一种带废气能量回收的涡轮增压器性能试验台及试验方法 |
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| 申请号 | CN201710847313.4 | 申请日 | 2017-09-19 | 公开(公告)号 | CN107490475A | 公开(公告)日 | 2017-12-19 |
| 申请人 | 福州大学; | 发明人 | 张卫波; 林昌乐; 谭晓亮; 黄毅鹏; 杨际福; 寿磊; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种带废气 能量 回收的 涡轮 增压 器 性能试验台及试验方法，包括 涡轮 增压器 涡轮和 涡轮增压器 压气机 ，所述涡轮增压器涡轮依次连接 波纹管 、 燃烧室 、第一单向 阀 、消音器、进气阀和鼓 风 机，其中涡轮增压器涡轮、波纹管、燃烧室并联有依次连接的所述涡轮增压器压气机、排气阀、第一中冷器和第二 单向阀 ，所述排气阀和第一中冷器之间依次连接有 电磁阀 、第二中冷器和第三单向阀和储气罐，所述储气罐还与旁接在 发动机 排气管上的充气阀输出端连接，发动机排气管上设有排气碟阀；涡轮增压器涡轮的进气管和排气管上并联废气阀，本发明带废气能量回收的涡轮增压器性能试验台结构简单、设计合理，制作成本低，该试验方法操作简便，运行可靠。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种带废气能量回收的涡轮增压器性能试验台，包括涡轮增压器涡轮（8）和涡轮增压器压气机（9），其特征在于：所述涡轮增压器涡轮（8）依次连接波纹管（6）、燃烧室（5）、第一单向阀（4）、消音器（3）、进气阀（2）和鼓风机（1），其中涡轮增压器涡轮（8）、波纹管（6）、燃烧室（5）并联有依次连接的所述涡轮增压器压气机（9）、排气阀（10）、第一中冷器（15）和第二单向阀（16），所述排气阀（10）和第一中冷器（15）之间依次连接有电磁阀（11）、第二中冷器（12）和第三单向阀（13）和储气罐（14），所述储气罐（14）还与旁接在发动机排气管上的充气阀（A7）输出端连接，发动机排气管上设有排气碟阀；涡轮增压器涡轮（8）的进气管（19）和排气管（20）上并联废气阀（7），所述依次连接的涡轮增压器压气机（9）、排气阀（10）、第一中冷器(15)和第二单向阀(16）构成试验台自循环系统，所述依次连接的电磁阀（11）、第二中冷器（12）和第三单向阀（13）和储气罐（14）构成废气能量回收装置。 |
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| 说明书全文 | 一种带废气能量回收的涡轮增压器性能试验台及试验方法[0002]背景技术： 通常带涡轮增压器的发动机运行至高速大负荷工况时，废气阀将部分废气旁通，以限制增压压力和增压器转速，由于废气阀的旁通作用，当前涡轮增压器并未充分回收发动机的废气能量。因此，采用技术措施改造现有汽车，实施能量回收，改善发动机的性能和提高燃油经济性有着重要的意义。在发动机的研发及验证过程中，台架试验是检测性能指标及可靠性的重要环节。现有试验台进行废气回收时，都有些许缺点，如：复合涡轮增压器试验台相比于单涡轮增压器试验台，管路结构复杂；电辅助涡轮增压器试验台价格昂贵，可靠性差，易导致二次污染。 [0003]发明内容： 本发明的目的在于提供一种带废气能量回收的涡轮增压器性能试验台及试验方法，该带废气能量回收的涡轮增压器性能试验台结构简单、设计合理，制作成本低，该试验方法操作简便，运行可靠，可以回收高速大负荷工况下被废气阀旁通的废气能量，储气罐储存的压缩空气作为发动机的进气，进行再次压缩。 [0004] 本发明带废气能量回收的涡轮增压器性能试验台，包括涡轮增压器涡轮8和涡轮增压器压气机9，其特征在于：所述涡轮增压器涡轮8依次连接波纹管6、燃烧室5、第一单向阀4、消音器3、进气阀2和鼓风机1，其中涡轮增压器涡轮8、波纹管6、燃烧室5并联有依次连接的所述涡轮增压器压气机9、排气阀10、第一中冷器15和第二单向阀16，所述排气阀10和第一中冷器15之间依次连接有电磁阀11、第二中冷器12和第三单向阀13和储气罐14，所述储气罐14还与旁接在发动机排气管上的充气阀A7输出端连接，发动机排气管上设有排气碟阀；涡轮增压器涡轮8的进气管19和排气管20上并联废气阀7，所述依次连接的涡轮增压器压气机9、排气阀10、第一中冷器15和第二单向阀16构成试验台自循环系统，所述依次连接的电磁阀11、第二中冷器12和第三单向阀13和储气罐14构成废气能量回收装置。 [0005] 进一步的，上述鼓风机1与进气阀2之间旁接有泄气阀18。 [0007] 进一步的，上述涡轮增压器压气机9的进气管21和涡轮增压器涡轮8的排气管20上设有压力传感器和温度传感器，所述储气罐14上连接有压力表。 [0008] 进一步的，上述燃烧室5旁接有供油系统，所述涡轮增压器涡轮8和涡轮增压器压气机9旁接有润滑系统。 [0009] 本发明带废气能量回收的涡轮增压器性能试验台的试验方法，其特征在于：所述带废气能量回收的涡轮增压器性能试验台包括涡轮增压器涡轮8和涡轮增压器压气机9，其特征在于：所述涡轮增压器涡轮8依次连接波纹管6、燃烧室5、第一单向阀4、消音器3、进气阀2和鼓风机1，其中涡轮增压器涡轮8、波纹管6、燃烧室5并联有依次连接的所述涡轮增压器压气机9、排气阀10、第一中冷器15和第二单向阀16，所述排气阀10和第一中冷器15之间依次连接有电磁阀11、第二中冷器12和第三单向阀13和储气罐14，所述储气罐14还与旁接在发动机排气管上的充气阀A7输出端连接，发动机排气管上设有排气碟阀；涡轮增压器涡轮8的进气管19和排气管20上并联废气阀7，所述依次连接的涡轮增压器压气机9、排气阀10、第一中冷器15和第二单向阀16构成试验台自循环系统，所述依次连接的电磁阀11、第二中冷器12和第三单向阀13和储气罐14构成废气能量回收装置；工作时，打开鼓风机进气阀 2，压气机排气阀10，电磁阀11，关闭鼓风机泄压阀18，关闭废气阀7，开启鼓风机1，待系统风压、流量稳定，开启发动机点火开关，试验台管道内的空气流经燃烧室5，燃烧废气进入波纹管6，进入涡轮增压器涡轮8进气管19及涡轮增压器涡轮8，加速涡轮增压器转子转动，废气经过排气管20排入大气；涡轮转动带动同轴的涡轮增压器压气机9叶轮转动，压缩空气进入试验台自循环系统的涡轮增压器压气机9、排气阀10，经电磁阀11中冷器12和中冷器15，流入储气罐14；当储气罐14的压力达到目标值时，关闭电磁阀11，开启废气阀7，废气被旁通至排气管20及大气中。 [0010] 进一步的，上述试验过程中，通过观察储气罐14的压力大小，决定电磁阀11和废气阀7的开闭，电磁阀11关闭后，可更换新的储气罐储存压缩空气，或保持电磁阀11开启，将储气罐11储存回收的压缩空气作为发动机的进气进行再次压缩；鼓风机泄压阀18、鼓风机进气阀2，废气阀7、压气机排气阀10，电磁阀11均通过工控机程序控制，以信号输出的形式执行，其它阀门的开闭由人工控制。 [0011] 本发明储气罐与发动机制动能量回收系统17（包括现有发动机气缸A1、活塞A2、进气管A3、进气门A4、排气门A5、驱动凸轮A6、排气管A9和增设的排气碟阀A8、充气阀A7和储气罐A11、压力表A10）进行耦合，即储气罐储存回收的压缩空气作为发动机的进气，进行再次压缩，可以有效增大制动功率以及回收的气体能量。发动机制动能量回收系统17不需要对发动机缸盖进行改动，只需在排气管中安装排气碟阀A8和气体回收管路，回收管路再通过充气阀A7及管路连接至储气罐A11。发动机正常工作时，排气管蝶阀打开、充气阀关闭；发动机制动工作时，控制器切断燃油供给，同时关闭排气管蝶阀，在排气行程某时刻开启充气阀，使缸内气体进入储气罐。利用该技术可实现节能减排，因而具有较好的应用前景和实用价值。 [0012] 本发明试验台和发动机制动能量回收系统共用一个储气罐，则储气罐补气方式有两种：1.通过涡轮增压器对储气罐进行补气；2.通过发动机制动工作时对储气罐进行补气。储气罐储存的压缩空气用途有两种：（1）作为发动机的进气，进行再次压缩，可以有效增大制动功率以及回收的气体能量；（2）为增压器实验台架提供补气，提高进气充量，改善燃烧，减少碳烟排放。本发明主要采用补气方式1和用途1。 [0013] 本发明不使用可变截面增压器、复合涡轮和电辅助涡轮增压器对涡轮增压器废气能量进行回收，直接在自循环系统上连接一个储气罐以储存回收压缩的空气，储气罐通过一个开度可调的电磁阀控制压缩空气质量流量，试验台运行至高速工况时，电磁阀开启，储气罐储存压缩空气，试验台转速负荷再升高，废气阀开启，分流部分废气。废气能量回收装置利用鼓风机提供动力气源，通过电磁阀的开启，储气罐储存压缩空气达到一定的目标压力值，利用该技术可以回收高速大负荷工况下被废气阀旁通的废气能量。 [0014] 本发明的有益效果是：1、该试验台可以通过电磁阀的开闭选择，使用储气罐将压缩空气作为储能介质，回收被废气阀旁通的废气能量。 [0015] 2、该试验台不使用复合涡轮增压器试验台和电辅助涡轮增压器试验台对涡轮增压器废气能量进行回收，直接在自循环系统上连接一个储气罐以储存回收压缩的空气，储气罐通过一个开度可调的电磁阀控制压缩空气质量流量。 [0016] 3、本发明储气罐可以与发动机制动能量回收系统和补气系统进行耦合，为增压器与发动机的匹配开发和研究提供支持。 [0017] 本发明带废气能量回收的技术只需一个涡轮增压器，利用鼓风机提供动力气源，通过电磁阀的开闭选择，使用储气罐将压缩空气作为储能介质，回收被废气阀旁通的废气能量，即可完成涡轮增压器各项性能测试，同时，该技术回收废气能量，用于向发动机供给更多的气量，是改善发动机性能、实现节能减排的一种有效方法，而且，该技术结构简单，操作简便，运行可靠，无污染。 [0018]附图说明： 图1是本发明的涡轮增压器性能试验台硬件系统框图； 图2是发动机制动能量回收系统框图； 图1中：1、鼓风机；2、鼓风机进气阀；3、消音器； 4、单向阀；5、燃烧室； 6、波纹管；7、废气阀；8、涡轮增压器涡轮； 9、涡轮增压器压气机；10、压气机排气阀； 11、电磁阀；12、中冷器；13、单向阀；14、储气罐；15、中冷器； 16、单向阀；17、发动机制动能量回收系统；18、鼓风机泄压阀；19、进气管；20、排气管；21、压气机进气管； A为供油系统；B润滑系统；P1、P2、P3为压力传感器； T1、T2、T3为温度传感器 ； m1、m2流量计； 图2中：A1、气缸； A2、活塞； A3、进气管； A4、进气门； A5、排气门； A6、驱动凸轮； A7、充气阀；A8、排气蝶阀； A9、排气管； A10、压力表； A11、储气罐。 [0020] 本发明的目的在于提供一种带废气能量回收的涡轮增压器性能试验台及试验方法，该带废气能量回收的涡轮增压器性能试验台结构简单、设计合理，制作成本低，该试验方法操作简便，运行可靠，可以回收高速大负荷工况下被废气阀旁通的废气能量，储气罐储存的压缩空气作为发动机的进气，进行再次压缩。 [0021] 本发明带废气能量回收的涡轮增压器性能试验台，包括涡轮增压器涡轮8和涡轮增压器压气机9，其特征在于：所述涡轮增压器涡轮8依次连接波纹管6、燃烧室5、第一单向阀4、消音器3、进气阀2和鼓风机1，其中涡轮增压器涡轮8、波纹管6、燃烧室5并联有依次连接的所述涡轮增压器压气机9、排气阀10、第一中冷器15和第二单向阀16，所述排气阀10和第一中冷器15之间依次连接有电磁阀11、第二中冷器12和第三单向阀13和储气罐14，所述储气罐14还与旁接在发动机排气管上的充气阀A7输出端连接，发动机排气管上设有排气碟阀；涡轮增压器涡轮8的进气管19和排气管20上并联废气阀7，所述依次连接的涡轮增压器压气机9、排气阀10、第一中冷器15和第二单向阀16构成试验台自循环系统，所述依次连接的电磁阀11、第二中冷器12和第三单向阀13和储气罐14构成废气能量回收装置。 [0022] 进一步的，上述鼓风机1与进气阀2之间旁接有泄气阀18。 [0023] 进一步的，上述涡轮增压器压气机9与排气阀10之间的管路、涡轮增压器涡轮8与波纹管6之间的管路上设有压力传感器、温度传感器和流量传感器。 [0024] 进一步的，上述涡轮增压器压气机9的进气管21和涡轮增压器涡轮8的排气管20上设有压力传感器和温度传感器，所述储气罐14上连接有压力表。 [0025] 进一步的，上述燃烧室5旁接有供油系统，所述涡轮增压器涡轮8和涡轮增压器压气机9旁接有润滑系统。 [0026] 本发明带废气能量回收的涡轮增压器性能试验台的试验方法，其特征在于：所述带废气能量回收的涡轮增压器性能试验台包括涡轮增压器涡轮8和涡轮增压器压气机9，其特征在于：所述涡轮增压器涡轮8依次连接波纹管6、燃烧室5、第一单向阀4、消音器3、进气阀2和鼓风机1，其中涡轮增压器涡轮8、波纹管6、燃烧室5并联有依次连接的所述涡轮增压器压气机9、排气阀10、第一中冷器15和第二单向阀16，所述排气阀10和第一中冷器15之间依次连接有电磁阀11、第二中冷器12和第三单向阀13和储气罐14，所述储气罐14还与旁接在发动机排气管上的充气阀A7输出端连接，发动机排气管上设有排气碟阀；涡轮增压器涡轮8的进气管19和排气管20上并联废气阀7，所述依次连接的涡轮增压器压气机9、排气阀10、第一中冷器15和第二单向阀16构成试验台自循环系统，所述依次连接的电磁阀11、第二中冷器12和第三单向阀13和储气罐14构成废气能量回收装置；工作时，打开鼓风机进气阀 2，压气机排气阀10，电磁阀11，关闭鼓风机泄压阀18，关闭废气阀7，开启鼓风机1，待系统风压、流量稳定，开启发动机点火开关，试验台管道内的空气流经燃烧室5，燃烧废气进入波纹管6，进入涡轮增压器涡轮8进气管19及涡轮增压器涡轮8，加速涡轮增压器转子转动，废气经过排气管20排入大气；涡轮转动带动同轴的涡轮增压器压气机9叶轮转动，压缩空气进入试验台自循环系统的涡轮增压器压气机9、排气阀10，经电磁阀11中冷器12和中冷器15，流入储气罐14；当储气罐14的压力达到目标值时，关闭电磁阀11，开启废气阀7，废气被旁通至排气管20及大气中。 [0027] 进一步的，上述试验过程中，通过观察储气罐14的压力大小，决定电磁阀11和废气阀7的开闭，电磁阀11关闭后，可更换新的储气罐储存压缩空气，或保持电磁阀11开启，将储气罐11储存回收的压缩空气作为发动机的进气进行再次压缩；鼓风机泄压阀18、鼓风机进气阀2，废气阀7、压气机排气阀10，电磁阀11均通过工控机程序控制，以信号输出的形式执行，其它阀门的开闭由人工控制。 [0028] 本发明储气罐与发动机制动能量回收系统17（包括现有发动机气缸A1、活塞A2、进气管A3、进气门A4、排气门A5、驱动凸轮A6、排气管A9和增设的排气碟阀A8、充气阀A7和储气罐A11、压力表A10）进行耦合，即储气罐储存回收的压缩空气作为发动机的进气，进行再次压缩，可以有效增大制动功率以及回收的气体能量。发动机制动能量回收系统17不需要对发动机缸盖进行改动，只需在排气管中安装排气碟阀A8和气体回收管路，回收管路再通过充气阀A7及管路连接至储气罐A11。发动机正常工作时，排气管蝶阀打开、充气阀关闭；发动机制动工作时，控制器切断燃油供给，同时关闭排气管蝶阀，在排气行程某时刻开启充气阀，使缸内气体进入储气罐。利用该技术可实现节能减排，因而具有较好的应用前景和实用价值。 [0029] 本发明试验台和发动机制动能量回收系统共用一个储气罐，则储气罐补气方式有两种：1.通过涡轮增压器对储气罐进行补气；2.通过发动机制动工作时对储气罐进行补气。储气罐储存的压缩空气用途有两种：（1）作为发动机的进气，进行再次压缩，可以有效增大制动功率以及回收的气体能量；（2）为增压器实验台架提供补气，提高进气充量，改善燃烧，减少碳烟排放。本发明主要采用补气方式1和用途1。 [0030] 本发明不使用可变截面增压器、复合涡轮和电辅助涡轮增压器对涡轮增压器废气能量进行回收，直接在自循环系统上连接一个储气罐以储存回收压缩的空气，储气罐通过一个开度可调的电磁阀控制压缩空气质量流量，试验台运行至高速工况时，电磁阀开启，储气罐储存压缩空气，试验台转速负荷再升高，废气阀开启，分流部分废气。废气能量回收装置利用鼓风机提供动力气源，通过电磁阀的开启，储气罐储存压缩空气达到一定的目标压力值，利用该技术可以回收高速大负荷工况下被废气阀旁通的废气能量。 [0031] 本发明的有益效果是：1、该试验台可以通过电磁阀的开闭选择，使用储气罐将压缩空气作为储能介质，回收被废气阀旁通的废气能量。 [0032] 2、该试验台不使用复合涡轮增压器试验台和电辅助涡轮增压器试验台对涡轮增压器废气能量进行回收，直接在自循环系统上连接一个储气罐以储存回收压缩的空气，储气罐通过一个开度可调的电磁阀控制压缩空气质量流量。 [0033] 3、本发明储气罐可以与发动机制动能量回收系统和补气系统进行耦合，为增压器与发动机的匹配开发和研究提供支持。 [0034] 本发明带废气能量回收的技术只需一个涡轮增压器，利用鼓风机提供动力气源，通过电磁阀的开闭选择，使用储气罐将压缩空气作为储能介质，回收被废气阀旁通的废气能量，即可完成涡轮增压器各项性能测试，同时，该技术回收废气能量，用于向发动机供给更多的气量，是改善发动机性能、实现节能减排的一种有效方法，而且，该技术结构简单，操作简便，运行可靠，无污染。 [0035] 本发明上述实施案例提供的检验试验台不仅能满足普通车用涡轮增压器的性能测试检验，还可以适用可变截面涡轮增压器（VGT）的性能试验，节能环保，自动化程度高，适用于高校、科研机构试验研究及企业产品测试，可扩展性强。 [0036] 上述操作流程及硬件配置，仅作为本发明实施案例，并非对本发明做出任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案的情况下，都可以利用上述方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动或修改。因此，凡事未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对上述实施案例所做的简单修改，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。 |
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