CN108489730B - 一种气压调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种气压调节装置，与车辆的发动机连接，该气压调节装置包括：连接在发动机的进气管路中的电动阀体，用于控制进气管路的进气道截面积；位置测量模块，用于测量电动阀体的开启角度，生成位置信号并输出；压差测量模块，用于测量进气管路内气体经过电动阀体前后的压差，并输出该压差信息；控制模块，用于获取发动机的工况以确定对应的气压信息，生成相应的控制指令并输出；处理模块，用于接收和响应控制模块下发的控制指令，并根据位置信号和压差信息控制电动阀体的位置。本发明实施例提供的气压调节装置，实现发动机进气管路气压的自动调节，使设备更加智能化，提高了经济效率，减少了人力、物力的浪费，节约了成本。

Description

一种气压调节装置
技术领域
本发明实施例涉及发动机控制技术，尤其涉及一种气压调节装置。
背景技术
在进行发动机台架试验时，为了模拟整车运行的边界条件，往往需要对发动机管路气压进行控制。现有技术中，通常在管路前安装一个手动节流阀门，通过手动控制阀门的开度来控制管路气压。
通过手动控制阀门的开度控制管路气压有以下几个缺点：因阀门安装位置必须靠近发动机进气管路，发动机运行过程中油、水、电、气及高速转动部件和高温烫伤都会威胁操作人员的人身安全；停机状态下调节阀门效率低，每次调节完成都需要运行发动机并稳定30min进行确认，如果调整5次达到设定值，则需要消耗150min试验时间；手动调节方式试验成本较高，既消耗能源，又耗费人力。
发明内容
本发明实施例提供一种气压调节装置，以实现管路气体压力自动调节。
本发明实施例提供一种气压调节装置，与车辆的发动机连接，所述气压调节装置包括：
连接在所述发动机的进气管路中的电动阀体，用于控制所述进气管路的进气道截面积；
设置在所述电动阀体上的位置测量模块，用于测量所述电动阀体的开启角度，并根据所述电动阀体的开启角度生成位置信号并输出；
压差测量模块，用于测量所述进气管路内气体经过所述电动阀体前后的压差，并输出该压差信息；
控制模块，用于获取所述发动机的工况以确定与所述发动机工况对应的压差信息，根据所述压差信息生成相应的控制指令并输出；
处理模块，分别与所述控制模块、所述位置测量模块和所述压差测量模块电连接，用于接收和响应所述控制模块下发的控制指令，并根据所述位置信号和所述压差信息控制所述电动阀体的位置。
可选的，还包括：脉冲宽度调制PWM模块，分别与所述处理模块和所述电动阀体电连接，用于在所述处理模块的控制下产生PWM信号以控制所述电动阀体的开启角度。
可选的，还包括：通信模块，分别与所述控制模块和所述处理模块连接，用于将所述控制模块下发的控制指令发送到所述处理模块。
可选的，所述通信模块为基于消息队列遥测传输MQTT协议的无线数据收发控制器。
可选的，所述电动阀体为直流驱动的电动蝶阀。
可选的，所述位置测量模块为接触式或非接触式位置传感器。
可选的，所述压差测量模块为压差传感器。
可选的，所述处理模块为嵌入式微处理器。
可选的，所述控制指令包括所述进气管路预设的压差和/或所述电动阀体的预设开启角度。
可选的，所述处理模块利用PID方式调节所述电动阀体的位置。
本发明实施例提供一种气压调节装置，通过控制连接在发动机的进气管路中的电动阀体的开启角度控制进气管路的进气道截面积；通过位置测量模块测量电动阀体的开启角度，并根据该开启角度生成位置信号并输出到处理模块；通过压差测量模块测量进气管路内气体经过电动阀体前后的压差，并输出该压差信息到处理模块；通过控制模块获取发动机的工况以确定与发动机工况对应的压差信息，根据该压差信息生成相应的控制指令并输出到处理模块；处理模块根据收到的控制指令，控制电动阀体的位置，根据收到的位置信号和压差信息的实时反馈，保证管路中气压在预设范围，从而实现发动机进气管路气压的自动调节，使设备更加智能化，提高了经济效率，减少了人力、物力的浪费，节约了成本。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种气压调节装置的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种气压调节装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
实施例一
图1所示为本发明实施例一提供的一种气压调节装置的结构示意图，本实施例提供的气压调节装置与车辆的发动机连接，该气压调节装置包括：
连接在发动机的进气管路中的电动阀体10，用于控制进气管路的进气道截面积；设置在电动阀体10上的位置测量模块20，用于测量电动阀体10的开启角度，并根据电动阀体10的开启角度生成位置信号并输出；压差测量模块30，用于测量进气管路内气体经过电动阀体10前后的压差，并输出该压差信息；控制模块40，用于获取发动机的工况以确定与发动机工况对应的压差信息，根据压差信息生成相应的控制指令并输出；处理模块50，分别与控制模块40、位置测量模块20和压差测量模块30电连接，用于接收和响应控制模块40下发的控制指令，并根据位置信号和压差信息控制电动阀体10的位置。
可以理解的是，本发明实施例提供的气压调节装置包括一段管路，参考图1，管路中设置有电动阀体10，箭头表示气流方向，使用时将气压调节装置的管路与发动机进气管路连接，通过调节电动阀体10处于不同的开启角度，可以控制发动机的进气管路的进气道截面积，从而实现气压调节。本发明实施例提供的气压调节装置可以用于发动机台架试验时，调节发动机的进气负压(将气压调节装置与发动机进气管路相连)，其中，发动机进气负压越高，进气越充分，发动机输出功率可以越大；还能够在发动机发生飞车等故障时自动关闭发动机进气，保护发动机及人身、设备的安全；或者控制发动机中冷器的中冷压降(将气压调节装置与中冷器出气管路相连)。其中，中冷压降指的是在中冷器中，空气经过散热翅片过程中造成的压力损失，即中冷后压力与中冷前压力的差值，中冷压降越大，发动机可以达到的功率越大。
示例性的，以发动机台架实验控制发动机中冷器的中冷压降为例，为了模拟整车运行的边界条件，当发动机处于不同工况(例如启动、加速、刹车)时，中冷器需要不同的压降。试验时，控制模块40获取发动机的工况，通过发动机的工况确定中冷压降所需的压差信息，然后根据压差信息生成控制指令并发送到处理模块50，处理模块50根据接收到的控制指令，控制电动阀体10的开启角度；同时通过位置测量模块20和压差测量模块分别实时测量电动阀体10的开启角度和进气管路内气体经过电动阀体10前后的压差，位置测量模块20根据电动阀体10的开启角度生成位置信号并输出给处理模块50；压差测量模块30将压差信息输出给处理模块50，其中位置信号和压差信息作为反馈信号，处理模块50根据收到的位置信号和压差信息进一步调整电动阀体10的开启角度，保证管路中气压与当前发动机工况确定中冷压降所需的压差信息保持一致，从而实现发动机进气管路气压的自动调节，以实现气压的精确控制。
本实施例的技术方案，通过控制连接在发动机的进气管路中的电动阀体的开启角度控制进气管路的进气道截面积；通过位置测量模块测量电动阀体的开启角度，并根据该开启角度生成位置信号并输出到处理模块；通过压差测量模块测量进气管路内气体经过电动阀体前后的压差，并输出该压差信息到处理模块；通过控制模块获取发动机的工况以确定与发动机工况对应的压差信息，根据该压差信息生成相应的控制指令并输出到处理模块；处理模块根据收到的控制指令，控制电动阀体的位置，根据收到的位置信号和压差信息的实时反馈，保证管路中气压在预设范围，从而实现发动机进气管路气压的自动调节，使设备更加智能化，提高了经济效率，减少了人力、物力的浪费，节约了成本。
实施例二
图2所示为本发明实施例二提供的一种气压调节装置的结构示意图，本实施例以上述实施例为基础，可选的，该气压调节装置还包括：脉冲宽度调制PWM模块60，分别与处理模块50和电动阀体10电连接，用于在处理模块50的控制下产生PWM信号以控制电动阀体10的开启角度。
PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)的控制方式指的是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。PWM控制技术具有控制简单、灵活、动态响应好以及抗噪性能强等优点，利用PWM控制电动阀体10具有较高的精度。
可选的，该气压调节装置还包括：通信模块70，分别与控制模块40和处理模块50连接，用于将控制模块40下发的控制指令发送到处理模块50。
其中，控制模块40可以为计算机，也可以为其他物联网(Internet of things)设备，可以通过编写程序在测控软件，实现物与物直接相连的物联网连接，进行信息交换和通信，实现远程和自动控制，使设备更加智能化，提高经济效率，减少人力、物力的浪费，节约成本。
可选的，通信模块70为基于消息队列遥测传输MQTT协议的无线数据收发控制器。
MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输)是IBM开发的一个即时通讯协议，该协议支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部连接起来，被用来当作传感器和制动器的通信协议。MQTT协议是为大量计算能力有限，且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下优点：1、使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合；2、对负载内容屏蔽的消息传输；3、使用TCP/IP提供网络连接；4、有多种消息发布方式保证服务质量；5、小型传输，开销很小协议交换最小化，以降低网络流量。
可选的，电动阀体10为直流驱动的电动蝶阀。
其中，蝶阀的蝶板安装于管道的直径方向。在蝶阀阀体圆柱形通道内，圆盘形蝶板绕着轴线旋转，旋转角度为0°-90°之间，旋转到90°时，阀门则处于全开状态。直流驱动的电动蝶阀结构简单，体积小，启闭方便迅速，调节性能好，可以实现快速、精确气压调节。
可选的，位置测量模块20为接触式或非接触式位置传感器。
位置测量模块20用于测量电动阀体10的开启角度，并生成位置信号反馈给处理模块50，处理模块50根据收到的位置信号与预设位置比较，根据需要修正电动阀体10的开启角度，提高气压调节的准确性。其中，位置测量模块20可以为位置传感器，可以采用电磁式、有电磁式、光电式、差动变压器式、电涡流式、电容式、干簧管、霍尔式等原理制成，可以根据实际需求选择，本发明实施例对此不作限定。
可选的，压差测量模块30为压差传感器。
压差传感器是一种用来测量两个压力之间差值的传感器，本实施例中，压差传感器用于测量进气管路的空气经过电动阀体10之前和之后的压强差，并将该压强差反馈给处理模块50，处理模块50根据收到的压强差与预设压强差比较，根据需要修正电动阀体10的开启角度，提高气压调节的准确性。示例性的，以发动机台架实验控制发动机中冷器的中冷压降为例，控制模块40根据获取到的发动机当前的运行工况，确定所需的中冷压降值，此中冷压降值即为预设压强差。
可选的，处理模块50为嵌入式微处理器。例如可以采用具有32位精简指令集(RISC)的嵌入式微处理器，可以快速、实时地处理接收到的控制指令、位置信号以及压差信息，实现快速自动气压调节。
可选的，控制指令包括进气管路预设的压差和/或电动阀体10的预设开启角度。
控制模块40根据获取到的发动机的运行工况，分析进气管路所需的压差信息，例如发动机加速过程，需要较大的中冷压降，控制指令为预设压差为100kPa和/或电动阀体10的预设开启角度为15°。其中，控制模块40可以为计算机、其他物联网设备等，控制指令通过通信模块发送，实现远程控制的气压调节。
可选的，处理模块50利用PID方式调节电动阀体10的位置。
PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性***响应速度以及减弱超调趋势。通过PID方式调节电动阀体10的位置，形成闭环控制***，可以提高气压调节的精确度。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种气压调节装置，其特征在于，用于发动机台架试验，与车辆的发动机连接，所述气压调节装置包括：
连接在所述发动机的进气管路中的电动阀体，用于控制所述进气管路的进气道截面积；
设置在所述电动阀体上的位置测量模块，用于测量所述电动阀体的开启角度，并根据所述电动阀体的开启角度生成位置信号并输出；
压差测量模块，用于测量所述进气管路内气体经过所述电动阀体前后的压差，并输出该压差信息；
控制模块，用于获取所述发动机的工况以确定与所述发动机工况对应的压差信息，根据所述压差信息生成相应的控制指令并输出；
处理模块，分别与所述控制模块、所述位置测量模块和所述压差测量模块电连接，用于接收和响应所述控制模块下发的控制指令，并根据所述位置信号和所述压差信息控制所述电动阀体的位置。
2.根据权利要求1所述的气压调节装置，其特征在于，还包括：脉冲宽度调制PWM模块，分别与所述处理模块和所述电动阀体电连接，用于在所述处理模块的控制下产生PWM信号以控制所述电动阀体的开启角度。
3.根据权利要求1所述的气压调节装置，其特征在于，还包括：通信模块，分别与所述控制模块和所述处理模块连接，用于将所述控制模块下发的控制指令发送到所述处理模块。
4.根据权利要求3所述的气压调节装置，其特征在于，所述通信模块为基于消息队列遥测传输MQTT协议的无线数据收发控制器。
5.根据权利要求1所述的气压调节装置，其特征在于，所述电动阀体为直流驱动的电动蝶阀。
6.根据权利要求1所述的气压调节装置，其特征在于，所述位置测量模块为接触式或非接触式位置传感器。
7.根据权利要求1所述的气压调节装置，其特征在于，所述压差测量模块为压差传感器。
8.根据权利要求1所述的气压调节装置，其特征在于，所述处理模块为嵌入式微处理器。
9.根据权利要求1所述的气压调节装置，其特征在于，所述控制指令包括所述进气管路预设的压差和/或所述电动阀体的预设开启角度。
10.根据权利要求1所述的气压调节装置，其特征在于，所述处理模块利用PID方式调节所述电动阀体的位置。
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