专利名称：涡轮增压器加速性能试验测试系统及测试方法
技术领域：
本发明属于发动机涡轮增压器测试技术领域，具体涉及一种发动机涡轮增压器加 速性能试验测试系统及测试方法。
背景技术：
涡轮增压器是车用发动机动力系统的重要部件，涡轮增压器的加速性是影响发动 机的瞬态响应性的关键。涡轮增压器转子的转动惯量是增压器加速响应能力的决定因素， 因此在不影响涡轮增压器效率和强度的前提下，目前国内外的研究方向集中在减少增压器 转子的转动惯量和尽可能采用较小的涡轮流通面积以改善其加速性，主要采用低惯量的涡 轮转子、小阻尼的滚珠轴承及可变截面的涡轮增压器。目前国内外与增压器相关的书籍中 对增压器加速性的评价方法没有明确统一的论述，对相关的测试研究更谈之甚少。因此通 常的做法是在发动机上进行瞬态特性的测量以此评判增压器的瞬态特性，但这种方法费时 费力且干扰因素多。因此，从定量角度开展增压器的加速性试验研究并对加速性能进行评 价意义重大。
发明内容
本发明提供一种发动机涡轮增压器加速性能试验的测试系统，并根据该系统进行 涡轮增压器加速性能的试验研究，以评判其瞬态特性，进而指导新结构及新材料的应用。本发明可通过以下技术方案实现涡轮增压器加速性能试验测试系统，包括燃油 系统1、分流燃油调节阀2、分流燃油截止阀3、燃油进油管路4、主燃油截止阀5、主燃油调节 阀6、燃油流量计7、燃烧室8、点火系统9、燃气压力传感器10、燃气温度传感器11、燃气进 气管路12、废气排气管路13、废气温度传感器14、废气压力传感器15、涡轮增压器16、润滑 油进油压力传感器17、润滑油进油温度传感器18、润滑系统19、计算机20、动态分析仪21、 润滑油回油温度传感器22、进气温度传感器23、进气压力传感器24、进气流量计25、转速 传感器26、进气管路27、转速传感器28、排气压力传感器29、排气温度传感器30、排气管路 31、涡轮端进气流量计32、涡轮端进气管路33、涡轮端进气调节阀34、涡轮端空气分流截止 阀35、涡轮端进气截止阀36、涡轮端空气分流调节阀37。燃油系统1通过燃油进油管路4与燃烧室8连接，在燃油进油管路4上分别设有 分流燃油调节阀2、分流燃油截止阀3、主燃油截止阀5、主燃油调节阀6和燃油流量计7，燃 烧室8的一侧连接涡轮端进气管路33，涡轮端进气管路33上设有涡轮端进气流量计32、涡 轮端进气调节阀34、涡轮端空气分流截止阀35、涡轮端进气截止阀36和涡轮端空气分流调 节阀37，燃烧室8内设点火系统9，燃烧室8的另一侧通过燃气进气管路12与涡轮增压器 16连接，燃气进气管路12上设有燃气压力传感器10、燃气温度传感器11，涡轮涡轮增压器 16通过管路与润滑系统19连接，管路上设有润滑油进油压力传感器17、润滑油进油温度传 感器18和润滑油回油温度传感器22，在涡轮增压器16压气机端安装转速传感器26及转速 传感器28，其中转速传感器28与试验台的转速表相连，转速传感器26与动态分析仪21相连，动态分析仪21与计算机20连接，涡轮增压器16压气机端连接进气管路27，在进气管路 27上分别设有进气温度传感器23、进气压力传感器24和进气流量计25，涡轮涡轮增压器 16压气机另一端连接排气管路31，排气管路31上装有排气压力传感器29和排气温度传感 器30，涡轮增压器16另一侧与废气排气管路13连接，在废气排气管路13上设有废气温度 传感器14和废气压力传感器15。涡轮增压器加速性能试验测试方法，其测试步骤为第一步将系统中各截止阀关闭，将各调节阀的开度调到零；第二步检查系统中的各仪器设备，保证正常工作；第三步将涡轮端进气截止阀36开启，增大涡轮端进气调节阀34的开度，同时开 启主燃油截止阀5，调节主燃油调节阀6的开度，使得增压器转速稳定在nl下。保持以上各 阀门的状态不变，开启分流燃油截止阀3和涡轮端空气分流截止阀35，并调节分流燃油调 节阀2和涡轮端空气分流调节阀37的开度，使得增压器转速稳定在π2下；第四步当需要进行增压器在两个非零转速(nl与η2)之间的加速性能研究时，保 持涡轮端进气截止阀36、涡轮端进气调节阀34、主燃油截止阀5、主燃油调节阀6、分流燃油 调节阀2和涡轮端空气分流调节阀37的工作状态如第三步中的状态，瞬时改变分流燃油截 止阀3和涡轮端空气分流截止阀35的工作状态，记录加速时间，分析加速性能。第五步当需要进行增压器在零转速与nl转速(非零转速)之间的加速性能研究 时，保持分流燃油截止阀3和涡轮端空气分流截止阀35闭合，涡轮端进气调节阀34及主燃 油调节阀6的状态如第三步中的状态，瞬时改变主燃油截止阀5及涡轮端进气截止阀36的 工作状态，记录加速时间，分析加速性能。本发明与现有技术相比具有以下有益效果本发明提供了一种适用于各种涡轮增 压器加速性能试验的试验装置及试验方法，采用计算机时时记录任意不同转速切换过程对 应的时间值，进而评判其瞬态特性。本试验方法原理清晰，操作简便，易于普及推广。
图1为本发明的结构示意图
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的最佳实施例进一步详细说明。(1)按照附图的布置状态将涡轮增压器16安装到试验台上，并将燃气进气管路 12、废气排气管路13、进气管路27、排气管路31及润滑系统19与涡轮增压器16连接好。在 涡轮增压器16压气机端安装转速传感器26及转速传感器28，其中转速传感器28与试验台 的转速表相连以便试验中观察，转速传感器26与动态分析仪21相连用于采集记录，动态分 析仪21与计算机20连接。(2)启动试验台电源，将分流燃油调节阀2、主燃油调节阀6、涡轮端进气调节阀 34、涡轮端空气分流调节阀37的开度均调为零，将分流燃油截止阀3、主燃油截止阀5、涡轮 端空气分流截止阀35、涡轮端进气截止阀36均闭合。同时检查相关仪器、管路的连接状态， 确保试验安全及准确。(3)开始试验，启动润滑系统19工作，开启主燃油截止阀5和涡轮端进气截止阀36，将主燃油调节阀6和涡轮端进气调节阀34调到一定开度，启动点火系统9引燃雾化燃 油，使涡轮增压器16压气机端的转速传感器28示值稳定在nl，同时数采系统显示并记录下 燃油流量计7、燃气压力传感器10、燃气温度传感器11、废气温度传感器14、废气压力传感 器15、润滑油进油压力传感器17、润滑油进油温度传感器18、润滑油回油温度传感器22、进 气温度传感器23、进气压力传感器24、进气流量计25、转速传感器28、排气压力传感器29、 排气温度传感器30、涡轮端进气流量计32等各传感器对应的信号值，同时校核转速传感器 26在计算机20上的显示值与转速传感器28在试验台上的显示值是否一致。在试验的整个 过程中应保持燃气温度传感器11对应的温度小于750°(4)保持主燃油截止阀5、涡轮端进气截止阀36、主燃油调节阀6、涡轮端进气调节 阀34的工作状态不变，开启分流燃油截止阀3和涡轮端空气分流截止阀35，分别进行分流 燃油调节阀2和涡轮端空气分流调节阀37开度的调节，使得涡轮增压器16压气机端的转 速传感器28示值稳定在n2，此时n2 < nl，并记录相应各传感器对应数据。(5)保持以上步骤中主燃油调节阀6、涡轮端进气调节阀34、涡轮端空气分流调节 阀37及分流燃油调节阀2的开度不变。如果需要测试涡轮增压器16从转速n2到nl的加 速性能，则在步骤(4)状态下开始涡轮增压器16转速n2的记录，并瞬间关闭分流燃油截止 阀3和涡轮端空气分流截止阀35，记录转速直至达到nl，通过对实时动态数据的处理分析， 得到加速响应时间，进而评价其加速性能；如果需要测试涡轮增压器16从转速nl到n2的 加速性能，则在步骤(3)状态下开始涡轮增压器16转速nl的记录，并瞬间开启分流燃油截 止阀3和涡轮端空气分流截止阀35，记录转速直至达到n2，通过对实时动态数据的分析，得 到加速响应时间，评价加速性能；如果需要进行0转速到nl转速之间加速性能试验，则在0 转速时刻记录，保持分流燃油截止阀3和涡轮端空气分流截止阀35关闭，瞬间开启主燃油 截止阀5及涡轮端进气截止阀36，并记录对应的加速时间；如果需进行nl转速到0转速之 间的加速性能试验，需保持分流燃油截止阀3和涡轮端空气分流截止阀35关闭，并瞬间关 闭主燃油截止阀5及涡轮端进气截止阀36即可。本试验系统采用远程控制方式可瞬间切换涡轮增压器的进气流量与燃油流量，如 无滞后产生，则增压器的转速瞬间突变，但由于转子转动惯量及轴承阻尼的存在，增压器的 转速需经过一定的时间才能稳定，这个时间即为加速时间。根据时间值即可判断各种涡轮 增压器的加速性能，其测试步骤如下(1)将各截止阀关闭，将各调节阀的开度调到零。(2)检查试验系统中的各仪器设备，保证正常工作。(3)将涡轮端进气截止阀开启，增大涡轮端进气调节阀的开度，同时开启主燃油截 止阀，调节主燃油调节阀的开度，使得增压器稳定在某一确定的转速下。保持以上各阀门的 状态不变，开启分流燃油截止阀和涡轮端空气分流截止阀，并调节分流燃油调节阀和涡轮 端空气分流调节阀开度，使得增压器稳定在另一确定的转速下。(4)试验时，只需要改变分流燃油截止阀和涡轮端空气分流截止阀的工作状态，记 录增压器在两个转速之间的变化时间，即为其加速时间，并可分析其加速性能。
权利要求
一种涡轮增压器加速性能试验测试系统，包括燃油系统(1)、分流燃油调节阀(2)、分流燃油截止阀(3)、燃油进油管路(4)、主燃油截止阀(5)、主燃油调节阀(6)、燃油流量计(7)、燃烧室(8)、点火系统(9)、燃气压力传感器(10)、燃气温度传感器(11)、燃气进气管路(12)、废气排气管路(13)、废气温度传感器(14)、废气压力传感器(15)、涡轮增压器(16)、润滑油进油压力传感器(17)、润滑油进油温度传感器(18)、润滑系统(19)、计算机(20)、动态分析仪(21)、润滑油回油温度传感器(22)、进气温度传感器(23)、进气压力传感器(24)、进气流量计(25)、转速传感器(26)、进气管路(27)、转速传感器(28)、排气压力传感器(29)、排气温度传感器(30)、排气管路(31)、涡轮端进气流量计(32)、涡轮端进气管路(33)、涡轮端进气调节阀(34)、涡轮端空气分流截止阀(35)、涡轮端进气截止阀(36)、涡轮端空气分流调节阀(37)；其特征是燃油系统(1)通过燃油进油管路(4)与燃烧室(8)连接，在燃油进油管路(4)上分别设有分流燃油调节阀(2)、分流燃油截止阀(3)、主燃油截止阀(5)、主燃油调节阀(6)和燃油流量计(7)，燃烧室(8)的一侧连接涡轮端进气管路(33)，涡轮端进气管路(33)上设有涡轮端进气流量计(32)、涡轮端进气调节阀(34)、涡轮端空气分流截止阀(35)、涡轮端进气截止阀(36)和涡轮端空气分流调节阀(37)，燃烧室(8)内设点火系统(9)，燃烧室(8)的另一侧通过燃气进气管路(12)与涡轮增压器(16)连接，燃气进气管路(12)上设有燃气压力传感器(10)、燃气温度传感器(11)，涡轮增压器(16)通过管路与润滑系统(19)连接，管路上设有润滑油进油压力传感器(17)、润滑油进油温度传感器(18)和润滑油回油温度传感器(22)，在涡轮增压器(16)压气机端安装转速传感器(26)及转速传感器(28)，其中转速传感器(28)与试验台的转速表相连，转速传感器(26)与动态分析仪(21)相连，动态分析仪(21)与计算机(20)连接，涡轮增压器(16)压气机端连接进气管路(27)，在进气管路(27)上分别设有进气温度传感器(23)、进气压力传感器(24)和进气流量计(25)，涡轮增压器(16)压气机另一端连接排气管路(31)，排气管路(31)上装有排气压力传感器(29)和排气温度传感器(30)，涡轮增压器(16)另一侧与废气排气管路(13)连接，在废气排气管路(13)上设有废气温度传感器(14)和废气压力传感器(15)。
2.一种涡轮增压器加速性能试验测试方法，其测试步骤为 第一步将系统中各截止阀关闭，将各调节阀的开度调到零； 第二步检查系统中的各仪器设备，保证正常工作；第三步将涡轮端进气截止阀(36)开启，增大涡轮端进气调节阀(34)的开度，同时开 启主燃油截止阀(5)，调节主燃油调节阀(6)的开度，使得增压器转速稳定在nl下。保持以 上各阀门的状态不变，开启分流燃油截止阀(3)和涡轮端空气分流截止阀(35)，并调节分 流燃油调节阀(2)和涡轮端空气分流调节阀(37)的开度，使得增压器转速稳定在π2下；第四步当需要进行增压器在两个非零转速(nl与n2)之间的加速性能研究时，保持涡 轮端进气截止阀(36)、涡轮端进气调节阀(34)、主燃油截止阀(5)、主燃油调节阀(6)、分流 燃油调节阀(2)和涡轮端空气分流调节阀(37)的工作状态如第三步中的状态，瞬时改变分 流燃油截止阀(3)和涡轮端空气分流截止阀(35)的工作状态，记录加速时间，分析加速性 能；第五步当需要进行增压器在零转速与nl转速(非零转速)之间的加速性能研究时， 保持分流燃油截止阀(3)和涡轮端空气分流截止阀(35)闭合，涡轮端进气调节阀(34)及 主燃油调节阀(6)的状态如第三步中的状态，瞬时改变主燃油截止阀(5)及涡轮端进气截止阀(36)的工作状态，记录加速时间，分析加速性能。
全文摘要
本发明公开了一种涡轮增压器加速性能试验测试系统及测试方法，燃油系统(1)通过燃油进油管路(4)与燃烧室(8)连接，燃烧室(8)的一侧连接涡轮端进气管路(33)，燃烧室(8)的另一侧通过燃气进气管路(12)与涡轮增压器(16)连接，涡轮涡轮增压器(16)通过管路与润滑系统(19)连接，在涡轮增压器(16)压气机端安装转速传感器(26)及转速传感器(28)，其中转速传感器(28)与试验台的转速表相连，转速传感器(26)与动态分析仪(21)相连，动态分析仪(21)与计算机(20)连接。本发明采用计算机时时记录任意不同转速切换过程对应的时间值，进而评判其瞬态特性，操作简便，易于普及推广。
文档编号G01M15/04GK101995337SQ201010290019
公开日2011年3月30日 申请日期2010年9月18日 优先权日2010年9月18日
发明者何洪, 吉建波, 赵新军, 辛鸿, 闫瑞乾 申请人:中国兵器工业集团第七○研究所