CN1316236C - 涡轮增压器摩擦功率测量试验台 - Google Patents

Abstract

一种涡轮增压器摩擦功率测量试验台，涉及机械领域，用于测量涡轮增压器的摩擦功。该试验台包括，驱动增压器的喷嘴，开关压缩气体的电磁阀，压缩气体管路，气罐，检测转速信号的磁电式转速传感器，信号线，A/D转换，进行数据处理的计算机，供给润滑油的进油管，回油管，油箱及油温油压保障系统。该试验台是基于这样一种原理来测量涡轮增压器的摩擦功，即当增压器转子不受其它外来力矩作用的时候，摩擦力矩是导致其转速变化的唯一原因。因此，可以根据增压器转子转速随时间的变化率，来计算摩擦力矩的大小，从而计算出摩擦功。

Description

涡轮增压器摩擦功率测量试验台

技术领域

本发明为涡轮增压器摩擦功率测量试验台，涉及机械领域。该试验台可以用于增压器生产厂或增压器研究单位对涡轮增压器摩擦功率的测量。

背景技术

如图1所示，涡轮增压器的转子由轴承支撑，目前对于车用涡轮增压器来说，一般为两个浮动轴承和一个止推轴承。也有增压器采用其它轴承形式如半浮动轴承，滚珠轴承，空气轴承等。但是，不管采用何种轴承，由于摩擦力矩的存在，轴承都消耗了一部分功率。

增压器的摩擦功大小影响着增压器的总效率。很多厂家和研究机构尝试使用不同类型和结构的轴承，以降低增压器的摩擦功。但是，目前还没有合适的测量增压器摩擦功率的手段和方法，所以也就缺乏对增压器结构设计的指导。

有些研究尝试根据增压器润滑油进出口油温的变化，根据热平衡的原理，来计算摩擦功率。但是，这存在着润滑油流量及温度不易测量准确，润滑油油温易受外界热辐射影响等问题。而且，也无专用试验台，一般是在测量增压器流通特性的试验台上进行。

经过对国内外文献检索，未找到专门用于测量涡轮增压器摩擦功率试验台的有关文献。

发明内容

本发明是针对上述情况而提供的一种用于测量涡轮增压器摩擦功率的试验台。试验台设置有气动喷嘴，该喷嘴通过电磁阀、压缩气体管路与气罐相连，磁电式转速传感器装于被测增压器上，并通过A/D转换、信号线与计算机相连，试验台设置有油箱及油温油压保障系统，并分别与进油管、回油管相连。本发明的工作原理是当增压器转子不受其它外来力矩作用的时候，摩擦力矩是导致其转速变化的唯一原因。因此，可以根据增压器转子转速随时间的变化率，来计算摩擦力矩的大小，从而计算出摩擦功。

附图说明

图1为涡轮增压器的剖面图

图2为涡轮增压器轴承摩擦功率测量试验台的原理示意图

图3为涡轮增压器转子转速随时间变化的示意图

图中：止推轴承1，浮动轴承2和3，压气机壳4，带磁螺母5，压气机叶轮6，轴承体回油口7，涡轮叶轮8，回油管9，油箱及油温油压保障系统10，气动喷嘴11，电磁阀12，压缩气体管路13，气罐14，进油管15，计算机16，A/D转换17，信号线18，磁电式转速传感器19。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

试验台设置有气动喷嘴11，喷嘴11通过电磁阀12、压缩气体管路13与气罐14相连，磁电式转速传感器19装于被测增压器上，并通过A/D转换17、信号线18与计算机16相连，试验台设置有油箱及油温油压保障系统10，并分别与进油管15、回油管9相连；润滑油的进口油压应控制在0.3±0.02MPa，进口油温应控制在70±2℃范围内；用来锁紧压气机叶轮6的螺母为带磁螺母5。

在进行摩擦功率测量时，将被测增压器安装在试验台上。润滑油箱及油温油压保障系统10通过进油管15向增压器的轴承供给润滑油。因为润滑油油温影响油的粘度，从而影响摩擦力矩的大小，而油压也会对摩擦力矩的大小产生影响。所以，润滑油的油温和油压被控制在一定的范围内，以保证测量的准确性和可重复性。润滑油供给轴承后，经轴承体回油口7，回油管9，返回油箱及油温油压保障系统10，润滑油正常供给以后，就可以启动增压器转子。此时，打开电磁阀12，气罐14内的压缩空气通过压缩气体管路13，通过电磁阀12，然后到达喷嘴11。压缩气体以较高的流速从气动喷嘴11射出，冲击涡轮增压器的涡轮叶轮8，涡轮叶轮8在压缩气体的作用下，开始快速转动，从而带动压气机叶轮6转动。用来锁紧压气机叶轮6的螺母5，在进行测试前，已经被磁化，为带磁螺母，带磁螺母5旋转时，会有磁性转速信号，此时，安装在压气机壳4上的磁电式转速传感器19就会得到转速信号，转速信号经A/D转换17，到达计算机16。当增压器的转速稳定以后，启动测试过程。关闭电磁阀12，切断压缩气体，计算机16开始采集转速信号。可以认为，此时涡轮增压器的转子的转速仅受摩擦力矩的影响。

计算机16根据所测量的转速数值和测量转速的时刻，绘制如图3所示的图线，即增压器转子的转速在摩擦力矩的作用下，随时间的变化关系图。

根据动量矩定理，对此时的增压器转子，可以列出方程(1)。

$M_f=-I_0\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}=-2\mathrm{\π}{I}_0\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

其中，M_f为增压器转子所受摩擦力矩；I₀为转子的转动惯量；ω为转子的角速度；n为增压器转子转速；t为时间。

根据方程(1)，如果已知转子的转动惯量，并且已知增压器转子的转速随时间的变化率

，就可以求出摩擦力矩M_f。转子的转动惯量可以通过称量转子的质量，按照相关物理学公式求解。而增压器转子的转速随时间的变化率

，可以通过对图3的曲线求导数得到。因此，在通过测试获得图3以后，就可以求出摩擦力矩M_f。摩擦力矩M_f求出以后，就可以按照方程(2)求出摩擦功率。

N_f＝M_fω＝2πnM_f    (2)

其中，N_f为涡轮增压器摩擦功率。

在方程(2)中，增压器转速n可以根据图3确定。

图(3)的绘制，方程(1)和方程(2)的求解由计算机16及其所安装的软件进行。

至此，完成涡轮增压器摩擦功率的测试过程。

Claims (2)

1.一种涡轮增压器摩擦功率测量试验台，包括喷嘴、电磁阀、压缩气体管路、气罐、转速传感器、油箱构成的，其特征在于：试验台设置有气动喷嘴，该喷嘴通过电磁阀、压缩气体管路与气罐相连，该喷嘴用来驱动增压器转子；用来锁紧压气机叶轮的螺母为带磁螺母，其转动会产生磁信号，磁电式转速传感器装于被测增压器上，并通过A/D转换、信号线与计算机相连，以测量增压器转速；试验台设置有油箱及油温油压保障系统。

2.按权利要求1所述的涡轮增压器摩擦功率测量试验台，其特征在于润滑油的进口油压应控制在0.3±0.02MPa，进口油温应控制在70±2℃范围内。

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