基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺及渦輪增壓器性能試驗方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺及渦輪增壓器性能試驗方法，所述檢驗試驗臺包括空氣循環加熱系統，所述空氣循環加熱系統包括依次連接的空壓機壓縮空氣進管、空壓機進氣閥、電加熱器、渦輪和渦輪排氣管，所述空壓機進氣閥、電加熱器之間的管路與渦輪排氣管之間并聯有具有高溫氣泵和電動閥門的第一旁路，所述渦輪與空壓機進氣閥、電加熱器之間的管路并聯有具有壓氣機和自循環聯通閥的第二旁路，所述壓氣機輸入管上連接有空氣濾清器，所述壓氣機與自循環聯通閥之間旁接一具有壓氣機放氣閥的旁管。本發明用空氣循環電加熱來替代傳統試驗臺燃燒室加熱，試驗過程綠色環保，無排氣污染。本發明通過氣體反饋回流實現循環加熱，降低了能耗和試驗成本，并具有很高的可靠性。
【專利說明】基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺及渦輪增壓器性能試驗方法
[0001]【技術領域】:
本發明涉及一種車用渦輪增壓器檢驗試驗臺，特別涉及一種基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺及渦輪增壓器性能試驗方法，屬于車輛部件檢驗測試【技術領域】。
[0002]【背景技術】:
隨著世界各國不斷提高汽車排放標準，“高效，節能，減排”是當今汽車發動機技術發展的主要目標；渦輪增壓器可以提高汽車發動機的動力性，燃油經濟性及排放性能，采用渦輪增壓器技術是實現這一目標的有力手段。渦輪增壓器市場需求量不斷增大，促使國內渦輪增壓器產業不斷擴大。為檢驗出廠渦輪增壓器的性能是否達到相關標準，業界對渦輪增壓器檢驗試驗臺做了大量研究，從最初只做簡單地自循環試驗到目前復雜的性能試驗和研究性試驗，從手工操作到半自動化，國內渦輪增壓器試驗臺技術得到了很大的發展。
[0003]但是，目前國內傳統的渦輪增壓器試驗臺普遍采用燃燒室(如航空發動機單管燃燒室)作為試驗臺氣體發生器及氣體加熱器，雖然其排氣溫度及排氣壓力可模擬實際汽車發動機工況，但試驗臺開發成本大，目前只有部分具有軍工背景的高校及研究所擁有開發試驗臺的能力，且難于向民用推廣，很大程度上阻礙了渦輪增壓器產業及其檢驗技術在國內的發展。其次，現有的渦輪增壓器試驗臺以航空煤油或O號柴油作為燃燒室燃料，若進行大批量檢測將導致能耗大，排氣污染嚴重，檢驗效率也大大降低。
[0004]
【發明內容】
:
本發明的目的是為了克服已有技術的缺陷，解決渦輪增壓器的性能測試檢驗問題，提供了一種基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺及渦輪增壓器性能試驗方法，可對各種車用渦輪增壓器進行壓氣機性能試驗、渦輪性能試驗、熱循環耐久試驗。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
本發明基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺，其特征在于:所述檢驗試驗臺包括空氣循環加熱系統，所述空氣循環加熱系統包括依次連接的空壓機壓縮空氣進管、空壓機進氣閥、電加熱器、渦輪和渦輪排氣管，所述空壓機進氣閥、電加熱器之間的管路與渦輪排氣管之間并聯有具有高溫氣泵和電動閥門的第一旁路，所述渦輪與空壓機進氣閥、電加熱器之間的管路并聯有具有壓氣機和自循環聯通閥的第二旁路，所述壓氣機輸入管上連接有空氣濾清器，所述壓氣機與自循環聯通閥之間旁接一具有壓氣機放氣閥的旁管。
[0006]上述電加熱器與渦輪之間設有波紋管。
[0007]上述空壓機壓縮空氣進管旁接有具有放氣閥的旁管。
[0008]上述檢驗試驗臺還包括有測控系統，所述測控系統包括有工控機和PLC，檢驗試驗臺中的閥門開度、溫度傳感器、壓力傳感器和流量計采集的數據傳輸給工控機的PCI板模數轉換，而后再由PCI板數模轉換后進行變頻器控制和閥門控制，所述工控機通過RS232接口與PLC連接，PLC進行閥門控制、VGT控制和油壓控制。
[0009]本發明基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺渦輪增壓器性能試驗方法，其特征在于:該方法步驟為: I)冷吹:關閉電加熱器開關，關閉電動閥門，關閉自循環聯通閥，由空壓機提供的壓縮空氣經由空壓機進氣閥、電加熱器、波紋管，進入渦輪進口，并從渦輪出口排入大氣，渦輪轉子在流經的壓縮空氣作用下高速旋轉，并帶動壓氣機葉片轉動，新鮮空氣經過空氣濾清器被吸入壓氣機進口，并從壓氣機出口排出，經過壓氣機放氣閥排入大氣。
[0010]試驗過程中，渦輪增壓器轉速由空壓機的供氣量來調節，即調節空壓機進氣閥開度；壓氣機流量(或渦輪負載)通過壓氣機放氣閥來調節；其中空壓機進氣閥、壓氣機放氣閥均通過工控機程序控制，以PCI信號輸出的形式執行，電加熱器開關及電動閥門的開閉通過PLC控制。
[0011]2 )熱吹:打開電加熱器開關，打開電動閥門，壓縮空氣經過空壓機進氣閥和電加熱器，進入渦輪進口，經加熱后的壓縮空氣經由渦輪出口，一部分排入大氣，另一部分在所述高溫氣泵作用下經由所述電動閥門回流至所述電加熱器入口，并隨所述空壓機壓縮進來的新鮮空氣混合，重新經過所述電加熱器加熱，如此循環往復，將空氣加熱到車用發動機排氣溫度范圍，另一方面，新鮮空氣經過空氣濾清器被吸入壓氣機進口，并從壓氣機出口排出，經過壓氣機放氣閥排入大氣。
[0012]試驗過程中，渦輪增壓器轉速由空壓機的供氣量來調節，即調節空壓機進氣閥開度；壓氣機流量(或渦輪負載)通過壓氣機放氣閥開度來調節。其中空壓機進氣閥、壓氣機放氣閥均通過工控機程序控制，以PCI信號輸出的形式執行。電加熱器開關及電動閥門的開閉通過PLC控制。
[0013]3)自循環:在熱吹的基礎上，打開自循環聯通閥，關閉壓氣機放氣閥，壓縮空氣經過空壓機進氣閥和電加熱器，進入渦輪進口，經加熱后的壓縮空氣經由渦輪出口，一部分排入大氣，另一部分在所述高溫氣泵作用下經由所述電動閥門回流至所述電加熱器入口，另一方面，新鮮空氣經過空氣濾清器被吸入壓氣機進口，并從壓氣機出口排出，經過自循環聯通閥，與所述空壓機壓縮進來的新鮮空氣以及從渦輪出口回流的熱空氣混合，重新經過所述電加熱器加熱，并重新進入渦輪進口。
[0014]試驗過程中，渦輪增壓器轉速由空壓機的供氣量來調節，即調節空壓機進氣閥開度；壓氣機流量(或渦輪負載)通過自循環聯通閥開度來調節。其中空壓機進氣閥、空壓機放氣閥、自循環聯通閥均通過工控機程序控制，以PCI信號輸出的形式執行。
[0015]上述測控系統用以實現檢驗試驗臺的信號采集、信號調理、數據分析處理及顯示和控制信號輸出。
[0016]本發明基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺實際上包括有空氣管路系統、風源系統、空氣循環加熱系統、潤滑系統、測控系統。
[0017]本發明的有益效果是:
I)本發明用空氣循環電加熱來替代傳統試驗臺燃燒室加熱，試驗過程綠色環保，無排氣污染。
[0018]2)本發明通過氣體反饋回流實現循環加熱，降低了能耗和試驗成本，并具有很高的可靠性。
[0019]3)本發明除了能做傳統試驗臺上所能完成的壓氣機性能試驗之外，還能做渦輪性能試驗和熱循環耐久試驗。
[0020]【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的硬件系統框圖；
圖2為本發明的測控系統結構示意圖；
圖中，I為壓氣機放氣閥，2為自循環聯通閥，3為電加熱器，4為空壓機進氣閥，5為空壓機放氣閥，6為空氣濾清器，7為高溫氣泵，8為電動閥門，9為波紋管，Al為空壓機壓縮空氣進管，A2為渦輪，A3為渦輪排氣管，A4為電加熱器進氣管，A5為反饋循環加熱支管，A6為壓氣機，A7為自循環聯通管，AS為壓氣機進氣管，A9為壓氣機排氣管。
[0022]【具體實施方式】:
為使得本發明的上述目的、特征和優點能夠更明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細說明。
[0023]本發明基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺，所述檢驗試驗臺包括空氣循環加熱系統，所述空氣循環加熱系統包括依次連接的空壓機壓縮空氣進管Al、空壓機進氣閥4、電加熱器3、渦輪A2和渦輪排氣管A3，所述空壓機進氣閥4、電加熱器3之間的電加熱器進氣管A4與渦輪排氣管A3之間并聯有具有高溫氣泵7和電動閥門8的反饋循環加熱支管A5，所述渦輪A2與空壓機進氣閥4、電加熱器3之間的電加熱器進氣管A4并聯有具有壓氣機A6和自循環聯通閥2的自循環聯通管A7，所述壓氣機進氣管AS上連接有空氣濾清器6，所述壓氣機A6與自循環聯通閥2之間旁接一具有壓氣機放氣閥I的壓氣機排氣管A9。
[0024]上述電加熱器3與渦輪A2之間設有波紋管9。
[0025]上述空壓機壓縮空氣進管旁接有具有放氣閥5的旁管。
[0026]上述檢驗試驗臺還包括有測控系統，所述測控系統包括有工控機和PLC，檢驗試驗臺中的閥門開度、溫度傳感器、壓力傳感器和流量計采集的數據傳輸給工控機的PCI板模數轉換，而后再由PCI板數模轉換后進行變頻器控制和閥門控制，所述工控機通過RS232接口與PLC連接，PLC進行閥門控制、VGT控制和油壓控制。
[0027]如圖1所示，所述空氣循環加熱系統，即壓縮空氣經過空壓機進氣閥4和電加熱器3，進入渦輪進口。經加熱后的壓縮空氣經由渦輪出口，一部分排入大氣，另一部分在所述高溫氣泵7作用下經由所述電動閥門8回流至所述電加熱器3入口，并隨所述空壓機壓縮進來的新鮮空氣混合，重新經過所述電加熱器3加熱，如此循環往復，將空氣加熱到車用發動機排氣溫度范圍。
[0028]測控系統中，所述空壓機進氣閥4、壓氣機放氣閥1、空壓機放氣閥5、自循環聯通閥2的閥門開口均由PCI板卡的輸出信號控制，圖1中電動閥門8以及潤滑系統油壓由PLC控制。
[0029]圖2所示檢驗試驗臺測控系統，其主要包括測量與控制兩部分，測量部分硬件包括傳感器及數據采集卡，控制部分硬件包括變頻器、電動閥門(編號1、2、4、5、8)，其中控制參數包括渦輪增壓器可變截面執行機構角度、電動閥門(編號1、2、5)開度、所述潤滑系統供油壓力等。
[0030]本發明基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺渦輪增壓器性能試驗方法，該方法步驟為:
O冷吹:關閉電加熱器3開關，關閉電動閥門8，關閉自循環聯通閥2，由空壓機提供的壓縮空氣經由空壓機進氣閥4、電加熱器3、波紋管，進入渦輪進口，并從渦輪出口排入大氣。渦輪轉子在流經的壓縮空氣作用下高速旋轉，并帶動壓氣機葉片轉動。新鮮空氣經過空氣濾清器6被吸入壓氣機進口，并從壓氣機出口排出，經過壓氣機放氣閥I排入大氣。
[0031]試驗過程中，渦輪增壓器轉速由空壓機的供氣量來調節，即調節空壓機進氣閥4開度；壓氣機流量(或渦輪負載)通過壓氣機放氣閥I來調節。其中空壓機進氣閥4、壓氣機放氣閥I均通過工控機程序控制，以PCI信號輸出的形式執行。電加熱器3開關及電動閥門8的開閉通過PLC控制。
[0032]2)熱吹:打開電加熱器3開關，打開電動閥門8，壓縮空氣經過空壓機進氣閥4和電加熱器3，進入渦輪進口。經加熱后的壓縮空氣經由渦輪出口，一部分排入大氣，另一部分在所述高溫氣泵7作用下經由所述電動閥門8回流至所述電加熱器3入口，并隨所述空壓機壓縮進來的新鮮空氣混合，重新經過所述電加熱器3加熱，如此循環往復，將空氣加熱到車用發動機排氣溫度范圍。另一方面，新鮮空氣經過空氣濾清器6被吸入壓氣機進口，并從壓氣機出口排出，經過壓氣機放氣閥I排入大氣。
[0033]試驗過程中，渦輪增壓器轉速由空壓機的供氣量來調節，即調節空壓機進氣閥4開度；壓氣機流量(或渦輪負載)通過壓氣機放氣閥I開度來調節。其中空壓機進氣閥4、壓氣機放氣閥I均通過工控機程序控制，以PCI信號輸出的形式執行。電加熱器3開關及電動閥門8的開閉通過PLC控制。
[0034]3)自循環:在熱吹的基礎上，打開自循環聯通閥2，關閉壓氣機放氣閥1，壓縮空氣經過空壓機進氣閥4和電加熱器3，進入渦輪進口。經加熱后的壓縮空氣經由渦輪出口，一部分排入大氣，另一部分在所述高溫氣泵7作用下經由所述電動閥門8回流至所述電加熱器3入口。另一方面，新鮮空氣經過空氣濾清器6被吸入壓氣機進口，并從壓氣機出口排出，經過自循環聯通閥2，與所述空壓機壓縮進來的新鮮空氣以及從渦輪出口回流的熱空氣混合，重新經過所述電加熱器3加熱，并重新進入渦輪進口。
[0035]試驗過程中，渦輪增壓器轉速由空壓機的供氣量來調節，即調節空壓機進氣閥4開度；壓氣機流量(或渦輪負載)通過自循環聯通閥2開度來調節。其中空壓機進氣閥4、空壓機放氣閥5、自循環聯通閥2均通過工控機程序控制，以PCI信號輸出的形式執行。
[0036]本發明實施案例提供的檢驗試驗臺不僅能滿足普通車用渦輪增壓器的性能測試檢驗，還可以適用可變截面渦輪增壓器(VGT)的性能試驗，測試過程自動化、精度高、重復性好，且較國內同等功能設備，價格低廉，節能環保，適用于高校試驗研究及企業產品測試，可擴展性強。
[0037]上述操作流程及軟硬件配置，僅作為本發明實施案例，并非對本發明做出任何形式上的限制。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案的情況下，都可以利用上述方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動或修改。因此，凡事未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對上述實施案例所做的簡單修改，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺，其特征在于:所述檢驗試驗臺包括空氣循環加熱系統，所述空氣循環加熱系統包括依次連接的空壓機壓縮空氣進管、空壓機進氣閥、電加熱器、渦輪和渦輪排氣管，所述空壓機進氣閥、電加熱器之間的管路與渦輪排氣管之間并聯有具有高溫氣泵和電動閥門的第一旁路，所述渦輪與空壓機進氣閥、電加熱器之間的管路并聯有具有壓氣機和自循環聯通閥的第二旁路，所述壓氣機輸入管上連接有空氣濾清器，所述壓氣機與自循環聯通閥之間旁接一具有壓氣機放氣閥的旁管。
2.根據權利要求1所述的基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺，其特征在于:所述電加熱器與渦輪之間設有波紋管。
3.根據權利要求1所述的基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺，其特征在于:所述空壓機壓縮空氣進管旁接有具有放氣閥的旁管。
4.根據權利要求1所述的基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺，其特征在于:所述檢驗試驗臺還包括有測控系統，所述測控系統包括有工控機和PLC，檢驗試驗臺中的閥門開度、溫度傳感器、壓力傳感器和流量計采集的數據傳輸給工控機的PCI板模數轉換，而后再由PCI板數模轉換后進行變頻器控制和閥門控制，所述工控機通過RS232接口與PLC連接，PLC進行閥門控制、VGT控制和油壓控制。
5.一種基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺渦輪增壓器性能試驗方法，其特征在于:該方法步驟為: 1)冷吹:關閉電加熱器開關，關閉電動閥門，關閉自循環聯通閥，由空壓機提供的壓縮空氣經由空壓機進氣閥、電加熱器、波紋管，進入渦輪進口，并從渦輪出口排入大氣，渦輪轉子在流經的壓縮空氣作用下高速旋轉，并帶動壓氣機葉片轉動，新鮮空氣經過空氣濾清器被吸入壓氣機進口，并從壓氣 機出口排出，經過壓氣機放氣閥排入大氣。 試驗過程中，渦輪增壓器轉速由空壓機的供氣量來調節，即調節空壓機進氣閥開度；壓氣機流量(或渦輪負載)通過壓氣機放氣閥來調節；其中空壓機進氣閥、壓氣機放氣閥均通過工控機程序控制，以PCI信號輸出的形式執行，電加熱器開關及電動閥門的開閉通過PLC控制。 2)熱吹:打開電加熱器開關，打開電動閥門，壓縮空氣經過空壓機進氣閥和電加熱器，進入渦輪進口，經加熱后的壓縮空氣經由渦輪出口，一部分排入大氣，另一部分在所述高溫氣泵作用下經由所述電動閥門回流至所述電加熱器入口，并隨所述空壓機壓縮進來的新鮮空氣混合，重新經過所述電加熱器加熱，如此循環往復，將空氣加熱到車用發動機排氣溫度范圍，另一方面，新鮮空氣經過空氣濾清器被吸入壓氣機進口，并從壓氣機出口排出，經過壓氣機放氣閥排入大氣。 試驗過程中，渦輪增壓器轉速由空壓機的供氣量來調節，即調節空壓機進氣閥開度；壓氣機流量(或渦輪負載)通過壓氣機放氣閥開度來調節。其中空壓機進氣閥、壓氣機放氣閥均通過工控機程序控制，以PCI信號輸出的形式執行。電加熱器開關及電動閥門的開閉通過PLC控制。 3)自循環:在熱吹的基礎上，打開自循環聯通閥，關閉壓氣機放氣閥，壓縮空氣經過空壓機進氣閥和電加熱器，進入渦輪進口，經加熱后的壓縮空氣經由渦輪出口，一部分排入大氣，另一部分在所述高溫氣泵作用下經由所述電動閥門回流至所述電加熱器入口，另一方面，新鮮空氣經過空氣濾清器被吸入壓氣機進口，并從壓氣機出口排出，經過自循環聯通閥，與所述空壓機壓縮進來的新鮮空氣以及從渦輪出口回流的熱空氣混合，重新經過所述電加熱器加熱，并重新進入渦輪進口。 試驗過程中，渦輪增壓器轉速由空壓機的供氣量來調節，即調節空壓機進氣閥開度；壓氣機流量(或渦輪負載)通過自循環聯通閥開度來調節。其中空壓機進氣閥、空壓機放氣閥、自循環聯通閥均通過工控機程序控制，以PCI信號輸出的形式執行。
6.根據權利要求5所述的基于電加熱的渦輪增壓器檢驗試驗臺渦輪增壓器性能試驗方法，其特征在于:所述測控系統用以實現檢驗試驗臺的信號采集、信號調理、數據分析處理及顯示和控制信號輸出。`
【文檔編號】G01M13/00GK103487251SQ201310488929
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2013年10月18日
【發明者】張衛波, 劉小龍 申請人:福州大學