CN112648067A - 环境仓及其涡轮增压器执行器控制***、方法及存储介质 - Google Patents

环境仓及其涡轮增压器执行器控制***、方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及环境仓及其涡轮增压器执行器控制***、方法及存储介质，该控制***包括涡轮增压器、执行器、减压阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器及控制器，减压阀高压端与高压气源连接，减压阀低压端与执行器进气端连接，减压阀用于将高压气源的压力调整后向执行器的进气端输出，第一压力传感器用于检测增压机出气端压力，第二压力传感器用于检测减压阀的低压端出口压力；第三压力传感器用于检测环境仓内的压力；控制器根据上述三个压力传感器的检测值控制减压阀的开度；上述控制***利用减压阀根据环境仓内的气压变化对输入执行器的气压进行适应性调节，无需手动调节弹簧长度，可以有效提升环境仓的试验效率及试验数据的准确性。

Description

环境仓及其涡轮增压器执行器控制***、方法及存储介质
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别涉及环境仓及其涡轮增压器执行器控制***、方法及存储介质。
背景技术
当高原环境模拟仓通过进气***和排气***吸真空的形式来模拟高原环境时，发动机和增压器所处的环境仓的大气压力为环境仓所在海拔的大气压力，这样为了保证增压器机械式执行器式柴油机高原试验时执行器开度的真实性，需要反复调整放增压器执行器的螺栓以平衡压力的问题。
执行器工作原理如图1所示，P1为增压器出口压力，执行器的弹簧端通大气，大气压力定义为P2，当柴油机工作时，执行器驱动轴输出力F1，当F1足够大时，驱动旁通阀驱动轴，完成旁通阀放气，放出的气随尾气进入排气管，公式为：
F1＝(P1-P2)*S1，其中S1为执行器的进气端横截面积；
如果PX为需要进行的高原试验所对应的海拔高度的大气压力，需要调整执行器的螺丝以改变弹簧长度，从而适应环境仓内气压变化对执行器的影响：(P2-PX)*S1＝KL，其中PX为需要进行的高原试验所对应的海拔高度的大气压力；K执行器内弹簧刚度；L为需要调节的弹簧位移。根据上述公式可得螺丝需要旋转的圈数：N＝(P2-PX)S1/K/d，其中N为螺丝需要旋转的圈数，d为螺栓螺纹的螺距，由此可见，当环境仓内气压发生变化时，就需要对执行器的弹簧长度进行调整以对环境仓内的气压变化进行适应，每次都需要计算螺栓转动圈数并进行手动调节，操作繁琐不便。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供环境仓涡轮增压器执行器控制***，以解决高原环境试验时需要反复调整涡轮增压器机械执行器螺栓以平衡压力的问题。
本发明的第二目的在于提供一种基于上述环境仓涡轮增压器执行器控制***的控制方法、环境仓以及存储介质。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
环境仓涡轮增压器执行器控制***，包括涡轮增压器以及执行器，还包括：
减压阀，所述减压阀的高压端与高压气源连接，所述减压阀的低压端与所述执行器的进气端连接；
用于检测所述涡轮增压器的增压机出气端压力的第一压力传感器以及用于检测所述减压阀的低压端出口压力的第二压力传感器；
用于检测环境仓内压力的第三压力传感器；
控制器，所述控制器根据所述第一压力传感器、所述第二压力传感器以及所述第三压力传感器的检测值控制所述减压阀的开度。
优选地，所述控制器为PLC控制器。
优选地，所述执行器的进气端包括阀体、阀片以及复位件，所述阀片设置于所述阀体的内腔中且所述阀片将所述阀体的内腔分隔为第一腔体以及第二腔体，所述第一腔体与所述减压阀的低压端出口连通，所述复位件设置于所述第二腔体中并位于所述阀片与所述第二腔体的内壁之间，所述驱动杆的第一端伸入所述第二腔体与所述阀片连接，所述驱动杆的第二端伸出所述第二腔体与所述涡轮增压器的涡轮机的旁通阀传动连接。
优选地，所述阀片位于所述第二腔体内的表面设置有安装板，所述复位件的一端设置于所述安装板，另一端设置于所述第二腔体与所述阀片相对的壁面。
优选地，所述驱动杆的第二端通过摇臂与所述涡轮增压器的涡轮机的旁通阀的阀轴连接，所述摇臂与所述驱动杆的第二端可转动连接，所述摇臂与涡轮增压器的涡轮机的旁通阀的阀轴固定连接。
环境仓，包括如上任意一项所述的环境仓涡轮增压器执行器控制***。
基于上述任意一项所述的环境仓涡轮增压器执行器控制***的环境仓涡轮增压器执行器控制方法，包括步骤：
获取环境仓内的压力P环境以及涡轮增压器的增压机出气端压力P1a，根据压力平衡公式P环境S＝(P1b-P1a)S，得到P1b＝P环境+P1a，其中，S为执行器的进气端的横截面积,P1b为减压阀的低压端出口应输出的压力；
根据减压阀特性曲线，获得减压阀低压端出口输出压力为P1b时对应的开度；
控制器根据上述计算结果以及减压阀低压端出口压力的检测值对减压阀的开度进行闭环控制。
存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的环境仓涡轮增压器执行器控制方法的各个步骤。
由以上技术方案可以看出，本发明中公开了一种环境仓涡轮增压器执行器控制***，该环境仓涡轮增压器执行器控制***包括涡轮增压器、执行器、减压阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及控制器，其中，执行器的驱动杆与涡轮增压器的涡轮机的旁通阀传动连接；减压阀的高压端与高压气源连接，减压阀的低压端与执行器的进气端连接，减压阀用于将高压气源的压力调整后向执行器的进气端输出，第一压力传感器用于检测涡轮增压器的增压机出气端压力，第二压力传感器用于检测减压阀的低压端出口压力；第三压力传感器用于检测环境仓内的压力；控制器根据第一压力传感器、第二压力传感器以及第三压力传感器的检测值控制减压阀的开度；
在试验时，首先获取环境仓内的压力P环境以及涡轮增压器的增压机出气端压力P1a，环境仓内的压力P环境是由第三压力传感器直接测量得出的相对压力，P环境＝PX-P大气，上述PX为需要进行的高原试验所对应的海拔高度的大气压力，P大气为环境仓所在处的大气压力；然后根据压力平衡公式P环境S＝(P1b-P1a)S，得到P1b＝P环境+P1a，其中，S为执行器的进气端的横截面积,P1b为减压阀的低压端出口应输出的压力；再根据减压阀特性曲线，获得减压阀低压端出口输出压力为P1b时对应的开度；最后控制器根据上述计算结果以及减压阀低压端出口压力的检测值对减压阀的开度进行闭环控制；由此可见，上述环境仓涡轮增压器执行器控制***通过在执行器进气端前设置减压阀，且增压器输出的气压不再直接作用于执行器，而是仅作为对于减压阀开度调节的依据，能够利用减压阀根据环境仓内的气压变化对输入执行器的气压进行适应性调节，当执行器弹簧腔内的环境气压降低时(即处于高原环境)，根据上述运算结果，减压阀相应地对高压气源进行减压后再输入至执行器内，这样能够在不调节弹簧长度的情况下，避免执行器在增压器输出压力不足时打开旁通阀，因此通过这一结构无需在试验过程中反复调整涡轮增压器执行器的弹簧长度以平衡压力，且相对于通过螺栓调节弹簧长度的方式更加准确，可以有效地提升高原环境模拟仓的试验效率以及试验数据的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为执行器工作原理图；
图2为本发明实施例提供的环境仓涡轮增压器执行器控制***的原理图。
其中：
1为减压阀；2为控制器；3为第一压力传感器；4为第二压力传感器；5为高压气源；6为涡轮增压器的增压机；7为执行器。
具体实施方式
本发明的核心之一是提供一种环境仓涡轮增压器执行器控制***，以达到避免高原环境试验时需要反复调整涡轮增压器机械执行器螺栓以平衡压力的目的。
本发明的另一核心是提供一种基于上述环境仓涡轮增压器执行器控制***的控制方法、环境仓以及存储介质。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，图2为本发明实施例提供的环境仓涡轮增压器执行器控制***的原理图。
本发明实施例中公开了一种环境仓涡轮增压器执行器控制***包括涡轮增压器、执行器7、减压阀1、第一压力传感器3、第二压力传感器4、第三压力传感器以及控制器2。
其中，执行器7的驱动杆与涡轮增压器的涡轮机的旁通阀传动连接；减压阀1的高压端与高压气源5连接，减压阀1的低压端与执行器7的进气端连接，减压阀1用于将高压气源5的压力调整后向执行器7的进气端输出，第一压力传感器3用于检测涡轮增压器的增压机6出气端压力，第二压力传感器4用于检测减压阀1的低压端出口压力；第三压力传感器用于检测环境仓内的压力；控制器2根据第一压力传感器3、第二压力传感器4以及第三压力传感器的检测值控制减压阀1的开度。
综上所述，与现有技术相比，本发明实施例提供的环境仓涡轮增压器执行器控制***在试验时，首先获取环境仓内的压力P环境以及涡轮增压器的增压机6出气端压力P1a，上述环境仓内的压力P环境是由第三压力传感器测量的出的相对压力，P环境＝PX-P大气，其中，PX为需要进行的高原试验所对应的海拔高度的大气压力，P大气为环境仓所在处的大气压力；然后根据压力平衡公式P环境S＝(P1b-P1a)S，得到P1b＝P环境+P1a，其中，S为执行器7的进气端的横截面积,P1b为减压阀1的低压端出口应输出至执行器7的进气端的压力；再根据减压阀1特性曲线，获得减压阀1低压端出口输出压力为P1b时对应的开度；最后控制器2根据上述计算结果以及减压阀低压端出口压力的检测值对减压阀1的开度进行闭环控制；由此可见，上述环境仓涡轮增压器执行器控制***通过在执行器7的进气端前设置减压阀1，且增压机6输出的气压不再直接作用于执行器7，而是仅作为对于减压阀1开度调节的依据，能够利用减压阀1根据环境仓内的气压变化对输入执行器7的气压进行适应性调节，当执行器7的弹簧腔内的环境气压降低时(即处于高原环境时)，根据上述运算结果，调整减压阀1的开度，以相应地将高压气源5提供的压力进行减压后再输入至执行器7内，这样能够在不调节弹簧长度的情况下，避免执行器7在增压器输出压力不足时打开旁通阀，因此通过这一结构无需在试验过程中反复调整涡轮增压器执行器7的弹簧长度以平衡压力，且相对于通过螺栓调节弹簧长度的方式更加准确，可以有效地提升高原环境模拟仓的试验效率以及试验数据的准确性。
作为优选地，上述控制器2为PLC控制器。
进一步地，上述执行器7的进气端包括阀体、阀片以及复位件，阀片设置于阀体的内腔中且阀片将阀体的内腔分隔为第一腔体以及第二腔体，阀片采用能够随气压变化而变形结构，第一腔体与减压阀1的低压端出口连通，复位件设置于第二腔体中并位于阀片与第二腔体的内壁之间，驱动杆的第一端伸入第二腔体与阀片连接，驱动杆的第二端伸出第二腔体与涡轮增压器的涡轮机的旁通阀传动连接。
更进一步地，阀片位于第二腔体内的表面设置有安装板，复位件的一端设置于安装板，另一端设置于第二腔体与阀片相对的壁面。
作为优选地，驱动杆的第二端通过摇臂与涡轮增压器的涡轮机的旁通阀的阀轴连接，摇臂与驱动杆的第二端可转动连接，摇臂与涡轮增压器的涡轮机的旁通阀的阀轴固定连接。
基于上述实施例中的环境仓涡轮增压器执行器控制***，本发明还提供了一种环境仓，由于该环境仓采用了上述环境仓涡轮增压器执行器控制***，则环境仓的技术效果请参考上述实施例。
基于如上所述实施例中的环境仓涡轮增压器执行器控制***，本发明实施例还提供了一种环境仓涡轮增压器执行器控制方法，该控制方法包括步骤：
获取环境仓内的压力P环境以及涡轮增压器的增压机6出气端压力P1a，，根据压力平衡公式P环境S＝(P1b-P1a)S，得到P1b＝P环境+P1a，其中，S为执行器7的进气端的横截面积,P1b为减压阀1的低压端出口应输出的压力；
上述环境仓内的压力P环境为由第三压力传感器直接测量得出的相对压力值，P环境＝PX-P大气，其中，PX为需要进行的高原试验所对应的海拔高度的大气压力，P大气为环境仓所在处的大气压力；
根据减压阀1特性曲线，获得减压阀1低压端出口输出压力为P1b时对应的开度；
控制器2根据上述计算结果以及减压阀低压端出口压力的检测值对减压阀1的开度进行闭环控制；
在获得减压阀1低压端出口输出压力为P1b时减压阀1对应的开度后，控制器2控制减压阀1打开至相应的开度，同时对减压阀1低压端出口输出压力进行测量，并根据测量值对上述开度进行修正，以确保输出的压力等于P1b。
进一步地，本发明实施例还提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的环境仓涡轮增压器执行器控制方法的各个步骤。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.环境仓涡轮增压器执行器控制***，包括涡轮增压器以及执行器，其特征在于，还包括：
减压阀，所述减压阀的高压端与高压气源连接，所述减压阀的低压端与所述执行器的进气端连接；
用于检测所述涡轮增压器的增压机出气端压力的第一压力传感器以及用于检测所述减压阀的低压端出口压力的第二压力传感器；
用于检测环境仓内压力的第三压力传感器；
控制器，所述控制器根据所述第一压力传感器、所述第二压力传感器以及所述第三压力传感器的检测值控制所述减压阀的开度。
2.根据权利要求1所述的环境仓涡轮增压器执行器控制***，其特征在于，所述控制器为PLC控制器。
3.根据权利要求1或2所述的环境仓涡轮增压器执行器控制***，其特征在于，所述执行器的进气端包括阀体、阀片以及复位件，所述阀片设置于所述阀体的内腔中且所述阀片将所述阀体的内腔分隔为第一腔体以及第二腔体，所述第一腔体与所述减压阀的低压端出口连通，所述复位件设置于所述第二腔体中并位于所述阀片与所述第二腔体的内壁之间，所述驱动杆的第一端伸入所述第二腔体与所述阀片连接，所述驱动杆的第二端伸出所述第二腔体与所述涡轮增压器的涡轮机的旁通阀传动连接。
4.根据权利要求3所述的环境仓涡轮增压器执行器控制***，其特征在于，所述阀片位于所述第二腔体内的表面设置有安装板，所述复位件的一端设置于所述安装板，另一端设置于所述第二腔体与所述阀片相对的壁面。
5.根据权利要求3所述的环境仓涡轮增压器执行器控制***，其特征在于，所述驱动杆的第二端通过摇臂与所述涡轮增压器的涡轮机的旁通阀的阀轴连接，所述摇臂与所述驱动杆的第二端可转动连接，所述摇臂与涡轮增压器的涡轮机的旁通阀的阀轴固定连接。
6.环境仓，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项所述的环境仓涡轮增压器执行器控制***。
7.基于权利要求1-5任意一项所述的环境仓涡轮增压器执行器控制***的环境仓涡轮增压器执行器控制方法，其特征在于，包括步骤：
获取环境仓内的压力P环境以及涡轮增压器的增压机出气端压力P1a，根据压力平衡公式P环境S＝(P1b-P1a)S，得到P1b＝P环境+P1a，其中，S为执行器的进气端的横截面积,P1b为减压阀的低压端出口应输出的压力；
根据减压阀特性曲线，获得减压阀低压端出口输出压力为P1b时对应的开度；
控制器根据上述计算结果以及减压阀低压端出口压力的检测值对减压阀的开度进行闭环控制。
8.存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求7所述的环境仓涡轮增压器执行器控制方法的各个步骤。
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