汽车试验技术 课件 14.3.2 发动机性能试验设备

项目十四发动机性能试验14.3.2发动机性能试验设备试验台架作为发动机最基本的测试平台，对发动机性能观测有着至关重要的指导意义。发动机台架试验水平的高低直接影响能否如实的反应发动机的性能，能否准确发现故障问题，能否科学的提供发动机改善的方向和依据。为了能够严格控制试验条件并按照国家标准规定进行测试，尽量模拟发动机在实际使用下的各种工况，发动机台架试验对试验环境、试验设备和试验方法都有严格的要求。发动机台架试验是用科学试验的方法来揭示发动机内部特性，评价其动力性、经济型、可靠性等性能的必要途径。发动机台架试验的目的是检验发动机的性能，而发动机的性能指标有多种，其中转速、转矩、功率、燃油消耗量等用来评价发动机经济性能，除此之外还有负荷性试验、速度特性试验、排放试验、振动与噪声试验等。试验过程中，要对多个参数进行实时监控，并且随着工况的调整，需要在相应的时刻记录下各个测试参数的数值并绘制成相应曲线，作为进一步研究和改进的依据。14.3.2

发动机性能试验设备发动机台架试验系统发动机试验系统是保证发动机测试和试验研究的基础。一般情况下，发动机试验是在专门的试验室台架上内进行的。发动机试验系统可分为试验测控系统和试验间环境系统两部分组成。测控系统主要由发动机加载装置和测量装置、燃料供给设备，以及控制和数据釆集系统组成；实验室环境系统主要包括通风系统、进排气系统和消声隔离系统等组成，主要用于保证发动机正常的运行环境、避免噪声和排放物污染。系统的控制部分及操作界面放在控制室内，其余设备放在试验间与发动机相连。发动机台架控制系统和数据釆集系统（简称测控系统）的任务是调节发动机工况、完成试验数据的实时采集、记录、处理和输出。测控系统是整个发动机台架试验系统的核心部分，也是影响发动机试验效果的主要因素。发动机台架试验测控系统利用各种测量设备将各类试验参数以电信号的形式输出。信号经调理和多功能数据釆集卡转换，最终由计算机系统集中显示和处理。测量设备因测量参数而定，一般包括测功机、油耗仪和各类传感器。同时计算机输出控制信号经数据釆集卡转换，由油门执行器和测功机执行，从而改变发动机的工况。14.3.2

发动机性能试验设备1）测功机测功机是发动机台架试验的主要装置。通常情况下，测功机由三个机构组成：一是用于吸收发动机功率的加载装置；二是改变发动机扭矩的负载调节装置；三是转速、扭矩的测量装置。测功机根据吸能传递和转化形式的不同，可分为电力型、水力型和电涡流型。其中电涡流型测功机是利用电涡流的制动作用，将吸收的功率变成电祸流进而转化成热量，再用循环水带走。电涡流测功机的制动设备主要由定子和转子组成如图所示。当电流通过励磁线圈时，闭合回路中就会产生静态磁通。锯齿状的感应子变面四凸不平，因此在其旋转的时候祸流环内的磁通密度就会不断变化，进而在祸流环表面形成祸电流，以阻止磁通的变化。这就是制动作用的产生原理。在旋转过程中定子外壳受到磁力的作用，可以通过测功机的测力机构进行扭矩测量。另外，通过改变励磁线圈的电流就可实现负载的调节。14.3.2

发动机性能试验设备发动机台架试验要获得发动机不同工况下的特性曲线，这就需要采用不同的控制方式。电流恒定控制时，测功机的扭矩将随转速的稳定而稳定。励磁电流发生改变时，瞬时扭矩也将做相应的改变，因此这种特性非常适合动力传动的测试。这种情况下测功机能够很好的模拟行驶阻力改变发动机的运行工况。转速恒定控制时，测功机自动控制对功率的吸收，从而将被测发动机的转速维持在给定的数值上。扭矩恒定控制时，测功机根据扭矩测量装置测出的结果加以控制，将测功机吸收的扭矩维持在稳定值上，此时发动机的工况和汽车爬坡时的情形类似。综合控制时，测功机的励磁电流根据转速比例增大，这使得测功机的吸收扭矩和吸收功率随转速的增加而增加，但是因为转速反馈的控制，吸收功率和吸收扭矩的增加速度要快于恒定电流控制。测功机的选用应与被测发动机的特性相匹配，并且被测发动机的工况范围要在测功机的工作范围内。14.3.2

发动机性能试验设备（1）转速和扭矩的测量对于汽车发动机来说，功率是一个十分重要的性能参数。发动机在某工况下的功率是由测量转速和扭矩计算得出的。计算公式如下：式中：Pe为有效功率，单位是KWMe为实测扭矩，单位N·mn为实测转速，单位r/min。从公式可以看出，发动机输出功率与转速和扭矩的乘积成正比关系。14.3.2

发动机性能试验设备（2）转速的测量在发动机试验中，需要测量的一个重要参数就是转速，它是分析发动机的动态特性和计算调速率的重要依据。一般情况下，测功机都集成转速测量装置。图是磁电式转速计原理图。它在转轴上装有测速齿轮盘并在支架上安装磁电传感器。磁电传感器由绕有线圈的永磁铁制成。齿轮盘一般制有60个齿。每当转轴旋转一周，磁电传感器就会产生60个脉冲信号。

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发动机性能试验设备（3）扭矩的测量扭矩用来衡量负载大小，是发动机台架试验需要测量的主要参数之一。发动机的扭矩可以通过测功机直接测量。测功机通过轴承将外壳定子支撑在支架上。工作时，测功机与发动机相连，外力使测功机自由的旋转，在外壳上安装了力臂，并连接载荷单元。这样就能将作用在外壳上的扭矩测量出来，其扭矩的表达式如下：M_e=W∙D其中：Me为扭矩，单位是N·mW为作用于载荷单元上的力，单位为ND为力臂长度，单位是m。（4）燃油消耗量的测量发动机燃油消耗量单位和车辆行驶燃油消耗量有所不同，车辆行驶燃油消耗量一般用每百公里消耗的燃油体积来表达，即L/100Km。发动机燃油消耗量指发动机每小时消耗燃油的质量，它是衡量发动机经济性的重要指标。燃油消耗量通常可以用燃油消耗率来评价，即每千瓦小时消耗燃油多少克，用以下公式计算：g_e=G_f/P_e×1000其中：ge表示燃油消耗率，单位是g/（Km·h）Gf表燃油消耗量，单位是Kg/hPe表示发动机功率，单位是KW14.3.2

发动机性能试验设备5）温度测量温度是发动机测试中需要测量的主要项目之一，它反映发动机的运行状态。发动机台架试验中主要涉及到的温度有：机油温度、冷却水温度（进、出水温度）、排气温度、燃油温度和实验环境温度。对以上信息的准确测量对正确控制试验过程、剖析发动机性能有着至关重要的作用。温度的测量主要有温度传感器完成，目前常见的温度传感器有热电阻是和热电偶式两种。热点偶式传感器利用热电效应将温度直接转换成电流输出；而热电阻式传感器是利用一些材料的电阻对温度的敏感，通过测量材料的电阻变化来获得温度信息。14.3.2

发动机性能试验设备（6）压力测量发动机台架试验中，经常需要对各种介质压力进行测量。具体来说主要包括：进气管压力、喷油压力、机油压力、气缸压力、排气背压、排气管压力和大气压等。专项试验还需要测试特定零部件所能承受的压力。压力也是反映和影响发动机工作状态的主要参数。由于发动机的工作特点，压力和温度一样，经常变化（如缸压）而且规律不定，数值大小悬殊，各测量点对精度的要求也不相同。因此，根据试验目的和试验项目的不同，测量仪器和测量方法也不固定。发动机台架试验中的压力测量一般由压力传感器完成。压力传感器将压力信号转换为电信号输出，供其他设备显示和处理。压力传感器根据测量原理的不同，可分为电阻式、电容式、电感式、霍尔式等