CN103334829B - 一种中冷器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中冷器系统，由有电控单元部分和机械部分组成；所述电控单元部分包括有温度控制单元和压力控制单元。根据实验室的实际情况，冷却水由水泵房水泵直接提供，取消中冷器自带水泵供水；目前试验部增压发动机无需对增压空气加热，取消加热器和三通控制阀，改用控制球阀；不再使用台架控制器，自制中冷器控制箱实现对中冷器的控制。

Description

一种中冷器系统

技术领域

本发明属于发动机测试领域，针对增压发动机的测试试验领域，特别是指一种增压发动机的测试试验时中冷器系统。

背景技术

在发动机测试试验过程中，发动机排出的废气的温度非常高，通过增压器的热传导会提高进气的温度。而且，空气在被压缩的过程中密度会升高，这必然也会导致空气温度的升高，从而影响发动机的充气效率。如果想要进一步提高充气效率，就要降低进气温度。据实验表明，在给定增压压力下，增压空气温度每下降10摄氏度，空气密度约增加3%，功率能提高3%-5%，改善发动机的性能。

如果未经冷却的增压空气进入燃烧室，除了会影响发动机的充气效率外，还很容易导致发动机燃烧温度过高，造成爆震等故障，而且会增加发动机废气中的NOx的含量，造成空气污染。因此在实验室需配备能冷却高温、高压气体的中冷器装置。

现技术中冷器结构特点为：

1）冷却能力好、性能稳定，系统反应速度快；

2）中冷器主要采用交换器利用热传递原理实现热的转换；

3）交换器中有两路相互交错、分别独立的循环管路；

4）利用水泵抽取冷水做冷酶在交换器中循环，最终把热量带走；

5）通过传感器反馈温度信号，利用水泵、电控三通阀对循环水量的控制实现对增压气体温度冷却，达到发动机试验要求；

6）以支架、连接管路、焊接组装实现系统的结构组成。

现技术中冷器的缺点是：

1.电控部分利用主机自带控制模块，结构较复杂，故障率较高；

2.设备成本较高，维修难度大；

3.增压的气体经中冷器冷却后出现压差较大，且不能变动，只能适合模拟一种车型，当需要模拟不同车型提供不同压差时，此设备不能满足要求。

现技术的中冷器，其冷却能力好系统反应快，但结构较复杂，故障率较高，且增压的气体压差为固定值，不能模拟不同车型的需求，影响发动机实验数据准确。发动机台架实验室担负发动机性能试验，是发动机各项数据指标的标准，随着涡轮增压发动机试验的增多，对各项数据指标的要求也越来越严格，解决中冷器能提供可变压差问题是保障试验样机规范作业的必然需要。

发明内容

本发明主要解决某增压发动机在试验过程中中冷器出现压差较大，进、出气压力不能自由调节，影响试验数据的准确等问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种中冷器系统，由有电控单元部分和机械部分组成；

所述电控单元部分包括有温度控制单元和压力控制单元；

所述机械部分包括有空气冷却器、箱体、连接法兰、固定支架、连接管路、行走滚轮；主体用角钢做支架放置空气冷却器，支架放置在箱体内，循环水管用于连接过滤器、电动阀、进出水阀，箱体底部安装滚轮，前两个安装定向轮，后部安装方向轮，方便与设备移动。

所述温度控制单元包括有微型控制器、7015温度模块、线性电动比例调节阀及两个温度传感器；微型控制器通过通讯接口同7015温度模块连接，两个温度传感器安装于中冷器后的管路上用于检测中冷器后管路温度，其中一个温度传感器连接至7015温度模块，用于温度的显示和数据采集，经过7015温度模块数据转换后经通讯接口输入微型控制器；设定微型控制器的所需参数，设定线性电动比例阀所需参数，利用微型控制器将设定温度与中冷器后管路的另一个温度传感器检测温度比较，控制线性电动球阀开度，使温度产生变化，变化后的温度被重新检测反馈至身形控制器进行计算比较，重新调节线性电动比例调节阀开度，使温度精确控制在设定的范围内。

所述压力控制单元包括有微型控制器、两个分别安装于中冷器前部和后部的压力传感器输出信号至7017温度模块，经过信号转换后经通讯接口传输至微型控制器、中冷器安装有另一压力传感器连接压力控制仪表，设定压力控制仪表参数，设定线性控制蝶阀参数，输出控制信号驱动线性控制蝶阀开度，改变后的中冷器后部压力被重新检测反馈至压力控制仪表，重新调整线性控制蝶阀开度，使中冷器前部和后部压差控制在所需范围内。

在温度控制单元和压力控制单元中的通讯接口均为485通讯接口。

微型控制器电源电压AC100-240V，继电器接点输出，控制输出接点AC220V，3A（阻性负载）DC4-20mA输出，容许负载电阻600欧以下，传送输出精度±0.3%以下，测量范围0-150℃，设定值0℃。

压力控制仪表用于需要按一定时间规律自动改变给定值进行控制的场合，具有50段程序编排功能，可设置任意大小的给定值、降斜率；具有跳转、运行、暂停及停止等可编程/可操作命令，可在程序控制运行中修改程序；具备两路事件输出功能。

所述压力仪表采用继电器触点开关输出，电源电压100-240VAC，SSR电压输出12V30mA，线性电流输出1-10mA或4-20mA。输入可采用线性电压0-5V，0-10V，1-5V,0-100mV等，线性电流0-20mA、4-20mA输入，线性电阻0-80欧、0-400欧输入。调节方式包含模糊逻辑PID调节及参数自整定功能。

温度传感器为热敏传感器。

压力传感器为正压电效应的压电传感器。

本发明同现有技术相比的有益效果是：

1．根据实验室的实际情况，冷却水由水泵房水泵直接提供，取消中冷器自带水泵供水。

2．目前试验部增压发动机无需对增压空气加热，取消加热器和三通控制阀，改用控制球阀。

3．不再使用台架控制器，自制中冷器控制箱实现对中冷器的控制。

附图说明

图1是本发明的温度控制模式图；

图2是本发明的压力控制模式框图；

图3是本发明的结构原理图；

图4是本发明的电控原理图；

图5是本发明的中冷器外形图。

具体实施方式

以下通过具体实施例来详细说明本发明的技术方案，应当理解的是，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

如图1至图5所示，一种中冷器系统，由有电控单元部分和机械部分组成；

电控单元部分包括有温度控制单元和压力控制单元；

机械部分主要包括空气冷却器5、箱体7、连接法兰6、固定支架、连接管路、行走滚轮10等。连接管路包括有进气管路3、排气管路4、进水管路9和排水管路8；主体用角钢做支架放置空气冷却器，支架放置在箱体内，循环水管用Φ20mm镀锌管，用于连接过滤器、电动阀、进出水阀等，箱体底部安装滚轮，前两个安装定向轮，后部安装方向轮，方便与设备移动。

温度控制单元包括有微型控制器（T1和T2），其中T1用于温度设定控制，T2用于温度显示控制、7015温度模块、线性电动比例调节阀及两个温度传感器；

在中冷后的管路上安装两个温度传感器(15,16)检测中冷后温度，一个连接至7015温度模块，经数据转换后通过R485通讯输入台架工控机，用于温度显示和数据采集。设定PXR5微型控制器的所需参数，设定线性电动比例阀所需参数，利用微型控制器将设定温度与中冷后管路的另一检测温度进行比较，通过系统信号放大比较，利用数字PID调节技术输出相应的电流信号，控制线性电动球阀17的开度，从而控制中冷器的进水流量，水流的大小把相应的空气热量带走，使温度产生变化，变化后的温度被重新检测反馈至微型控制器进行计算比较，重新调节线性电动比例调节阀开度，使温度精确控制在设定的范围内。

压力控制单元在中冷器的中冷前、中冷后安装压力传感器（11，14），输出信号至温度模块7017，经信号转换后通过485通讯传输至台架工控机，用于中冷前、后数据显示及数据采集。中冷器安装另一压力传感器13连接至Al-708P压力控制仪表，设定Al-708P控制仪表所需参数，设定线性控制蝶阀12所需参数，根据发动机试验要求和工控机显示压差设定仪表压力，控制仪表根据检测压力P2和设定压力P1进行PID调节运算，输出控制信号驱动蝶阀12开度，改变后的中冷后压力被重新检测反馈至压力控制仪表，重新调整蝶阀开度，使中冷前、后压差控制在所需范围内。

其中微型控制器同时控制7015温度模块和7017温度模块，

电源电压AC100-240V，继电器接点输出，控制输出接点AC220V，3A（阻性负载）DC4-20mA输出，容许负载电阻600欧以下，传送输出精度±0.3%以下，测量范围0-150℃，设定值0℃。控制输出1的动作方式设定为反动作，控制输出2设定为正动作。可实现闭环控制，根据控制对象和设定温度等条件，自动计算ＰＩＤ，也可根据控制手动调整ＰＩＤ,进行控制的功能。

压力控制仪表

压力控制仪表用于需要按一定时间规律自动改变给定值进行控制的场合，具有50段程序编排功能，可设置任意大小的给定值、降斜率；具有跳转、运行、暂停及停止等可编程/可操作命令，可在程序控制运行中修改程序；具备两路事件输出功能。采用继电器触点开关输出，电源电压100-240VAC，SSR电压输出12V30mA，线性电流输出1-10mA或4-20mA。输入可采用线性电压0-5V，0-10V，1-5V,0-100mV等，线性电流0-20mA、4-20mA输入，线性电阻0-80欧、0-400欧输入。调节方式包含模糊逻辑PID调节及参数自整定功能。

线性电动比例调节阀：

以220V交流电源为驱动电源，全封闭鼠笼式电机做驱动力矩，采用机械、电子双重限位，能精确方便地设定位置。以4-20mA电流信号或以0-10V DC电压信号为控制信号，可使阀门运动到所需位置，实现其自动化控制。

线性控制蝶阀：

驱动电源交流220V,控制信号以4-20mA电流信号或0-10V直流电源，工作角度±90，最大输出扭矩4000N.m，电子限位装置。

温度传感器：

温度传感器，采用半导体材料制成的热敏器件，其电阻温度系数大，灵敏度高；结构简单，体积小，可以测量点温度；电阻率高，热惯性小，适应动态测量；阻值与温度变化呈非线性关系，适合于300℃以下的温度测量。

压力传感器：

压力测量使用正压电效应的压电式传感器，即当电介质加力变形时，在表面会产生电荷，去除外力时，又回到不带电状态，利用电荷的变化对应出压力的大小。有体积小、结构简单、工作可靠、灵敏度高的优点。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种中冷器系统，其特征在于：由有电控单元部分和机械部分组成；

所述电控单元部分包括有温度控制单元和压力控制单元；

所述机械部分包括有空气冷却器、箱体、连接法兰、固定支架、连接管路、行走滚轮；主体用角钢做支架放置空气冷却器，支架放置在箱体内，循环水管用于连接过滤器、电动阀、进出水阀，箱体底部的滚轮，前两个安装定向轮，后两个安装方向轮，方便与设备移动；

所述压力控制单元包括有微型控制器、两个分别安装于中冷器前部和后部的压力传感器输出信号至7017温度模块，经过信号转换后经通讯接口传输至微型控制器、中冷器安装有另一压力传感器，所述压力传感器连接压力控制仪表，设定压力控制仪表参数，设定线性控制蝶阀参数，输出控制信号驱动线性控制蝶阀开度，改变后的中冷器后部压力被重新检测反馈至压力控制仪表，重新调整线性控制蝶阀开度，使中冷器前部和后部压差控制在所需范围内。

2.根据权利要求1所述的中冷器系统，其特征在于：所述温度控制单元包括有微型控制器、7015温度模块、线性电动比例调节阀及两个温度传感器；微型控制器通过通讯接口同7015温度模块连接，两个温度传感器安装于中冷器后的管路上用于检测中冷器后管路温度，其中一个温度传感器连接至7015温度模块，用于温度的显示和数据采集，经过7015温度模块数据转换后经通讯接口输入微型控制器；设定微型控制器的所需参数，设定线性电动比例阀所需参数，利用微型控制器将设定温度与中冷器后管路的另一个温度传感器检测温度比较，控制线性电动球阀开度，使温度产生变化，变化后的温度被重新检测反馈至身形控制器进行计算比较，重新调节线性电动比例调节阀开度，使温度精确控制在设定的范围内。

3.根据权利要求1所述的中冷器系统，其特征在于：在温度控制单元和压力控制单元中的通讯接口均为485通讯接口。

4.根据权利要求1或2所述的中冷器系统，其特征在于：微型控制器电源电压AC100-240V，继电器接点输出，控制输出接点AC220V，3A阻性负载，DC4-20mA输出，容许负载电阻600欧以下0欧以上，传送输出精度±0.3％之间，测量范围0-150℃，设定初始值为0℃。

5.根据权利要求1所述的中冷器系统，其特征在于：压力控制仪表用于需要按一定时间规律自动改变给定值进行控制的场合，具有50段程序编排功能，可设置任意大小的给定值、降斜率；具有跳转、运行、暂停及停止可编程/可操作命令，可在程序控制运行中修改程序；具备两路事件输出功能。

6.根据权利要求1所述的中冷器系统，其特征在于：所述压力仪表采用继电器触点开关输出，电源电压100-240VAC，SSR电压输出12V30mA；当线性电流输出1-20mA时，输入可采用线性电压0-10V，线性电流0-20mA输入，线性电阻0-400欧输入；调节方式包含模糊逻辑PID调节及参数自整定功能。

7.根据权利要求2所述的中冷器系统，其特征在于：温度传感器为热敏传感器。

8.根据权利要求1所述的中冷器系统，其特征在于：压力传感器为正压电效应的压电传感器。