发动机台架实验相关内容

1、发动机原理实验报告 课题： 院系： 姓名： 学号： 指导老师： 发动机原理实验报告书 发动机实验各项性能指标、参数以及各类特性曲线、通常都是在发动机试验台架上按规定的试验方法进行测定，现就其实验装置及流程等进行简述。一、试验台装置典型发动机实验台的组成及布置如简图所示，其主要包括：1、试验台架其是将待测发动机与测功器用联轴节连接，并固定于坚实、防震的水泥基础 上，基础振幅不得大于0.050.1mm。安装发动机的铸铁支架和底板常做成可调节高度和位置的形式，以便迅速安装和对中。 图1发动机试验台架简图2、辅助系统 为保证发动机正常工作，需要安装辅助装置：a、可调水量冷却系统  

2、 b、专用油量测量装置    c、通风装置   d、消声地坑等。3、制动测功装置 常用测功器主要有：（1）水力测功器   （2）电力测功器：直流式和交流式   （3）电涡流测功器 。2、 制动测功装置测功器 测功器是用来吸收实验发动机发出的功，改变其负荷和转速，模拟实际的各种工况 。同时测定发动机输出扭矩。若输出转速由各类转速表测得，则由公式求出功率。1、水力测功器（1）工作原理圆盘式水力测功机与涡流室式水力测功机是两种常见的水力测功机。图2测功

3、机结构图 圆盘式水力测功机通过改变水层厚度来调节制动转矩，如图为其结构简图。转盘固定在转轴上，构成测功机的转子。转子由轴承支承在外壳内，外壳又由摆动轴承支撑在支架上，可绕转子轴线自由摆动。工作时转子通过联轴器与被测动力机械一起旋转，经进水阀注入外壳中的水由转盘带动旋转并受离心力的作用被抛向外壳的内腔形成旋转的水环，水环的旋转运动受到外壳内壁摩擦阻力的作用。这样，水和壁面间的摩擦作用使被测动力机械输出的有效转矩由转子传递到外壳上，再通过固定在外壳上的力臂传递给测力装置，从而指示出力的大小。图3水力测功机转子结构 涡流室式水力测功机是通过改变水压或改变作用面积来调节制动转矩的，前者通过控制排水阀的

4、开度改变内腔水压及水量来调节制动转矩的大小；后者靠闸套的位置移动调节转矩，而内腔始终充满着水。（2）特性曲线 A（平方抛物线）：相当于测功器充满水时（水层厚度最大）所吸收的功率，最后达到测功器转动部分允许的最大制动扭矩B：测功机转子和轴允许的最大转矩，需要减少测功器内的水层厚度。C：为测功器排水温度达到最大允许值的限制功率，通常为6575之间，水温再高，工作时会产生汽泡，影响测功器的稳定性，此时需进一步减少水层厚度。D：为测功器允许的最大转速，由测功器转动部分的最大离心负荷所限制。E：为空载段；无水时由于空气的阻力和转子轴承的摩擦所引起的制动扭矩。图4测功机的特性曲线（3）加载方式 水力测功机

5、只能在一个方向加载，同时转速低于一定值时加载性能变差；不能作为反拖设备，在需要做发动机机械效率试验时需要另外配置拖动设备。（4） 功率及扭矩计算 功率计算 由结构设计保证，测功器的有效功率可用下列简易公式来计算：  P= F  n/ 10000 (千瓦) 式中：F-负荷（牛顿）       n-转速（转/分） 扭矩计算    M=FL (牛米) 式中：F-负

6、荷（牛顿）  L-计算臂长(米)2、电涡流测功机（1）工作原理  由电涡流测功机的结构可知，感应子主要由旋转部件和摆动部件（电枢和励磁线圈）组成。转子轴上的感应子形状犹如齿轮，与转子同轴固定装有一个直流励磁线圈。当励磁绕组通以直流电流时，其周围便有磁场存在，那么围绕励磁绕组就产生一闭合磁通。很明显，位于绕组左侧的感受应子具有一个极性，右侧具有相反的极性。旋转时，由于磁密值的周期性变化而产生涡流，此涡流产生的磁场同产生它的磁场相互作用，从而产生与被试机反向的制动力矩，使电枢体摆动，通过电枢体上的力臂，将制动力传给测量装置。 涡电流使涡流环发热，由进入涡流环的冷却水把

7、热量带走，实现功热平衡的能量交换。转速测量采用非 图5电涡流测功机结构 接触式磁电转速传感器和装于主轴的60齿牙盘，将转速信号转换成电信号输出。 （2）加载方式 电涡流测功机可以双向加载，但在低速时加载性能比水力测功机还差，不能作为反拖设备，在需要做发动机机械效率试验时需要另外配置拖动设备。（3）转速及扭矩计算 功率计算           扭矩计算   功率P=N.n/10000(千瓦)     

8、0;   M=N.L(牛.米) 式中N-负荷(牛顿)         式中N- 负荷(牛顿)    n-转速（转/分）          L-计算臂长为0.95493(米) (注：为了迅速而方便地根据测功器测力指示值计算制动功率，取测功器砝码臂长0.9738M或它的简单倍值，静校时1Kg砝码显示10N的数据或它的倍值，

9、由此引出计算臂长为0.95493M)  3、电力测功机（1） 直流电力测功机工作原理由直流电机、测力计和测速发电机组合而成。直流电机的定子由独立的轴承座支承，它可以在某一角度范围内自由摆动。机壳上带有测力臂，它与测力计配合，可以检测定子所受到的转矩。 根据直流电机原理，电机的电磁转矩同时施加于定子和转子。定子所受到的转矩与转子所受到的转矩大小相等，方向相反，所以转轴上的转矩可以由定子上量测。运行中轴承、电刷和风致摩擦等引起的机械转矩，会使定子和转子所受的转矩不完全相等，这给测量所带来的误差需要加以考虑。 直流测功机可作为直流发电机运行，作为被测动力机械的负载，以测

10、量被测机械的轴上输出转矩；也可以作直流发电机运行，拖动其他机械，以测量其轴上输入转矩 图6电力测功器原理图 1-电枢 2-定子 3-轴承（2） 交流测功机工作原理通常由一台三相交流换向器电动机和测力计、测速发电机组合而成。它的测功原理与直流测功机相同。电力测功机采用交流变频回馈加载，加载能量通过交流负载发电机回馈电网，扭矩、转速通过扭矩传感器直接测量，电量综合测量仪表检测电流、电压、频率、功率因数等，计算机自动检测、显示并完成数据处理、报表及各种曲线。利用电机测量各种动力机械轴上输出的转矩， 图7 交流测功器原理图并结合转速以确定设备的功率。（3） 加载方式 电力测功机可以方便的实现双向加载，

11、同时在转速到0r/min时依然可以提供足够的加载能力；其加载特性为零转速至额定转速为恒扭矩特性，额定转速至最高转速为恒功率特性，完全符合动力机械的负载特性；而且，电力测功机可以作为动力机械倒拖原动机，可以作为机械效率试验的动力和发动机启动动力使用。 4、扭矩与转速的测量（1）测功器测扭矩：扭矩仪测扭矩1. 相位差扭矩仪 相位差式扭矩仪的原理是：当一段弹性轴在扭矩M的作用下产生弹性变形时(如图9.13所示)，其扭转角与扭矩M有下列关系： 式中：G为材料的剪切弹性模量； J为轴截面的的轴极惯矩J=1/32D4； L为轴段长度。相位差式扭矩仪有光学式、光电式和磁电式，目前国内应用最为广泛的是磁电式扭

12、矩仪。2电阻应变式扭矩仪 处于动力机械和负荷之间的被测轴承受扭矩时产生切应力，且最大应力发生在轴的外圆周面上，两个主应力与轴线成45°和135°的夹角。因此，把应变片粘贴在测点的主应力方向上测出应变值，则可根据测得的扭矩。 电桥信号的输出方式基本上有滑环接触式和旋转变压器无接触感应式两种，信号传至应变仪得到平均应变值。 （2）测功器转速的测量：运用电子式转速仪测量 1.转速传感器(1)光电转速传感器 光电转速传感器的功能是将被测转速通过光电转换的原理，转换成为电脉冲信号，供数字式转速表显示。它有透光式和反射式两种。 （2)磁电式转速传感器 当轴旋转时，由永久磁铁、空气隙、转

13、子组成磁路的磁阻，由于永磁铁和齿轮间的空气隙大小不断改变，磁路的磁阻也随之变化，检测线4的磁通也不断变化，从而产生交变的感应电动势，形成与轴转速相应的电信号，电信号频率f正比于被测轴的转速n。 (1)测频法 测定在预定的标准时基内进入计数器的待测信号脉冲的个数、从而求得待测转速。(2)测周法 测周法是以标准时钟脉冲填充待测脉冲，计数器累计一个待测脉冲信号周期Tx内的标淮时钟脉冲数N0，从而求得待测转速n 。 (3)等精度法 等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。它的闸门时间不是固定的值， 而是被测信号周期的整数倍， 即与被测信号同步，消除了对被测信号计数所产生的±1误差，

14、 且达到了在整个测试频段的等精度测量。测频原理如图9.12所示。 三、燃油消耗量的测定油耗仪 对汽车燃油经济性的评价，一般是通过测量发动机燃油消耗量来确定的。而发动机燃油消耗量常通过油耗仪来测定。耗油率的测量可分为容积法和质量法。容积法测量原理：容积式油耗仪的测量原理见图 1。其测量容器由 A、B、C 三个容器组成，测量时可根据需要选择 A 或(A+B)或(B+C)或(A+B+C)作为测量容积。图8容积法测量燃油耗量原理图 其工作过程为：首先，将三通阀置于充油位置。当油箱截止阀打开后，油箱内的燃油分两路，一路向测量容器充油，另一路直接进入发动机。充油完成后，将三通阀置于供油位置。此时，油箱仅向

15、发动机供油，起动发动机，并使发动机稳定工作在规定的工况。当开始测量时，三通阀置于测量位置，发动机便由测量容器供油，当液面到达开始测量上限时开始计时，到达测量下限时，停止计时，记录时间，从而测得燃油消耗量。测量结束后，重新将三通阀置于充油位置，油箱内的燃油向测量容器内补充，为下次测量做好准备。 这种测量方法随着电子技术的发展，实现了自动计时测量。液面测量起始，停止位置由光电管检测，计时功能由计时器完成，三通阀采用电磁阀。 容积式油耗仪是一种恒压式工作过程，燃油供给压力不变，一般只用于台架试验中。其主要误差有：测量容器的误差、比重误差、标定误差以及温度变化所引起的误差。另外，容积式油耗仪只能测量一

16、定时间内的平均值。耗油率计算： 、 充油 测量 测量消耗容积v的燃油所用时间t燃油消耗量按下式计算小时耗油量耗油率式中V球泡容积（mL）； Pe 发动机有效功率（kW）; f 燃油密度（g/mL）； t消耗容积V的燃油所用时间（s）。重量法测量原理：早期的测量是用天平和秒表进行的，测量原理见图2。图9 重量法测量燃油耗量原理图 测量过程为：测量开始前先将油杯充满油，油杯一端重量超过砝码一端重量，天平不平衡。充油完成后，将三通阀置于供油位置。此时，油箱仅向发动机供油，起动发动机，并使发动机稳定工作在规定的工况。然后将三通阀置于测量位置，发动机由油杯供油。当油杯一端重量等于砝码一端时，天平达到平衡

17、，启动秒表开始计时，然后取下砝码，天平失去平衡。由于发动机用油，油杯中的燃油减少，当再次达到平衡时，停止秒表记时。将砝码放置到砝码一端，三通阀置于充油位置，等待下次测量。 采用重量法的油耗自动测量装置，最初是以自动燃油天平为基础的，其中最重要的是采用了砝码自动转移法。后来这种结构的装置又进一步发展进化为力平衡式油耗仪。充油测量改为电磁阀控制，计时改为电子计数器进行，加减砝码改为采用改变电磁线圈的励磁电流而调整平衡力的大小，天平由不平衡状态到平衡状态，有了很大提高。因为油杯中燃油重量的减少可由励磁电流来表示，故可进行不同重量的计时测量，而且可以进行定时的计量测量，大大方便了使用，测量精度也大大提

18、高。由于油杯为开放式，工作过程分为充油和测量两种状态，燃油和大气相通，有蒸发的油气散发在大气中，污染环境。而且在仪器发生故障时，有可能发生燃油外泄。 重量法的测量精度一般比容积法高。这是因为重量法不需要测量燃油的密度，因而完全消除了由于燃油密度变化所造成的误差。重量法测量油耗所产生的误差来源于以下几个方面：（1）系统误差：由于测量时油杯中油面高度发生变化，伸入油杯中的油管浮力的反作用力也变化，造成称量时的系统误差。此系统误差必须根据汽车耗油量及油杯液面高度变化进行修正。（2）泄漏误差：由于三通旋塞密封不良，当在“测量”位置时油箱仍然会向油杯和发动机有少量的泄漏。对此误差可通过实验测得。(3)时

19、间测量误差：时间测量误差包括秒表本身的误差和测量人员的误差，其总和应不超过 0.2 秒。耗油率计算： 油箱供油 充油 燃油消耗量按下式计算 测量 式中 t消耗m（g）燃油所需时间（s）； Pe消耗m（g）燃油时测量的有效功率（kW）； B小时耗油量（kg/h）； be有效燃油消耗率g/（kW·h）。四、发动机的负荷特性1、实验目的掌握柴油机负荷特性试验方法。熟悉所用设备、仪表。学会数据采集与整理，绘制特性曲线。根据数据分析柴油机的工作状况，判断柴油机性能。2、实验原理 柴油机负荷特性的实验原理是，保持柴油机转速不变，通过改变测功器负荷和调节供油拉杆（或调节调速手柄位置），测取各种工况

20、下，油耗率、功率、排气温度及其它参数之间的关系。、实验设备、仪表 6135柴油机一台；Y300水力测功器一台；SYZZ转速油耗自动测量仪一套；温度表、气压表、烟度计、空气流量计等。、实验内容及步骤 A.检查机油量，以及起动电机等电路连线。B.起动预热，检查油压、发动机状况，等水温、油温升到正常值（75）时方可开始实验。C.将柴油机加载至标定工况，即功率和转速都到标定值，然后稳定运行五分钟左右。D.调整完毕即可开始标定转速下的负荷特性实验。工况（负荷）由小到大（或由大到小）。为了确保实验的可靠性，先由小到大，再由大到小作一个来回。E.测定每一工况下各参数时，必须使柴油机在此工况下稳定运行，以防测

21、录数据不稳定。测油耗时间必须测录两次以上，并取平均值。F.作监视曲线，以防飞点。G.试验完毕后，停车整理台架，打扫实验间。H.数据处理与特性曲线绘制。 1)实验中应记录数据： 大气状况：大气压力、大气温度、相对湿度。 测功器表盘读数 发动机曲轴转速 t油耗仪读出时间 G油耗仪砝码重量 排气温度 机油温度 冷却水温度 2)导出参数及名称： 功率 Pe=F*n/K (kw) F测力结构读数（N） n柴油机转速（r/min） K测功器常数 K=9550/L L测力机构力臂长（m） 燃油消耗量 B=G*3600*10-3/t (kg/h) t油耗仪读出时间（s） G给定砝码重量（g） 有效燃油消耗率

22、be=B/Pe*103 (g/kwh)3)绘制特性曲线： 以标定转速下的功率Pe为横坐标，以B, be,Tr为纵坐标，在坐标纸上画出曲线。5、实验注意事项 实验时，负荷调整要平稳，供油拉杆调整要缓慢，避免负荷大起大落。实验时要注意安全。柴油机负荷特性曲线 五、发动机的速度特性柴油机速度特性：1、实验目的掌握测取柴油机速度特性的实验方法。掌握测取柴油机速度特性所用仪器设备的使用与操作。根据试验结果，分析柴油机的性能。2、实验原理 柴油机速度特性是当喷油泵齿条（或拉杆）位置一定时，柴油机性能参数随转速改变而变化的关系。当齿条（或拉杆）位置限制在标定功率位置时称为全负荷速度特性也称外特性，齿条（或拉

23、杆）位置限制在部分位置时称为部分荷速度特性；一般情况下多做外特性。 柴油机速度特性、实验设备6135ZG柴油机一台；Y300水力测功器一台；SYZZ转速油耗自动测量仪一套；温度表、气压表、烟度计、空气流量计等。、实验内容及步骤 A.检查仪器、仪表工作正常，接通燃油、冷却水通断阀。B.按常规启动柴油机，暖机，当油温、水温达到规定值时，加载试验。C.调节发动机油门，使其转速逐渐升至额定转速（1500rpm） ，调节水力测功器手轮，使负荷逐渐增加至额定负荷（Neh125.8KW时，负荷F559.1）。反复调节油门和测功器手轮，使其转速和负荷稳定在额定工况点上。用专用夹具固定油门。测量记录转速、负荷、

24、耗油时间、单位时间的耗油量、烟度等。D.调节水力测功器手轮，使发动机转速缓慢地下降到某一定值（90H ），在新的转速和扭矩下达到新平衡后，测取各主要性能参数并记录下来。E.用此方法逐步测取80H，70H，60H，50H，40H 下的各主要性能参数，直到最低稳定转速。F.用减少负荷的方法，使柴油机转速按上述转速点上升，并分别测取和主要参数，记录下来。实验完毕松油门固定专用夹具。上述方法测取的是全负荷速度特性。部分负荷速度特性的测取是方法是：调节油门，使转速升至H ，调节水力测功器手轮，使负荷在额定负荷下，待稳定后装油门紧固夹具。测取各主要性能参数并记录下来。按、项方法测取其它工况点各主要性能参数

25、。G.按操作步骤完成试验后停机。清洁保养设备。 、实验注意事项 注意安全，尤其注意尽量避开联轴节位置。测定每一工况时必须稳定运转23分钟，以保证测量精度。整个测量过程中保证调速手柄位置不变。六、国家标准 1 范围 本标准规定厂汽车发动机在台架上整机的一般可靠性试验方法，具中包括负荷试验规范(如交变负荷、混合负荷和全速全负荷)、冷热冲击试验规范及可靠性评定方法。 本标准还可作为发动机制造厂和汽车制造厂之间交往的技术依据。2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适州于本标准。 GB/T 15089 机动车辆及挂车分类 GB/T 17754 摩擦学术语 GB/T 18297-2001 汽车发动机性能试验方法3 术语和定义 GB/T17754和GB/T 18297确立的以及下列术语和定义使用于本标准。3.1 气门下沉量valve sinkage 气门与气门座的接触锥面在工作中磨蚀，气门沿其轴线方向陷入气门座的距离。 3.2 最大净功率转速 speed of maximum net power 不高于额定转速的情况下，发动机带全套车用附件