CN108645622A - 一种涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器，其包括依次紧固的上游板状壳体、中间板状壳体和下游板状壳体；上游板状壳体和下游板状壳体上均设有对称的2个开孔，且位于上游板状壳体的对称的2个开孔和位于下游板状壳体的对称的2个开孔相互对齐；上游板状壳体和/或下游板状壳体内安装有用于支撑第一转动轴和第二转动轴的轴承，第一转动轴和第二转动轴上分别安装有第一转动盘和第二转动盘，第一转动盘和第二转动盘均位于中间板状壳体中，第一转动盘和第二转动盘上分别沿圆周均布有N个排气通道；N个排气通道随第一转动盘和第二转动盘的转动依次经过对称的2个开孔；本发明的优点是能产生不同频率的压力波用以模拟发动机的各种工况。
Description
技术领域
本发明涉及一种涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器，属于发动机涡轮增压器性能测试技术领域。
背景技术
随着能源危机的日益加剧和环保法规的日益严格，对内燃机的经济性能、动力性能和排放性能等提出了更高的要求，需要对整个增压系统进行更加精细化的设计和匹配。根据排气能量的利用方式不同，涡轮增压分为定压涡轮增压系统和脉冲涡轮增压系统。
在脉冲涡轮增压系统中，存在着较大的压力波动，这一压力波动使涡轮进口的气体状态在发动机的稳态工作状态下仍然呈周期性变化。以往受理论知识、试验手段等因素限制，通常涡轮的设计、计算和试验都是基于稳态流动条件进行的。但是在实际的车用工况下，涡轮内的流动往往是脉冲的非稳态流动，涡轮的性能在脉冲流动和稳态流动下存在一定的偏离，为增压系统的设计、计算和匹配带来了很大的困难。因此，研究在脉冲进气条件下涡轮的非稳态特性，分析各种因素对涡轮特性的影响显得尤为重要。
为了降低试验成本，提高测试效率，经常采用脉冲发生器模拟增压发动机的实际排气压力波状况，进行涡轮增压器的非稳态特性测试。在此前的研究中，曾采用过转子式和转盘式两种形式的脉冲发生器。转子式脉冲发生器由于结构上的原因，会在2个脉冲波之间出现一段时间的“断气”现象，且转子式脉冲发生器的开口通道形状很难调整，产生的压力波形比较单一；此前设计的转盘式脉冲发生器不尽完善之处在于转盘的开口形状比较规则，由此产生的是一种较为规则的类正弦波，不能准确模拟增压发动机的实际排气压力波状况，进行涡轮增压器的非稳态特性测试。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种产生不同频率的压力波模拟发动机的各种工况的涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器。
本发明采用了如下技术方案：
一种涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器，其包括壳体，所述壳体包括依次排列紧固的上游板状壳体、中间板状壳体和下游板状壳体；所述上游板状壳体和下游板状壳体上均设有对称的2个开孔，且位于上游板状壳体的对称的2个开孔和位于下游板状壳体的对称的2个开孔相互对齐；
所述上游板状壳体内安装有用于支撑第一转动轴和第二转动轴的轴承，和/或，所述下游板状壳体内安装有用于支撑第一转动轴和第二转动轴的轴承，所述第一转动轴和第二转动轴上分别安装有第一转动盘和第二转动盘，所述第一转动盘和第二转动盘均位于中间板状壳体中，所述第一转动盘和第二转动盘上分别沿圆周均布有N个排气通道；N大于等于2；N个所述排气通道随第一转动盘和第二转动盘的转动依次经过所述对称的2个开孔；
所述第一转动轴和第二转动轴依靠外力转动。
进一步的，所述上游板状壳体的对称的2个开孔分别连通上游两路管，所述下游板状壳体的对称的2个开孔分别连通下游两路管，并经所述下游两路管连通被测增压器。
进一步的，所述上游两路管为两路并排设置的管道，所述下游两路管为两路并排设置的管道。
进一步的，所述上游板状壳体、中间板状壳体和下游板状壳体之间设置有密封铜垫。
进一步的，当所述排气通道的数量为3个时，每个排气通道开启的持续时间对应其所在的第一转动轴或第二转动轴旋转120°，其所在的第一转动轴或第二转动轴旋转一周产生3个脉冲。
进一步的，所述第一转动轴和第二转动轴伸出所述壳体，且其与上游板状壳体或下游板状壳体之间设置有密封橡胶圈。
进一步的，所述排气通道的通道线型为带有凸起的半圆弧形状。
进一步的，所述排气通道的通道线型为段式圆弧结构，其依次由第一曲线、第二曲线和第三曲线首尾相接组成；所述第一曲线和第二曲线构成凸起。
进一步的，所述第一转动轴和第二转动轴伸出所述壳体的部分上分别安装有第一带轮和第二带轮，所述第一带轮和第二带轮分别通过第一传动带和第二传动带连接至电动机输出轴上。
进一步的，本发明还包括设置在壳体上的用来保证所述壳体和相应轴承对心的平板定位销。
进一步的，所述轴承为角接触球轴承。
进一步的，所述第一转动轴和第二转动轴分别通过对应的转动盘平键9带动所述第一转动盘和第二转动盘转动。
进一步的，所述电动机为调速电动机；通过调节调频器输入给电动机的电源频率来实现不同频率的压力波。
进一步的，所述电动机的输出轴上设有电动机端带轮，所述第一带轮和第二带轮分别通过第一传动带和第二传动带与电动机输出轴上的电动机端带轮相连接。
进一步的，所述第一带轮上设有第一带轮安装定位销，所述第二带轮上设有第二带轮安装定位销。
进一步的，所述第一转动轴通过第一带轮平键带动所述第一带轮转动；所述第二转动轴通过第二带轮平键带动所述第二带轮转动。
进一步的，所述电动机端带轮、所述第一带轮和第二带轮均为齿形带轮，所述第一传动带和第二传动带均为齿形带，以防止带轮打滑，保证了动力传递的可靠性。
进一步的，所述上游板状壳体、中间板状壳体和下游板状壳体上设置有贯穿三者的螺栓，所述螺栓的两端设有用于紧固的螺母，所述螺母通过弹簧垫圈紧固。
进一步的，所述下游两路管为首尾相通的过渡段管和涡轮口流动发展和测量段管，所述下游板状壳体上对称的2个开孔和过渡段管相连通，所述被测增压器和涡轮口流动发展和测量段管相连通。
进一步的，本发明还包括在壳体上的相位定位销，用来定位同步进气和异相进气时第一转动盘和第二转动盘的相位差。
为了保证在各角度下脉冲发生器中第一转动盘和第二转动盘的精确定位，设计了定位机构，定位平板的一端与对应的第一转动轴或第二转动轴通过平键连接在一起，另一端插入相位定位销，通过将相位定位销插入上游板状壳体上各角度对应的定位小孔来获得精确的定位。
本发明的有益效果如下：
本发明通过在下游板状壳体和上游板状壳体上开设对称的2个开孔，并分别连接上、下游两路管，气源中的压缩空气经过滤器、加热器后，依次通过相互连通的上游两路管、脉冲发生器、下游两路管至被测增压器的涡轮腔室，第一转动轴和第二转动轴通过轴承贯穿放置在壳体内，通过线切割分别在第一转动盘和第二转动盘上加工出N个预先设计好的等距分布的排气通道，优选N个排气通道的数量为3个，第一转动盘和第二转动盘上的排气通道与下游板状壳体和上游板状壳体上开设的对称的2个开孔重合时产生流动，能够产生类似于发动机排气的压力波形。
由于排气通道随第一转动盘和第二转动盘的转动依次经过所述对称的2个开孔，排气通道的通道线型为带有凸起的半圆弧形状，能够增加最初交叠时的流通面积，以提高压力波上升的速度。进一步，排气通道的通道线型为3段式圆弧结构，通道线型的最上部分即最开始交叠的部分为下凹曲线，即第一曲线，通道线型下半部分为圆弧曲线，即第三曲线，第一曲线和第三曲线中间采取平滑的过渡，即第二曲线；各条曲线的弧度可根据具体设计参数得到。
第一转动盘和第二转动盘的转速受第一转动轴和第二转动轴的带动，不同的转动频率可以产生不同频率的压力波以模拟发动机的各种工况。
第一转动盘和第二转动盘的起始相位可以不同，因此可以产生不同相位的两路压力波，以模拟典型的六缸发动机中涡轮双通道异相进气的现象，进行涡轮增压器的非稳态特性测试，为涡轮的设计和增压器与发动机的匹配提供了一定的参考。
附图说明
图1为本发明的脉冲发生器安装位置示意图。
图2为本发明的脉冲发生器和电动机的连接结构示意图。
图3为本发明的脉冲发生器的结构示意图。
图4为图3的A-A剖视图。
图5为本发明的脉冲发生器的中间壳体的结构示意图。
其中，1下游板状壳体、2中间板状壳体、3密封铜垫、4上游板状壳体、5螺栓、6螺母、7弹簧垫圈、8-1第一转动盘、8-2第二转动盘、9转动盘平键、10角接触球轴承、11第一带轮、12第一带轮安装定位销、13第一转动轴、14第一带轮平键、15密封橡胶圈、16平板定位销、17第二转动轴、18第二带轮、19对称的2个开孔、20第二带轮安装定位销、21第二带轮平键、22电动机、23第一传动带、24第二传动带、25上游两路管、26脉冲发生器、27过渡段管、28被测增压器、29涡轮口流动发展和测量段管、30电动机端带轮、31通道线型、31-1第一曲线、31-2第二曲线、31-3第三曲线、32凸起、33排气通道。
具体实施方式
下面结合图1-图5和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1-图5所示，本实施例涉及一种涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器，其包括壳体，所述壳体包括依次排列紧固的上游板状壳体4、中间板状壳体2和下游板状壳体1；所述上游板状壳体4和下游板状壳体1上均设有对称的2个开孔19，且位于上游板状壳体4的对称的2个开孔19和位于下游板状壳体1的对称的2个开孔19相互对齐；
所述上游板状壳体4内安装有用于支撑第一转动轴13和第二转动轴17的轴承，和/或，所述下游板状壳体1内安装有用于支撑第一转动轴13和第二转动轴17的轴承，所述第一转动轴13和第二转动轴17上分别安装有第一转动盘8-1和第二转动盘8-2，所述第一转动盘8-1和第二转动盘8-2均位于中间板状壳体2中，所述第一转动盘8-1和第二转动盘8-2上分别沿圆周均布有N个排气通道33；N大于等于2；N个所述排气通道33随第一转动盘8-1和第二转动盘8-2的转动依次经过所述对称的2个开孔19，一般所述排气通道33的形状和所述对称的2个开孔19的形状不同；
所述第一转动轴13和第二转动轴17依靠外力转动。
进一步的，所述上游板状壳体4的对称的2个开孔19分别连通上游两路管25，所述下游板状壳体1的对称的2个开孔19分别连通下游两路管，并经所述下游两路管连通被测增压器28。
进一步的，所述上游两路管25为两路并排设置的管道，所述下游两路管为两路并排设置的管道。
进一步的，所述上游板状壳体4、中间板状壳体2和下游板状壳体1之间设置有密封铜垫3。
进一步的，当所述排气通道33的数量为3个时，每个排气通道33开启的持续时间对应其所在的第一转动轴13或第二转动轴17旋转120°，其所在的第一转动轴13或第二转动轴17旋转一周产生3个脉冲。
进一步的，所述第一转动轴13和第二转动轴17伸出所述壳体，且其与上游板状壳体4或下游板状壳体1之间设置有密封橡胶圈15。
进一步的，所述排气通道33的通道线型31为带有凸起32的半圆弧形状。
进一步的，所述排气通道33的通道线型31为3段式圆弧结构，其依次由第一曲线31-1、第二曲线31-2和第三曲线31-3首尾相接组成；所述第一曲线31-1和第二曲线31-2构成凸起32。
进一步的，所述第一转动轴13和第二转动轴17伸出所述壳体的部分上分别安装有第一带轮11和第二带轮18，所述第一带轮11和第二带轮18分别通过第一传动带23和第二传动带24连接至电动机22输出轴上。
进一步的，本发明还包括设置在壳体上的用来保证所述壳体和相应轴承对心的平板定位销16。
进一步的，所述轴承为角接触球轴承10。
进一步的，所述第一转动轴13和第二转动轴17分别通过对应的转动盘平键9带动所述第一转动盘8-1和第二转动盘8-2转动。
进一步的，所述电动机22为调速电动机；通过调节调频器输入给电动机22的电源频率来实现不同频率的压力波。
进一步的，所述电动机22的输出轴上设有电动机端带轮30，所述第一带轮11和第二带轮18分别通过第一传动带23和第二传动带24与电动机22输出轴上的电动机端带轮30相连接。
进一步的，所述第一带轮11上设有第一带轮安装定位销12，所述第二带轮18上设有第二带轮安装定位销20。
进一步的，所述第一转动轴13通过第一带轮平键14带动所述第一带轮11转动；所述第二转动轴17通过第二带轮平键21带动所述第二带轮18转动。
进一步的，所述电动机端带轮30、所述第一带轮11和第二带轮18均为齿形带轮，所述第一传动带23和第二传动带24均为齿形带，以防止带轮打滑，保证了动力传递的可靠性。
进一步的，所述上游板状壳体4、中间板状壳体2和下游板状壳体1上设置有贯穿三者的螺栓5，所述螺栓5的两端设有用于紧固的螺母6，所述螺母6通过弹簧垫圈7紧固。
进一步的，所述下游两路管为首尾相通的过渡段管27和涡轮口流动发展和测量段管29，所述下游板状壳体1上对称的2个开孔19和过渡段管27相连通，所述被测增压器28和涡轮口流动发展和测量段管29相连通。
进一步的，本发明还包括在壳体上的相位定位销，用来定位同步进气和异相进气时第一转动盘8-1和第二转动盘8-2的相位差。
为了保证在各角度下脉冲发生器26中第一转动盘8-1和第二转动盘8-2的精确定位，设计了定位机构，定位平板的一端与对应的第一转动轴13或第二转动轴17通过平键连接在一起，另一端插入相位定位销，通过将相位定位销插入上游板状壳体4上各角度对应的定位小孔来获得精确的定位。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器，其特征在于：其包括壳体，所述壳体包括依次排列紧固的上游板状壳体（4）、中间板状壳体（2）和下游板状壳体（1）；所述上游板状壳体（4）和下游板状壳体（1）上均设有对称的2个开孔（19），且位于上游板状壳体（4）的对称的2个开孔（19）和位于下游板状壳体（1）的对称的2个开孔（19）相互对齐；
所述上游板状壳体（4）内安装有用于支撑第一转动轴（13）和第二转动轴（17）的轴承，和/或，所述下游板状壳体（1）内安装有用于支撑第一转动轴（13）和第二转动轴（17）的轴承，所述第一转动轴（13）和第二转动轴（17）上分别安装有第一转动盘（8-1）和第二转动盘（8-2），所述第一转动盘（8-1）和第二转动盘（8-2）均位于中间板状壳体（2）中，所述第一转动盘（8-1）和第二转动盘（8-2）上分别沿圆周均布有N个排气通道（33）；N大于等于2；N个所述排气通道（33）随第一转动盘（8-1）和第二转动盘（8-2）的转动依次经过所述对称的2个开孔（19）；
所述第一转动轴（13）和第二转动轴（17）依靠外力转动。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器，其特征在于：所述上游板状壳体（4）的对称的2个开孔（19）分别连通上游两路管（25），所述下游板状壳体（1）的对称的2个开孔（19）分别连通下游两路管，并经所述下游两路管连通被测增压器（28）。
3.根据权利要求2所述的涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器，其特征在于：所述上游两路管（25）为两路并排设置的管道，所述下游两路管为两路并排设置的管道。
4.根据权利要求1所述的涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器，其特征在于：所述上游板状壳体（4）、中间板状壳体（2）和下游板状壳体（1）之间设置有密封铜垫（3）。
5.根据权利要求1所述的涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器，其特征在于：当所述排气通道（33）的数量为3个时，每个排气通道（33）开启的持续时间对应其所在的第一转动轴（13）或第二转动轴（17）旋转120°，其所在的第一转动轴（13）或第二转动轴（17）旋转一周产生3个脉冲。
6.根据权利要求1所述的涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器，其特征在于：所述第一转动轴（13）和第二转动轴（17）伸出所述壳体，且其与上游板状壳体（4）或下游板状壳体（1）之间设置有密封橡胶圈（15）。
7.根据权利要求1所述的涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器，其特征在于：所述排气通道（33）的通道线型（31）为带有凸起（32）的半圆弧形状。
8.根据权利要求1或7所述的涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器，其特征在于：所述排气通道（33）的通道线型（31）为3段式圆弧结构，其依次由第一曲线（31-1）、第二曲线（31-2）和第三曲线（31-3）首尾相接组成；所述第一曲线（31-1）和第二曲线（31-2）构成凸起（32）。
9.根据权利要求1所述的涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器，其特征在于：所述第一转动轴（13）和第二转动轴（17）伸出所述壳体的部分上分别安装有第一带轮（11）和第二带轮（18），所述第一带轮（11）和第二带轮（18）分别通过第一传动带（23）和第二传动带（24）连接至电动机（22）输出轴上。
10.根据权利要求1所述的涡轮增压器非稳态特性测试用脉冲发生器，其特征在于：其还包括设置在壳体上的用来保证所述壳体和相应轴承对心的平板定位销（16）。
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