專利名稱：渦輪增壓器摩擦功率測量試驗臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為渦輪增壓器摩擦功率測量試驗臺，涉及機械領(lǐng)域。該試驗臺可以用于增壓器生產(chǎn)廠或增壓器研究單位對渦輪增壓器摩擦功率的測量。
背景技術(shù)：
如圖1所示，渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子由軸承支撐，目前對于車用渦輪增壓器來說，一般為兩個浮動軸承和一個止推軸承。也有增壓器采用其它軸承形式如半浮動軸承，滾珠軸承，空氣軸承等。但是，不管采用何種軸承，由于摩擦力矩的存在，軸承都消耗了一部分功率。
增壓器的摩擦功大小影響著增壓器的總效率。很多廠家和研究機構(gòu)嘗試使用不同類型和結(jié)構(gòu)的軸承，以降低增壓器的摩擦功。但是，目前還沒有合適的測量增壓器摩擦功率的手段和方法，所以也就缺乏對增壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計的指導(dǎo)。
有些研究嘗試根據(jù)增壓器潤滑油進(jìn)出口油溫的變化，根據(jù)熱平衡的原理，來計算摩擦功率。但是，這存在著潤滑油流量及溫度不易測量準(zhǔn)確，潤滑油油溫易受外界熱輻射影響等問題。而且，也無專用試驗臺，一般是在測量增壓器流通特性的試驗臺上進(jìn)行。
經(jīng)過對國內(nèi)外文獻(xiàn)檢索，未找到專門用于測量渦輪增壓器摩擦功率試驗臺的有關(guān)文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對上述情況而提供的一種用于測量渦輪增壓器摩擦功率的試驗臺。試驗臺設(shè)置有氣動噴嘴，該噴嘴通過電磁閥、壓縮氣體管路與氣罐相連，磁電式轉(zhuǎn)速傳感器裝于被測增壓器上，并通過A/D轉(zhuǎn)換、信號線與計算機相連，試驗臺設(shè)置有油箱及油溫油壓保障系統(tǒng)，并分別與進(jìn)油管、回油管相連。本發(fā)明的工作原理是當(dāng)增壓器轉(zhuǎn)子不受其它外來力矩作用的時候，摩擦力矩是導(dǎo)致其轉(zhuǎn)速變化的唯一原因。因此，可以根據(jù)增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨時間的變化率，來計算摩擦力矩的大小，從而計算出摩擦功。


圖1為渦輪增壓器的剖面2為渦輪增壓器軸承摩擦功率測量試驗臺的原理示意3為渦輪增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨時間變化的示意中止推軸承1，浮動軸承2和3，壓氣機殼4，帶磁螺母5，壓氣機葉輪6，軸承體回油口7，渦輪葉輪8，回油管9，油箱及油溫油壓保障系統(tǒng)10，氣動噴嘴11，電磁閥12，壓縮氣體管路13，氣罐14，進(jìn)油管15，計算機16，A/D轉(zhuǎn)換17，信號線18，磁電式轉(zhuǎn)速傳感器19。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明試驗臺設(shè)置有氣動噴嘴11，噴嘴11通過電磁閥12、壓縮氣體管路13與氣罐14相連，磁電式轉(zhuǎn)速傳感器19裝于被測增壓器上，并通過A/D轉(zhuǎn)換17、信號線18與計算機16相連，試驗臺設(shè)置有油箱及油溫油壓保障系統(tǒng)10，并分別與進(jìn)油管15、回油管9相連；潤滑油的進(jìn)口油壓應(yīng)控制在0.3±0.02MPa，進(jìn)口油溫應(yīng)控制在70±2℃范圍內(nèi)；用來鎖緊壓氣機葉輪6的螺母為帶磁螺母5。
在進(jìn)行摩擦功率測量時，將被測增壓器安裝在試驗臺上。潤滑油箱及油溫油壓保障系統(tǒng)10通過進(jìn)油管15向增壓器的軸承供給潤滑油。因為潤滑油油溫影響油的粘度，從而影響摩擦力矩的大小，而油壓也會對摩擦力矩的大小產(chǎn)生影響。所以，潤滑油的油溫和油壓被控制在一定的范圍內(nèi)，以保證測量的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。潤滑油供給軸承后，經(jīng)軸承體回油口7，回油管9，返回油箱及油溫油壓保障系統(tǒng)10，潤滑油正常供給以后，就可以啟動增壓器轉(zhuǎn)子。此時，打開電磁閥12，氣罐14內(nèi)的壓縮空氣通過壓縮氣體管路13，通過電磁閥12，然后到達(dá)噴嘴11。壓縮氣體以較高的流速從氣動噴嘴11射出，沖擊渦輪增壓器的渦輪葉輪8，渦輪葉輪8在壓縮氣體的作用下，開始快速轉(zhuǎn)動，從而帶動壓氣機葉輪6轉(zhuǎn)動。用來鎖緊壓氣機葉輪6的螺母5，在進(jìn)行測試前，已經(jīng)被磁化，為帶磁螺母，帶磁螺母5旋轉(zhuǎn)時，會有磁性轉(zhuǎn)速信號，此時，安裝在壓氣機殼4上的磁電式轉(zhuǎn)速傳感器19就會得到轉(zhuǎn)速信號，轉(zhuǎn)速信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換17，到達(dá)計算機16。當(dāng)增壓器的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定以后，啟動測試過程。關(guān)閉電磁閥12，切斷壓縮氣體，計算機16開始采集轉(zhuǎn)速信號?？梢哉J(rèn)為，此時渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速僅受摩擦力矩的影響。
計算機16根據(jù)所測量的轉(zhuǎn)速數(shù)值和測量轉(zhuǎn)速的時刻，繪制如圖3所示的圖線，即增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在摩擦力矩的作用下，隨時間的變化關(guān)系圖。
根據(jù)動量矩定理，對此時的增壓器轉(zhuǎn)子，可以列出方程(1)。
Mf=-I0dωdt=-2πI0dndt]]>其中，Mf為增壓器轉(zhuǎn)子所受摩擦力矩；I0為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量；ω為轉(zhuǎn)子的角速度；n為增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；t為時間。
根據(jù)方程(1)，如果已知轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，并且已知增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨時間的變化率 就可以求出摩擦力矩Mf。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量可以通過稱量轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，按照相關(guān)物理學(xué)公式求解。而增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨時間的變化率 可以通過對圖3的曲線求導(dǎo)數(shù)得到。因此，在通過測試獲得圖3以后，就可以求出摩擦力矩Mf。摩擦力矩Mf求出以后，就可以按照方程(2)求出摩擦功率。
Nf＝Mfω＝2πnMf(2)其中，Nf為渦輪增壓器摩擦功率。
在方程(2)中，增壓器轉(zhuǎn)速n可以根據(jù)圖3確定。
圖(3)的繪制，方程(1)和方程(2)的求解由計算機16及其所安裝的軟件進(jìn)行。
至此，完成渦輪增壓器摩擦功率的測試過程。
權(quán)利要求
1.一種主要由噴嘴、電磁閥、壓縮氣體管路、氣罐、轉(zhuǎn)速傳感器、油箱構(gòu)成的渦輪增壓器摩擦功率測量試驗臺，其特征在于a.)試驗臺設(shè)置有氣動噴嘴，該噴嘴通過電磁閥、壓縮氣體管路與氣罐相連，該噴嘴用來驅(qū)動增壓器轉(zhuǎn)子。b.)磁電式轉(zhuǎn)速傳感器裝于被測增壓器上，并通過A/D轉(zhuǎn)換、信號線與計算機相連，c.)試驗臺設(shè)置有油箱及油溫油壓保障系統(tǒng)，并分別與進(jìn)油管、回油管相連；
2.按權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器摩擦功率測量試驗臺，其特征在于潤滑油的進(jìn)口油壓應(yīng)控制在0.3±0.02MPa，進(jìn)口油溫應(yīng)控制在70±2℃范圍內(nèi)；
3.按權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器摩擦功率測量試驗臺，其特征在于用來鎖緊壓氣機葉輪的螺母為帶磁螺母。
全文摘要
一種渦輪增壓器摩擦功率測量試驗臺，涉及機械領(lǐng)域，用于測量渦輪增壓器的摩擦功。該試驗臺包括，驅(qū)動增壓器的噴嘴，開關(guān)壓縮氣體的電磁閥，壓縮氣體管路，氣罐，檢測轉(zhuǎn)速信號的磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，信號線，A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計算機，供給潤滑油的進(jìn)油管，回油管，油箱及油溫油壓保障系統(tǒng)。該試驗臺是基于這樣一種原理來測量渦輪增壓器的摩擦功，即當(dāng)增壓器轉(zhuǎn)子不受其它外來力矩作用的時候，摩擦力矩是導(dǎo)致其轉(zhuǎn)速變化的唯一原因。因此，可以根據(jù)增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨時間的變化率，來計算摩擦力矩的大小，從而計算出摩擦功。
文檔編號G01L23/00GK1749722SQ200510114348
公開日2006年3月22日 申請日期2005年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月24日
發(fā)明者魏名山, 馬朝臣, 王延生 申請人:北京理工大學(xué)