CN217276877U - 一种内燃机低气压模拟环境动态控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种内燃机低气压模拟环境动态控制系统，所述系统通过设置进气管路以及内燃机排气管路，实现了内燃机换气量、进气风机送气量和内燃机排气量的动态平衡控制；进气调节阀、进气旁通阀、第一排气调节阀、第二排气调节阀以及真空进气旁通阀共同协调进排气流量，实现了对低气压舱舱内气压的精确控制；所述系统通过设置进气流量计，获取低气压舱舱内气压的实时反馈，进而实现对内燃机变工况瞬态气压精确控制，保证了内燃机低气压环境模拟试验的顺利进行。

Description

一种内燃机低气压模拟环境动态控制系统

技术领域

本申请涉及内燃机及环境模拟技术领域，尤其涉及一种内燃机低气压模拟环境动态控制系统。

背景技术

以内燃机为动力的各种机动装备(车辆、工程机械、农业机械、无人机、船艇等)和动力装备(抽水机组、发电机组等)是经济和国防建设的主要工具和载体，支撑着经济社会发展和国防建设。而以平原地区为运行条件设计开发的各类内燃机，在高原地区低气压环境运行时则会出现性能下降问题，具体表现为动力性、经济性、起动性、热平衡、可靠性、耐久性、排放性等性能指标下降，而且海拔高度越高下降的幅度就会越显著，进而造成动力装备的高原机动能力和作业能力显著降低。

内燃机高原环境模拟试验是考核内燃机高原环境适应能力、发现设计缺陷的重要手段。随着内燃机高原环境适应性研究的深入，以及国Ⅵ排放标准中海拔高度的提高(2500m)，国Ⅵ的WHTC瞬态测试循环对内燃机变工况变海拔环境压力动态模拟控制要求越来越高，基于稳态试验工况调整内燃机高海拔环境压力模拟控制方法已不能满足内燃机高海拔瞬态试验要求。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种内燃机低气压模拟环境动态控制系统。

基于上述目的，本申请提供了一种内燃机低气压模拟环境动态控制系统，包括低气压舱、进气管路以及内燃机排气管路，其中：

所述低气压舱被配置为容纳所述内燃机，所述低气压舱包括舱进气口以及内燃机排气口，所述进气管路与所述舱进气口连接，所述内燃机的排气管、所述内燃机排气口与所述内燃机排气管路依次连接；

所述进气管路包括进气风机、进气调节阀、进气旁通阀以及进气流量计；所述进气风机、所述进气调节阀、所述进气流量计以及所述舱进气口依次通过管道连接；所述进气旁通阀通过管道与所述进气风机和所述进气调节阀之间的管道连接；

所述内燃机排气管路包括第一排气调节阀、第二排气调节阀、真空进气旁通阀以及真空泵；所述内燃机排气口、所述第一排气调节阀以及所述真空泵依次通过管道连接；所述第二排气调节阀与所述第一排气调节阀通过管道并联连接，所述第一排气调节阀与所述第二排气调节阀组成排气调节阀组；所述真空进气旁通阀通过管道与所述排气调节阀组和所述真空泵之间的管道连接。

可选地，所述系统还包括舱排气管路，所述低气压舱还包括舱排气口，其中：所述舱排气管路包括舱排气调节阀以及舱排气流量计，所述舱排气口、所述舱排气调节阀以及所述舱排气流量计依次通过管道连接；所述舱排气流量计还通过管道与所述内燃机排气口和所述排气调节阀组之间的管道连接。

可选地，所述低气压舱还包括限压阀，所述低气压舱内还设有气体压力传感器。

可选地，所述进气调节阀、所述进气旁通阀、所述第一排气调节阀、所述第二排气调节阀、所述真空进气旁通阀以及所述舱排气调节阀共同组成调节阀组，所述舱排气流量计以及所述进气流量计组成流量计组，其特征在于，所述系统还包括计算机，所述气体压力传感器、所述调节阀组以及所述流量计组均与所述计算机通信连接。

可选地，所述内燃机排气管路还包括排气稳压箱，所述排气稳压箱设置于所述内燃机排气口与所述排气调节阀组之间，并与所述内燃机排气口以及所述排气调节阀组通过管道连接；所述舱排气流量计通过管道与所述排气稳压箱和所述排气调节阀组之间的管道连接。

从上面所述可以看出，本申请提供的内燃机低气压模拟环境动态控制系统，通过设置进气管路以及内燃机排气管路，实现了内燃机换气量、进气风机送气量和内燃机排气量的动态平衡控制；进气调节阀、进气旁通阀、第一排气调节阀、第二排气调节阀以及真空进气旁通阀共同协调进排气流量，实现了对低气压舱内气压的精确控制；所述系统通过设置进气流量计，获取低气压舱舱内气压的实时反馈，进而实现对内燃机变工况瞬态气压精确控制，保证了内燃机低气压环境模拟试验的顺利进行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关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申请的实施例，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为本申请实施例的内燃机低气压模拟环境动态控制系统各部件连接关系示意图；

图2为本申请实施例的内燃机低气压模拟环境动态控制系统模块连接关系示意图；

图3为本申请实施例的内燃机低气压模拟环境动态控制方法示意图。

附图标号如下：

1、进气旁通阀；2、进气调节阀；3、进气流量计；4、低气压舱；5、舱排气调节阀；6、舱排气流量计；7、第二排气调节阀；8、第一排气调节阀；9、真空进气旁通阀；10、内燃机；11、排气稳压箱；12、真空泵；13、进气风机；14、进气口；15、内燃机排气管；16、进气风机和所述进气调节阀之间的管道；17、舱排气口；18、内燃机排气口；19、进气管路；20、舱排气管路；21、内燃机排气管路；22、限压阀。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本申请的一个实施例提供了一种内燃机低气压模拟环境动态控制系统，如图1所示，包括低气压舱4、进气管路19以及内燃机排气管路21，其中：

所述低气压舱4被配置为容纳所述内燃机10，所述低气压舱4包括舱进气口14以及内燃机排气口18，所述进气管路19与所述舱进气口14连接，所述内燃机排气管15、所述内燃机排气口18与所述内燃机排气管路21依次连接；

所述进气管路19包括进气风机13、进气调节阀2、进气旁通阀1以及进气流量计3；所述进气风机13、所述进气调节阀2、所述进气流量计3以及所述舱进气口14依次通过管道连接；所述进气旁通阀1通过管道与所述进气风机13和所述进气调节阀2之间的管道16连接；

所述内燃机排气管路21包括第一排气调节阀8、第二排气调节阀7、真空进气旁通阀9以及真空泵12；所述内燃机排气口18、所述第一排气调节阀8以及所述真空泵12依次通过管道连接；所述第二排气调节阀7与所述第一排气调节阀8通过管道并联连接，所述第一排气调节阀8与所述第二排气调节阀7组成排气调节阀组；所述真空进气旁通阀9通过管道与所述排气调节阀组和所述真空泵12之间的管道连接。

本申请实施例提供的系统通过设置进气管路19以及内燃机排气管路21，实现了内燃机换气量、进气风机送气量和内燃机排气量的动态平衡控制；进气调节阀2、进气旁通阀1、第一排气调节阀8、第二排气调节阀7以及真空进气旁通阀9共同协调进排气流量，实现了对低气压舱内气压的精确控制，其中，进气旁通阀1以及真空进气旁通阀9辅助调节进排气流量，能够逐级逼近调节低气压舱内的气压；所述系统通过设置进气流量计3，获取低气压舱舱内气压的实时反馈，进而实现对低气压舱内的内燃机变工况瞬态气压精确控制，使低气压舱内稳态时气压波动小于±0.5kPa，内燃机从逐渐加速到全速全负荷的过程中，低气压舱内气压变化不小于±1kPa，保证了内燃机低气压环境模拟试验的顺利进行。

本实施例提供的内燃机低气压模拟环境动态控制系统换气量可达3000m³/h，低气压舱内气压设定范围为47kPa至101kPa。所述低气压舱4的舱进气口14、内燃机排气口18以及下述舱排气口17处均经过密封处理。

具体实施时，所述进气旁通阀1通过调节进气风机13送入的新风流量与进气调节阀2处流量的差值辅助调节进气流量。

一种具体的实施例中，所述第一排气调节阀8被配置为控制小流量排气，所述第二排气调节阀7被配置为控制大流量排气，此设置能够进一步保证对低气压舱内气压、以及对低气压舱内的内燃机变工况瞬态气压的精确控制。

一种具体的实施例中，所述真空进气旁通阀9被配置为当所述真空泵12的抽气量无法达到要求时，通过调节所述真空进气旁通阀9使内燃机排气管路的排气流量达到要求。

一些实施例中，如图1所示，所述系统还包括舱排气管路20，所述低气压舱4还包括舱排气口17，所述舱排气管路20包括舱排气调节阀5以及舱排气流量计6，所述舱排气口17、所述舱排气调节阀5以及所述舱排气流量计6依次通过管道连接；所述舱排气流量计6还通过管道与所述内燃机排气口18和所述排气调节阀组之间的管道连接。通过设置舱排气调节阀5与舱排气流量计6，能够进一步获取低气压舱舱内气压的实时反馈，进一步实现对内燃机变工况瞬态气压精确控制，进一步保证了内燃机低气压环境模拟试验的顺利进行。

一些实施例中，如图1所示，所述低气压舱4还包括限压阀22，所述低气压舱内还设有气体压力传感器。所述限压阀22位于所述低气压舱4的舱体上，并贯通所述低气压舱舱体设置。所述限压阀22响应于低气压舱4舱内气压低于47kPa，自动打开，使外界空气进入低气压舱4，防止低气压舱4损坏。

一些实施例中，如图1与图2所示，所述进气调节阀2、所述进气旁通阀1、所述第一排气调节阀8、所述第二排气调节阀7、所述真空进气旁通阀9以及所述舱排气调节阀5共同组成调节阀组，所述舱排气流量计6以及所述进气流量计3组成流量计组；所述系统还包括计算机，所述气体压力传感器、所述调节阀组以及所述流量计组均与所述计算机通信连接。

具体实施时，所述计算机被配置为接收所述流量计组测得的实时流量数据，并根据所述实时流量数据控制调节阀组调节低气压舱的舱内气压，从而进一步保证对低气压舱内气压、以及对低气压舱内的内燃机变工况瞬态气压的精确控制。

具体实施时，所述调节阀组中的调节阀均为电动调节阀，所述流量计组中的流量计均为质量流量计，所述质量流量计型号可以为ToCeiL20N060、ToCeiL20N150、SUTO S401或SUTO S421。

一些实施例中，如图1所示，所述内燃机排气管路21还包括排气稳压箱11，所述排气稳压箱11设置于所述内燃机排气口18与所述排气调节阀组之间，并与所述内燃机排气口18以及所述排气调节阀组通过管道连接；所述舱排气流量计6通过管道与所述排气稳压箱11和所述排气调节阀组之间的管道连接。

一种具体的实施例中，所述排气稳压箱为内部中空的腔体，其横截面可以为圆形、方形或其他形状。所述排气稳压箱用于缓冲内燃机排出的气体，使内燃机排气管路平稳运行，延长整体系统的使用寿命。

本申请的一个实施例还提供了一种内燃机低气压模拟环境动态控制方法，所述方法利用上述内燃机低气压模拟环境动态控制系统实现，如图3所示，所述方法包括：

S101、控制所述调节阀组至初始状态。

S102、开启所述进气风机以及所述真空泵，根据所述气体压力传感器以及所述流量计组监测到的实时数据，控制所述调节阀组调节所述低气压舱内的气压，使所述低气压舱内的气压由常压调节至目标设定值，此时所述调节阀组中的各调节阀处于常规状态。具体为，开环调控所述进气调节阀2，并根据所述气体压力传感器以及所述流量计组监测到的实时数据，控制所述进气旁通阀1、第一排气调节阀8与第二排气调节阀7从初始状态状态开始做闭环调控，并与所述初始状态相比减小所述舱排气调节阀5开度，使所述低气压舱内的气压由常压调节至目标设定值。

S103、控制所述内燃机开始运行，根据所述气体压力传感器以及所述流量计组监测到的实时数据，控制所述调节阀组调节所述低气压舱内的气压，进行内燃机工作环境模拟试验，并采集所述内燃机工作数据。

本申请实施例提供的方法中，计算机根据气体压力传感器以及流量计组监测到的实时数据，控制调节阀组调节低气压舱的舱内气压，实现了内燃机换气量、进气风机送气量和内燃机排气量的动态平衡控制，同时实现了对低气压舱内气压的精确控制，进而实现对低气压舱内的内燃机变工况瞬态气压精确控制，使低气压舱内稳态时气压波动小于±0.5kPa，内燃机从逐渐加速到全速全负荷的过程中，低气压舱内气压变化不小于±1kPa，保证了内燃机低气压环境模拟试验的顺利进行。

本申请实施例中的开环调控指无反馈信息的系统控制方式，当操作者启动系统，使之进入运行状态后，系统将操作者的指令一次性输向受控对象；闭环调控是指带有反馈信息控制方式，当操作者启动系统后，通过系统运行将控制信息输向受控对象，并将受控对象的状态信息反馈到输入中，以修正操作过程，使系统的输出符合预期要求。

一些实施例中，所述S101包括：

S201、完全关闭所述进气旁通阀，完全打开所述第一排气调节阀、所述第二排气调节阀、所述真空进气旁通阀以及所述舱排气调节阀，将所述进气调节阀开度设置为第一开度。一种具体的实施例中，所述第一开度为50％。

一些实施例中，所述内燃机工作环境模拟试验包括变工况瞬态试验，所述S103中控制所述内燃机开始运行，根据所述气体压力传感器以及所述流量计组监测到的实时数据，控制所述调节阀组调节所述低气压舱内的气压，进行变工况瞬态试验，包括：

改变所述内燃机的转速，根据所述气体压力传感器以及所述流量计组监测到的实时数据，控制所述调节阀组调节所述低气压舱内的气压，使所述低气压舱内的气压保持在所述目标设定值。

上述步骤具体为：提高所述内燃机的转速时，所述进气调节阀2处于常规状态不变，根据所述气体压力传感器以及所述流量计组监测到的实时数据，控制所述进气旁通阀1、第一排气调节阀8与第二排气调节阀7从常规状态开始做闭环调控，并与所述常规状态相比减小所述舱排气调节阀5开度；降低所述内燃机的转速时，所述进气调节阀2处于常规状态不变，根据所述气体压力传感器以及所述流量计组监测到的实时数据，控制所述进气旁通阀1、第一排气调节阀8与第二排气调节阀7从常规状态开始做闭环调控，并与所述常规状态相比增大所述舱排气调节阀5开度。

一些实施例中，S103中控制所述内燃机开始运行，所述内燃机工作环境模拟试验还包括变海拔试验，控制所述内燃机开始运行，根据所述气体压力传感器以及所述流量计组监测到的实时数据，控制所述调节阀组调节所述低气压舱内的气压，进行所述变海拔试验，包括：

使所述内燃机的转速保持不变，根据所述气体压力传感器以及所述流量计组监测到的实时数据，控制所述调节阀组调节所述低气压舱内的气压，使所述低气压舱内的气压达到变压设定值。所述变压设定值为高于或低于所述目标设定值的气压值，以达到模拟不同海拔气压进行变海拔试验的目的。

上述步骤具体为：所述变压设定值高于所述目标设定值时，根据所述气体压力传感器以及所述流量计组监测到的实时数据，控制所述进气调节阀2、所述进气旁通阀1、第一排气调节阀8与第二排气调节阀7从常规状态开始做闭环调控，并与所述常规状态相比减小所述舱排气调节阀5开度；所述变压设定值低于所述目标设定值时，根据所述气体压力传感器以及所述流量计组监测到的实时数据，控制所述进气调节阀2、所述进气旁通阀1、第一排气调节阀8与第二排气调节阀7从常规状态开始做闭环调控，并与所述常规状态相比增大所述舱排气调节阀5开度。

一种具体的实施例中，所述真空进气旁通阀9被配置为当所述真空泵12的抽气量无法达到要求时，通过调节所述真空进气旁通阀9使内燃机排气管路的排气流量达到要求。

一些实施例中，所述方法还包括：响应于所述气体压力传感器监测到的实时气压数据低于保护压力设定值，所述限压阀打开。所述限压阀响应于低气压舱舱内气压低于47kPa，自动打开，使外界空气进入低气压，防止低气压舱损坏。

上述实施例的方法用于实现前述任一实施例中相应的内燃机低气压模拟环境动态控制系统，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

需要说明的是，本申请实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本申请实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

需要说明的是，上述对本申请的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本申请实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与各部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本申请实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本申请实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节以描述本申请的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本申请实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本申请的具体实施例对本申请进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。

本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种内燃机低气压模拟环境动态控制系统，其特征在于，包括低气压舱、进气管路以及内燃机排气管路，其中：

所述低气压舱被配置为容纳内燃机，所述低气压舱包括舱进气口以及内燃机排气口，所述进气管路与所述舱进气口连接，所述内燃机的排气管、所述内燃机排气口与所述内燃机排气管路依次连接；

所述进气管路包括进气风机、进气调节阀、进气旁通阀以及进气流量计；所述进气风机、所述进气调节阀、所述进气流量计以及所述舱进气口依次通过管道连接；所述进气旁通阀通过管道与所述进气风机和所述进气调节阀之间的管道连接；

所述内燃机排气管路包括第一排气调节阀、第二排气调节阀、真空进气旁通阀以及真空泵；所述内燃机排气口、所述第一排气调节阀以及所述真空泵依次通过管道连接；所述第二排气调节阀与所述第一排气调节阀通过管道并联连接，所述第一排气调节阀与所述第二排气调节阀组成排气调节阀组；所述真空进气旁通阀通过管道与所述排气调节阀组和所述真空泵之间的管道连接。

2.根据权利要求1所述的内燃机低气压模拟环境动态控制系统，其特征在于，还包括舱排气管路，所述低气压舱还包括舱排气口，其中：

所述舱排气管路包括舱排气调节阀以及舱排气流量计，所述舱排气口、所述舱排气调节阀以及所述舱排气流量计依次通过管道连接；所述舱排气流量计还通过管道与所述内燃机排气口和所述排气调节阀组之间的管道连接。

3.根据权利要求2所述的内燃机低气压模拟环境动态控制系统，其特征在于，所述低气压舱还包括限压阀，所述低气压舱内还设有气体压力传感器。

4.根据权利要求3所述的内燃机低气压模拟环境动态控制系统，其特征在于，所述进气调节阀、所述进气旁通阀、所述第一排气调节阀、所述第二排气调节阀、所述真空进气旁通阀以及所述舱排气调节阀共同组成调节阀组，所述舱排气流量计以及所述进气流量计组成流量计组；所述系统还包括计算机，所述气体压力传感器、所述调节阀组以及所述流量计组均与所述计算机通信连接。

5.根据权利要求2所述的内燃机低气压模拟环境动态控制系统，其特征在于，所述内燃机排气管路还包括排气稳压箱，所述排气稳压箱设置于所述内燃机排气口与所述排气调节阀组之间，并与所述内燃机排气口以及所述排气调节阀组通过管道连接；所述舱排气流量计通过管道与所述排气稳压箱和所述排气调节阀组之间的管道连接。

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