CN103487251A - 基于电加热的涡轮增压器检验试验台及涡轮增压器性能试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电加热的涡轮增压器检验试验台及涡轮增压器性能试验方法，所述检验试验台包括空气循环加热系统，所述空气循环加热系统包括依次连接的空压机压缩空气进管、空压机进气阀、电加热器、涡轮和涡轮排气管，所述空压机进气阀、电加热器之间的管路与涡轮排气管之间并联有具有高温气泵和电动阀门的第一旁路，所述涡轮与空压机进气阀、电加热器之间的管路并联有具有压气机和自循环联通阀的第二旁路，所述压气机输入管上连接有空气滤清器，所述压气机与自循环联通阀之间旁接一具有压气机放气阀的旁管。本发明用空气循环电加热来替代传统试验台燃烧室加热，试验过程绿色环保，无排气污染。本发明通过气体反馈回流实现循环加热，降低了能耗和试验成本，并具有很高的可靠性。

Description

基于电加热的涡轮增压器检验试验台及涡轮增压器性能试验方法

 

技术领域：

本发明涉及一种车用涡轮增压器检验试验台，特别涉及一种基于电加热的涡轮增压器检验试验台及涡轮增压器性能试验方法，属于车辆部件检验测试技术领域。

 

背景技术：

随着世界各国不断提高汽车排放标准，“高效，节能，减排”是当今汽车发动机技术发展的主要目标；涡轮增压器可以提高汽车发动机的动力性，燃油经济性及排放性能，采用涡轮增压器技术是实现这一目标的有力手段。涡轮增压器市场需求量不断增大，促使国内涡轮增压器产业不断扩大。为检验出厂涡轮增压器的性能是否达到相关标准，业界对涡轮增压器检验试验台做了大量研究，从最初只做简单地自循环试验到目前复杂的性能试验和研究性试验，从手工操作到半自动化，国内涡轮增压器试验台技术得到了很大的发展。

但是，目前国内传统的涡轮增压器试验台普遍采用燃烧室（如航空发动机单管燃烧室）作为试验台气体发生器及气体加热器，虽然其排气温度及排气压力可模拟实际汽车发动机工况，但试验台开发成本大，目前只有部分具有军工背景的高校及研究所拥有开发试验台的能力，且难于向民用推广，很大程度上阻碍了涡轮增压器产业及其检验技术在国内的发展。其次，现有的涡轮增压器试验台以航空煤油或0号柴油作为燃烧室燃料，若进行大批量检测将导致能耗大，排气污染严重，检验效率也大大降低。

 

发明内容：

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，解决涡轮增压器的性能测试检验问题，提供了一种基于电加热的涡轮增压器检验试验台及涡轮增压器性能试验方法，可对各种车用涡轮增压器进行压气机性能试验、涡轮性能试验、热循环耐久试验。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明基于电加热的涡轮增压器检验试验台，其特征在于：所述检验试验台包括空气循环加热系统，所述空气循环加热系统包括依次连接的空压机压缩空气进管、空压机进气阀、电加热器、涡轮和涡轮排气管，所述空压机进气阀、电加热器之间的管路与涡轮排气管之间并联有具有高温气泵和电动阀门的第一旁路，所述涡轮与空压机进气阀、电加热器之间的管路并联有具有压气机和自循环联通阀的第二旁路，所述压气机输入管上连接有空气滤清器，所述压气机与自循环联通阀之间旁接一具有压气机放气阀的旁管。

上述电加热器与涡轮之间设有波纹管。

上述空压机压缩空气进管旁接有具有放气阀的旁管。

上述检验试验台还包括有测控系统，所述测控系统包括有工控机和PLC，检验试验台中的阀门开度、温度传感器、压力传感器和流量计采集的数据传输给工控机的PCI板模数转换，而后再由PCI板数模转换后进行变频器控制和阀门控制，所述工控机通过RS232接口与PLC连接，PLC进行阀门控制、VGT控制和油压控制。

本发明基于电加热的涡轮增压器检验试验台涡轮增压器性能试验方法，其特征在于：该方法步骤为：

1）冷吹：关闭电加热器开关，关闭电动阀门，关闭自循环联通阀，由空压机提供的压缩空气经由空压机进气阀、电加热器、波纹管，进入涡轮进口，并从涡轮出口排入大气，涡轮转子在流经的压缩空气作用下高速旋转，并带动压气机叶片转动，新鲜空气经过空气滤清器被吸入压气机进口，并从压气机出口排出，经过压气机放气阀排入大气。 

试验过程中，涡轮增压器转速由空压机的供气量来调节，即调节空压机进气阀开度；压气机流量（或涡轮负载）通过压气机放气阀来调节；其中空压机进气阀、压气机放气阀均通过工控机程序控制，以PCI信号输出的形式执行，电加热器开关及电动阀门的开闭通过PLC控制。

2）热吹：打开电加热器开关，打开电动阀门，压缩空气经过空压机进气阀和电加热器，进入涡轮进口，经加热后的压缩空气经由涡轮出口，一部分排入大气，另一部分在所述高温气泵作用下经由所述电动阀门回流至所述电加热器入口，并随所述空压机压缩进来的新鲜空气混合，重新经过所述电加热器加热，如此循环往复，将空气加热到车用发动机排气温度范围，另一方面，新鲜空气经过空气滤清器被吸入压气机进口，并从压气机出口排出，经过压气机放气阀排入大气。

试验过程中，涡轮增压器转速由空压机的供气量来调节，即调节空压机进气阀开度；压气机流量（或涡轮负载）通过压气机放气阀开度来调节。其中空压机进气阀、压气机放气阀均通过工控机程序控制，以PCI信号输出的形式执行。电加热器开关及电动阀门的开闭通过PLC控制。

3）自循环：在热吹的基础上，打开自循环联通阀，关闭压气机放气阀，压缩空气经过空压机进气阀和电加热器，进入涡轮进口，经加热后的压缩空气经由涡轮出口，一部分排入大气，另一部分在所述高温气泵作用下经由所述电动阀门回流至所述电加热器入口，另一方面，新鲜空气经过空气滤清器被吸入压气机进口，并从压气机出口排出，经过自循环联通阀，与所述空压机压缩进来的新鲜空气以及从涡轮出口回流的热空气混合，重新经过所述电加热器加热，并重新进入涡轮进口。

试验过程中，涡轮增压器转速由空压机的供气量来调节，即调节空压机进气阀开度；压气机流量（或涡轮负载）通过自循环联通阀开度来调节。其中空压机进气阀、空压机放气阀、自循环联通阀均通过工控机程序控制，以PCI信号输出的形式执行。

上述测控系统用以实现检验试验台的信号采集、信号调理、数据分析处理及显示和控制信号输出。

本发明基于电加热的涡轮增压器检验试验台实际上包括有空气管路系统、风源系统、空气循环加热系统、润滑系统、测控系统。

本发明的有益效果是：

1）本发明用空气循环电加热来替代传统试验台燃烧室加热，试验过程绿色环保，无排气污染。

2）本发明通过气体反馈回流实现循环加热，降低了能耗和试验成本，并具有很高的可靠性。

3）本发明除了能做传统试验台上所能完成的压气机性能试验之外，还能做涡轮性能试验和热循环耐久试验。

 

附图说明

图1为本发明的硬件系统框图；

图2为本发明的测控系统结构示意图；

图中，1为压气机放气阀，2为自循环联通阀，3为电加热器，4为空压机进气阀，5为空压机放气阀，6为空气滤清器，7为高温气泵，8为电动阀门，9为波纹管，A1为空压机压缩空气进管，A2为涡轮，A3为涡轮排气管，A4为电加热器进气管，A5为反馈循环加热支管，A6为压气机，A7为自循环联通管，A8为压气机进气管，A9为压气机排气管。 

 

具体实施方式：

为使得本发明的上述目的、特征和优点能够更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

本发明基于电加热的涡轮增压器检验试验台，所述检验试验台包括空气循环加热系统，所述空气循环加热系统包括依次连接的空压机压缩空气进管A1、空压机进气阀4、电加热器3、涡轮A2和涡轮排气管A3，所述空压机进气阀4、电加热器3之间的电加热器进气管A4与涡轮排气管A3之间并联有具有高温气泵7和电动阀门8的反馈循环加热支管A5，所述涡轮A2与空压机进气阀4、电加热器3之间的电加热器进气管A4并联有具有压气机A6和自循环联通阀2的自循环联通管A7，所述压气机进气管A8上连接有空气滤清器6，所述压气机A6与自循环联通阀2之间旁接一具有压气机放气阀1的压气机排气管A9。

上述电加热器3与涡轮A2之间设有波纹管9。

上述空压机压缩空气进管旁接有具有放气阀5的旁管。

上述检验试验台还包括有测控系统，所述测控系统包括有工控机和PLC，检验试验台中的阀门开度、温度传感器、压力传感器和流量计采集的数据传输给工控机的PCI板模数转换，而后再由PCI板数模转换后进行变频器控制和阀门控制，所述工控机通过RS232接口与PLC连接，PLC进行阀门控制、VGT控制和油压控制。

如图1所示，所述空气循环加热系统，即压缩空气经过空压机进气阀4和电加热器3，进入涡轮进口。经加热后的压缩空气经由涡轮出口，一部分排入大气，另一部分在所述高温气泵7作用下经由所述电动阀门8回流至所述电加热器3入口，并随所述空压机压缩进来的新鲜空气混合，重新经过所述电加热器3加热，如此循环往复，将空气加热到车用发动机排气温度范围。

测控系统中，所述空压机进气阀4、压气机放气阀1、空压机放气阀5、自循环联通阀2的阀门开口均由PCI板卡的输出信号控制，图1中电动阀门8以及润滑系统油压由PLC控制。

图2所示检验试验台测控系统，其主要包括测量与控制两部分，测量部分硬件包括传感器及数据采集卡，控制部分硬件包括变频器、电动阀门（编号1、2、4、5、8），其中控制参数包括涡轮增压器可变截面执行机构角度、电动阀门（编号1、2、5）开度、所述润滑系统供油压力等。

本发明基于电加热的涡轮增压器检验试验台涡轮增压器性能试验方法，该方法步骤为：

1）冷吹：关闭电加热器3开关，关闭电动阀门8，关闭自循环联通阀2，由空压机提供的压缩空气经由空压机进气阀4、电加热器3、波纹管，进入涡轮进口，并从涡轮出口排入大气。涡轮转子在流经的压缩空气作用下高速旋转，并带动压气机叶片转动。新鲜空气经过空气滤清器6被吸入压气机进口，并从压气机出口排出，经过压气机放气阀1排入大气。 

试验过程中，涡轮增压器转速由空压机的供气量来调节，即调节空压机进气阀4开度；压气机流量（或涡轮负载）通过压气机放气阀1来调节。其中空压机进气阀4、压气机放气阀1均通过工控机程序控制，以PCI信号输出的形式执行。电加热器3开关及电动阀门8的开闭通过PLC控制。

2）热吹：打开电加热器3开关，打开电动阀门8，压缩空气经过空压机进气阀4和电加热器3，进入涡轮进口。经加热后的压缩空气经由涡轮出口，一部分排入大气，另一部分在所述高温气泵7作用下经由所述电动阀门8回流至所述电加热器3入口，并随所述空压机压缩进来的新鲜空气混合，重新经过所述电加热器3加热，如此循环往复，将空气加热到车用发动机排气温度范围。另一方面，新鲜空气经过空气滤清器6被吸入压气机进口，并从压气机出口排出，经过压气机放气阀1排入大气。

试验过程中，涡轮增压器转速由空压机的供气量来调节，即调节空压机进气阀4开度；压气机流量（或涡轮负载）通过压气机放气阀1开度来调节。其中空压机进气阀4、压气机放气阀1均通过工控机程序控制，以PCI信号输出的形式执行。电加热器3开关及电动阀门8的开闭通过PLC控制。

3）自循环：在热吹的基础上，打开自循环联通阀2，关闭压气机放气阀1，压缩空气经过空压机进气阀4和电加热器3，进入涡轮进口。经加热后的压缩空气经由涡轮出口，一部分排入大气，另一部分在所述高温气泵7作用下经由所述电动阀门8回流至所述电加热器3入口。另一方面，新鲜空气经过空气滤清器6被吸入压气机进口，并从压气机出口排出，经过自循环联通阀2，与所述空压机压缩进来的新鲜空气以及从涡轮出口回流的热空气混合，重新经过所述电加热器3加热，并重新进入涡轮进口。

试验过程中，涡轮增压器转速由空压机的供气量来调节，即调节空压机进气阀4开度；压气机流量（或涡轮负载）通过自循环联通阀2开度来调节。其中空压机进气阀4、空压机放气阀5、自循环联通阀2均通过工控机程序控制，以PCI信号输出的形式执行。

本发明实施案例提供的检验试验台不仅能满足普通车用涡轮增压器的性能测试检验，还可以适用可变截面涡轮增压器（VGT）的性能试验，测试过程自动化、精度高、重复性好，且较国内同等功能设备，价格低廉，节能环保，适用于高校试验研究及企业产品测试，可扩展性强。

上述操作流程及软硬件配置，仅作为本发明实施案例，并非对本发明做出任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案的情况下，都可以利用上述方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动或修改。因此，凡事未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对上述实施案例所做的简单修改，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1. 一种基于电加热的涡轮增压器检验试验台，其特征在于：所述检验试验台包括空气循环加热系统，所述空气循环加热系统包括依次连接的空压机压缩空气进管、空压机进气阀、电加热器、涡轮和涡轮排气管，所述空压机进气阀、电加热器之间的管路与涡轮排气管之间并联有具有高温气泵和电动阀门的第一旁路，所述涡轮与空压机进气阀、电加热器之间的管路并联有具有压气机和自循环联通阀的第二旁路，所述压气机输入管上连接有空气滤清器，所述压气机与自循环联通阀之间旁接一具有压气机放气阀的旁管。

2.根据权利要求1所述的基于电加热的涡轮增压器检验试验台，其特征在于：所述电加热器与涡轮之间设有波纹管。

3.根据权利要求1所述的基于电加热的涡轮增压器检验试验台，其特征在于：所述空压机压缩空气进管旁接有具有放气阀的旁管。

4.根据权利要求1所述的基于电加热的涡轮增压器检验试验台，其特征在于：所述检验试验台还包括有测控系统，所述测控系统包括有工控机和PLC，检验试验台中的阀门开度、温度传感器、压力传感器和流量计采集的数据传输给工控机的PCI板模数转换，而后再由PCI板数模转换后进行变频器控制和阀门控制，所述工控机通过RS232接口与PLC连接，PLC进行阀门控制、VGT控制和油压控制。

5.一种基于电加热的涡轮增压器检验试验台涡轮增压器性能试验方法，其特征在于：该方法步骤为：

1）冷吹：关闭电加热器开关，关闭电动阀门，关闭自循环联通阀，由空压机提供的压缩空气经由空压机进气阀、电加热器、波纹管，进入涡轮进口，并从涡轮出口排入大气，涡轮转子在流经的压缩空气作用下高速旋转，并带动压气机叶片转动，新鲜空气经过空气滤清器被吸入压气机进口，并从压气机出口排出，经过压气机放气阀排入大气。 

试验过程中，涡轮增压器转速由空压机的供气量来调节，即调节空压机进气阀开度；压气机流量（或涡轮负载）通过压气机放气阀来调节；其中空压机进气阀、压气机放气阀均通过工控机程序控制，以PCI信号输出的形式执行，电加热器开关及电动阀门的开闭通过PLC控制。

2）热吹：打开电加热器开关，打开电动阀门，压缩空气经过空压机进气阀和电加热器，进入涡轮进口，经加热后的压缩空气经由涡轮出口，一部分排入大气，另一部分在所述高温气泵作用下经由所述电动阀门回流至所述电加热器入口，并随所述空压机压缩进来的新鲜空气混合，重新经过所述电加热器加热，如此循环往复，将空气加热到车用发动机排气温度范围，另一方面，新鲜空气经过空气滤清器被吸入压气机进口，并从压气机出口排出，经过压气机放气阀排入大气。

试验过程中，涡轮增压器转速由空压机的供气量来调节，即调节空压机进气阀开度；压气机流量（或涡轮负载）通过压气机放气阀开度来调节。其中空压机进气阀、压气机放气阀均通过工控机程序控制，以PCI信号输出的形式执行。电加热器开关及电动阀门的开闭通过PLC控制。

3）自循环：在热吹的基础上，打开自循环联通阀，关闭压气机放气阀，压缩空气经过空压机进气阀和电加热器，进入涡轮进口，经加热后的压缩空气经由涡轮出口，一部分排入大气，另一部分在所述高温气泵作用下经由所述电动阀门回流至所述电加热器入口，另一方面，新鲜空气经过空气滤清器被吸入压气机进口，并从压气机出口排出，经过自循环联通阀，与所述空压机压缩进来的新鲜空气以及从涡轮出口回流的热空气混合，重新经过所述电加热器加热，并重新进入涡轮进口。

试验过程中，涡轮增压器转速由空压机的供气量来调节，即调节空压机进气阀开度；压气机流量（或涡轮负载）通过自循环联通阀开度来调节。其中空压机进气阀、空压机放气阀、自循环联通阀均通过工控机程序控制，以PCI信号输出的形式执行。

6.根据权利要求5所述的基于电加热的涡轮增压器检验试验台涡轮增压器性能试验方法，其特征在于：所述测控系统用以实现检验试验台的信号采集、信号调理、数据分析处理及显示和控制信号输出。

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