CN103630364B - 一种模拟高原环境试验柴油机的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可以在低海拔地区的普通厂房里模拟0-5000m高原地区的环境，进行柴油机试验的模拟高原环境试验柴油机的方法及其系统。包括：在柴油机进气系统中设置模拟高原环境的进气模拟调节系统，模拟高原环境的温度、湿度条件；在柴油机排气系统中设置高压排风机，模拟0-5000m高原地区的压力环境；在柴油机进气管和排气管之间连接一管路，将柴油机进气和排气的压力处于均等的状态，模拟出高原环境条件下的情况；在柴油机进气管和排气管之间连接的管路上安装控制气阀。符合GB/T18297-2001汽车发动机性能试验方法要求，提高设备利用率。具有结构简单，控制可靠，投资少见效快的特点，易于普及推广应用，代替高原试验，能够产生巨大的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明公开了一种能够在一般普通环境下，模拟高原环境试验柴油机的方法。
背景技术
我国具有辽阔的高海拔地区，柴油机要满足这种特殊环境，必须提高高原环境的适应和防护能力，才能有效的保障机械的工作效率和可靠性水平。
发动机在低海拔的地方进行试验，即在标准状态下进行试验后，在高原上使用由于压力温度条件相差很大，其性能和可靠性仍然会有很大的不确定性。为了试验及考核这些问题，要进行实地高原试验，这样做费时费力，也很不经济。
建立高原模拟试验室，人为造成模拟高原环境，解决柴油机高原试验的问题，可以在平原地区试验室内进行高原汽车发动机性能试验，达到节约能源，节省时间和劳力的目的。但是建立高原模拟试验室需要大量的资金和设备的投入，并且其日常运行和维护的费用也比较大，不是一般汽车发动机厂家能够承担的。如果能有一种简易经济的能够模拟高原环境试验柴油机的方法，在平原地区就可以完成汽车发动机的高原环境试验，无疑会极大促进汽车发动机企业的技术进步和产品质量提升。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可以在低海拔地区的普通厂房里模拟0-5000m高原地区的环境，进行柴油机试验的模拟高原环境试验柴油机的方法。
本发明解决技术问题的方法是：在试验室组建一套柴油机高原模拟的试验考核系统，使受热零部件如增压器、活塞、活塞环、缸盖、缸套等在试验室里承受低温、低气压、缺少氧气的燃烧状态，迅速、准确地暴露问题，为在高原地区柴油机的传热、排放研究提供依据。
本发明的方法包括：
在柴油机进气系统中设置模拟高原环境的进气模拟调节系统，模拟高原环境的温度、湿度条件；
在柴油机排气系统中设置高压排风机，模拟0-5000m高原地区的压力环境；
在柴油机进气管和排气管之间连接一管路，将柴油机进气和排气的压力处于均等的状态，模拟出高原环境条件下的情况。
在柴油机进气管和排气管之间连接的管路上安装控制气阀，控制进排气管之间的关联度，使柴油机中作稳定；
关闭控制气阀可以适用常规试验。
进气模拟调节系统，对于进气的温度、湿度进行调节，以满足试验要求的技术条件；
排气系统中设置高压排风机，为具备调速功能的的排风机，由电脑监控系统依据压力传感器，控制排风机转速，模拟0-5000m高原地区的压力条件。
本系统由以下设备组成：
发动机进气空气模拟调节系统；排气冷却装置；水分分离器；电脑监控系统；高压排风机；消声器及排烟总管。
为了解决上述技术问题，本发明柴油机高原模拟试验装置的技术方案为：
1、进气模拟调节系统，由组合式空调机组、发动机进气循环通风、加热及冷却控制系统组成。目的是提供一个模拟的标准的或设定的大气条件，设定大气压力，温度，湿度，要求进气过程控制在一定的精度范围内。针对不同的控制参数，控制方式如下：
（1）压力控制：通过变频风机进行控制。首先要通过调节阀门设定一个最小的回风量，预先保证一定的进气条件，通常回风量为20-30%，变频控制控制范围宽，近似于线性控制，控制精度高，反应迅速，响应时间可达0.5s以内。
（2）温度控制：间接电加热：在不同功率下都可采用，先用电加热水，再用水通过水-空气加热器对空气进行加热。
（3）湿度控制：湿度控制采用露点控制法，本系统采用控制冷却除湿温度达到进气条件下的露点方式，控制湿度。达到控制精度高，响应时间快的目的。
2、高原模拟试验时，发动机进气空气模拟调节系统的进气管和排气管并联，形成混合气，运用气体“引射”原理，进气系统的高压气流向排气管的低压方向流动，使发动机的进气压力和排气压力处在同一低气压中。形成0-5000m高原地区的压力环境，压力的大小由高压排风机控制，经过排气冷却装置冷却、水分分离器把水分分离，由高压排风机把混合气通过消声器及排烟总管排向大气中。
3、排气冷却装置，排气温度比较高，风机不能直接抽，必须进入降温板式换热器进行冷却。
4、本发明柴油机高原模拟试验装置采用智能变频控制系统，能按设定的温度、压力要求自动调节。和19英寸机柜、PantherDCU型台架试验控制器、传感器接口模块、工控计算机及Panther软件相结合。
综上所述，一种模拟高原环境试验柴油机的方法，其特征是包括：
在柴油机进气系统中设置模拟高原环境的进气模拟调节系统，模拟高原环境的温度、湿度条件；
在柴油机排气系统中设置高压排风机，模拟0-5000m高原地区的压力环境；
在柴油机进气管和排气管之间连接一管路，将柴油机进气和排气的压力处于均等的状态，模拟出高原环境条件下的情况；
在柴油机进气管和排气管之间连接的管路上安装控制气阀，调节管路的流量，稳定柴油机工作状态；
关闭控制气阀可以适用进行常规试验。
一种模拟高原环境试验柴油机的系统，其特征是包括：
在柴油机进气系统中，设置的模拟高原环境的温度、湿度条件的进气模拟调节系统；
在柴油机排气系统中，设置模拟0-5000m高原地区压力环境的高压排风机；
在柴油机进气管和排气管之间，连接一将柴油机进气和排气的压力处于均等的管路；
在所述的管路中设置的调节管路的流量，稳定柴油机工作状态的控制气阀；以及
分别控制进气模拟调节系统、高压排风机和柴油机的电脑监控系统。
进气模拟调节系统，由组合式空调机组、发动机进气循环通风、加热及冷却控制系统组成。
处于对相关设备寿命的考虑以及周边环境的保护，在排气系统中设置的高压排风机和发动机排气管之间，依次设置水分分离器和排气冷却装置；在高压排风机的排风口设置消声器及排烟总管。
工作时电脑监控系统、测功器回路和柴油机回路双闭环控制。采用直接数字PID控制，可在控制仪面板上手动设置试验工况，也可以用程序，不需要人工干预。系统可自动按照预先指定的控制方式的控制值控制。并在试验和运行过程中自动测量、记录、存储。所有的测量参数实时的在屏幕上显示。测量结果可存储和打印。
本系统还设置有超限报警保护，为发动机高原模拟试验操控提供了方便。
本系统又适用常规试验，符合GB/T18297-2001汽车发动机性能试验方法要求，提高设备利用率。具有结构简单，控制可靠，投资少见效快的特点，易于普及推广应用，代替高原试验，能够产生巨大的经济和社会效益。
附图说明
图1为本发明柴油机高原模拟试验装置系统原理图。
图中：1．进气模拟调节系统；2．排气冷却装置；3．水分分离器；4．电脑监控系统；5．高压排风机；6.消声器；F1.气阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的柴油机高原模拟试验装置的具体实施作进一步详细的说明：
高原模拟试验时，打开气阀F1，使发动机进气空气模拟调节系统的进气管和排气管并联，形成混合气，因为排气混合气温度比较高，风机不能直接抽。必须经过排气冷却装置2冷却、水分分离器3把水分分离，由高压排风机5把混合气通过消声器6及排烟总管排向大气。从而使进气管里的气压，由于一部分气体被高压排风机抽走，使发动机的进气压力下降，和排气压力处在同一气压中，形成0-5000m高原地区的压力环境，送到增压器压气机的进气口，压力的大小由高压排风机控制。不同海拔下大气压力由经验公式：
P=-1E-04h3+0.0521h2-11.575h+1013.2
其中：P---大气压力，mbar
h---海拔高度，km
进气空气的温度、湿度由进气模拟调节系统1控制，布置在进排气管路的压力、温度传感器分别对进出本装置的压力、温度进行监测并反馈给电脑监控系统4，电脑监控系统4根据各个传感器反馈的信号对发动机进气模拟调节系统1和高压排风机5进行控制，从而使被控制的高压排风机5压力、温度维持在需要的范围内，保证该试验台架进行高原模拟试验。
进行常规试验时，关闭气阀F1，切换排气管，即可进行常规试验，降低试验投资成本。
在本发明的另一个实施例中，考虑到高压排风机的进风口处，风压相对稳定，不易受到柴油机排气波动的影响，柴油机进气管和排气管之间连接的管路，与高压排风机进风口连接。同样可以将风压传递到柴油机的进气管，所述的管路上的控制气阀不变。
Claims (1)
1.一种模拟高原环境试验柴油机的方法，其特征包括：
设定大气压力，温度，湿度，要求进气过程控制在一定的精度范围内，以提供一个模拟的标准的或设定的大气条件，针对不同的控制参数，控制方式如下：
压力控制：通过变频风机进行控制，首先要通过调节阀门设定一个最小的回风量，预先保证一定的进气条件，通常回风量为20-30%，变频控制控制范围宽，近似于线性控制，控制精度高，反应迅速，响应时间可达0.5s以内；
温度控制：间接电加热：在不同功率下都可采用，先用电加热水，再用水通过水-空气加热器对空气进行加热；
湿度控制：湿度控制采用露点控制法，本系统采用控制冷却除湿温度达到进气条件下的露点方式，控制湿度，达到控制精度高，响应时间快的目的；
高原模拟试验时，发动机进气空气模拟调节系统的进气管和排气管并联，形成混合气，运用气体“引射”原理，进气系统的高压气流向排气管的低压方向流动，使发动机的进气压力和排气压力处在同一低气压中，形成0-5000m高原地区的压力环境，压力的大小由高压排风机控制，经过排气冷却装置冷却、水分分离器把水分分离，由高压排风机把混合气通过消声器及排烟总管排向大气中；
排气冷却装置，排气温度比较高，必须进入降温板式换热器进行冷却，再用风机抽；
本方法所使用的系统包括：
在柴油机进气系统中，设置的模拟高原环境的温度、湿度条件的进气模拟调节系统，所述的进气模拟调节系统，由组合式空调机组、发动机进气循环通风、加热及冷却控制系统组成；
在柴油机排气系统中，设置模拟0-5000m高原地区压力环境的高压排风机，所述的高压排风机和发动机排气管之间，依次设置水分分离器和排气冷却装置，所述的高压排风机的排风口设置消声器及排烟总管；
在柴油机进气管和排气管之间，连接一将柴油机进气和排气的压力处于均等的管路；
所述的柴油机进气管和排气管之间连接的管路，与高压排风机进风口连接；
在所述的管路中设置的调节管路的流量，稳定柴油机工作状态的控制气阀；
以及分别控制进气模拟调节系统、高压排风机和柴油机的电脑监控系统；
采用能按设定的温度、压力要求自动调节的智能变频控制系统，和19英寸机柜、PantherDCU型台架试验控制器、传感器接口模块、工控计算机及Panther软件相结合。
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