气道试验台变压差稳流测试技术

成果与项目的背景及主要用途：

内燃机是应用范围最广的动力装置，消耗我国石油总量的 60%，并且是城市

大气主要污染源，内燃机节能减排是国家的重大需要。燃烧技术是内燃机的核心

技术，包含“油”和“气”两大要素，气道作为内燃机的“咽喉”，是控制“气”的关键，

良好的气道性能是实现内燃机节能减排的前提。

长期以来，气道开发和生产质量在线控制始终是世界难题。由于气道性能的优劣

直接影响着内燃机的动力性、经济性以及其他特性，气道的测试十分重要。欧美

传统气道测试采用定压差方法，测试中需反复调节气道压差至定值，单次测试超

过 15 分钟，而内燃机生产节拍约为 5 分钟/台，因此仅能用于实验室研发，根本

无法满足生产线在线检测的效率要求。本发明使气道测试效率提高5倍以上，攻

克了气道生产质量在线控制的世界难题，应用于玉柴、潍柴等企业多条生产线，

高排放标准内燃机合格率大幅提升。

技术原理与工艺流程简介：

内燃机气道及缸内流动属于复杂壁面条件下的剪切湍流，同时伴随有活塞、

气门等周期性运动边界，整体流动特性直接受近壁流动影响。研究发现，随着外

流场雷诺数的增大，达到充分发展湍流，近壁雷诺应力增大，动量交换加剧，粘

性底层厚度明显变薄，壁面阻力系数趋于恒定，流量系数、涡流/滚流强度等无

量纲参数不再随雷诺数发生变化。

研究进一步发现，进气过程中若对应最低气门升程的雷诺数达到其临界值，

则在相同条件下随着气门升程的增大，气流将始终保持充分发展湍流状态，即后

续气门升程下雷诺数将始终高于相应气门升程的临界值。基于以上发现，提出了

48天津大学科技成果选编

变压差气道测试方法：测试过程以气流达到充分发展湍流状态为控制条件，即保

证雷诺数始终高于临界值，仅需设定最低气门升程的气道压差，从而免去了后续

过程中压差的反复调节。

技术水平及专利与获奖情况：

2012 年，气道试验台变压差稳流测试技术通过中国机械工业联合会组织的

专家鉴定，以郭孔辉院士为主任的鉴定委员会一致认为“该项目取得了重大的理

论突破和技术创新，拥有多项自主知识产权，综合性能达到国际同类产品的领先

水平，具有重大的综合效益，应用前景广泛”。

专利情况：目前发明专利授权 7 项，其中核心发明专利 “快速检测内燃机气

道流动性能参数的试验装置”于 2012 年获第十四届中国专利优秀奖，核心发明专

利“用于气体测量的高灵敏涡流动量计” 2014 获第十六届中国专利优秀奖。

获奖情况：2012 年获中国机械工业科学技术一等奖。2013 年获天津市技术发明

一等奖。

应用前景分析及效益预测：

本项目已广泛应用于内燃机企业如潍柴、玉柴，汽车企业如东风、上汽，摩

托车企业如隆鑫、建设，科研院所如中汽研、七一一所等 56 家单位，气道试验

台累计销售 60 余台套（国内仅 4 台套进口产品），国内市场占有率近 95%，从

根本上改变了国内企业长期依赖国外气道技术的局面，十年来协助企业攀登了国

一至国五排放法规的 5 个技术台阶，有力地推进了内燃机节能减排和行业技术进

步，国际同行始终试图打破本项目的垄断地位未果。随着汽车、内燃机工业的飞

速发展以及排放法规的不断严格，企业自主开发气道并在线检测气道将成为必然，

本成果应用前景十分广阔。

应用领域：内燃机测试及研究

技术转化条件（包括：原料、设备、厂房面积的要求及投资规模）

厂房面积 500 平方米，投资规模 3000 万

合作方式及条件：技术合作或专利转让，转让费 2000 万元人民币