CN101149309A - 气波增压器性能测试系统 - Google Patents

Abstract

气波增压器性能测试系统属于内燃机领域。尚未建立针对气波增压器的性能试验系统。本发明包括气波增压器，其定子包括高温高压气体入口、增压空气出口、低温低压气体出口及新鲜空气入口；电机驱动转子；特征在于：空气压缩机(14)连接电加热器(13)；在电加热器与高温高压入口端之间有高温端连接管(19)；高温气体温度传感器(9)和高压气体压力传感器(10)连接在高温端连接管上；增压空气出口安装了节气门(8)，节气门和增压空气出口之间有进气端连接管(20)，空气流量计(7)、时进气温度传感器(15)和进气压力传感器(16)安装在该连接管上；所有传感器的数据通过采集卡(11)输入计算机(12)。本发明实现在不同的转速下、不同节气门开度等工况下各参数的测量。

Description

气波增压器性能测试系统

技术领域

本发明涉及用于进行气波增压器性能测试的系统，主要用于对气波增压器的高能量入口参数对其性能的影响进行分析，进而对气波增压器在车用发动机上的实际应用进行性能优化，属于内燃机领域，具体为增压器的研究领域。

背景技术

国内外现有的气波增压器研究主要是气波增压器在柴油机和汽油机上的匹配研究。目前尚未建立专门针对气波增压器的性能试验系统。为了进一步深入研究气波增压器的性能，需构建气波增压器性能测试系统，以研究气波增压器内部的能量传递及流动状况。

发明内容

本发明的目的在于进一步深入研究气波增压器的性能，搭建了气波器增压器性能测试系统。

设计测试系统基本框图见附图1。气波增压器主要由两部分组成：定子和转子5，定子共有四个出入口，其中两个高压端，即高温高压气体入口3、增压空气出口2；两个低压端，即低温低压气体出口4及新鲜空气入口1。当气波增压器工作时，来自发动机气缸的排气和新鲜进气在气波增压器内部，即气波增压器转子5，直接接触，由于转子旋转，这样转子周期性地与定子开口联通、断开，产生一系列气波(压缩波和膨胀波)，来自排气的能量就通过这一系列气波来实现能量传递，最终使得进气压力升高。

气波增压器在发动机上应用时是由发动机的曲轴来驱动的。在测试系统上，采用一台变频电机6驱动气波增压器转子5，电机和转子间通过皮带来传动，调节变频电机频率可以调节气波增压器的转速。

气波增压器工作过程较为复杂，各种入口、出口的参数较多，对于气波增压器而言，气波增压器的高温高压端的参数的影响效果要大于低温低压端的出口和入口处的参数的影响效果。为了实现高温高压入口端3的高温高压状态，首先采用一台空气压缩机14给空气加压，并用电加热器13对空气加热。在电加热器13与高温高压入口端3之间设计了高温端连接管19，连接管不但仅将气波增压器和电加热器连接起来，而且能实现高温气体温度传感器9和高压气体压力传感器10的安装。

为了测量增压空气端的参数，在增压空气出口2处，使用空气流量计7来测量增压进气的流量，该流量计采用的是车载用空气流量计。为了模拟增压空气进入发动机的状态，在增压空气出口2安装了节气门8。为了连接节气门、空气流量计以及温度传感器、压力传感器的安装，设计了进气端连接管20，该连接管连接了节气门和空气流量计，同时进气温度传感器15和进气压力传感器16安装在该连接管上。

本发明提供了一种气波增压器性能测试系统，包括气波增压器，气波增压器主要由两部分组成：定子和转子5，定子共有四个出入口，其中两个高压端，即高温高压气体入口3、增压空气出口2；两个低压端，即低温低压气体出口4及新鲜空气入口1；采用一台变频电机6驱动气波增压器转子5；

其特征在于：空气压缩机14连接电加热器13；在电加热器13与高温高压入口端3之间设计了高温端连接管19；高温气体温度传感器9和高压气体压力传感器10连接在高温端连接管19上；

增压空气出口2安装了节气门8，在节气门8和增压空气出口2之间设计了进气端连接管20，进气端连接管20连接空气流量计7，同时进气温度传感器15和进气压力传感器16安装在该连接管上；

低温低压气体出口4连接低温气体温度传感器18；

高温气体温度传感器9、高压气体压力传感器10、低温气体温度传感器18，进气温度传感器15、进气压力传感器16采集的数据通过采集卡11输入到计算机12中。

进一步的：节气门8连接测量节气门开度的节气门开度传感器17；节气门开度传感器17采集的数据通过采集卡11输入到计算机12中；

节气门8连接用于实现节气门的打开、关闭的螺杆滑块机构；所述的螺杆滑块机构包括螺杆21和滑块22，滑块22套在螺杆21上；在安装平台27上固定了两个止位块：螺杆止位块25和最大节气门开度止位块26，

转动旋转手柄28连接螺杆21；滑块22上固定了连接铁丝23，铁丝的另一端固定在节气门调节杆24上，节气门调节杆24连接节气门8。

节气门的打开、关闭主要是通过螺杆滑块机构(见图2)来实现的，同时通过节气门开度传感器17测量节气门开度。螺杆滑块机构主要部件是螺杆21和滑块22，在安装平台27上固定了两个止位块：螺杆止位块25和最大节气门开度止位块26，转动旋转手柄28可以使得螺杆21旋转，滑块22套在螺杆上。当螺杆旋转时，由于有螺杆止位块25的固定，螺杆不能向前运动，而套装在螺杆上滑块受力向前移动。反方向转动旋转手柄时，滑块向相反方向运动，通过螺杆滑块机构可以实现滑块在两个止位块间运动。滑块22上固定了连接铁丝23，铁丝的另一端固定在节气门调节杆24上，调节杆是与节气门相连的，调节杆转动带动节气门8旋转。这样，当调节旋转手柄28时，螺杆21旋转带动滑块22移动，滑块牵动连接铁丝23，使得节气门调节杆24联动，最终使得节气门8转动，从而改变节气门开度。

由于新鲜空气入口1流动的气体是新鲜空气，没有必要安装特殊的温度传感器和压力传感器。在低温低压气体出口的参数对气波增压器的影响较小，因此，只安装了低温气体温度传感器18，并没有安装压力传感器。

所有的温度传感器、压力传感器、流量计采集的数据通过采集卡11以及通过自编的VB采集程序记录试验数据并输入到计算机12中。

该测试系统的工作过程主要是：首先预热电加热器，当空气温度达到要求的温度时，启动空气压缩机，启动电机驱动气波增压器转动，调节电机的转速使得气波增压器转速相应变化，待温度、压力稳定后，在不同的气波增压器转速下测量各参数。

本测试系统的优点有：

●可以独立地对气波增压器的性能进行测试；

●可以控制气波增压器入口端的参数：压力和温度，考察入口端参数的变化对气波增压器性能的影响；

●气波增压器的转速可调；

●试验过程可以通过采集软件实时对试验数据进行观察；

●试验系统具有移动性、灵活性。

附图说明

图1气波增压器性能测试系统简图

图2节气门开度调节用螺杆滑块机构示意图

图3气波增压器性能测试系统安装平台简图

图4气波增压器安装支架结构简图

图5气波增压器、电机装配简图

图6高温端连接管简图

图7进气端连接管简图

图中：

1-新鲜空气入口，2-增压空气出口，3-高温高压气体入口，4-低温低压气体出口，5-转子，6-电机，7-空气流量计，8-节气门，9-高温气体温度传感器，10-高压气体压力传感器，11-采集卡，12-计算机，13-电加热器，14-空气压缩机，15-进气温度传感器，16-进气压力传感器，17-节气门开度传感器，18-低温气体温度传感器，19-高温端连接管，20-进气端连接管，21-螺杆，22-滑块，23-连接铁丝，24-节气门调节杆，25-螺杆止位块，26-最大节气门开度止位块，27-安装平台，28-旋转手柄，29-电机安装槽，30-气波增压器安装槽，31-平台安装孔，32-安装支架，33-气波增压器，34-连接气波增压器法兰，35-连接电加热器法兰，36-高温气体温度传感器安装孔，37-高压气体压力传感器安装孔，38-连接节气门法兰，39-连接空气流量计法兰，40-进气压力传感器安装孔，41-进气温度传感器安装孔

具体实施方式

下面结合图1～7详细说明本发明。

本实施例主要由气波增压器33、电机6、电加热器13、空气压缩机14、节气门8组成。气波增压器在发动机上应用时是由发动机的曲轴来驱动的。在测试系统上，采用一台变频电机6驱动气波增压器转子5，电机和转子间通过皮带来传动，设计的传动速比为4.2。调节变频电机频率可以调节气波增压器的转速。由于气波增压器转速很高(高达上万转)，同时电机也高速旋转，安装气波增压器和电机时应该要保证其旋转时能稳定运转。在安装平台27上分别设计了两道电机安装槽29、两道气波增压器安装槽30，且气波增压器安装槽与电机安装槽相互垂直，见图2。通过这四道安装槽能方便调节气波增压器和电机的位置，同时便于调节皮带，保证气波增压器和电机的传动速比。同时在安装平台27设计了多个平台安装孔31用于固定其它支架和元器件。气波增压器安装在发动机上主要是靠各个出入口与发动机的进排气歧管连接并固定在发动机的本体上的；但在测试系统上，需要设计安装支架来固定气波增压器。根据气波增压器转子的外圆设计了安装支架，气波增压器33通过两套安装支架32(见图4)支撑，安装支架通过螺栓连接固定并支撑气波增压器；同时，通过螺栓将支架与安装平台27连接(见图5)，这样气波增压器就通过安装支架紧固在安装平台上。电机6也是通过螺栓固定在安装平台上的，并且通过皮带与气波增压器33相连接，通过调节电机6的转速来控制气波增压器33转速。最后气波增压器和电机的安装效果见图5。

气波增压器工作过程较为复杂，各种入口、出口的参数较多，对于气波增压器而言，气波增压器的高压端的参数的影响效果要大于低压端的出口和入口处的参数的影响效果。为了实现高压入口端的高温高压状态，首先采用一台空气压缩机14给空气加压，空气压缩机可保持空气压力为2个大气压；并用电加热器13对空气加热，电加热器设计的最高温度可达到800℃，电加热器能够对空气加热并通过温控装置控制温度，加热温度通过仪表盘显示出来。为了将电加热器与气波增压器连接起来，设计了高温端连接管19，见图6。高温连接管19两端为法兰，一端连接气波增压器高温高压气体入口3，另一端连接电加热器，连接管中间有两个安装孔，分别安装高温气体温度传感器9和高压气体压力传感器10。因为所用的气体压力传感器不能工作在过高温度，因此高压气体压力传感器安装孔37从连接管延伸出50mm，这样避免了来自加热器的高温气体对气体压力传感器的损害。

在增压进气端，增压空气出口端2和空气流量计7连接，采用软连接方法，即使用波纹管将两个管道联通。为了模拟增压空气进入发动机的状态，在增压进气端2安装了节气门8，为了连接节气门、空气流量计以及温度传感器、压力传感器的安装，设计了进气端连接管20，见图7。连接管两端法兰，一端连接节气门，另一端连接空气流量计，连接管中间有两个安装孔分别安装进气温度传感器15、进气压力传感器16。节气门开度的调节是通过螺杆滑块机构实现的，该机构能实现节气门开度从0～100％的调节。

在气波增压器的低温低压气体出口端4钻了一个孔并焊接一段短管用于安装温度传感器18。

测试系统所有的部件、传感器都集中安装在安装平台27上，安装平台通过螺栓固定在一个活动架上，在活动架上安装了四个滚轮，这样使得整个测试系统具有移动性。

利用上述装置进行了如下试验，其试验过程采取的气波增压器性能测试系统的硬件连接图如图1所示。首先预热电加热器，电加热器的温度可调，最高可达800℃；启动空气压缩机，空气压缩机可提供最高压力为3atm的空气；启动电机驱动气波增压器转动，调节电机的转速使得气波增压器转速从低到高逐渐变化：3000rpm、5000rpm、7000rpm、9000rpm、10000rpm、12000rpm、15000rpm、17000rpm、20000rpm。待温度、压力稳定后，在不同的气波增压器转速下、不同节气门开度工况下测量各参数。

气波增压器性能测试系统可以进行不同电机与气波增压器的转速比(即不同气波增压器转速)、不同加热温度、不同压力、不同节气门开度工况下的试验，测量不同工况下各端口的压力、温度、流量。试验结果表明，对于气波增压器而言，高温高压入口处3(即试验系统中的加热端)的温度、压力和气波增压器转速对出口端(即试验系统中增压空气端2)的参数有比较大的影响，因此，要使得气波增压器发挥最好的性能，控制气波增压器的转速是十分重要的。同时，保持气波增压器入口端3的能量的不流失，即保持较高的温度和压力，有利于气波增压器发挥作用。

Claims (2)

1.一种气波增压器性能测试系统，包括气波增压器，气波增压器主要由两部分组成：定子和转子(5)，定子共有四个出入口，其中两个高压端，即高温高压气体入口(3)、增压空气出口(2)；两个低压端，即低温低压气体出口(4)及新鲜空气入口(1)；采用一台变频电机(6)驱动气波增压器转子(5)；

其特征在于：空气压缩机(14)连接电加热器(13)；在电加热器(13)与高温高压入口端(3)之间设计了高温端连接管(19)；高温气体温度传感器(9)和高压气体压力传感器(10)连接在高温端连接管(19)上；

增压空气出口(2)安装了节气门(8)，在节气门(8)和增压空气出口(2)之间设计了进气端连接管(20)，进气端连接管(20)连接空气流量计(7)，同时进气温度传感器(15)和进气压力传感器(16)安装在该连接管上；

低温低压气体出口(4)连接低温气体温度传感器(18)；

高温气体温度传感器(9)、高压气体压力传感器(10)、低温气体温度传感器(18)，进气温度传感器(15)、进气压力传感器(16)采集的数据通过采集卡(11)输入到计算机(12)中。

2.根据权利要求1所述的气波增压器性能测试系统，其特征在于：

节气门(8)连接测量节气门开度的节气门开度传感器(17)；节气门开度传感器(17)采集的数据通过采集卡(11)输入到计算机(12)中；

节气门(8)连接用于实现节气门的打开、关闭的螺杆滑块机构；所述的螺杆滑块机构包括螺杆(21)和滑块(22)，滑块(22)套在螺杆(21)上；在安装平台(27)上固定了两个止位块：螺杆止位块(25)和最大节气门开度止位块(26)，

转动旋转手柄(28)连接螺杆(21)；滑块(22)上固定了连接铁丝(23)，铁丝的另一端固定在节气门调节杆(24)上，节气门调节杆(24)连接节气门(8)。

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