汽车内燃机试验学.ppt

1、内燃机试验学主讲教师：钱叶剑动力机械及工程系,教学大纲 (1),一、课程目的与任务 内燃机试验与测量是内燃机领域中科学研究不可缺少的重要手段，是获取内燃机各种特性、深入研究内燃机工作过程内在规律的重要保障。本课程是在学完热力发动机基础、内燃机原理、内燃机设计、热能与动力机械测试技术等课程之后开设的。 目的是使学生了解内燃机试验与测量的地位和作用，系统地掌握该课程的基础知识，为将来从事内燃机产品的开发、设计、制造和试验打下良好的基础。 任务是使学生掌握试验设计与数据整理方法，了解内燃机实验室及其试验装置，主要性能参数的测量方法和国家标准，测试系统和测量仪器的工作原理。,教学大纲 (2),二、课程

2、的基本要求 通过本课程的学习，学生应熟悉内燃机实验室及其试验装置，试验设计与数据整理的方法，气缸动态压力的测量方法，转速和功率的测量方法，示功图测录过程中的影响因素和可能产生的误差，排气成分测量的试验规范和相关的国家标准。通过试验，掌握内燃机常规性能实验和专项实验的方法、步骤和常规测试仪器的使用技术。,教学大纲 (3),三、与其它课程的联系和分工 本课程是热能与动力工程专业热力发动机模块中的主要专业选修课之一。其先修专业课程为热力发动机、内燃机原理、热能与动力机械测试技术等，平行专业选修课程为其它专业选修课。 热力发动机基础课程为本课程提供了热力发动机的结构基础知识，内燃机原理课程为本课程提供

3、了内燃机基本理论。而本课程则是以内燃机主要性能参数的测量方法和测试仪器的工作原理为主要研究对象，是热力发动机模块中专业选修课的重要组成部分。,教学大纲 (4),四、课程的内容与学时分配,选用教材： 汽车发动机试验学教程，黄海燕主编，清华大学出版社 主要参考书： 汽车发动机试验，胡朝龙编著，重庆大学出版社 内燃机测试技术，严兆大主编，浙江大学出版社 热能与动力机械测试技术，严兆大主编，机械工业出版社,第一章 概论,本章主要介绍汽车发动机试验学的目的和意义、发动机试验的种类以及如何组织发动机试验过程和发动机试验标准。 主要内容包括： 第一节 汽车发动机试验教学的目的和意义 第二节 汽车发动机试验类

4、别 第三节 汽车发动机试验的组织和实施 第四节 汽车发动机试验标准,第一节 发动机试验教学目的和意义,随着我国汽车工业的发展，排气污染防治、发动机电子控制等新技术的引入以及各种法规、标准、鉴定程序的完善，汽车发动机试验技术和方法是汽车工程领域技术人员的必备知识，不仅是对理论的单纯验证，也是了解和掌握汽车先进技术并实现技术创新的必要手段。汽车发动机试验教学的目的和意义有： 一、发动机试验是汽车专业人才培养的重要实践教学环节 汽车发动机原理和规律是广大科技人员和工程技术人员大量实践和经验的总结，具有极强的实践性质。发动机试验教学可使学生进一步全面了解复杂的发动机，并培养学生根据所学知识来综合分析和

5、解决实践中遇到的各种问题的能力。,二、发动机试验技术和方法是其生产、技术开发的必备知识。 发动机的零部件多，使用条件复杂，对性能、寿命、质量和成本等方面的要求高。影响汽车发动机质量和性能的因素又很多，涉及的技术领域广泛。因此，无论是新设计、开发的产品还是生产中的产品，即使在设计和制造上考虑充分，也必须经过试验来检验：设计思想是否正确；设计意图是否实现；设计的产品性能是否符合使用要求。 另外，发动机应用范围广泛，使用条件多变，因此，准确确定发动机在各种条件及工况下的性能具有重要意义。 三、试验技术与设备是发动机研发创新和理论发展的必备手段。 发动机技术的创新和新产品研发离不开先进的试验测试技术。

6、随着汽车工业的发展，人们对发动机提出了更高的要求，这就对试验标准、试验技术和设备提出了更高的要求。同时为了提高发动机各类参数的测量精度，也需要先进的发动机试验技术。,第二节 汽车发动机试验类别,一、汽车发动机试验类别 按其试验目的和试验对象进行分类，可分为 (1) 产品试验 目的是检查发动机产品的质量， 包括产品出厂试验、定期抽查试验及大修后的性能测试。特点是试验的产品固定、试验项目固定、测试方法和参数变化少，要求测试设备可靠，能适应长期运转的需要。 (2) 新产品性能评定和标定试验 性能评定试验的目的是对新产品或经重大改进的发动机在其研发过程中进行局部的或全面的性能测试，以考核其性能指标是否

7、达到设计或改进的要求。,性能测试主要在试验台架上进行，是用科学的试验方法揭示发动机内部的变化规律，找出提高其动力性、经济性、可靠性、耐久性和运转形等各种性能的途径，以满足整车对发动机的要求。性能测试主要包括起动、负荷特性、速度特性、怠速特性、机械效率、各缸工作均匀性试验以及标定工况、怠速下的稳定性试验。 可靠性和耐久性试验也是性能试验，耐久性试验时间长，工作量大，目的是考核新产品或经过重大改进的发动机的可靠性、耐久性以及其性能指标的稳定性等。 新产品的标定试验是指发动机在开发各阶段对样机个工况的性能指标及可调参数的标定。发动机在特定环境的性能测试，如全天候、高原地区、噪声等特定试验。,(3)

8、科学研究专项试验 为研究、改进发动机性能或科研探索所组织的专题试验。 以上各类试验，除单项专题研究试验可参照各种标准自行拟定试验规范和方法外，其他试验应按国家标准进行。 (4) 教学与培训试验 目的是让被培训者掌握汽车发动机性能测试的基本方法，了解测试需要的基本的硬件和软件条件及其原理，初步学会试验方案设计，试验数据处理、误差及试验结果分析等技能。针对不同的对象(学生或企业人员)有特定的要求。高校学生除了上述基本要求外，还要求学习和参与某些力所能及的新产品开发和单项试验，以扩展思路，能综合运用所学知识分析试验中观察到的现象及发现的问题，提出解决方案，以达到具有初步的科研和开发试验的能力。,第三

9、节 汽车发动机试验的组织与实施,一、试验前的准备 (1) 制定试验大纲 试验大纲是指导试验的重要技术文件，根据试验目的不同，试验大纲编制侧重点也不同。试验大纲包括：试验目标、试验对象和试验内容、试验项目和测量参数、试验设备、试验条件、试验技术、方法和试验设计、试验数据的处理、误差分析。 试验误差来源于仪器误差、环境误差、方法误差、人员误差。 (2) 试验设备、试验仪器配备和标定 (3) 人员配备和记录表格准备,(4) 安全措施准备 (5) 试验前后的操作规程 二、试验过程 试验过程包括四个阶段：起动预热、工况检测、采样读数和校核数据。 三、试验总结与分析 试验完成后的总结工作包括：对试验中观察

10、到的现象和发现的问题进行定性分析研究；对测得数据进行处理，获取必要的信息和参数，确定实测性能指标和参数间的关系；争取对试验数据和资料进一步归纳上升到理论高度，得出规律；最后对试验作出评价和结论，写出试验报告。,(1) 数据处理 试验总结阶段中，试验数据处理是重要的一项内容，要求对测量所获得一系列数据进行深入分析，以便得到各参数之间的关系，甚至用数学解析方法，导出个参数之间的函数关系。 (2) 试验报告 试验报告的内容包括：试验任务来源；试验目的；试验对象；试验条件描述，如环境条件、测试工况等；试验方案设计与试验方法；测试系统仪器选配；传感器定度；数据处理方法、处理结果与误差范围；实验结果分析；

11、结论；存在问题和进一步的改进意见；附录，如典型试验记录曲线、数据处理结果表、试验规律曲线和相关照片等。,第四节 汽车发动机试验标准,一、标准概述 试验标准与试验方法不同，具有一定的权威性、通用性、先进性和相对稳定性，是衡量发动机产品质量和各项工作的依据。 1. 按管理级别和适用范围可分为国际标准、国家标准、地方标准、行业标准和企业标准。 (1) 国际标准 国际标准时国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)和国际电信联盟(ITU)制定的标准，以及国际标准化组织确认并公布的其他国际组织制定的标准。中国于1978年加入ISO。,(2) 国家标准和地方标准 国家标准和地方标准是各国或各地区依

12、据国情、区情而制定的适用于本国和本地区的标准。我国国家标准简称GB，美国国家标准协会制定的美国标准，简称ANSI，日本的国家标准简称JIS。 (3) 行业标准 它是在全国某个行业范围内统一的技术标准。在我国它有国务院行政主管部门制定并报国务院标准化行政主管部门备案。它是为规范本行业所辖各部门产品试验方法而制定的。我国汽车行业标准简称QC，交通部门标准为JT，美国的SAE标准，日本的JASO标准。,(4)企业标准 企业标准是指各汽车发动机生产企业，根据自身特点，参考相应国际、国家标准而制定的标准，只限本企业内适用。一般严于国家或国际标准。 2. 按标准属性可分为强制向标准和推荐性标准。 (1)

13、强制性标准 它是为了保障人身健康、安全、保护环境和节约能源而制定的强制性标准，这类标准一般称为法规，必须执行。,(2) 推荐性试验标准 强制性标准以外的标准属推荐性标准，在我国，凡是标准代号带有T的，均为推荐性标准。国家鼓励企业自愿采用，推荐性标准一旦纳入指令性文件，将具有相应的行政约束力。 二、试验时对发动机附件的要求 标准中对发动机在进行各项试验时所带的附件进行了规定。另外，还有如下规定 1) 凡属维持发动机工作的附件一律带上。 2) 凡不是为发动机本身服务且是外加负载的附件一律不带。,第二章 发动机试验装置和试验台,本文所述内燃机试验是在发动机台架实验室内进行，试验时，通常将发动机与测功

14、器连接起来，将它们固定在试验台上，然后装上各种测试仪表，按规定的方法和要求，尽量模拟发动机在实际使用下的各种工况进行试验。 试验系统由试验测试系统和实验室环境系统组成，测试系统包括测功机、试验台、燃料消耗量测量系统、冷却水供给系统、空气消耗量测量系统、控制系统及数据采集系统；环境系统包括通风系统、进排气系统和消声及隔声系统。,第一节 试验室测量系统,一、试验台 1. 组成 试验台主要有基础、底板和支架组成。基础由钢筋混凝土制成，用来固定测功机和带槽底板。测试用发动机通过可以调节对中的支架固定在底板上。支架用来支撑测试发动机，可以调整高度，并具有一定的减震作用。,2. 要求 1) 发动机工作时振

15、动较大，为防止这些振动传给四周地面和建筑物，基础必须具有足够的质量，并与地基及四周用隔振垫层隔离开，隔振垫层可以用表面涂有沥青的软木或其它富有弹性的材料。试验台基础所允许的最大振幅没有明确规定，但力求不超过0.1mm。 2) 测功机不宜与发动机台架安装在同一块底板上，防止发动机的振动对测功机测力机构和磅秤表盘造成有害影响。,3) 测功机底板可以用铸铁铸造或用槽钢焊接组成，铸铁底板的工作面一般都加工出几道T型常长槽，四周铸出集水/油槽沟，将它装到基础上时要校准水平并于基础中预先浇入的螺钉牢牢固定。槽钢焊接组成的底板，其槽钢与基础连接的地脚螺钉应该在浇基础水泥前事先焊接，拼焊槽钢时需用夹具固定，以

16、保证槽钢之间的平行度。 4) 测试发动机与测功器连接方式，一般采用弹性联轴器或万向联轴节。弹性联轴器连接，两轴的允许偏心量不超过0.2mm；万向联轴节连接时两轴中心线的允许偏差宽，较长且不平衡，不适合高速传动。,二、燃料消耗量测量装置 测量燃油消耗量的方法可分为稳态测量和瞬态测量，稳态测量包括容积法和质量法，动态测试可采用科里奥利质量流量计，整车转鼓试验时采用尾气碳平衡法。 1) 容积法 使用葫芦形玻璃量瓶，用连通管与燃料箱相通，中间装一个三通阀进行转换。如果已知两瓶上刻线A和下刻线B之间的容积，则测定燃料液面有A下降到B所需的时间，即可按下式求出单位时间的燃料消耗量。 其中G为燃料消耗量(k

17、g/h)；V为量瓶两刻线之间的容积(mL)；为燃料的密度；t为液面通过两刻线之间所需的时间。,需要注意的是：量瓶容积随发动机功率和运转工况而有所不同，使测定的时间大致为30-60s。量瓶刻线部分作得较细，可以使液面通过该部分的速度加大，使测定比较正确。 2) 重量法 实质是测定消耗一定量燃料的时间。基本原理是：首先油箱的燃料分别供给发动机和测量用油杯，直到天平上油杯中的燃油质量大于砝码；然后，转动三通阀，发动机的燃料由油杯供给，随着油杯中燃料的减少，砝码和油杯重量逐渐趋向平衡，在平衡的瞬间，开始计时，并去掉重量为的砝码；最后，当油杯重量与砝码平衡时，时间测定结束，并将三通阀转回原位。这样就测出

18、了消耗重量为的燃油时间，进而可按下式计算单位时间燃料消耗量。,G为燃料消耗量(kg/h)；为燃料重量(g)；t为测定时间(s) 需要注意的是：容积法和重量法测定燃料消耗量时关键是时间的测定，若以人工操作来测定时间，会引入人为误差，其大小决定于操作者的熟练程度。 容积法自动测量燃料消耗装置是利用在刻线A、B两处各装上一组光电系统，利用燃料对光线的光折作用产生光电信号，并用电磁三通阀实现控制油路的转换，以达到自动测量的目的。 重量法自动测量燃料消耗装置可将油杯放在灵敏度极高的压力传感器上，直接得到重量变化的信号以及相应的时间信号，配上计算机后就可以实现动态过程的连续测量燃料消耗量。,3) 科里奥利

19、质量法 它利用流体在管内进行直线运动的同时处在一旋转系中，则会产生于质量流量成正比的科里奥利力。 它适用于动态测试，测试频率可达10Hz，与空气流量计结合使用可计算出瞬时空燃比。 管内壁磨损、腐蚀或沉积结垢会影响测量精度，油管内气泡也会影响测试，需在流量计前加增压泵。 连接方法有两种： 方法A动态性能好，精确，需使用两个流量计，成本高。 方法B只使用一个流量计，冷却器容量大，动态性能差。,4) 碳平衡法 利用所消耗燃油中的含碳量与排气中CO、CO2、HC所含碳的总量应相等的特点，由排气分析结果计算燃油消耗量。可不解体测量油耗，精度高、试验稳定性好。 汽油机： Fc=0.1154(0.273WC

20、O2+0.429Wco+0.866WHC)/SG 柴油机： Fc=0.1155(0.273WCO2+0.429Wco+0.866WHC)/SG 其中Fc燃油消耗量，L/100km； SG-288K(15)下试验燃油的密度，kg/L WCO-测得的CO排放量，g/km； WCO2-测得的CO2排放量，g/km； WHC-测得的HC排放量，g/km。,三、冷却水供给系统及其装置 冷却水循环系统有两个循环通路组成：发动机冷却水循环系统和测功器水循环系统。 冷却水系统主要作用有：冷却测功机热量、冷却发动机、控制燃料及润滑油温度。水冷式发动机试验时，要控制和调节进、出水的温度，还要测定发动机冷却水的流量

21、。使用水力测功器时，需要用水作制动器的工质并带走发动机输出功转化的全部热量。 测功器水循环系统要保持稳定的水压，水平面的高度不小于4m。,四、空气消耗量测量装置 内燃机在进行工作过程的试验研究时，需要测定空气消耗量。空气消耗量的测量方法有容积法和流速法。 1. 容积法 可准确测定空气消耗量，但内燃机工作时，空气消耗量以体积来计量时数值非常大，测量装置的体积也会大，建造困难。 2. 流速法。 通过测量空气经过一定长度的管子或圆孔的流速，计算出消耗量。内燃机工作时，进气管中气体流动存在脉动，一般在实验室中测量空气消耗量测量时，要将脉动流动变为等速稳定的流动。稳压罐的容积不小于被测发动机一个气缸容积

22、的200倍，罐底部用橡皮膜封住，以减少缸内气压的脉动和气罐爆炸。,3. 电控发动机空气量测量 电喷发动机中空气量的测量不但要有一定的测量精度，还要求有很好的动态响应速度。常见的有热膜式、热线式和文丘里管流量计等。安装时要考虑连接传感器的前后管径、长度大小及长度与管径之比。 1) 热线式空气质量流量计 工作原理： 气流通过加热的电阻丝时，热量被吸收，温度下降，电阻丝的电阻与温度有关。因此可通过测量电阻来确定流速。 结构： 由防护网、取样管、白金热线、温度补偿电阻和控制线路板组成。白金热线是感知空气流量，温度补偿电阻根据进气温度进行空气流量修正。根据白金热线在壳体内安装部位的不同，分主流测量方式和旁通测量方式两种结构形式。,2) 热膜式空气质量流量计 其结构与工作原理和热线式空气流量计基本相同，