CN114017393B - 一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机装置技术领域，具体涉及一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置及其控制方法，包括调整机构、压气机和燃气进气壳；调整机构包括中间体、驱动组件、传动组件、叶片和压板，燃气进气壳连接柴油机，中间体上的驱动组件驱动传动组件带动叶片转动，使得叶片在转动时调整涡轮增压器与柴油机联合运行线相对涡轮增压器压气机性能喘振边界的相对位置，解决了当柴油机的运行工况偏离额定工况时发生喘振会对涡轮增压器运行的可靠性造成影响的问题，同时也可在一定程度上起到优化增压器匹配性能的作用。

Description

一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及发动机装置技术领域，尤其涉及一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置及其控制方法。

背景技术

涡轮增压器的压气机作为柴油机重要部套之一，对柴油机运行起着至关重要的作用。

涡轮增压器与柴油机匹配良好的标志是联合运行线处于压气机性能曲线图的高效率区且具有足够的喘振裕度，而柴油机油耗率、排温等各项性能指标处于理想的状态。

但当柴油机的运行工况偏离额定工况时，涡轮增压器和柴油机的匹配的联合运行线将发生偏移，柴油机的匹配性能可能变差，当联合运行线偏向喘振线，涡轮增压器可能发生喘振，一旦发生喘振，将影响涡轮增压器可靠的运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置及其控制方法，旨在解决当柴油机的运行工况偏离额定工况时发生喘振会对涡轮增压器运行的可靠性造成影响的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置，包括调整机构、压气机和燃气进气壳；

所述调整机构包括中间体、驱动组件、传动组件、若干叶片和压板，所述燃气进气壳与所述中间体固定连接，并位于所述中间体的一侧，所述驱动组件与所述中间体固定连接，并位于所述中间体外侧壁，所述传动组件与所述驱动组件转动连接，并位于远离所述中间体的一侧，若干所述叶片分别与所述传动组件固定连接，均位于所述中间体内，所述压板与所述压气机固定连接，并位于靠近所述中间体的一侧，且所述中间体与所述压板和所述压气机固定连接。

其中，所述驱动组件包括三个定位凸台、两个支撑板、两个第一螺栓轴和两个直线电机，三个所述定位凸台与所述中间体固定连接，均位于所述中间体外侧壁，两个所述支撑板分别与所述中间体固定连接，分别位于所述中间体的两侧，两个所述第一螺栓轴分别与两个所述支撑板转动连接，两个所述直线电机分别与两个所述第一螺栓轴转动连接，均位于所述第一螺栓轴外侧壁。

其中，所述传动组件包括两个第二螺栓轴、两个传动臂、传动环和传动块，两个所述第二螺栓轴分别与两个所述直线电机输出端转动连接，两个所述传动臂分别与两个所述第二螺栓轴转动连接，均位于所述第二螺栓轴外侧壁，所述传动环与两个所述传动臂固定连接，并位于两个所述传动臂之间，所述传动块的一侧与所述传动环固定连接，所述传动块的另一侧与若干所述叶片固定连接，并位于所述传动环与所述叶片之间。

其中，所述调整机构还包括若干弹簧，所述中间体具有若干沉孔，若干所述弹簧分别与所述沉孔固定连接，均位于靠近所述叶片的一侧。

其中，所述调整机构还包括若干轴套，若干所述轴套两个轴套成对设置于一个所述叶片上，且若干所述轴套的外圈分别与所述中间体固定连接，若干所述轴套的内圈分别与若干所述叶片转动连接。

其中，所述压气机包括机壳、叶轮壳罩和压气叶轮，所述机壳与所述压板固定连接，并位于靠近所述中间体的一侧，所述叶轮壳罩与所述机壳固定连接，并位于所述机壳内，所述压气叶轮与所述叶轮壳罩转动连接，并设置于所述叶轮壳罩内。

第二方面，本发明提供了一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置控制方法，包括：

将涡轮增压器的压气机的性能数据化；

对直线电机进行位移量调试；

将位移量调试结果与涡轮增压器和柴油机进行匹配，开展试验标定；

对匹配好的涡轮增压器和柴油机开展联合试验；

基于位移量调试、试验标定和联合试验的结果进行控制逻辑设计；

基于控制逻辑设计对涡轮增压器和柴油机进行调试试验。

本发明的一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置，通过所述燃气进气壳连接柴油机，所述中间体上的所述驱动组件驱动所述传动组件带动若干所述叶片转动，使得若干所述叶片在转动调整涡轮增压器与柴油机联合运行线相对涡轮增压器压气机性能喘振边界的相对位置，解决了当柴油机的运行工况偏离额定工况时发生喘振会对涡轮增压器运行的可靠性造成影响的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置的结构示意图。

图2是本发明提供的一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置叶片方向的剖视图。

图3是图2沿A-A面的剖视图。

图4是叶片、叶轮壳罩和压气叶轮的剖视图。

图5是本发明提供的一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置控制方法流程图。

图6是压气机性能曲线图。

附图标记：1-调整机构、2-压气机、3-燃气进气壳、4-中间体、5-驱动组件、6-传动组件、7-叶片、8-压板、9-定位凸台、10-第一螺栓轴、11-直线电机、12-传动臂、13-传动块、14-传动环、15-弹簧、16-轴套、17-机壳、18-叶轮壳罩、19-压气叶轮、20-第二螺栓轴、21-支撑板、22-沉孔。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图4，本发明提供了一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置，包括调整机构1、压气机2和燃气进气壳3；

所述调整机构1包括中间体4、驱动组件5、传动组件6、若干叶片7和压板8，所述燃气进气壳3与所述中间体4固定连接，并位于所述中间体4的一侧，所述驱动组件5与所述中间体4固定连接，并位于所述中间体4外侧壁，所述传动组件6与所述驱动组件5转动连接，并位于远离所述中间体4的一侧，若干所述叶片7分别与所述传动组件6固定连接，均位于所述中间体4内，所述压板8与所述压气机2固定连接，并位于靠近所述中间体4的一侧，且所述中间体4与所述压板8和所述压气机2固定连接。

在本实施方式中，通过所述燃气进气壳3连接柴油机废气排气口，通过所述压气机的机壳17连接柴油机的中冷器入口，所述调整机构1用于所述调整涡轮增压器与柴油机联合运行线相对涡轮增压器压气机性能喘振边界的相对位置，具体为，所述中间体4为所述燃气进气壳3和所述压气机2提供安装条件，所述压气机2通过螺栓固定在所述压板8上，并将所述中间体4夹在所述压气机2与所述压板8之间，增加所述压气机2在所述中间体4上的稳定性，所述中间体4上的所述驱动组件5驱动所述传动组件6带动若干所述叶片7在所述压气机2上转动，调整涡轮增压器与柴油机联合运行线相对涡轮增压器压气机性能喘振边界的相对位置，解决了当柴油机的运行工况偏离额定工况时发生喘振会对涡轮增压器运行的可靠性造成影响的问题。

进一步的，所述驱动组件5包括三个定位凸台9、两个支撑板21、两个第一螺栓轴10和两个直线电机11，三个所述定位凸台9与所述中间体4固定连接，均位于所述中间体4外侧壁，两个所述支撑板21分别与所述中间体4固定连接，分别位于所述中间体4的两侧，两个所述第一螺栓轴10分别与两个所述支撑板21转动连接，两个所述直线电机11分别与两个所述第一螺栓轴10转动连接，均位于所述第一螺栓轴10外侧壁；所述传动组件6包括两个第二螺栓轴20、两个传动臂12、传动环14和传动块13，两个所述第二螺栓轴20分别与两个所述直线电机11输出端转动连接，两个所述传动臂12分别与两个所述第二螺栓轴20转动连接，均位于所述第二螺栓轴20外侧壁，所述传动环14与两个所述传动臂12固定连接，并位于两个所述传动臂12之间，所述传动块13的一侧与所述传动环14固定连接，所述传动块13的另一侧与若干所述叶片7固定连接，并位于所述传动环14与所述叶片7之间；所述调整机构1还包括若干弹簧15，所述中间体4具有若干沉孔22，若干所述弹簧15分别与所述沉孔22固定连接，均位于靠近所述叶片7的一侧；所述调整机构1还包括若干轴套16，若干所述轴套16两个轴套16成对设置于一个所述叶片7上，且若干所述轴套16的外圈分别与所述中间体4固定连接，若干所述轴套16的内圈分别与若干所述叶片7转动连接。

在本实施方式中，所述驱动组件5通过所述支撑板21与所述中间体4靠近压气机2端法兰面固定连接，所述直线电机11通过所述第一螺栓轴10在所述支撑板21上转动，在所述直线电机11驱动所述传动组件6的所述传动臂12推动所述传动环14转动时与所述支撑板21发生的角度变化通过所述第一螺栓轴10进行相应的调整，所述直线电机11与所述传动臂12之间发生的角度变化通过在所述第二螺栓轴20上转动进行相应调整，所述传动环14在所述传动臂12的推动下带动所述传动块13上的所述叶片7通过所述轴套16在所述中间体4上转动，所述定位凸台9用于限制所述传动环14的转动角度，所述沉孔22内的弹簧15工作时处于压缩状态，所述弹簧15的回弹与所述叶片7接触，可填充所述叶片7远离所述压板8的一侧与所述中间体4之间的间隙，增加所述叶片7在转动时的稳定性。

进一步的，所述压气机包括机壳17、叶轮壳罩18和压气叶轮19，所述机壳17与所述压板8固定连接，并位于靠近所述中间体4的一侧，所述叶轮壳罩18与所述机壳17固定连接，并位于所述机壳17内，所述压气叶轮19设置于所述叶轮壳罩18内。

在本实施方式中，所述机壳17为所述叶轮壳罩18和柴油机的中冷器入口提供安装条件，所述叶片7在所述压气叶轮19与所述叶轮壳罩18之间转动，调整涡轮增压器与柴油机联合运行线相对涡轮增压器压气机性能喘振边界的相对位置。

请参阅图5至图6，第二方面，本发明提供了一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置控制方法，包括：

S101、将涡轮增压器的压气机2的性能数据化；

开展匹配确定的涡轮增压器的所述涡轮增压器的所述压气机2的性能试验，对设计确定的所述涡轮增压器的所述压气机2的性能进行修正，确定实际的所述压气机性能图谱，所述压气机性能图谱包括的数据有相似体积流量为横坐标、压比为纵坐标的等相似转速线、等绝热效率线和喘振线，并数据化。因所述压气机性能具有两两对应性，即在相似体积流量、相似转速、压比、效率四个参数中只要确定了其中任意两个参数，另外两个参数即可确定。故V₂₉₈＝f(n₂₉₈,π)，为运行线调节提供了数据基础。

S102、对直线电机11进行位移量调试；

试验确定所述直线电机11行程与扩压器的所述叶片7角度的对应关系，行程测量通过位移传感器实现。在所述叶片7的设计角度范围内(θ)对应了所述直线电机11的位移量(m)，即θ∝m，但所述叶片7角度不方便测量，通过所述叶片7喉口直径间接测量，即φa∝m。

S103、将位移量调试结果与涡轮增压器和柴油机进行匹配，开展试验标定；

通过调整所述直线电机11位移量来调整所述叶片7的角度在匹配的所述叶片7规格角度范围，按相同的柴油机试验条件将柴油机工况拉升到标定点，通过对柴油机匹配的主要参数指标油耗、排温、爆压的综合对比，来判断所述扩压器的上的所述叶片7角度的执行情况是否与理论相符。

S104、对匹配好的涡轮增压器和柴油机开展联合试验；

试验的目的是评判在柴油机运行限制参数范围内(极限排温)所述叶片7角度可调节范围，极限排温按经验估计为：T_m＝2(t₁-t₀)，T_m极限排温，t₁柴油机运行极限环境温度，t₀试验时的环境温度。

S105、基于位移量调试、试验标定和联合试验的结果进行控制逻辑设计；

在联合试验确定的所述叶片7可调节角度范围内的调节是安全的，由经验可知角度调节的方向，减小所述叶片7角度运行线远离喘振线，喘振裕度增加；增大所述叶片7角度运行线靠近喘振线，喘振裕度降低，但所述压气机2效率会增加。由实时采集的增压器实测转速N计算相似转速n₂₉₈＝N(298/T₀)⁰ _. ⁵，T₀为环境温度；由实时采集的所述压气机2出口压力P₂及环境压力P₀计算压比π＝P₂/P₀。将所述压气机性能的数据按线性插值计算得到的n₂₉₈等转速线数据(相似体积流量、压比)，由计算压比π根据线性插值计算得到的n₂₉₈等转速线数据线性插值得到对应于压比π的相似体积流量V₁，由计算压比π根据所述压气机性能喘振线数据线性插值得到喘振流量V2，则喘振裕度X＝(V1-V2)/V2，设定X≤5％时，控制器发出调节所述直线电机11正位移量的启动信号，所述直线电机11发生相应正位移的动作，通过调整机构1，减小所述叶片7角度θ，从而增大喘振裕度，当无可选调节档位时，X≤5％报警提示用户清洗进气过滤消音器或报警并降低负载；设定X≥20％时，控制器发出调节所述直线电机11负位移量的启动信号，所述直线电机11发生相应负位移的动作，通过调整机构1，增大所述叶片7角度θ，从而减小喘振裕度，当X＝12％-19％时，停止调节，从而使增压器运行在合适的喘振裕度范围，通常在该范围增压器的效率相对较高，所以间接改善了匹配运行的性能。当无可选调节档位时，X≤5％报警提示用户清洗进气过滤消音器或报警并降低负载。控制器上应设置手动控制、自动控制，所述直线电机11位移量、喘振裕度等应反馈至控制器。

S106、基于控制逻辑设计对涡轮增压器和柴油机进行调试试验。

将控制器置于手动，在柴油机上开展喘振试验，确定喘振裕度。然后将控制器置于自动控制，开展喘振试验，看控制是否按预设逻辑动作，视试验情况，对设定参数或控制逻辑进行调整，并重新开展调试试验，直到达到预期，最后定型。

本发明提供的一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置控制方法的主要特点在于：

1、扩压器角度调节档位的划分与设计的所述叶片7的角度划分一致；

2、用于控制的增压器参数是柴油机通常采集测量的参数，即所述涡轮增压器出口压力和增压器转速；

3、调节喘振裕度的范围是基于试验确定的范围，不同的匹配情况，该调节范围可能不同；

4、控制逻辑没有复杂的函数计算；

5、涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置与柴油机的试验进行标定，通过判断对比柴油机匹配的主要参数来评判可调式扩压器的控制执行与理论的相符程度；

6、所述涡轮增压器角度可调节范围试验时，极限排温按经验估计为：T_m＝2(t₁-t₀)，T_m极限排温，t₁柴油机运行极限环境温度，t₀试验时的环境温度；

7、喘振调节时，所述叶片7角度调整的方向是按经验规律确定的，即减小所述叶片7的角度运行线远离喘振线，喘振裕度增加；增大所述叶片7的角度运行线靠近喘振线，喘振裕度降低，但所述涡轮增压器效率会增加。

以上所揭露的仅为本发明一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置及其控制方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置，其特征在于，

包括调整机构、压气机和燃气进气壳；

所述调整机构包括中间体、驱动组件、传动组件、若干叶片和压板，所述燃气进气壳与所述中间体固定连接，并位于所述中间体的一侧，所述驱动组件与所述中间体固定连接，并位于所述中间体外侧壁，所述传动组件与所述驱动组件转动连接，并位于远离所述中间体的一侧，若干所述叶片分别与所述传动组件固定连接，均位于所述中间体内，所述压板与所述压气机固定连接，并位于靠近所述中间体的一侧，且所述中间体与所述压板和所述压气机固定连接；

所述驱动组件包括三个定位凸台、两个支撑板、两个第一螺栓轴和两个直线电机，三个所述定位凸台与所述中间体固定连接，均位于所述中间体外侧壁，两个所述支撑板分别与所述中间体固定连接，分别位于所述中间体的两侧，两个所述第一螺栓轴分别与两个所述支撑板转动连接，两个所述直线电机分别与两个所述第一螺栓轴转动连接，均位于所述第一螺栓轴外侧壁；

所述传动组件包括两个第二螺栓轴、两个传动臂、传动环和传动块，两个所述第二螺栓轴分别与两个所述直线电机输出端转动连接，两个所述传动臂分别与两个所述第二螺栓轴转动连接，均位于所述第二螺栓轴外侧壁，所述传动环与两个所述传动臂固定连接，并位于两个所述传动臂之间，所述传动块的一侧与所述传动环固定连接，所述传动块的另一侧与若干所述叶片固定连接，并位于所述传动环与所述叶片之间；

所述调整机构还包括若干弹簧，所述中间体具有若干沉孔，若干所述弹簧分别与所述沉孔固定连接，均位于靠近所述叶片的一侧；

所述调整机构还包括若干轴套，若干所述轴套两个轴套成对设置于一个所述叶片上，且若干所述轴套的外圈分别与所述中间体固定连接，若干所述轴套的内圈分别与若干所述叶片转动连接。

2.如权利要求1所述的涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置，其特征在于，

所述压气机包括机壳、叶轮壳罩和压气叶轮，所述机壳与所述压板固定连接，并位于靠近所述中间体的一侧，所述叶轮壳罩与所述机壳固定连接，并位于所述机壳内，所述压气叶轮设置于所述叶轮壳罩内。

3.一种涡轮增压器电控可调式叶片扩压器装置控制方法，应用于权利要求2所述的轮增压器电控可调式叶片扩压器装置，其特征在于，包括：

将涡轮增压器的压气机的性能数据化；

对直线电机进行位移量调试；

将位移量调试结果与涡轮增压器和柴油机进行匹配，开展试验标定；

对匹配好的涡轮增压器和柴油机开展联合试验；

基于位移量调试、试验标定和联合试验的结果进行控制逻辑设计；

基于控制逻辑设计对涡轮增压器和柴油机进行调试试验。