燃烧数据；进气压力控制装置能够与单缸发动机的进气口连通，从而调节单缸发动机的进气压力；控制装置分别与测功机、高压供油装置、燃烧分析仪以及进气压力控制装置电连接，从而能够控制测功机、高压供油装置、燃烧分析仪以及进气压力控制装置的运行。
6.进一步地，测试系统包括计算机，控制装置包括台架控制装置和发动机控制装置；台架控制装置与测功机电连接，从而控制测功机的运行；发动机控制装置与单缸发动机电连接，从而控制单缸发动机喷油和点火参数；计算机分别与发动机控制装置、燃烧分析仪以及进气压力控制装置电连接，从而控制发动机控制装置、燃烧分析仪以及进气压力控制装
置的运行；计算机还与燃烧分析仪电连接，从而获取燃烧数据。
7.进一步地，测试系统包括滚流调节机构，滚流调节机构连接于进气压力控制装置与单缸发动机的进气口之间的管路上，滚流调节机构用于调整进气滚流比。
8.进一步地，测试系统包括废气再循环子系统和后处理子系统，后处理子系统通过管路与单缸发动机的排气口连通，废气再循环子系统的一端通过管路连接在进气压力控制装置与滚流调节机构之间的管路上，废气再循环子系统的另一端通过管路连接在后处理子系统上；测试系统通过废气再循环子系统引入并调节废气再循环的比例，燃烧后的气体经后处理子系统净化处理后排向大气。
9.进一步地，单缸发动机包括缸筒；缸筒为玻璃缸筒，玻璃缸筒的单次测试运行时间不超过分钟；或者，缸筒为铸铁缸筒，铸铁缸筒的单次测试运行时间为分钟至分钟。
10.进一步地，单缸发动机包括活塞，活塞位于燃烧室的正下方，活塞能够用于引导和保持单缸发动机内的气流，并能够调节压缩比；单缸发动机通过调节活塞头部的容积，进而调节单缸发动机的压缩比。
11.进一步地，单缸发动机包括缸盖总成，燃烧室设置于缸盖总成内，缸盖总成内还设有进气道和排气道，在缸盖总成内位于进气道和排气道之间设有凸轮配气机构，进气道的下方设有喷油器，进气道内设有隔板，隔板将进气道分隔为上、下两部分，隔板与滚流调节机构配合使用。
12.进一步地，滚流调节机构上设有刻度盘、指针以及调节部件，调节部件通过旋转指针调整至刻度盘对应的不同位置，从而调节进入进气道内隔板上下气流的比例，进而改变进气滚流比。
13.进一步地，凸轮配气机构包括进气凸轮轴、排气凸轮轴、进气门以及排气门；进气凸轮轴在转动的过程中通过其偏心轮挤压进气门，从而控制进气门的开启和关闭；排气凸轮轴在转动的过程中通过其偏心轮挤压排气门，从而控制排气门的开启和关闭；进气门上转动连接有进气摇臂，进气摇臂与进气液压挺柱连接；进气液压挺柱通过进气摇臂带动进气门升降移动，从而调节进气门与进气凸轮轴之间的间隙；和/或，进气门上转动连接有排气摇臂，排气摇臂与排气液压挺柱连接；排气液压挺柱通过排气摇臂带动所述进气门升降移动，从而调节进气门与排气凸轮轴之间的间隙；位于进气门和排气门的之间设有火花塞。
14.进一步地，进气凸轮轴能够通过凸轮轴型线的变化，实现进气门开启包角和升程的变化，从而在一台发动机上实现奥托循环、米勒循环、阿特金森循环的对比验证；排气凸轮轴能够通过凸轮轴型线的变化，实现排气门开启包角和升程的变化，从而在一台发动机上实现奥托循环、米勒循环、阿特金森循环的对比验证。
15.本发明提供的汽车发动机开发测试系统，集成了压缩比可变、进气滚流比可变、配气相位升程可变、外部废气再循环等技术，可通过技术组合对比测试，得到最具有性价比的高效发动机设计方案，具有开发周期短、开发成本低的优点。
附图说明
16.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
17.以下将结合附图对本发明作进一步说明：图1 为本发明一种汽车发动机开发测试系统示意图；
图2 为本发明玻璃缸筒示意图；图3 为本发明铸铁缸筒示意图；图4 为本发明压缩比12活塞头部形状图；图5 为本发明压缩比15活塞头部形状图；图6 为本发明单缸机缸盖燃烧室结构剖面图；图7 为本发明单缸机缸盖燃烧室结构俯视图；图8 为本发明单缸机缸盖凸轮配气机构示意图；图9 为本发明单缸机缸盖凸轮配气机构图。
18.图中：1、单缸发动机；2、测功机；3、抽真空装置；4、台架控制装置；5、计算机；6、发动机控制装置；7、高压供油装置；8、燃烧分析仪；9、进气压力控制装置；10、滚流调节机构；11、废气再循环子系统；12、后处理子系统；1.1、缸盖总成；1.2、进气道；1.3、隔板；1.4、进气门；1.5、燃烧室；1.6、排气门；1.7、排气道；1.8、喷油器；1.9、火花塞；1.10、进气凸轮轴；1.11、排气凸轮轴；1.12、排气摇臂；1.13、排气液压挺柱；1.14、进气摇臂；1.15、进气液压挺柱；10.1、刻度盘；10.2、指针。
具体实施方式
19.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
21.此外，术语“第一”、“第二”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”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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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。
23.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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.如图 1至图9所示，本发明提供一种汽车发动机开发测试系统，也具体涉及一种高效发动机开发测试平台，通过建立一个单缸发动机开发测试系统，将可变压缩比技术、可变进气正时技术、可变气门升程技术、可变滚流比技术、废气再循环技术等诸多先进技术进行优化匹配组合，以实现高热效率发动机的正向预研开发；具体地，所述测试系统包括测功机
2、抽真空装置3、高压供油装置7、燃烧分析仪8、进气压力控制装置9以及控制装置；其中，测功机2能够通过传动轴与单缸发动机1传动连接，从而测试、控制发动机扭矩输出；抽真空装置3能够与单缸发动机1的发动机曲轴箱连接，从而提供负压源；高压供油装置7能够与单缸发动机1的进气口连通，从而向单缸发动机1提供所需的供油压力；燃烧分析仪8能够与单缸发动机1的燃烧室1.5连通，从而采集燃烧室1.5的燃烧数据；进气压力控制装置9能够与单缸发动机1的进气口连通，从而调节单缸发动机1的进气压力；控制装置分别与测功机2、高压供油装置7、燃烧分析仪8以及进气压力控制装置9电连接，从而能够控制测功机2、高压供油装置7、燃烧分析仪8以及进气压力控制装置9的运行；采用上述方案，能够进行压缩比、燃烧循环（米勒循环/阿特金森循环/奥托循环）、滚流比、废气再循环等诸多技术方案优化匹配组合研发，以实现高热效率发动机的快速、正向预研开发；本发明提供的汽车发动机开发测试系统，集成了压缩比可变、进气滚流比可变、配气相位升程可变、外部废气再循环等技术，可通过技术组合对比测试，得到最具有性价比的高效发动机设计方案，具有开发周期短、开发成本低的优点。
25.优选地，结合上述方案，如图 1至图9所示，本发明提供的汽车发动机开发测试系统还包括计算机5，用于具体显示、记录以及出力测试数据，调整设计方案及数据绘制阅览；进一步地，控制装置包括台架控制装置4和发动机控制装置6；台架控制装置4与测功机2电连接，从而控制测功机2的运行；进一步地，发动机控制装置6与单缸发动机1电连接，从而控制单缸发动机1喷油和点火参数；具体地，发动机控制装置6通过第一导线与单缸发动机1的火花塞电连接，从而实现点火连接；发动机控制装置6通过第二导线与单缸发动机1的喷油嘴电连接，从而实现喷油控制；计算机5分别与发动机控制装置6、燃烧分析仪8以及进气压力控制装置9电连接，从而控制发动机控制装置6、燃烧分析仪8以及进气压力控制装置9的运行；进一步地，计算机5还与燃烧分析仪8电连接，从而获取燃烧数据；进一步地，台架控制装置4与燃烧分析仪8电连接，从而实现发动机的水温、喷油量、排气压力以及进气压力的数据同步交互，便于实时观察数据和控制；进一步地，发动机控制装置6还与高压供油装置7连接，从而控制泵油压力；进一步地，发动机控制装置6还与燃烧分析仪8连接，从而实现燃烧数据信号的同步交互，便于观察和控制；进一步地，计算机5还与进气压力控制装置9，从而实现进气压力控制调节。
26.优选地，结合上述方案，如图 1至图9所示，本发明提供的汽车发动机开发测试系统还包括滚流调节机构10，该滚流调节机构10连接于进气压力控制装置9与单缸发动机1的进气口之间的管路上，滚流调节机构10用于调整进气滚流比，从而进行测试调整；具体地，该滚流比是缸内气流运行速度与发动机转速的比值，滚流比越大，燃烧越快、混合气均匀性越高,但过高的滚流比会导致进气量减少，因此滚流比需要根据需求定义，不是越大越好。
27.优选地，结合上述方案，如图 1至图9所示，本发明提供的汽车发动机开发测试系统还包括废气再循环子系统11和后处理子系统12；其中，后处理子系统12通过管路与单缸发动机1的排气口连通，废气再循环子系统11的一端通过管路连接在进气压力控制装置9与滚流调节机构10之间的管路上，废气再循环子系统11的另一端通过管路连接在后处理子系统12上，具体地，废气再循环子系统11的另一端通过管路连接在后处理子系统12的排气管路的进气端；测试系统通过废气再循环子系统11引入并调节废气再循环的比例，燃烧后的气体经后处理子系统12净化处理后排向大气。
28.优选地，结合上述方案，如图 1至图9所示，单缸发动机1包括缸筒；缸筒为玻璃缸筒，玻璃缸筒的单次测试运行时间不超过2分钟，可通过高速相机透过缸筒拍摄发动机内部的进气、喷雾和燃烧过程，但玻璃不可以长时间暴露在高温环境下，因此发动机采用玻璃缸筒时不能长时间运行，一般单次运行时间不超过2分钟；或者，缸筒为铸铁缸筒，铸铁缸筒的单次测试运行时间为30分钟至40分钟，缸筒采用铸铁材质时，由于缸筒内部像普通多缸发动机一样设有水套冷却，单次运行时间可达到30分钟以上，可进行凸轮轴、喷油器、压缩比、点火系统等开发方案的选型。
29.优选地，结合上述方案，如图 1至图9所示，单缸发动机1包括活塞，活塞位于燃烧室1.5的正下方，活塞能够用于引导和保持单缸发动机1内的气流，并能够调节压缩比；具体地，活塞头部形状的设计，主要遵循两个原则，一是引导和保持气流，二是调节压缩比，针对不同的燃烧室压缩比需求，在不影响缸内正常气流运动的前提下，通过调整活塞头部容积，可实现压缩比的灵活可变；具体地，单缸发动机1通过调节活塞头部的容积，进而调节单缸发动机1的压缩比；具体地，单缸发动机上设有缸盖和活塞，可通过更换不同头部容积的活塞，实现压缩比12~15可变；在匹配同一个缸盖燃烧室的情况下，采用图5活塞，其头部凸起部分占用了一部分容积，相比采用图4活塞，其缸内燃烧室容积减小，压缩比增大。
30.优选地，结合上述方案，如图 1至图9所示，单缸发动机1包括缸盖总成1.1，燃烧室1.5设置于缸盖总成1.1内，缸盖总成1.1内还设有进气道1.2和排气道1.7，在缸盖总成1.1内位于进气道1.2和排气道1.7之间设有两套凸轮配气机构，两套凸轮配气机构分别对进气门和排气门采取驱动控制，可通过更换凸轮轴，实现气门开启包角和升程的变化，实现奥托循环、米勒循环、阿特金森循环的切换；进一步地，进气道1.2的下方设有喷油器1.8，进气道1.2内设有隔板1.3，隔板1.3将进气道1.2分隔为上、下两部分，并且隔板1.3能够与滚流调节机构10配合使用。
31.优选地，结合上述方案，如图 1至图9所示，滚流调节机构10上设有刻度盘10.1、指针10.2以及调节部件，调节部件通过旋转指针10.2调整至刻度盘10.1对应的不同位置，从而调节进入进气道1.2内隔板1.3上下气流的比例，进而改变进气滚流比，在不改变发动机进气道设计的前提下，实现不同滚流比方案的试验验证，节约了验证周期和费用；需要具体说明的是：通过调节滚流调节机构10中的指针10.2，即能够调节隔板1.3在进气道1.2的上、下两部分的气流通过量，实现气流的比例调节，进而改变进气滚流比；优选为，本实施例中，调节部件为内六角螺栓。
32.优选地，结合上述方案，如图 1至图9所示，所述凸轮配气机构包括进气凸轮轴1.10、排气凸轮轴1.11、进气门1.4以及排气门1.6；其中，进气凸轮轴1.10在转动的过程中通过其偏心轮挤压进气门1.4，从而控制进气门1.4的开启和关闭；具体地，进气门1.4的顶端抵接于进气凸轮轴1.10的偏心轮上，这样使得进气凸轮轴1.10在转动过程中，其偏心轮能够挤压进气门1.4实现升降运动；相应地，排气凸轮轴1.11在转动的过程中通过其偏心轮挤压排气门1.6，从而控制排气门1.6的开启和关闭；具体地，排气门1.6的顶端抵接于排气凸轮轴1.11的偏心轮上，这样使得排气凸轮轴1.11在转动过程中，其偏心轮能够挤压排气门1.6实现升降运动；进一步地，进气门1.4上转动连接有进气摇臂1.14，该进气摇臂1.14与进气液压挺柱1.15连接；具体地，进气液压挺柱1.15通过进气摇臂1.14带动进气门1.4升降移动，从而调节进气门1.4与进气凸轮轴1.10之间的间隙，方便挤压升降；进一步地，进气门
1.6上转动连接有排气摇臂1.12，排气摇臂1.12与排气液压挺柱1.13连接；排气液压挺柱1.13通过排气摇臂1.12带动进气门1.6升降移动，从而调节进气门1.6与排气凸轮轴1.11之间的间隙，方便挤压升降；进一步地，位于进气门1.4和排气门1.6的之间设有火花塞1.9；进一步地，请参阅附图6和8，进气门1.4和排气门1.6分别包括两个，两个进气门1.4和两个排气门1.6对称设置于缸盖总成1.1内，从而实现进气和排气。
33.优选地，结合上述方案，如图 1至图9所示，进气凸轮轴1.10能够通过凸轮轴型线的变化，实现进气门1.4开启包角和升程的变化，从而在一台发动机上实现奥托循环、米勒循环、阿特金森循环的对比验证；相应地，排气凸轮轴1.11能够通过凸轮轴型线的变化，实现排气门1.6开启包角和升程的变化，从而在一台发动机上实现奥托循环、米勒循环、阿特金森循环的对比验证。
34.优选地，结合上述方案，如图 1至图9所示，本发明提供的汽车发动机开发测试系统，其配备有废气再循环系统，可将燃烧后的废气再次引入燃烧室内参与燃烧，改善发动机抗爆性，提升发动机燃烧效率。
35.本发明提供一种汽车发动机开发测试系统，一方面可以采用光学测试方法，研究燃烧排放机理，修炼内功；另一方面可进行压缩比、燃烧循环（米勒循环/阿特金森循环/奥托循环）、滚流比、废气再循环等诸多技术方案优化匹配组合研发，以实现高热效率发动机的正向预研开发，具有开发周期短、开发成本低的优点。
36.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。