一種兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】一種兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)測(cè)試裝置，模擬增壓系統(tǒng)組成為：模擬發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流量的空氣壓縮機(jī)出口順次連接過濾罐、層流流量計(jì)、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥、穩(wěn)壓罐、加熱器、進(jìn)氣調(diào)壓閥、高、低壓級(jí)渦輪機(jī)放空，過濾罐進(jìn)口管的支管上設(shè)有放氣閥，且高壓級(jí)渦輪機(jī)的進(jìn)、出口之間連接有渦端旁通閥，低壓級(jí)壓氣機(jī)出口順次連接中冷器、高壓級(jí)壓氣機(jī)、第二中冷器、第二穩(wěn)壓罐、第二層流流量計(jì)以及背壓調(diào)節(jié)閥后輸出加壓空氣，且高壓級(jí)壓氣機(jī)的進(jìn)、出口之間連接有壓端旁通閥，本裝置通過多種方式調(diào)節(jié)氣體溫度、壓力和流量，采用瞬態(tài)壓力、溫度傳感器測(cè)試渦前壓力、溫度變化率，為瞬態(tài)控制策略提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。
【專利說明】一種兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)測(cè)試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及模擬發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓的測(cè)試裝置，特別是模擬發(fā)動(dòng)機(jī)兩級(jí)增壓的測(cè)試裝置，以再現(xiàn)目標(biāo)排氣壓力和排氣溫度變化率。

【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種“基于模型的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓控制方法”(CN201110457798.9，中國(guó)第一汽車股份有限公司)，它通過建立壓氣機(jī)與渦輪機(jī)能量平衡模型來得到增壓壓力與流過廢氣旁通閥的廢氣流量的關(guān)系，之后利用彈簧連桿以及廢氣旁通閥流量模型來對(duì)這個(gè)廢氣流量進(jìn)行控制，從而控制渦能的能量輸出，最終控制增壓壓力。它僅通過調(diào)節(jié)廢氣流量這一單一參數(shù)來控制增壓壓力，存在增壓控制手段單一的缺陷。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)測(cè)試裝置，以匹配發(fā)動(dòng)機(jī)排出氣體的溫度、壓力、流量等狀態(tài)參數(shù)，最終滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)工況的測(cè)試要求。
[0004]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)測(cè)試裝置，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與電子控制系統(tǒng)連接，模擬增壓系統(tǒng)組成為:用作模擬發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流量和排氣壓力的空氣壓縮機(jī)出口經(jīng)管路順次連接過濾罐、層流流量計(jì)、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥、穩(wěn)壓罐、加熱器、進(jìn)氣調(diào)壓閥、高壓級(jí)渦輪機(jī)以及低壓級(jí)渦輪機(jī)后接排空管放空，過濾罐進(jìn)口管的支管上設(shè)有放氣閥，且高壓級(jí)渦輪機(jī)的進(jìn)、出口之間的渦端旁通道上還連接有渦端旁通閥，低壓級(jí)壓氣機(jī)出口經(jīng)管路順次連接中冷器、高壓級(jí)壓氣機(jī)、第二中冷器、第二穩(wěn)壓罐、第二層流流量計(jì)以及背壓調(diào)節(jié)閥后輸出加壓空氣，且高壓級(jí)壓氣機(jī)的進(jìn)、出口之間的壓端旁通道上還連接有壓端旁通閥，高壓級(jí)渦輪機(jī)的葉輪與高壓級(jí)壓氣機(jī)的葉輪經(jīng)一個(gè)軸剛性連接，低壓級(jí)渦輪機(jī)的葉輪與低壓級(jí)壓氣機(jī)的葉輪經(jīng)另一個(gè)軸剛性連接；
[0005]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由瞬態(tài)壓力傳感器和瞬態(tài)溫度傳感器組成，瞬態(tài)壓力傳感器設(shè)置在壓端旁通道上，低壓級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)、出口管路上以及高壓級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)、出口管路上；瞬態(tài)溫度傳感器設(shè)置在壓端旁通道上、渦端旁通道上、低壓級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)、出口管路上以及高壓級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)、出口管路上。
[0006]所述加熱器為電加熱器。
[0007]所述瞬態(tài)壓力傳感器和瞬態(tài)溫度傳感器均采用Kistler瞬態(tài)壓力傳感器和Kistler瞬態(tài)溫度傳感器。
[0008]本裝置的有益效果是:
[0009]1、本裝置采用空壓機(jī)作為動(dòng)力源，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際排氣流量、排氣壓力，該氣體經(jīng)穩(wěn)壓和加熱后，再進(jìn)入兩級(jí)渦輪增壓器。本裝置調(diào)節(jié)方式多樣，如通過調(diào)節(jié)渦端旁通閥來調(diào)節(jié)高、低壓級(jí)渦輪機(jī)的流量，從而改變其能量分配比例，進(jìn)而改變各級(jí)膨脹比和定熵效率。又如，通過調(diào)節(jié)壓端旁通閥來控制經(jīng)旁通道的流量，經(jīng)中冷器冷卻后，再通過穩(wěn)壓罐來消除進(jìn)氣管中的壓力波動(dòng)；再如，調(diào)節(jié)背壓調(diào)節(jié)閥可控制氣路的流通特性和進(jìn)氣量。
[0010]2、采用Kistler瞬態(tài)壓力、溫度傳感器來測(cè)試渦前壓力變化率和渦前溫度變化率，進(jìn)而為分析二者對(duì)進(jìn)氣流量、“儲(chǔ)氣量”、各級(jí)增壓比、多級(jí)膨脹比以及各級(jí)能量分配比例之間影響關(guān)系，為瞬態(tài)控制策略提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。
[0011]本裝置的特點(diǎn)將在【具體實(shí)施方式】中加以進(jìn)一步闡述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本裝置的設(shè)備連接示意圖(圖中，實(shí)線為電子控制單元控制信號(hào)，虛線為傳感器采集信號(hào))。

【具體實(shí)施方式】
[0013]本裝置開發(fā)的兩級(jí)增壓系統(tǒng)專用平臺(tái)，主要分為三個(gè)部分:模擬增壓系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)15、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其中模擬增壓系統(tǒng)主要包括空壓機(jī)、放氣閥、過濾罐、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥、穩(wěn)壓罐、進(jìn)氣調(diào)壓閥、背壓調(diào)節(jié)閥、加熱器(采用電加熱器)、各級(jí)增壓器和中冷器、壓端旁通道及旁通閥、渦端旁通道及旁通閥，平臺(tái)上安裝符合精度需求的轉(zhuǎn)角傳感器、層流流量計(jì)、瞬態(tài)溫度傳感器、瞬態(tài)壓力等傳感器；平臺(tái)開發(fā)的數(shù)據(jù)采及分析系統(tǒng)由Labview軟件實(shí)現(xiàn)，滿足平臺(tái)開發(fā)采集、測(cè)試和分析需求，平臺(tái)上各種閥門由自主開發(fā)的電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，具體如圖1所示，本兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)測(cè)試裝置，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與電子控制系統(tǒng)連接，模擬增壓系統(tǒng)組成為:用作模擬發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流量和排氣壓力的空氣壓縮機(jī)I出口經(jīng)管路順次連接過濾罐3、層流流量計(jì)4、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥5、穩(wěn)壓罐6、加熱器7、進(jìn)氣調(diào)壓閥8、高壓級(jí)渦輪機(jī)17以及低壓級(jí)渦輪機(jī)18后接排空管放空，過濾罐3進(jìn)口管的支管上設(shè)有放氣閥2，且高壓級(jí)渦輪機(jī)17的進(jìn)、出口之間的渦端旁通道上還連接有渦端旁通閥9，低壓級(jí)壓氣機(jī)19出口經(jīng)管路順次連接中冷器16、高壓級(jí)壓氣機(jī)20、第二中冷器11、第二穩(wěn)壓罐12、第二層流流量計(jì)13以及背壓調(diào)節(jié)閥14后輸出加壓空氣，且高壓級(jí)壓氣機(jī)20的進(jìn)、出口之間的壓端旁通道上還連接有壓端旁通閥10，高壓級(jí)渦輪機(jī)17的葉輪與高壓級(jí)壓氣機(jī)20的葉輪經(jīng)一個(gè)軸剛性連接，低壓級(jí)渦輪機(jī)18的葉輪與低壓級(jí)壓氣機(jī)19的葉輪經(jīng)另一個(gè)軸剛性連接；
[0014]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由瞬態(tài)壓力傳感器和瞬態(tài)溫度傳感器組成，瞬態(tài)壓力傳感器設(shè)置在壓端旁通道上，低壓級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)、出口管路上以及高壓級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)、出口管路上；瞬態(tài)溫度傳感器設(shè)置在壓端旁通道上、渦端旁通道上、低壓級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)、出口管路上以及高壓級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)、出口管路上。
[0015]如圖1所示，平臺(tái)使用空氣壓縮機(jī)I作為動(dòng)力源，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際排氣流量、排氣壓力。其中多余的氣體由放氣閥2放到大氣中，而實(shí)驗(yàn)所需的氣體首先通過過濾罐3，濾掉氣體中的水分和雜質(zhì)，然后經(jīng)過層流流量計(jì)4測(cè)試流過該管路的氣體流量，通過進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥5，控制進(jìn)氣壓力和氣體流量。之后氣體進(jìn)入穩(wěn)壓罐6和加熱器7，確保氣體滿足實(shí)驗(yàn)所需的流量、溫度和壓力狀態(tài)，最后通入兩級(jí)渦輪增壓器(指廢氣渦輪增壓器，由渦輪機(jī)和壓氣機(jī)等組成)。渦輪機(jī)葉輪與壓氣機(jī)葉輪通過增壓器軸剛性連接，構(gòu)成增壓器轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，排出的廢氣以一定角度高速?zèng)_出渦輪機(jī)葉輪，使增壓器轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)，可達(dá)20104轉(zhuǎn)/分鐘。壓氣機(jī)葉輪的高速旋轉(zhuǎn)使得發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管內(nèi)的氣壓升高，達(dá)到增壓效果，渦輪入口，各級(jí)渦輪做膨脹功后，排到大氣。其中，高壓級(jí)渦輪機(jī)17并聯(lián)了一條渦端旁通道，通過調(diào)整渦端旁通閥，可以調(diào)節(jié)通過高低壓級(jí)渦輪機(jī)的流量，從而改變其能量分配比例，進(jìn)而改變各級(jí)膨脹比和定熵效率。
[0016]平臺(tái)進(jìn)氣端做如下考慮:首先低壓級(jí)壓氣機(jī)19隨著低壓級(jí)渦輪機(jī)18旋轉(zhuǎn)(二者的葉輪通過增壓器軸剛性連接)，對(duì)進(jìn)入的空氣做功，實(shí)現(xiàn)增壓，經(jīng)過中冷器16降低氣體溫度，確保進(jìn)氣密度和進(jìn)氣量滿足需求，之后流入高壓級(jí)壓氣機(jī)20進(jìn)行二次增壓。高壓級(jí)壓氣機(jī)并聯(lián)一條旁通道，通過壓端旁通閥10控制流經(jīng)旁通道的流量，隨著旁通道開度增加，循環(huán)與高壓級(jí)壓氣機(jī)和壓端旁通道之間的氣體流量逐漸增加，而其余進(jìn)氣量通過第二中冷器11冷卻，保證進(jìn)氣溫度和流量滿足實(shí)驗(yàn)需求。之后通過第二穩(wěn)壓罐12消除進(jìn)氣管中的壓力波動(dòng)，由第二層流流量計(jì)13測(cè)試進(jìn)氣流量，整個(gè)進(jìn)氣管路由背壓調(diào)節(jié)閥14來控制氣路的流通特性和進(jìn)氣量。
[0017]在本實(shí)用新型開發(fā)的兩級(jí)增壓系統(tǒng)專用平臺(tái)上，各氣路管道上均安裝了 Kistler瞬態(tài)進(jìn)氣壓力傳感器、瞬態(tài)進(jìn)氣溫度傳感器來測(cè)試壓端旁通道、增壓器流道的瞬時(shí)壓力和瞬時(shí)溫度脈動(dòng)變化，以分析壓端旁通閥流通截面變化率對(duì)進(jìn)氣流量、“儲(chǔ)氣量”、各級(jí)增壓t匕、各級(jí)膨脹比，以及各級(jí)能量分配比例之間影響關(guān)系；安裝Kistler瞬態(tài)排氣壓力、瞬態(tài)排氣溫度傳感器來測(cè)試渦前壓力變化率和渦前溫度變化率，以分別分析渦前壓力變化率、渦前溫度變化率對(duì)進(jìn)氣流量、“儲(chǔ)氣量”、各級(jí)增壓比、各級(jí)膨脹比，以及各級(jí)能量分配比例之間影響關(guān)系；四種瞬態(tài)傳感器聯(lián)合使用，可以有效分析柴油機(jī)瞬態(tài)過程中各段氣路狀態(tài)參數(shù)(溫度、壓力)的變化歷程，為瞬態(tài)控制控策略提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。
[0018]實(shí)現(xiàn)目標(biāo)排氣壓力和溫度變化率是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。一方面，需選擇響應(yīng)速度較快的控制閥門和加熱棒(電加熱器)，精確標(biāo)定排氣流量與閥門前后壓力差、閥門開度之間關(guān)系，排氣溫度與排氣流量、電加熱棒加熱面積的關(guān)系；另一方面，需對(duì)渦前壓力和溫度的閉環(huán)控制。通過實(shí)時(shí)反饋進(jìn)氣調(diào)壓閥的開度與目標(biāo)開度之間的差異，電子控制單元利用事先標(biāo)定的控制MAP，查表插值實(shí)時(shí)獲取閥門的控制信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)渦前壓力的閉環(huán)控制。通過實(shí)時(shí)反饋穩(wěn)壓罐溫度信號(hào)與目標(biāo)溫度的差異，電子控制單元控制電加熱棒加熱面積和導(dǎo)通時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)渦前溫度的反饋控制。
[0019]本實(shí)用新型平臺(tái)主要用于匹配瞬時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)氣體狀態(tài)參數(shù)，而獲取該狀態(tài)參數(shù)的核心則是瞬態(tài)工況測(cè)試技術(shù)。主要由瞬態(tài)測(cè)試傳感器和瞬態(tài)測(cè)試采集系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。其中瞬態(tài)測(cè)試參數(shù)如下:
[0020]I)瞬態(tài)溫度傳感器:測(cè)試渦端旁通道(位于渦輪機(jī)進(jìn)、出口之間)、壓端旁通道(位于壓氣機(jī)進(jìn)、出口之間)、各級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)出口溫度脈動(dòng)變化；
[0021]2)瞬態(tài)壓力傳感器:測(cè)試壓端旁通道、各級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)出口壓力脈動(dòng)變化；
[0022]3)層流流量計(jì):測(cè)試進(jìn)氣流量變化歷程；
[0023]4)渦端旁通閥開度、壓端旁通閥開度、進(jìn)氣調(diào)壓閥、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥、背壓調(diào)節(jié)閥:由閥門自帶升程傳感器反饋信號(hào)獲取；
[0024]上述瞬態(tài)參數(shù)均通過自主開發(fā)的瞬態(tài)測(cè)試及采集系統(tǒng)同步獲取數(shù)據(jù)，利用NI采集卡采集各種信號(hào)，并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)在采集系統(tǒng)中，通過Labview軟件實(shí)現(xiàn)在線或者離線的數(shù)據(jù)分析，為瞬時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)參數(shù)的匹配提供數(shù)據(jù)支持。
[0025]本兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)測(cè)試裝置的測(cè)試方法，采用上述裝置按以下步驟進(jìn)行:
[0026]對(duì)流經(jīng)進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥5、進(jìn)氣調(diào)壓閥8、渦端旁通閥9、壓端旁通閥10和加熱器7以及流經(jīng)背壓調(diào)節(jié)閥14的氣體的溫度、壓力閉環(huán)控制，通過反饋測(cè)試實(shí)際閥門的開度與目標(biāo)閥門開度之間差值，自動(dòng)調(diào)節(jié)各閥門趨于目標(biāo)值，以實(shí)現(xiàn)氣路流量變化率對(duì)氣路狀態(tài)參數(shù)的研究；利用空氣壓縮機(jī)和加熱器模擬發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的流量、溫度、壓力狀態(tài)參數(shù)；通過調(diào)整進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥5的開度來調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量，通過穩(wěn)壓罐出口的進(jìn)氣調(diào)壓閥8來調(diào)節(jié)渦前壓力，通過電加熱器來控制穩(wěn)壓罐6內(nèi)部溫度，從而控制渦前溫度，最終再現(xiàn)目標(biāo)排氣壓力和目標(biāo)溫度變化率，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的各種信號(hào)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)在采集系統(tǒng)中，通過Labview軟件實(shí)現(xiàn)在線或者離線的數(shù)據(jù)分析，為瞬時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)參數(shù)的匹配提供數(shù)據(jù)支持。
【權(quán)利要求】
1.一種兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)測(cè)試裝置，包括，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與電子控制系統(tǒng)連接，其特征是，模擬增壓系統(tǒng)組成為:用作模擬發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流量和排氣壓力的空氣壓縮機(jī)(I)出口經(jīng)管路順次連接過濾罐(3)、層流流量計(jì)(4)、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥(5)、穩(wěn)壓罐(6)、加熱器(7)、進(jìn)氣調(diào)壓閥(8)、高壓級(jí)渦輪機(jī)(17)以及低壓級(jí)渦輪機(jī)(18)后接排空管放空，過濾罐(3)進(jìn)口管的支管上設(shè)有放氣閥(2)，且高壓級(jí)渦輪機(jī)(17)的進(jìn)、出口之間的渦端旁通道上還連接有渦端旁通閥(9)，低壓級(jí)壓氣機(jī)(19)出口經(jīng)管路順次連接中冷器(16)、高壓級(jí)壓氣機(jī)(20)、第二中冷器(11)、第二穩(wěn)壓罐(12)、第二層流流量計(jì)(13)以及背壓調(diào)節(jié)閥(14)后輸出加壓空氣，且高壓級(jí)壓氣機(jī)(20)的進(jìn)、出口之間的壓端旁通道上還連接有壓端旁通閥(10)，高壓級(jí)渦輪機(jī)(17)的葉輪與高壓級(jí)壓氣機(jī)(20)的葉輪經(jīng)一個(gè)軸剛性連接，低壓級(jí)渦輪機(jī)(18)的葉輪與低壓級(jí)壓氣機(jī)(19)的葉輪經(jīng)另一個(gè)軸剛性連接； 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由瞬態(tài)壓力傳感器和瞬態(tài)溫度傳感器組成，瞬態(tài)壓力傳感器設(shè)置在壓端旁通道上，低壓級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)、出口管路上以及高壓級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)、出口管路上；瞬態(tài)溫度傳感器設(shè)置在壓端旁通道上、渦端旁通道上、低壓級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)、出口管路上以及高壓級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)、出口管路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)測(cè)試裝置，其特征是，所述加熱器(7)為電加熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)測(cè)試裝置，其特征是，所述瞬態(tài)壓力傳感器和瞬態(tài)溫度傳感器均采用Kistler瞬態(tài)壓力傳感器和Kistler瞬態(tài)溫度傳感器。
【文檔編號(hào)】F02B37/12GK204082312SQ201420515722
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】韓志強(qiáng), 田維, 潘鎖柱, 吳學(xué)舜, 韓偉強(qiáng) 申請(qǐng)人:韓志強(qiáng)