綜合流量試驗(yàn)臺的工作原理與應(yīng)用介紹

金晨，鄧炳林，劉新輝

（湛江德利化油器有限公司，廣東湛江 524043）

0 前言

化油器綜合流量試驗(yàn)臺是一套模擬的實(shí)驗(yàn)分析系統(tǒng)，是模擬化油器在整車上的工作狀態(tài)對化油器流量特性進(jìn)行檢測，如空氣流量Ga和燃油流量Gf，得出Ga與Gf的比值即空燃比A/F，可以根據(jù)發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)要求設(shè)定化油器的測試點(diǎn)，測試化油器的空燃比摸擬曲線。影響化油器的空燃比的因素有很多，這些因素對化油器的開發(fā)設(shè)計(jì)顯得至關(guān)重要，而研究影響空燃比因素的主要手段就是靠綜合流量試驗(yàn)臺，目前化油器生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量管理和評價的主要手段就是靠綜合流量試驗(yàn)臺。綜合流量試驗(yàn)臺根據(jù)測試精度要求不同，可以分為研發(fā)用綜合流量試驗(yàn)臺與下線檢測型綜合流量試驗(yàn)臺，二者工作原理都一樣，只是測量精度有差異。

1 測試原理

綜合流量試驗(yàn)臺的測試是在給定的真空度的前提下，根據(jù)整車上的空氣流量Ga，測試出化油器各工況點(diǎn)的燃油流量Gf，空氣流量Ga與燃油流量Gf之比值即為空燃比A/F。

1.1 空氣流量的測試

空氣流量的測試是氣體通過不同大小的音速噴嘴的質(zhì)量計(jì)量得出的實(shí)際流量。其原理是音速噴嘴除喉部條件可通過熱力學(xué)原理公式計(jì)算得到外，僅需測量噴嘴前的氣體的滯止壓力和滯止溫度即可計(jì)算出通過噴嘴的實(shí)際氣體的流量。

（1）空氣流量的計(jì)算公式:

式中:qm為流經(jīng)噴嘴的質(zhì)量流量;

K為噴嘴的K系數(shù);

H為濕度修正系數(shù);

p為噴嘴前的氣體的滯止壓力;

T為噴嘴前的氣體的滯止溫度。

K、H預(yù)先置入計(jì)算機(jī)的軟件數(shù)學(xué)模型中，p、T通過測量及計(jì)算機(jī)自動采樣后，計(jì)算出空氣流量。

（2）臨界壓力比:

對于空氣r=0.528。

（3）背壓比與流量的關(guān)系曲線

背壓比

p2/p1≤0.75

從以上可以看出，滿足臨界壓力比的條件下，噴嘴流量與噴嘴后壓無關(guān)，流量的大小與噴嘴前滯止壓力、噴嘴前滯止溫度等有關(guān)。在測試臺的實(shí)際應(yīng)用中，通過若干只音速噴嘴的不同組合來實(shí)現(xiàn)空氣流量的測量［1］。

1.2 燃油流量的測量

燃油流量測量主要是通過流量計(jì)來完成，如圖3所示，流量計(jì)根據(jù)測量原理不一樣可以分為活塞式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、質(zhì)量式流量計(jì)等。由于質(zhì)量式流量計(jì)測量精度高，下面就簡要介紹質(zhì)量式流量計(jì)工作原理。

質(zhì)量式流量計(jì)工作原理:流體在旋轉(zhuǎn)的管內(nèi)流動時會對管壁產(chǎn)生一個力，它是科里奧利在1832年研究水輪機(jī)時發(fā)現(xiàn)的，簡稱科氏力。質(zhì)量式流量計(jì)以科氏力為基礎(chǔ)，在傳感器內(nèi)部有兩根平行的T型振管，中部裝有驅(qū)動線圈，兩端裝有拾振線圈，變送器提供的激勵電壓加到驅(qū)動線圈上時，振動管作往復(fù)周期振動。工業(yè)過程的流體介質(zhì)流經(jīng)傳感器的振動管，就會在振管上產(chǎn)生科氏力效應(yīng)使兩根振管扭轉(zhuǎn)振動，安裝在振管兩端的拾振線圈將產(chǎn)生相位不同的兩組信號，這兩個信號差與流經(jīng)傳感器的流體質(zhì)量流量成比例關(guān)系。計(jì)算機(jī)解算出流經(jīng)振管的質(zhì)量流量。不同的介質(zhì)流經(jīng)傳感器時，振管的主振頻率不同，據(jù)此解算出介質(zhì)密度。安裝在傳感器振管上的鉑電阻可間接測量介質(zhì)的溫度［2］。

1.3 空燃比A/F的計(jì)算

根據(jù)以上原理測得化油器各工況點(diǎn)的空氣流量Ga和燃油流量Gf，將空氣流量Ga和燃油流量Gf之比即為空燃比A/F。

2 綜合流量試驗(yàn)臺構(gòu)成

綜合流量試驗(yàn)臺主要由五大部分構(gòu)成，下面將作介紹。

2.1 空氣流量計(jì)量部分

它主要由音速噴嘴、滯止腔、控制噴嘴開閉的氣缸、管路和絕壓變送器、溫度傳感器、負(fù)壓變送器等構(gòu)成。

2.2 燃油計(jì)量部分

測試臺的燃油供給、燃油回收和燃油計(jì)量是由中繼油箱、回收油箱、氣動球閥、流量計(jì)、油調(diào)壓閥、過濾器、壓力變送器和管路等構(gòu)成。

2.3 電氣控制部分

主要由PLC、電磁閥、直流穩(wěn)壓電源、開關(guān)、控制按鈕等組成。測試臺邏輯控制、輔助功能控制、報警功能控制等均由此部分完成。

2.4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)部分

它主要由嵌入式計(jì)算機(jī)組成。與一次檢測元件一起完成測試臺的數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算、處理、輸出和顯示及測試臺測試全過程的管理。

2.5 夾具組

該部分的主要作用是完成化油器的裝夾。

3 綜合流量臺的工作原理

3.1 綜合流量臺測試系統(tǒng)簡介

圖4為化油器綜合流量試驗(yàn)臺的工作示意圖。噴嘴的開閉是靠AI的雙位三通電磁閥控制的，根據(jù)所要求的空氣流量值，電磁閥、氣缸的動作，使相應(yīng)的噴嘴開啟或關(guān)閉。在開始工作前，先接通電源和氣源，此時閥M、P、K、Q、W處于斷路狀態(tài)，閥N、L處于通路，燃油經(jīng)泵供給油耗儀，然后按以下工作次序進(jìn)行工作:

試驗(yàn)臺設(shè)一回油箱和一油氣分離箱。在開始試驗(yàn)時，閥L打開，M關(guān)閉，此時回油箱與噴嘴箱為連通體。在化油器工況穩(wěn)定下來時，噴嘴箱與回油箱內(nèi)真空度一致，燃油因重力作用有70%左右沉積在噴嘴箱中。當(dāng)化油器工況改變時，例如真空度降低時，由于噴嘴箱與回油箱之間的連接管內(nèi)徑較小，故回油箱內(nèi)真空度仍較高，此時噴嘴箱內(nèi)的燃油被吸入回油箱中。一般情況下，當(dāng)改變化油器工況或更換化油器時，燃油都能回收到回油箱中。油氣分離箱可回收混合在空氣中30%的燃油。油氣分離箱中的燃油可用泵抽出后繼續(xù)使用。

4 綜合流量試驗(yàn)臺的試驗(yàn)內(nèi)容

4.1 常規(guī)F/S試驗(yàn)

在綜合流量試驗(yàn)臺上，調(diào)節(jié)節(jié)氣門 （柱塞）開度和噴嘴，使進(jìn)氣空氣流量和進(jìn)氣管真空度達(dá)到所測產(chǎn)品IDLE～WOT點(diǎn)的參數(shù)，測量A/F等數(shù)據(jù)。

實(shí)例:通用機(jī)化油器常規(guī)F/S試驗(yàn)，如表1所示。

表1 通用機(jī)化油器常規(guī)F/S試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.2 怠速點(diǎn)的PB特性

在綜合流量實(shí)驗(yàn)臺上，首先調(diào)節(jié)節(jié)氣門 （柱塞）開度和噴嘴，使進(jìn)氣空氣流量和進(jìn)氣管真空度達(dá)到所測產(chǎn)品IDLE的參數(shù)，測量A/F等數(shù)據(jù)。之后保持節(jié)氣門 （柱塞）開度不變，依次遞減進(jìn)氣管真空度值，每隔20 mmHg測量一次A/F數(shù)據(jù)，直至燃油流量為零結(jié)束測量。

4.3 阻風(fēng)門全閉度

試驗(yàn)在無油狀態(tài)下進(jìn)行，試驗(yàn)前將所測產(chǎn)品上一切有可能導(dǎo)致額外進(jìn)氣的孔堵塞。試驗(yàn)時節(jié)氣門 （柱塞）全開，阻風(fēng)門關(guān)閉，并用手按住阻風(fēng)門，調(diào)整噴嘴使進(jìn)氣管真空度達(dá)到所測產(chǎn)品的參數(shù)，測量空氣流量。

4.4 傾斜試驗(yàn)

在可傾斜的綜合流量試驗(yàn)臺上進(jìn)行，將所測產(chǎn)品置于傾斜的試驗(yàn)臺上，然后再按指定方向與角度傾斜，測量A/F等數(shù)據(jù)，并觀察有無燃油溢出。共進(jìn)行前、后、左、右4個方向的傾斜試驗(yàn)。測量角度在規(guī)定范圍內(nèi)間隔1°～5°內(nèi)選擇。

4.5 怠速可調(diào)性

在綜合流量試驗(yàn)臺上，首先將怠速調(diào)節(jié)螺釘擰到底，調(diào)節(jié)節(jié)氣門 （柱塞）開度和噴嘴，使空氣流量和真空度達(dá)到IDLE的規(guī)定值，之后怠速調(diào)節(jié)螺釘每退出1/4圈，重新調(diào)整開度和噴嘴，然后測量A/F數(shù)值。

4.6 無油怠速

該試驗(yàn)在無油狀態(tài)下進(jìn)行，所測產(chǎn)品不作任何調(diào)整，僅調(diào)整噴嘴，使進(jìn)氣管真空度達(dá)到所測產(chǎn)品的要求，測量空氣流量等數(shù)據(jù)。

4.7 化油器ACV閥試驗(yàn)

把化油器的試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)整到怠速工況，打開噴嘴開關(guān)、讀取真空度表數(shù)值，此時真空表顯示的真空度值也就是作用在ACV閥上的真空度。真空度的調(diào)整從小→大進(jìn)行，從350 mmHg開始，每10 mmHg負(fù)壓記錄一次空燃比［3］。

5 結(jié)束語

筆者所在企業(yè)為應(yīng)對摩托車化油器的發(fā)展變化，在綜合流量試驗(yàn)臺的應(yīng)用方面已不僅是對化油器的各項(xiàng)試驗(yàn)，在電控化油器、電噴等方面也會去做相關(guān)的一些試驗(yàn)，例如電控化油器電磁閥的流量特性測試，電噴節(jié)流閥體相關(guān)的綜合流量測試等等。

【1】徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第4卷）［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

【2】王召兵，倪成茂.小型通用汽油機(jī)美國EPA排放法規(guī)介紹［J］.小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車，2007（6）:78－80.

【3】田晶，劉勝吉，王建，卞明.通用小型汽油機(jī)油氣混合的兩相流動與排放研究［J］.小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車，2009（6）:1－3.