CN104729847A - 基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台及检验涡轮增压器性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台，包括降污染系统和减能耗系统，降污染系统包括依次连接的空压机压缩空气进气管、空压机进气阀、燃烧室，燃烧室连接有与涡轮增压器的涡轮进气口相连接的联通管，降污染系统还包括与涡轮出气口相连接的涡轮排气管；减能耗系统包括用于与涡轮增压器的压气机进气口相连接的压气机进气管及与压气机出气口相连接的自循环联通管，自循环联通管上依次连接有空压机反馈循环联通阀及与空压机压缩空气进气管相连接的压气机反馈循环联通管，减能耗系统还包括旁接于空压机压缩空气进气管上的空压机放气阀，自循环联通管上旁接有一带有压气机放气阀的压气机排气管。该实验台不仅结构紧凑，而且方便使用，同时该试验台方法操作简便。

Description

基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台及检验涡轮增压器性能的方法

技术领域

本发明涉及一种车用涡轮增压器试验台，特别涉及一种基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台及检验涡轮增压器的方法，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采用大功率的空气压缩机作为试验台气体产生器，虽然可模拟实际汽车发动机各种负荷下的工况，但试验台开发成本大，耗能高。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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台及其试验方法，该实验台不仅结构紧凑，而且方便使用，同时该试验台方法操作简便，运行可靠，能有效解决涡轮增压器的性能测试能量利用与废气的污染排放问题。

本发明的技术方案在于：一种基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台，包括降污染系统和减能耗系统，所述降污染系统包括依次连接的空压机压缩空气进气管、空压机进气阀、燃烧室，所述燃烧室连接有用于与涡轮增压器的涡轮进气口相连接的联通管，所述降污染系统还包括与涡轮出气口相连接的涡轮排气管，所述空压机进气阀和燃烧室之间的管路与涡轮排气管之间并联有具有废气循环阀及冷却系统的废气循环联通管以形成第一旁路；所述减能耗系统包括用于与涡轮增压器的压气机进气口相连接的压气机进气管及与压气机出气口相连接的自循环联通管，所述自循环联通管上依次连接有空压机反馈循环联通阀及与空压机压缩空气进气管相连接的压气机反馈循环联通管，所述减能耗系统还包括旁接于空压机压缩空气进气管上的空压机放气阀，所述压气机进气管与压气机反馈循环联通阀之间并联有具有压气机自循环联通阀的反馈循环通管以形成第二旁路，所述自循环联通管上旁接有一带有压气机放气阀的压气机排气管，自循环联通管上还旁接有与空压机进气阀和燃烧室之间的管路相联通的连接管，所述连接管上设置有自循环联通阀。

优选地，所述空压机进气阀与燃烧室之间还设置有稳流系统进气管及稳流系统，所述废气循环联通管一端旁接于稳流系统进气管上，另一端旁接于涡轮排气管上，所述连接管一端旁接于自循环联通管上，另一端旁接于稳流系统进气管上。

优选地，所述联通管为波纹管，所述压气机进气管的进气端上还设置有滤清器，所述涡轮增压器的旁侧还设置有润滑系统。

优选地，还包括测控系统，所述测控系统包括有工控机和PLC，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，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。

一种基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台检验涡轮增压器性能的方法，包括以下步骤：

1）将涡轮增压器的涡轮进气口及出气口分别与波纹管和涡轮排气管相连接，并将涡轮增压器的压气机进气口与压气机进气管相连接，压气机出气口与自循环联通管相连接；

2）冷吹：涡轮增压器在低速的情况下，关闭燃烧室点火开关，关闭废气循环阀，关闭自循环联通阀及压气机自循环联通阀，由空压机提供的压缩空气经由空压机进气阀、稳流系统、燃烧器室及波纹管进入涡轮，并从涡轮排气管排入大气，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，新鲜空气经过滤清器被吸入压气机内，并从压气机排气管排出，经由压气机放气阀排入大气；

    3）热吹：涡轮增压器需在高速情况下，打开燃烧室点火开关及废气循环阀门，压缩空气经空压机进气阀及燃烧室燃烧后进入涡轮，经燃烧后的废气经由涡轮排气管一部分排入大气，另一部分经由废气循环阀回流至燃烧室入口，并与随空压机压缩进来的新鲜空气及进入压气机通过自馈循环联通管进入的空气相混合，重新经过燃烧室；

4）自循环：在热吹的基础上，打开自循环联通阀、压气机自循环联通阀及压气机反馈循环联通阀，关闭压气机放气阀，压缩空气经过空压机进气阀和燃烧室燃烧后进入涡轮，经燃烧后的废气经由涡轮排气管一部分排入大气，另一部分在第一旁路的作用下经由废气循环阀回流至燃烧室入口；另一方面，新鲜空气经空气滤清器被吸入压气机，并从压气机出口排出，经过自循环联通阀与空压机压缩进来的新鲜空气以及从废气循环联通管回流的燃烧废气混合，重新经过燃烧室充分燃烧，并重新进入涡轮做功和经涡轮排气管进入第一旁路，重复循环。

进一步地，在热吹时，需对试验台在冷吹过程中进行高速测试并充分热机：需关闭燃烧室点火开关、废气循环阀及自循环联通阀，打开空压机反馈循环联通阀，由空压机提供的压缩空气经由空压机进气阀、稳流系统、燃烧室、波纹管，进入涡轮进口，并从涡轮排气管排入大气，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，并从自循环联通管经压气机反馈循环联通阀和压气机自循环联通阀作用于反馈循环联通管和压气机反馈循环联通管，反馈作用于整个冷吹循环系统。

进一步地，所述涡轮增压器的转速由调节空压机进气阀的开度来调节；所述压气机流量由压气机放气阀、稳流系统中的稳流阀、空压机自循环联通阀及压气机发聩循环联通阀来调节；所述空压机进气阀、压气机放气阀、压气机自循环联通阀、稳流系统中的稳流阀、压气机反馈循环联通阀均由工控机控制，以信号输出的形式执行；所述燃烧室点火开关由人工控制。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1.本发明用压气机反馈循环第一旁路替代传统试验台完全由空压机提供空气源的冷吹过程，除了能做传统试验台上所能完成的压气机性能试验之外，还能做涡轮增压器循环耐久热循环试验(国家标准该实验为120h)，因此节能和减少排放污染的效果更为明显,回收工质，提高经济性。

2.根据管道中流量计算公式                                                ，式中参数(管道两端水头差)增大，由于该改进管道采用同径且转角处采用弯管接头，沿程阻力系数局部阻力系数所产生的阻力对结果影响较小，流量增大，而且经过加压的空气作用于压气机叶轮，有力的作用，该力作正功，减小了涡轮带动压气机叶轮的能量，从而减小了空压机做功过程中消耗的能量。

3. 为了满足增压器启动过程中对热力学参数的要求，特别是在增压器热启动时，为了加快启动速度，在燃烧室燃烧过程中，通过废气循环第二旁路，使得热力学温度与金属温度相匹配，减少能耗，并且废气再循环，减少了废气的排放。

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的主要结构图；

图3为本发明的低能耗系统压气机和涡轮的受力情况；

图中：1-压气机放气阀  2-压气机反馈循环联通阀  3-空压机放气阀  4-空压机进气阀  5-压气机自循环联通阀  6-自循环联通阀  7-废气循环  8-涡轮增压器  9-连接管  A1-空压机压缩空气进管  A2-稳流系统进气管  A3-废气循环联通管  A4-压气机进气管  A5-反馈循环联通管  A6-压气机反馈循环联通管  A7-自循环联通管  A8-压气机排气管  A9-涡轮排气管  B1-稳流系统  B2-燃烧室  B3-涡轮  B4-滤清器  B5-压气机  B6-润滑系统  B7-冷却系统  B8-波纹管  F1-低能耗系统压气机端受力  F2-涡轮端受力  -第一旁路  -第二旁路。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

参考图1至图3

一种基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台，包括降污染系统和减能耗系统，其特征在于：所述降污染系统包括依次连接的空压机压缩空气进气管A1、空压机进气阀4、燃烧室B2，所述燃烧室连接有用于与涡轮增压器的涡轮B3进气口相连接的联通管，所述联通管为波纹管B8，所述降污染系统还包括与涡轮出气口相连接的涡轮排气管A9，所述空压机进气阀4和燃烧室B2之间的管路与涡轮排气管A9之间并联有具有废气循环阀7及冷却系统B7的废气循环联通管A3以形成第一旁路；所述减能耗系统包括用于与涡轮增压器的压气机B5进气口相连接的压气机进气管A4及与压气机出气口相连接的自循环联通管A7，所述自循环联通管上依次连接有空压机反馈循环联通阀2及与空压机压缩空气进气管相连接的压气机反馈循环联通管A6，所述减能耗系统还包括旁接于空压机压缩空气进气管A1上的空压机放气阀3，所述压气机进气管A4与压气机反馈循环联通阀2之间并联有具有压气机自循环联通阀5的反馈循环通管A5以形成第二旁路，所述自循环联通管上旁接有一带有压气机放气阀1的压气机排气管A8，自循环联通管A7上还旁接有与空压机进气阀4和燃烧室B2之间的管路相联通的连接管9，所述连接管上设置有自循环联通阀6。

本实施例中，所述空压机进气阀与燃烧室之间还设置有稳流系统进气管A2及稳流系统B1，所述废气循环联通管A3一端旁接于稳流系统进气管A2上，另一端旁接于涡轮排气管A9上，所述连接管9一端旁接于自循环联通管A7上，另一端旁接于稳流系统进气管A2上。

本实施例中，为了过滤空气，所述压气机进气管的进气端上还设置有滤清器B4，所述涡轮增压器的旁侧还设置有润滑系统B6，以便对涡轮增压器进行润滑。

本实施例中，还包括测控系统，所述测控系统用以实现试验台的信号采集、信号调理、数据分析处理及显示和控制信号输出，所述测控系统包括有工控机和PLC，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，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。

一种基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台检验涡轮增压器性能的方法，包括以下步骤：

1）将涡轮增压器安装如实验台中：将涡轮增压器的涡轮B3进气口及出气口分别与波纹管B8和涡轮排气管A9相连接，并将涡轮增压器的压气机B4进气口与压气机进气管A4相连接，压气机出气口与自循环联通管A7相连接；

2）冷吹：涡轮增压器在低速的情况下，关闭燃烧室点火开关，关闭废气循环阀7，关闭自循环联通阀6及压气机自循环联通阀5，由空压机提供的压缩空气经由空压机进气阀4、稳流系统B1、燃烧器室B2及波纹管B8进入涡轮B3，并从涡轮排气管A9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B5叶片转动，新鲜空气经过滤清器B4被吸入压气机B5内，并从压气机排气管A8排出，经由压气机放气阀1排入大气；

    3）热吹：涡轮增压器需在高速情况下，打开燃烧室点火开关及废气循环阀门7，压缩空气经空压机进气阀4及燃烧室B2燃烧后进入涡轮B3，经燃烧后的废气经由涡轮排气管A9一部分排入大气，另一部分经由废气循环阀7回流至燃烧室入口，并与随空压机压缩进来的新鲜空气及进入压气机通过自馈循环联通管A7进入的空气相混合，重新经过燃烧室；

4）自循环：在热吹的基础上，打开自循环联通阀6、压气机自循环联通阀2及压气机反馈循环联通阀5，关闭压气机放气阀1，压缩空气经过空压机进气阀4和燃烧室B2燃烧后进入涡轮B3，经燃烧后的废气经由涡轮排气管A9一部分排入大气，另一部分在第一旁路的作用下经由废气循环阀7回流至燃烧室入口；另一方面，新鲜空气经空气滤清器B4被吸入压气机B5，并从压气机出口排出，经过自循环联通阀6与空压机压缩进来的新鲜空气以及从废气循环联通管A3回流的燃烧废气混合，重新经过燃烧室B2充分燃烧，并重新进入涡轮做功和经涡轮排气管A9进入第一旁路1，重复循环。

进一步地，当在高速情况下或者要进行热吹实验，一般要求涡轮增速器的转速较高，因此需要对整个试验台在冷吹过程中进行高速测试并充分热机，使其满足性能；需关闭燃烧室B2点火开关、废气循环阀7及自循环联通阀6，打开空压机反馈循环联通阀2，由空压机提供的压缩空气经由空压机进气阀4、稳流系统B1、燃烧室B2、波纹管B8，进入涡轮B3进口，并从涡轮排气管A9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B5叶片转动，新鲜空气经过空气滤清器B4被吸入压气机B5进口，关闭自循环联通阀6，并从自循环联通管A7经压气机反馈循环联通阀2和压气机自循环联通阀5作用于反馈循环联通管A5和压气机反馈循环联通管A6，加压的空气经过第二旁路进入压气机，作用于加压机上的力F1和作用于涡轮上的力F2同向，做正功，起到了减小阻力矩的作用（如图3所示），从而经过反馈循环联通管A5和压气机反馈循环联通管A6反馈作用于整个冷吹循环系统。

进一步地，所述涡轮增压器的转速由调节空压机进气阀的开度来调节；所述压气机流量由压气机放气阀、稳流系统中的稳流阀、空压机自循环联通阀及压气机发聩循环联通阀来调节；所述空压机进气阀、压气机放气阀、压气机自循环联通阀、稳流系统中的稳流阀、压气机反馈循环联通阀均由工控机控制，以信号输出的形式执行；所述燃烧室点火开关由人工控制。各反馈循环的开关、及各个阀门的开闭通过PLC控制。

本发明实施案例提供的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。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台及检验涡轮增压器性能的方法并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台，包括降污染系统和减能耗系统，其特征在于：所述降污染系统包括依次连接的空压机压缩空气进气管、空压机进气阀、燃烧室，所述燃烧室连接有用于与涡轮增压器的涡轮进气口相连接的联通管，所述降污染系统还包括与涡轮出气口相连接的涡轮排气管，所述空压机进气阀和燃烧室之间的管路与涡轮排气管之间并联有具有废气循环阀及冷却系统的废气循环联通管以形成第一旁路；所述减能耗系统包括用于与涡轮增压器的压气机进气口相连接的压气机进气管及与压气机出气口相连接的自循环联通管，所述自循环联通管上依次连接有空压机反馈循环联通阀及与空压机压缩空气进气管相连接的压气机反馈循环联通管，所述减能耗系统还包括旁接于空压机压缩空气进气管上的空压机放气阀，所述压气机进气管与压气机反馈循环联通阀之间并联有具有压气机自循环联通阀的反馈循环通管以形成第二旁路，所述自循环联通管上旁接有一带有压气机放气阀的压气机排气管，自循环联通管上还旁接有与空压机进气阀和燃烧室之间的管路相联通的连接管，所述连接管上设置有自循环联通阀。

2.根据权利要求1所述的基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台，其特征在于：所述空压机进气阀与燃烧室之间还设置有稳流系统进气管及稳流系统，所述废气循环联通管一端旁接于稳流系统进气管上，另一端旁接于涡轮排气管上，所述连接管一端旁接于自循环联通管上，另一端旁接于稳流系统进气管上。

3.根据权利要求2所述的基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台，其特征在于：所述联通管为波纹管，所述压气机进气管的进气端上还设置有滤清器，所述涡轮增压器的旁侧还设置有润滑系统。

4.根据权利要求3所述的基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台，其特征在于：还包括测控系统，所述测控系统包括有工控机和PLC，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，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。

5.一种检验涡轮增压器性能的方法，包括如权利要求4所述的基于降污染减能耗的涡轮增压器试验台，其特征在于，包括以下步骤：

1）将涡轮增压器的涡轮进气口及出气口分别与波纹管和涡轮排气管相连接，并将涡轮增压器的压气机进气口与压气机进气管相连接，压气机出气口与自循环联通管相连接；

2）冷吹：涡轮增压器在低速的情况下，关闭燃烧室点火开关，关闭废气循环阀，关闭自循环联通阀及压气机自循环联通阀，由空压机提供的压缩空气经由空压机进气阀、稳流系统、燃烧器室及波纹管进入涡轮，并从涡轮排气管排入大气，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，新鲜空气经过滤清器被吸入压气机内，并从压气机排气管排出，经由压气机放气阀排入大气；

 3）热吹：涡轮增压器需在高速情况下，打开燃烧室点火开关及废气循环阀门，压缩空气经空压机进气阀及燃烧室燃烧后进入涡轮，经燃烧后的废气经由涡轮排气管一部分排入大气，另一部分经由废气循环阀回流至燃烧室入口，并与随空压机压缩进来的新鲜空气及进入压气机通过自馈循环联通管进入的空气相混合，重新经过燃烧室；

4）自循环：在热吹的基础上，打开自循环联通阀、压气机自循环联通阀及压气机反馈循环联通阀，关闭压气机放气阀，压缩空气经过空压机进气阀和燃烧室燃烧后进入涡轮，经燃烧后的废气经由涡轮排气管一部分排入大气，另一部分在第一旁路的作用下经由废气循环阀回流至燃烧室入口；另一方面，新鲜空气经空气滤清器被吸入压气机，并从压气机出口排出，经过自循环联通阀与空压机压缩进来的新鲜空气以及从废气循环联通管回流的燃烧废气混合，重新经过燃烧室充分燃烧，并重新进入涡轮做功和经涡轮排气管进入第一旁路，重复循环。

6.根据权利要求5所述的一种检验涡轮增压器性能的方法，其特征在于，在热吹时，需对试验台在冷吹过程中进行高速测试并充分热机：需关闭燃烧室点火开关、废气循环阀及自循环联通阀，打开空压机反馈循环联通阀，由空压机提供的压缩空气经由空压机进气阀、稳流系统、燃烧室、波纹管，进入涡轮进口，并从涡轮排气管排入大气，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，并从自循环联通管经压气机反馈循环联通阀和压气机自循环联通阀作用于反馈循环联通管和压气机反馈循环联通管，反馈作用于整个冷吹循环系统。

7.根据权利要求5或6所述的一种检验涡轮增压器性能的方法，其特征在于，所述涡轮增压器的转速由调节空压机进气阀的开度来调节；所述压气机流量由压气机放气阀、稳流系统中的稳流阀、空压机自循环联通阀及压气机发聩循环联通阀来调节；所述空压机进气阀、压气机放气阀、压气机自循环联通阀、稳流系统中的稳流阀及压气机反馈循环联通阀均由工控机控制，工控机以信号输出的形式执行；所述燃烧室点火开关由人工控制。