进气管组件及其优化方法、测量装置与流程

1.本发明涉及发动机技术领域，具体而言，涉及一种进气管组件及其优化方法、测量装置。


背景技术：

2.车用发动机为改善各缸流量分配、降低整机长度，大多采用中间进气的方式。中间进气方式不可避免的会使用进气弯管，将气流弯折90
°
后导入进气稳压腔。
3.而由于空间限制，现有的进气弯管长度往往较短、弯折较大，气流进入弯管后，因为弯折距离短、弯折角度巨大，气流因惯性原因沿弯管外侧流动，内侧形成回流涡，从而造成出口截面外侧流量要明显高于内侧流量，内外两侧流量分配不均，进而影响两侧各缸进气流量。回流涡的存在减小了进气弯管的实际流通面积从而加大了进气压损。
4.为了改善进气弯管出口的流量分布，可以在弯管内部增加隔板。但是隔板角度、个数和形状难以确定，做多次试验的话需要新开模具、加工样件，花费高、耗时长。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种进气管组件及其优化方法、测量装置，以解决现有技术中的在弯管内部增加导流片，导流片不可调节需要重新开模，耗时长、花费大的问题。
6.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种进气管组件，包括进气管本体，进气管本体沿其延伸方向具有依次布置的进气口和出气口，进气管本体内设置有至少一个导流片，各个导流片均设置在进气口和出气口之间，各个导流片均与进气管本体可拆卸地连接；各个导流片均通过调节结构与进气管本体连接，调节结构包括转动部件，转动部件可转动地设置，转动部件与导流片连接。
7.进一步地，转动部件包括第一连接杆，第一连接杆与导流片的第一端连接；调节结构还包括：盖板，盖设在进气管本体的开口上，盖板上设置有第一连通孔和定位孔；调节盘，调节盘上设置有多个调节通孔，多个调节通孔沿调节盘的周向方向间隔设置；第一连接杆穿过第一连通孔与调节盘连接；第一锁紧件，插设在一个调节通孔和定位孔内。
8.进一步地，转动部件包括第二连接杆，第二连接杆与导流片的第二端连接，第二连接杆穿设在进气管本体上；调节结构还包括：第二锁紧件，与第二连接杆螺纹连接，第二连接杆通过第二锁紧件与进气管本体锁紧。
9.进一步地，进气管本体内设置有多个导流片，多个导流片沿进气管本体的延伸方向依次布置。
10.根据本发明的另一方面，提供了一种进气管组件的优化方法，其中，适用于上述的进气管组件，进气管组件的优化方法包括：获取进气管组件的出气口的出口截面的速度以及进气管组件的第一压力损失dp1；调节进气管组件的导流片的角度、数量和形状中的至少一个，并获取调节后的进气管组件的出口截面的速度以及调节后的进气管组件的第二压力
损失dp2；根据调节前后的进气管组件的出口截面的速度分布和压力损失，选取出结构优化的进气管组件。
11.进一步地，出口截面相对至少一条对称线对称设置，至少一条对称线将出口截面划分为多个截面；根据调节前后的进气管组件的出口截面的速度分布和压力损失获得结构优化的进气管组件的方法包括：计算出各个截面的速度平均值，并计算出多个截面的速度平均值的标准差x，并根据公式35-15/（1-x）计算出第一量化得分；计算出各个截面的速度均匀性y，并根据公式20-10/y计算出各个截面的第二量化得分；计算dp2/dp1，当dp2》dp1时，根据公式-220 220/（dp2/dp1）计算出第三量化得分，当dp2《dp1时，根据公式220-220/（2-dp2/dp1）计算出第三量化得分；将调节前的进气管组件的第一量化得分、多个第二量化得分和第三量化得分求和得到第一总值，将调节后的进气管组件的第一量化得分、多个第二量化得分和第三量化得分求和得到第二总值，第一总值和第二总值中最大的数值所对应的进气管组件的结构最优。
12.根据本发明的又一方面，提供了一种测量装置，其中，应用于上述的进气管组件的优化方法，测量装置包括：第一测量部件，用于测量进气管组件的进气管本体的出气口处的速度；第二测量部件，用于测量进气管组件的压力损失。
13.进一步地，测量装置还包括进气机构，进气机构包括：风机；管路组件，管路组件的第一端用于与风机相连通，管路组件的第二端用于与进气管本体的进气口相连通。
14.进一步地，进气机构还包括变频器，变频器与风机连接。
15.进一步地，管路组件包括：第一稳压箱；第二稳压箱，位于第一稳压箱远离风机的一侧；流量计，设置在第一稳压箱和第二稳压箱之间；压力传感器，设置在第二稳压箱上。
16.进一步地，测量装置还包括：支撑台；过渡连接管，与支撑台连接，过渡连接管的第二端用于与进气管组件连接且与进气口相连通；出气管，出气管的第一端与管路组件的第一端连接，出气管，的第二端与过渡连接管的第一端连接。
17.进一步地，第一测量部件为激光多普勒测速仪。
18.本发明的进气管组件包括进气管本体，进气管本体沿其延伸方向具有依次布置的进气口和出气口，进气管本体内设置有至少一个导流片，各个导流片均设置在进气口和出气口之间，导流片的设置改善了出气口的流量分布，对部分气流进行导流，平衡弯管两侧流量，改善弯管出口流量均匀性，增大实际流通面积降低压损。该进气管组件的各个导流片均与进气管本体可拆卸地连接，可以选择设置在进气管本体内的导流片的个数，也可以更换不同形状的导流片；并且，转动部件与导流片连接，通过转动转动部件来改变导流片在进气管本体内的角度，实现了导流片的可调，不需要重新开模具、加工样件，耗时短、花费小。
附图说明
19.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1示出了根据本发明的进气管组件的实施例的轴测图；图2示出了根据本发明的进气管组件的实施例的正视图；图3示出了根据本发明的进气管组件的盖板的轴测图；图4示出了根据本发明的进气管组件的调节盘的轴测图；
图5示出了根据本发明的测量装置的实施例的轴测图；图6示出了根据本发明的测量装置的实施例的局部剖视图；图7示出了根据本发明的测量装置的实施例的部分结构的俯视图；图8示出了根据本发明的测量装置的实施例的示意图。
20.其中，上述附图包括以下附图标记：10、进气管本体；11、进气口；12、出气口；13、开口；20、导流片；30、转动部件；31、第一连接杆；32、第二连接杆；40、盖板；41、第一连通孔；42、定位孔；43、第一轴肩；44、第二轴肩；50、调节盘；51、调节通孔；60、第一锁紧件；70、第二锁紧件；80、第一测量部件；81、一维测试探头；82、二维测试探头；83、分光器；100、风机；110、管路组件；111、第一稳压箱；112、第二稳压箱；113、流量计；114、压力传感器；115、塑性波纹管；120、变频器；130、支撑台；140、出气管；150、过渡连接管；160、采集仪；170、计算机；180、底座；190、电机。
具体实施方式
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
22.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
23.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
24.本发明提供了一种进气管组件，请参考图1至图4，包括进气管本体10，进气管本体10沿其延伸方向具有依次布置的进气口11和出气口12，进气管本体10内设置有至少一个导流片20，各个导流片20均设置在进气口11和出气口12之间，各个导流片20均与进气管本体10可拆卸地连接；各个导流片20均通过调节结构与进气管本体10连接，调节结构包括转动部件30，转动部件30可转动地设置，转动部件30与导流片20连接。
25.本发明的进气管组件包括进气管本体10，进气管本体10沿其延伸方向具有依次布置的进气口11和出气口12，进气管本体10内设置有至少一个导流片20，各个导流片20均设置在进气口11和出气口12之间，导流片20的设置改善了出气口的流量分布，对部分气流进行导流，平衡弯管两侧流量，改善弯管出口流量均匀性，增大实际流通面积降低压损。该进气管组件的各个导流片20均与进气管本体10可拆卸地连接，可以选择设置在进气管本体10内的导流片20的个数，也可以更换不同形状的导流片20；并且，转动部件30与导流片20连接，通过转动转动部件30来改变导流片20在进气管本体10内的角度，实现了导流片20的可调，不需要重新开模具、加工样件，耗时短、花费小。
26.该进气管组件主要用于解决由气流惯性和气体弯折导致的出气口流量不均问题，实现均匀的出口分布，降低两侧各缸流量差异。并解决内侧回流涡造成的实际流通面积减小从而压损增大的问题。解决试验件改动需要重复开模具的问题。
27.在本实施例中，转动部件30包括第一连接杆31，第一连接杆31与导流片20的第一
端连接；调节结构还包括：盖板40，盖设在进气管本体10的开口13上，盖板40上设置有第一连通孔41和定位孔42；调节盘50，调节盘50上设置有多个调节通孔51，多个调节通孔51沿调节盘50的周向方向间隔设置；第一连接杆31穿过第一连通孔41与调节盘50连接；第一锁紧件60，插设在一个调节通孔51和定位孔42内。
28.可选地，第一锁紧件60为定位销。
29.具体地，第一连接杆31具有第一轴肩43，盖板40具有第一台阶面，第一轴肩43与第一台阶面抵接，以对第一连接杆31和盖板40的组装进行定位。
30.具体地，调节盘50具有第二轴肩44，盖板40具有第二台阶面，第二轴肩44与第一台阶面抵接，以对调节盘50的组装进行定位。
31.在本实施例中，转动部件30包括第二连接杆32，第二连接杆32与导流片20的第二端连接，第二连接杆32穿设在进气管本体10上；调节结构还包括：第二锁紧件70，与第二连接杆32螺纹连接，第二连接杆32通过第二锁紧件70与进气管本体10锁紧。
32.具体地，第二锁紧件70为螺母。
33.具体地，第一连接杆31和第二连接杆32都带有螺纹特征。
34.可选地，进气管本体10内设置有多个导流片20，多个导流片20沿进气管本体10的延伸方向依次布置。
35.具体实施时，安装顺序如下：首先将第一连接杆31和第二连接杆32分别与导流片20相连，并通过螺纹连接方式固定。将该组合体通过开口13装入进气管本体10内。随后装入盖板40（盖板40下表面特征与进气管本体10内表面特征类似，以尽量减小该调节装置对管内流动的影响），盖板40随后通过螺栓与进气管本体10固定，通过与第一轴肩压紧，实现组合体在管路内的固定。随后装入调节盘50（共有6个通孔特征，可实现30度的角度调节精度），其第二轴肩44与盖板40接触，其与第一连接杆31为过盈配合。然后，将定位销（即第一锁紧件60）装入盖板40内的销孔内，实现了导流片的相对旋转定位。最后，装入螺母（即第二锁紧件70），从而实现装个装置的固定及密封。
36.当需要调整导流片20相对于进气管本体10的相对角度时，只需要将第二锁紧件70松开，将第一锁紧件60取出，旋转调节盘50，此刻由于调节盘50与组合体为过盈配合，所以组合体也会同步发生旋转。调整至目标角度后，插入第一锁紧件60，然后装入第二锁紧件70实现固定。至此，角度调节完毕。若有多个导流片20，其调节顺序是相同的。
37.需要说明的是，导流片20的形状、个数、角度都可以进行变动，导流片20可以为异形导流片。不同的导流片20设计可以通过对导流片的组合进行修改，避免重复整体出模，降低了样件加工难度，降低了样件成本。
38.本发明还提供了一种进气管组件的优化方法，适用于上述实施例中的进气管组件，进气管组件的优化方法包括：获取进气管组件的出气口12的出口截面的速度以及进气管组件的第一压力损失dp1；调节进气管组件的导流片20的角度、数量和形状中的至少一个，并获取调节后的进气管组件的出口截面的速度以及调节后的进气管组件的第二压力损失dp2；根据调节前后的进气管组件的出口截面的速度分布和压力损失，选取出结构优化的进气管组件。
39.具体实施时，确定一组导流片组合之后，在出气口布置第一测量部件，测量出口截面的三维速度以及压力损失。然后更换导流片组合，测量出口截面的三维速度以及压力损
失。在众多方案中找出出口速度均匀性较好以及压力损失较小的组合，根据最佳组合出具整体式铸件图纸。这样的设置不需要重新开模具、加工样件，耗时短、花费小。
40.在本实施例中，出口截面相对至少一条对称线对称设置，至少一条对称线将出口截面划分为多个截面；根据调节前后的进气管组件的出口截面的速度分布和压力损失获得结构优化的进气管组件的方法包括：计算出各个截面的速度平均值，并计算出多个截面的速度平均值的标准差x，并根据公式35-15/1-x计算出第一量化得分；计算出各个截面的速度均匀性y，并根据公式20-10/y计算出各个截面的第二量化得分；计算dp2/dp1，当dp2》dp1时，根据公式-220 220/dp2/dp1计算出第三量化得分，当dp2《dp1时，根据公式220-220/2-dp2/dp1计算出第三量化得分；将调节前的进气管组件的第一量化得分、多个第二量化得分和第三量化得分求和得到第一总值，将调节后的进气管组件的第一量化得分、多个第二量化得分和第三量化得分求和得到第二总值，第一总值和第二总值中最大的数值所对应的进气管组件的结构最优。
41.具体地，速度平均值为各个截面的垂直于出口截面的速度的平均值。
42.具体地，标准差x用以表征多块截面上总流量的差异；其中，x的取值范围为0-1。第一量化得分为负值的方案不予使用。
43.具体地，利用公式分别求得各个截面上的速度场的速度均匀性，速度均匀性用以表征每块截面上的速度均匀性。其中，y的取值范围为0-1。第二量化得分为负值的方案不予使用。
44.具体地，第三量化得分低于-20的方案不予使用。
45.具体地，出口截面相对两条对称线对称设置，两条对称线相垂直设置，两条对称线将出口截面划分为四个截面。
46.具体实施时，第一量化得分、第二量化得分和第三量化得分如下表所示。
47.本发明还提供了一种测量装置，请参考图5至图8，应用于上述实施例中的进气管组件的优化方法，测量装置包括：第一测量部件80，用于测量进气管组件的进气管本体10的出气口12处的速度；第二测量部件，用于测量进气管组件的压力损失。
48.在本实施例中，测量装置还包括进气机构，进气机构包括：风机100；管路组件110，管路组件110的第一端用于与风机100相连通，管路组件110的第二端用于与进气管本体10的进气口11相连通。
49.在本实施例中，进气机构还包括变频器120，变频器120与风机100连接。风机100的转速通过变频器120控制。
50.在本实施例中，管路组件110包括：第一稳压箱111；第二稳压箱112，位于第一稳压箱111远离风机100的一侧；流量计113，设置在第一稳压箱111和第二稳压箱112之间；压力传感器114，设置在第二稳压箱112上。第一稳压箱111和第二稳压箱112起到稳定气流的作用，流量计113用于检测管路组件110的管道内的流量。
51.具体地，第二稳压箱112和流量计113之间通过法兰用螺栓连接，流量计113和第一稳压箱111之间通过法兰用螺栓连接。
52.在本实施例中，测量装置还包括：支撑台130；过渡连接管150，与支撑台130连接，过渡连接管150的第二端用于与进气管组件连接且与进气口11相连通；出气管140，出气管140的第一端与管路组件110的第一端连接，出气管140的第二端与过渡连接管150的第一端
连接。这样的设置可以确保测量装置具备测量不同长度及体积进气管组件的能力。
53.具体地，过渡连接管150位置可调节地设置在支撑台130上，出气管140为渐缩管路，小径端与管路组件110连接，出气管140被过渡连接管150通过4个螺栓压紧在支撑台130上。
54.具体地，管路组件110包括塑性波纹管115，塑性波纹管115的第一端与第二稳压箱112连接，塑性波纹管115的第二端与出气管140连接。塑性波纹管115为软管，进一步提高测量装置的适用性。其中，塑性波纹管115与出气管140之间通过卡箍连接，塑性波纹管115与第二稳压箱112之间通过卡箍连接。
55.具体地，第一测量部件80为激光多普勒测速仪。具体地，激光多普勒测速仪包括一维测试探头81、二维测试探头82和分光器83。
56.需要说明的是，采用激光多普勒测速仪测速即为采用lda系统测速，lda：laser doppler anemometry，激光多普勒测速技术，一种非接触式光学测试方法，基于光学多普勒效应工作，广泛应用于速度、湍流度，及其分布的一维、二维、三维的测量。
57.在本实施例中，测量装置还包括采集仪160，变频器120、流量计113和压力传感器114均与采集仪160相连，采集仪160负责的信号的输入与输出。采集仪160与计算机170相连，计算机170的功能是监测管路组件110的流量，以及第二稳压箱112内的压力值，并通过控制变频器120频率的方式具有控制管路组件110流量的功能。
58.在本实施例中，测量装置还包括底座180，风机100的风叶通过电机190带动转动，电机190和风机100均设置在底座180上。这样的设置提高了测量装置的整体性。
59.具体地，电机190和风机100用螺栓固定在底座180上。
60.具体实施时，在测试开始前，将待测的进气管组件安装到支撑台130上，并连接好前后管路。输入目标流量，通过流量计反馈流量至计算机，并与目标流量进行对比。如果实际流量小于目标流量，变频器频率值自动以预先设定的步长增加，直至实际流量等于目标流量，此时变频器频率固定。反之，当实际流量大于目标流量，变频器频率值自动以预先设定的步长降低，至实际流量等于目标流量，此时变频器频率固定。待压力传感器所测压力值稳定之后，再开始记录流过管路组件110内的流量。
61.本技术沿进气管本体10中线添加多个盖板40，盖板40用于固定导流片20，目的是对部分气流进行导流，平衡弯管两侧流量，改善弯管出口流量均匀性，增大实际流通面积降低压损。导流片20的个数、角度和形状都可调，以实现多种组合，可重复利用并满足不同弯管的需求。导流片20加工方便，修改简单，可避免重复开模，大幅降低试验件的制作费用。选定的组合通过测量装置进行吹风实验，测量出气口不同位置处的三维速度，并通过特定算法计算出气口速度的分布均匀性，挑选最优组后作为最终件出图加工。
62.现有技术的主要缺点如下：（一）气流由于惯性和弯折角度大等原因沿弯管外侧流动，内侧产生回流涡，从而造成出口内外两侧流量分配不均，进而影响两侧各缸进气流量。（二）内侧回流涡的存在使得气流实际流通面积减小，增大了进气压损。（三）采用不同导流片20方案需要重新开模，耗时长、花费大。
63.本技术的构思的关键点：（一）在弯管外壁存在几组调节结构，可以通过螺丝固定导流片。（二）导流片的个数、角度和形状可以进行自由调整，并通过螺丝与外壁连接。（三）导流片组合后通过测量装置实验，监测出气口速度均匀性，找到最优组合。
64.本技术的主要优点如下：（一）导流板产生导流效果减小了弯管出口的速度不均匀。（二）导流板的个数、角度和形状可以进行自由调整，不同样件可以通过导流板更改完成。减少了样件加工难度，降低了样件加工成本。（三）通过lda测量出口风速均匀性可得到最佳导流板组合。
65.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明的进气管组件包括进气管本体10，进气管本体10沿其延伸方向具有依次布置的进气口11和出气口12，进气管本体10内设置有至少一个导流片20，各个导流片20均设置在进气口11和出气口12之间，导流片20的设置改善了出气口的流量分布，对部分气流进行导流，平衡弯管两侧流量，改善弯管出口流量均匀性，增大实际流通面积降低压损。该进气管组件的各个导流片20均与进气管本体10可拆卸地连接，可以选择设置在进气管本体10内的导流片20的个数，也可以更换不同形状的导流片20；并且，转动部件30与导流片20连接，通过转动转动部件30来改变导流片20在进气管本体10内的角度，实现了导流片20的可调，不需要重新开模具、加工样件，耗时短、花费小。
66.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
67.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
68.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。