高崢嶸，張 力，路林吉

0 引言

渦輪增壓器利用內(nèi)燃機(jī)排氣能量推動(dòng)渦輪做功，增大內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣壓力，從而使內(nèi)燃機(jī)功率提高，燃油消耗率和排氣污染降低。可以說(shuō)，渦輪增壓器的應(yīng)用，使內(nèi)燃機(jī)的性能得到了極大的改善。隨著計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)，設(shè)計(jì)出高性能的、與發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配的渦輪增壓器。但是，在渦輪增壓器開(kāi)發(fā)過(guò)程中，必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)錄取壓氣機(jī)和渦輪的性能數(shù)據(jù)，以便對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，得到性能最佳的機(jī)型[i]。

1 車(chē)用渦輪增壓器試驗(yàn)類(lèi)型

渦輪增壓器試驗(yàn)大約分為以下幾種類(lèi)型：壓氣機(jī)性能試驗(yàn)、渦輪性能試驗(yàn)、接機(jī)性能試驗(yàn)、增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配試驗(yàn)。

壓氣機(jī)與渦輪性能試驗(yàn)通常在增壓器部件設(shè)計(jì)之初或設(shè)計(jì)改進(jìn)時(shí)進(jìn)行，以檢驗(yàn)壓氣機(jī)和渦輪各部件的設(shè)計(jì)水平；整機(jī)試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)壓氣機(jī)與渦輪的共同工作特性；增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配試驗(yàn)在定型之前進(jìn)行，主要檢驗(yàn)增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配情況.包括變幾何渦輪增壓器控制器的可靠性。一般情況.壓氣機(jī)性能試

驗(yàn)與整機(jī)性能試驗(yàn)常在同樣的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，因?yàn)閴簹鈾C(jī)需要?jiǎng)恿?dòng)，渦輪正好起這個(gè)作用。在渦輪性能試驗(yàn)中，常不帶壓氣機(jī).采用測(cè)功器測(cè)量渦輪的功率、轉(zhuǎn)速和扭矩。整機(jī)性能試驗(yàn)同樣可單獨(dú)錄取壓氣機(jī)與渦輪的一些性能參數(shù)，諸如流量、壓比與效率等，同時(shí)還能錄取增壓器的共同工作特性。由于整機(jī)性能試驗(yàn)可全面錄取壓氣機(jī)與渦輪的各種性能參數(shù)，而且還能考察增壓器的自循環(huán)工作特性，模擬增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合工作狀況，預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題。因此，整機(jī)試驗(yàn)在增壓器開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中占有十分重要的作用，如圖1所示：

圖1 渦輪增壓器測(cè)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

本文描述的渦輪增壓器測(cè)試臺(tái)是一整機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，主要實(shí)現(xiàn)的功能有：控制、測(cè)量、通訊、人機(jī)交互等。而且，基于數(shù)字顯示儀表和計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器性能測(cè)試系統(tǒng)，融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高、測(cè)試精度高，操作簡(jiǎn)單、維護(hù)容易的特點(diǎn)。

2 試驗(yàn)裝置

渦輪增壓器測(cè)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，如圖2所示：

圖2 主回路圖

渦輪增壓器一端連接發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管，另一端連接進(jìn)氣氣管。渦輪增壓器測(cè)控系統(tǒng)主要進(jìn)行的是渦輪的測(cè)控和壓氣機(jī)的測(cè)控。發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)主要用于對(duì)渦輪增壓器進(jìn)行性能測(cè)試,它由三部分組成：

(1) 控制系統(tǒng)

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作與控制，包括電機(jī)、閥門(mén)、夾具、接頭等；

(2) 檢測(cè)與顯示

采用高精度傳感器與數(shù)字顯示儀表對(duì)增壓器的溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)與顯示；并具有報(bào)警輸出，通過(guò)控制系統(tǒng)控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

(3) 計(jì)算機(jī)測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)顯儀表的通信接口與計(jì)算機(jī)連接，將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、儲(chǔ)存，形成實(shí)時(shí)報(bào)表和歷史報(bào)表，供查閱與打印。

3 測(cè)試參數(shù)

該系統(tǒng)測(cè)試的主要參數(shù)可分為以下幾種類(lèi)型：

（1）壓力參數(shù)如壓氣機(jī)進(jìn)出口壓力、渦輪進(jìn)出口壓力、流量計(jì)前后壓差、潤(rùn)滑油壓力、冷卻水壓力等。其中壓氣機(jī)進(jìn)出口、渦輪進(jìn)出口和流量計(jì)壓差等幾個(gè)壓力參數(shù)要直接參與增壓器的性能參數(shù)計(jì)算，所以要求測(cè)試的精度較高。

（2）溫度參數(shù)溫度參數(shù)主要有壓氣機(jī)進(jìn)出口溫度、渦輪進(jìn)出口溫度、流量計(jì)前溫度、潤(rùn)滑油進(jìn)出口溫度、冷卻水進(jìn)出口溫度等。其中壓氣機(jī)進(jìn)出口溫度、渦輪機(jī)進(jìn)口溫度、流量計(jì)前溫度也是要直接參與增壓器性能參數(shù)的汁算，有較高的測(cè)量精度要求。

（3）轉(zhuǎn)速現(xiàn)有增壓器最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速可達(dá)30000r／min以上，而且測(cè)試工況點(diǎn)都在規(guī)定的折合轉(zhuǎn)速下進(jìn)行。由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量點(diǎn)是在某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的工況下測(cè)得的，所以壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量精度對(duì)壓氣機(jī)性能影響較大，因此對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量要求有較高的精度和靈敏度。

（4）渦輪增壓器是一個(gè)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的部件，對(duì)其機(jī)組的振動(dòng)要求也是一個(gè)重要參數(shù)，要求測(cè)量的是軸向和徑向振動(dòng)加速度。同時(shí)還要測(cè)試渦輪增壓器的噪聲

（5）流量測(cè)試。可以利用流量計(jì)測(cè)得的壓力及溫度值當(dāng)作壓氣機(jī)進(jìn)口的壓力和溫度，流量測(cè)試所得數(shù)據(jù)可用于壓氣機(jī)和增壓器性能的測(cè)算。

4 PLC電氣控制原理

PLC控制臺(tái)的主回路圖，如圖3所示：

圖3 PLC布置圖

引自供電為380V(50Hz,5Kw),直接控制葉片泵1、2；經(jīng)變壓后為220V連接電加熱器，并分別提供電腦柜供電電源、控制回路電源、質(zhì)量流量計(jì)1電源、質(zhì)量流量計(jì)2電源、備用電源1、備用電源2、盤(pán)內(nèi)插座電源、盤(pán)內(nèi)風(fēng)機(jī)照明電源；另經(jīng)過(guò)隔離變壓器（如圖4-2 a所示）轉(zhuǎn)為24V直流電壓，并提供PLC模塊電源、DI電源、DO電源、AI電源、AO電源、儀表電源、條形碼閱讀電源、加速度傳感器電源、振動(dòng)傳感器電源、路由器電源、備用電源、控制電源。（按工程需要，備用電源數(shù)約占總電源數(shù)的1/5）圖3為PLC的整體布置圖。如圖所示，CPU、工控機(jī)和條形碼閱讀器由路由器連接起來(lái)。其中CPU控制包括數(shù)字量輸入和輸出控制（即DI、DO）和模擬量輸入和輸出控制（即AI、AO）。

PLC系統(tǒng)將安裝在控制柜的電氣箱內(nèi)完成控制功能。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

根據(jù)增壓器的測(cè)試要求和現(xiàn)場(chǎng)的工況，測(cè)試系統(tǒng)除了控制、測(cè)量和通訊功能外，嗨具有以下功能：

(1) 人機(jī)交互

通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件，可以實(shí)現(xiàn)：a.實(shí)時(shí)顯示增壓器試驗(yàn)數(shù)據(jù)；b.記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，生成增壓器出廠原始記錄表；c.根據(jù)換算公式進(jìn)行計(jì)算，生成相關(guān)報(bào)表；d.以增壓器型號(hào)和編號(hào)為文件名，保存上述報(bào)表。

(2) 測(cè)試系統(tǒng)

基于數(shù)字顯示儀表和計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器性能測(cè)試系統(tǒng)，利用了數(shù)字顯示儀表抗干擾能力強(qiáng)，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)，又利用了組態(tài)軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和圖形表現(xiàn)能力，融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高、測(cè)試精度高，操作簡(jiǎn)單、維護(hù)容易的特點(diǎn)。

6 結(jié)論

借鑒國(guó)內(nèi)外其它渦輪增壓器試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，建成了這個(gè)車(chē)用增壓器測(cè)試臺(tái)。該系統(tǒng)融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)電氣控制系統(tǒng)來(lái)控制液壓系統(tǒng)，集成化、一體化的設(shè)計(jì)達(dá)到了小型化、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化、安裝維護(hù)方便等目的，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高、測(cè)試精度高，操作簡(jiǎn)單、維護(hù)容易等特點(diǎn)。

[1]彭文.汽油機(jī)渦輪增壓器試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)的研究.[D]南京航空航天大學(xué) 2009

[2]鐘華貴.車(chē)用渦輪增壓器試驗(yàn)臺(tái)與試驗(yàn)技術(shù).[J]燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究 2003(04):37-40

[3]THEODOSIOS K;KORKIANITIS T Turbo charger design effects on gasoline-engine [J]performance 2005(03)