发动机增压进排气动态压力测试系统
发动机增压进排气动态压力测试及仿真试验系统主要包括6个进排气传感器,2个缸压传感器,1个曲轴转角传感器,1个信号调理平台,1个多通道动态数据采集分析仪,可同时高速测量16通道的动态压力信号,每通道采集速率达2M/s。可以实现发动机增压进排气动态压力的测试。
本试验平台建设进一步加强了发动机流动与增压研究方向的科研实力,建成的发动机增压进排气动态压力测试系统已用于973项目等国家重大科研专项研究,本室利用该设备进行内燃机涡轮增压关键技术攻关,发展了内燃机增压的非定常流动理论,提出了提高增压系统性能的流动控制方法,研制出了国内首台宽流量范围跨声速增压器,并得到实际应用。
清华大学涡轮增压及涡轮发电技术实验台是目前国内开展发动机排气能量利用技术基础研究的功能最全面的实验平台。
该实验平台的主要组成部分:
1) 压缩空气气源及空气管路系统,包括燃烧室和脉冲发生器;
2) 高速发电机及电力负载系统;
3) 燃油和滑油系统;
4) 稳态及动态测控系统,包括稳态、动态传感器及高性能数采设备;
5) 数据采集及管理软件系统;
6) 实验台状态监控及安全系统。
该实验平台利用螺杆空压机提供气源,通过控制燃烧室(或电加热器)以及脉冲发生器的参数,可以精确模拟活塞式发动机排气所具有的温度、压力、脉冲频率等主要特征。在此基础上,主要开展两个技术方向的研究:
一、涡轮增压技术
控制台
该实验平台针对涡轮增压技术的研究内容包括增压器整体性能,以及压气机和涡轮部件的性能实验。此实验台的压比测量范围可达1~5,流量范围为0.02~0.2kg/s。除稳态实验外,还具有动态性能实验的能力,已进行了涡轮增压器在不同的排气脉冲条件下的性能变化的研究。
二、涡轮发电技术
全局管路
涡轮发电技术是利用一个动力涡轮来回收发动机排气中所包含的一部分能量,动力涡轮带动发电机向外输出电能,从而提高发动机的总效率。此实验台采用了国内目前最先进的永磁高速无刷发电机,转速可达28000rpm,最大发电功率为2kW,电力输出方式可选择直流或交流
目前基于该实验平台已开展的课题包括:
涡轮增压器试验段
1)自然科学基金项目:脉冲进气条件下增压器涡轮非定常流动机理研究;
2)自然科学基金项目:高增压离心压气机非对称射流扩稳机制研究;
3)美国通用汽车公司国际合作项目:Model-based Turbocharger Matching and Optimization Methods for Full Range Transient Operations of A Light Duty Gasoline Engine;
4)日本IHI公司国际合作项目:Stability improvement of high-pressure-ratio turbocharger centrifugal compressor by non-axisymmetric casing treatment。