一种两级涡轮增压系统测试装置制造方法
【专利摘要】一种两级涡轮增压系统测试装置，模拟增压系统组成为：模拟发动机排气流量的空气压缩机出口顺次连接过滤罐、层流流量计、进气调节阀、稳压罐、加热器、进气调压阀、高、低压级涡轮机放空，过滤罐进口管的支管上设有放气阀，且高压级涡轮机的进、出口之间连接有涡端旁通阀，低压级压气机出口顺次连接中冷器、高压级压气机、第二中冷器、第二稳压罐、第二层流流量计以及背压调节阀后输出加压空气，且高压级压气机的进、出口之间连接有压端旁通阀，本装置通过多种方式调节气体温度、压力和流量，采用瞬态压力、温度传感器测试涡前压力、温度变化率，为瞬态控制策略提供理论基础和数据支持。
【专利说明】一种两级涡轮增压系统测试装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及模拟发动机涡轮增压的测试装置，特别是模拟发动机两级增压的测试装置，以再现目标排气压力和排气温度变化率。
【背景技术】
[0002]中国专利文献公开了一种“基于模型的发动机涡轮增压控制方法”(CN201110457798.9，中国第一汽车股份有限公司)，它通过建立压气机与涡轮机能量平衡模型来得到增压压力与流过废气旁通阀的废气流量的关系，之后利用弹簧连杆以及废气旁通阀流量模型来对这个废气流量进行控制，从而控制涡能的能量输出，最终控制增压压力。它仅通过调节废气流量这一单一参数来控制增压压力，存在增压控制手段单一的缺陷。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供一种两级涡轮增压系统测试装置，以匹配发动机排出气体的温度、压力、流量等状态参数，最终满足发动机的瞬时工况的测试要求。
[0004]本实用新型的目的是这样实现的:一种两级涡轮增压系统测试装置，包括数据采集系统与电子控制系统连接，模拟增压系统组成为:用作模拟发动机排气流量和排气压力的空气压缩机出口经管路顺次连接过滤罐、层流流量计、进气调节阀、稳压罐、加热器、进气调压阀、高压级涡轮机以及低压级涡轮机后接排空管放空，过滤罐进口管的支管上设有放气阀，且高压级涡轮机的进、出口之间的涡端旁通道上还连接有涡端旁通阀，低压级压气机出口经管路顺次连接中冷器、高压级压气机、第二中冷器、第二稳压罐、第二层流流量计以及背压调节阀后输出加压空气，且高压级压气机的进、出口之间的压端旁通道上还连接有压端旁通阀，高压级涡轮机的叶轮与高压级压气机的叶轮经一个轴刚性连接，低压级涡轮机的叶轮与低压级压气机的叶轮经另一个轴刚性连接；
[0005]所述数据采集系统由瞬态压力传感器和瞬态温度传感器组成，瞬态压力传感器设置在压端旁通道上，低压级压气机进、出口管路上以及高压级压气机进、出口管路上；瞬态温度传感器设置在压端旁通道上、涡端旁通道上、低压级压气机进、出口管路上以及高压级压气机进、出口管路上。
[0006]所述加热器为电加热器。
[0007]所述瞬态压力传感器和瞬态温度传感器均采用Kistler瞬态压力传感器和Kistler瞬态温度传感器。
[0008]本装置的有益效果是:
[0009]1、本装置采用空压机作为动力源，模拟发动机的实际排气流量、排气压力，该气体经稳压和加热后，再进入两级涡轮增压器。本装置调节方式多样，如通过调节涡端旁通阀来调节高、低压级涡轮机的流量，从而改变其能量分配比例，进而改变各级膨胀比和定熵效率。又如，通过调节压端旁通阀来控制经旁通道的流量，经中冷器冷却后，再通过稳压罐来消除进气管中的压力波动；再如，调节背压调节阀可控制气路的流通特性和进气量。
[0010]2、采用Kistler瞬态压力、温度传感器来测试涡前压力变化率和涡前温度变化率，进而为分析二者对进气流量、“储气量”、各级增压比、多级膨胀比以及各级能量分配比例之间影响关系，为瞬态控制策略提供理论基础和数据支持。
[0011]本装置的特点将在【具体实施方式】中加以进一步阐述。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本装置的设备连接示意图(图中，实线为电子控制单元控制信号，虚线为传感器采集信号)。
【具体实施方式】
[0013]本装置开发的两级增压系统专用平台，主要分为三个部分:模拟增压系统、电子控制系统15、数据采集系统。其中模拟增压系统主要包括空压机、放气阀、过滤罐、进气调节阀、稳压罐、进气调压阀、背压调节阀、加热器(采用电加热器)、各级增压器和中冷器、压端旁通道及旁通阀、涡端旁通道及旁通阀，平台上安装符合精度需求的转角传感器、层流流量计、瞬态温度传感器、瞬态压力等传感器；平台开发的数据采及分析系统由Labview软件实现，满足平台开发采集、测试和分析需求，平台上各种阀门由自主开发的电子控制系统实现，具体如图1所示，本两级涡轮增压系统测试装置，包括数据采集系统与电子控制系统连接，模拟增压系统组成为:用作模拟发动机排气流量和排气压力的空气压缩机I出口经管路顺次连接过滤罐3、层流流量计4、进气调节阀5、稳压罐6、加热器7、进气调压阀8、高压级涡轮机17以及低压级涡轮机18后接排空管放空，过滤罐3进口管的支管上设有放气阀2，且高压级涡轮机17的进、出口之间的涡端旁通道上还连接有涡端旁通阀9，低压级压气机19出口经管路顺次连接中冷器16、高压级压气机20、第二中冷器11、第二稳压罐12、第二层流流量计13以及背压调节阀14后输出加压空气，且高压级压气机20的进、出口之间的压端旁通道上还连接有压端旁通阀10，高压级涡轮机17的叶轮与高压级压气机20的叶轮经一个轴刚性连接，低压级涡轮机18的叶轮与低压级压气机19的叶轮经另一个轴刚性连接；
[0014]所述数据采集系统由瞬态压力传感器和瞬态温度传感器组成，瞬态压力传感器设置在压端旁通道上，低压级压气机进、出口管路上以及高压级压气机进、出口管路上；瞬态温度传感器设置在压端旁通道上、涡端旁通道上、低压级压气机进、出口管路上以及高压级压气机进、出口管路上。
[0015]如图1所示，平台使用空气压缩机I作为动力源，模拟发动机的实际排气流量、排气压力。其中多余的气体由放气阀2放到大气中，而实验所需的气体首先通过过滤罐3，滤掉气体中的水分和杂质，然后经过层流流量计4测试流过该管路的气体流量，通过进气调节阀5，控制进气压力和气体流量。之后气体进入稳压罐6和加热器7，确保气体满足实验所需的流量、温度和压力状态，最后通入两级涡轮增压器(指废气涡轮增压器，由涡轮机和压气机等组成)。涡轮机叶轮与压气机叶轮通过增压器轴刚性连接，构成增压器转子发动机工作时，排出的废气以一定角度高速冲出涡轮机叶轮，使增压器转子高速转动，可达20104转/分钟。压气机叶轮的高速旋转使得发动机进气歧管内的气压升高，达到增压效果，涡轮入口，各级涡轮做膨胀功后，排到大气。其中，高压级涡轮机17并联了一条涡端旁通道，通过调整涡端旁通阀，可以调节通过高低压级涡轮机的流量，从而改变其能量分配比例，进而改变各级膨胀比和定熵效率。
[0016]平台进气端做如下考虑:首先低压级压气机19随着低压级涡轮机18旋转(二者的叶轮通过增压器轴刚性连接)，对进入的空气做功，实现增压，经过中冷器16降低气体温度，确保进气密度和进气量满足需求，之后流入高压级压气机20进行二次增压。高压级压气机并联一条旁通道，通过压端旁通阀10控制流经旁通道的流量，随着旁通道开度增加，循环与高压级压气机和压端旁通道之间的气体流量逐渐增加，而其余进气量通过第二中冷器11冷却，保证进气温度和流量满足实验需求。之后通过第二稳压罐12消除进气管中的压力波动，由第二层流流量计13测试进气流量，整个进气管路由背压调节阀14来控制气路的流通特性和进气量。
[0017]在本实用新型开发的两级增压系统专用平台上，各气路管道上均安装了 Kistler瞬态进气压力传感器、瞬态进气温度传感器来测试压端旁通道、增压器流道的瞬时压力和瞬时温度脉动变化，以分析压端旁通阀流通截面变化率对进气流量、“储气量”、各级增压t匕、各级膨胀比，以及各级能量分配比例之间影响关系；安装Kistler瞬态排气压力、瞬态排气温度传感器来测试涡前压力变化率和涡前温度变化率，以分别分析涡前压力变化率、涡前温度变化率对进气流量、“储气量”、各级增压比、各级膨胀比，以及各级能量分配比例之间影响关系；四种瞬态传感器联合使用，可以有效分析柴油机瞬态过程中各段气路状态参数(温度、压力)的变化历程，为瞬态控制控策略提供理论基础和数据支持。
[0018]实现目标排气压力和温度变化率是实验成功的关键。一方面，需选择响应速度较快的控制阀门和加热棒(电加热器)，精确标定排气流量与阀门前后压力差、阀门开度之间关系，排气温度与排气流量、电加热棒加热面积的关系；另一方面，需对涡前压力和温度的闭环控制。通过实时反馈进气调压阀的开度与目标开度之间的差异，电子控制单元利用事先标定的控制MAP，查表插值实时获取阀门的控制信号，最终实现涡前压力的闭环控制。通过实时反馈稳压罐温度信号与目标温度的差异，电子控制单元控制电加热棒加热面积和导通时间，从而实现涡前温度的反馈控制。
[0019]本实用新型平台主要用于匹配瞬时发动机气体状态参数，而获取该状态参数的核心则是瞬态工况测试技术。主要由瞬态测试传感器和瞬态测试采集系统两部分构成。其中瞬态测试参数如下:
[0020]I)瞬态温度传感器:测试涡端旁通道(位于涡轮机进、出口之间)、压端旁通道(位于压气机进、出口之间)、各级压气机进出口温度脉动变化；
[0021]2)瞬态压力传感器:测试压端旁通道、各级压气机进出口压力脉动变化；
[0022]3)层流流量计:测试进气流量变化历程；
[0023]4)涡端旁通阀开度、压端旁通阀开度、进气调压阀、进气调节阀、背压调节阀:由阀门自带升程传感器反馈信号获取；
[0024]上述瞬态参数均通过自主开发的瞬态测试及采集系统同步获取数据，利用NI采集卡采集各种信号，并实时存储在采集系统中，通过Labview软件实现在线或者离线的数据分析，为瞬时发动机状态参数的匹配提供数据支持。
[0025]本两级涡轮增压系统测试装置的测试方法，采用上述装置按以下步骤进行:
[0026]对流经进气调节阀5、进气调压阀8、涡端旁通阀9、压端旁通阀10和加热器7以及流经背压调节阀14的气体的温度、压力闭环控制，通过反馈测试实际阀门的开度与目标阀门开度之间差值，自动调节各阀门趋于目标值，以实现气路流量变化率对气路状态参数的研究；利用空气压缩机和加热器模拟发动机排气的流量、温度、压力状态参数；通过调整进气调节阀5的开度来调节进气流量，通过稳压罐出口的进气调压阀8来调节涡前压力，通过电加热器来控制稳压罐6内部温度，从而控制涡前温度，最终再现目标排气压力和目标温度变化率，数据采集系统采集的各种信号实时存储在采集系统中，通过Labview软件实现在线或者离线的数据分析，为瞬时发动机状态参数的匹配提供数据支持。
【权利要求】
1.一种两级涡轮增压系统测试装置，包括，数据采集系统与电子控制系统连接，其特征是，模拟增压系统组成为:用作模拟发动机排气流量和排气压力的空气压缩机(I)出口经管路顺次连接过滤罐(3)、层流流量计(4)、进气调节阀(5)、稳压罐(6)、加热器(7)、进气调压阀(8)、高压级涡轮机(17)以及低压级涡轮机(18)后接排空管放空，过滤罐(3)进口管的支管上设有放气阀(2)，且高压级涡轮机(17)的进、出口之间的涡端旁通道上还连接有涡端旁通阀(9)，低压级压气机(19)出口经管路顺次连接中冷器(16)、高压级压气机(20)、第二中冷器(11)、第二稳压罐(12)、第二层流流量计(13)以及背压调节阀(14)后输出加压空气，且高压级压气机(20)的进、出口之间的压端旁通道上还连接有压端旁通阀(10)，高压级涡轮机(17)的叶轮与高压级压气机(20)的叶轮经一个轴刚性连接，低压级涡轮机(18)的叶轮与低压级压气机(19)的叶轮经另一个轴刚性连接； 所述数据采集系统由瞬态压力传感器和瞬态温度传感器组成，瞬态压力传感器设置在压端旁通道上，低压级压气机进、出口管路上以及高压级压气机进、出口管路上；瞬态温度传感器设置在压端旁通道上、涡端旁通道上、低压级压气机进、出口管路上以及高压级压气机进、出口管路上。
2.根据权利要求1所述的一种两级涡轮增压系统测试装置，其特征是，所述加热器(7)为电加热器。
3.根据权利要求1或2所述的一种两级涡轮增压系统测试装置，其特征是，所述瞬态压力传感器和瞬态温度传感器均采用Kistler瞬态压力传感器和Kistler瞬态温度传感器。
【文档编号】F02B37/12GK204082312SQ201420515722
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】韩志强, 田维, 潘锁柱, 吴学舜, 韩伟强 申请人:韩志强