汽車發(fā)動機(jī)試驗(yàn)學(xué)_第三章_發(fā)動機(jī)主要性能參數(shù)的測量

1、汽車發(fā)動機(jī)試驗(yàn)汽車發(fā)動機(jī)試驗(yàn)第三章 發(fā)動機(jī)主要性能參數(shù)的測量Page 1同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院發(fā)動機(jī)主要性能參數(shù)的測量發(fā)動機(jī)主要性能參數(shù)的測量 發(fā)動機(jī)試驗(yàn)測量、計(jì)算后所需的參數(shù)項(xiàng)目主要分為以下幾種類型。（1）與常規(guī)動力、經(jīng)濟(jì)性能直接有關(guān)的項(xiàng)目： 發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、燃油消耗率、點(diǎn)火提前角、供油提前角、空氣消耗量、進(jìn)氣壓力和溫度、排氣壓力與溫度、中冷前后溫度和壓力（對于增壓發(fā)動機(jī)），潤滑油的壓力和溫度，冷卻水溫度，燃油溫度、密度等。（2）與發(fā)動機(jī)尾氣排放有關(guān)的項(xiàng)目： 一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NOx）、柴油機(jī)的微粒(PM)和煙度等。 同濟(jì)

2、大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 2發(fā)動機(jī)主要性能參數(shù)的測量發(fā)動機(jī)主要性能參數(shù)的測量（3）與試驗(yàn)環(huán)境有關(guān)的項(xiàng)目： 大氣壓力、溫度和濕度、排氣背壓等。（4）其他項(xiàng)目： 根據(jù)一些特殊要求進(jìn)行的測試項(xiàng)目，如柴油發(fā)動機(jī)高壓噴油泵泵端和嘴端壓力、充氣效率、過量空氣系數(shù)，氣缸內(nèi)的最高爆發(fā)壓力、平均有效壓力、壓力升高率、噪聲、振動等。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 33.13.1 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算 在汽車發(fā)動機(jī)中，功率是一個十分重要的性能參數(shù)。發(fā)動機(jī)某工況的有效功率是測定有效扭矩和轉(zhuǎn)速值后計(jì)算而得。計(jì)算公式如下：式中：Pe_有效功率，kW Me_實(shí)測

3、有效扭矩，Nm n_實(shí)測轉(zhuǎn)速，r/min同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 495501000602nMnMPeee3.13.1 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算o 轉(zhuǎn)速測量 轉(zhuǎn)速是單位時間內(nèi)曲軸的平均旋轉(zhuǎn)次數(shù)，通常以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）作為計(jì)量單位同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 5 1. 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器是通過磁電作用把被測參數(shù)轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動勢的一種器件。它是利用帶齒的含鐵導(dǎo)磁材料在磁場中切割磁力線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢來計(jì)算轉(zhuǎn)速的。n發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min;Z信號盤齒數(shù)；信號盤齒數(shù)；f感應(yīng)電動勢頻率，感應(yīng)電動勢

4、頻率，s-1zfn60=3.1 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算o 轉(zhuǎn)速測量 2. 霍爾傳感器 當(dāng)葉片進(jìn)人永久磁鐵與霍爾元件之間的空隙時，由于霍爾元件的磁場被觸發(fā)葉片所旁路（或稱隔磁），霍爾元件不產(chǎn)生霍爾電壓；當(dāng)觸發(fā)葉片同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 6離開空隙后，永久磁鐵的磁通便穿過霍爾兀件而產(chǎn)生霍爾電壓。利用霍爾電壓方波信號的頻率，可算出轉(zhuǎn)速值來。優(yōu)點(diǎn)：一為輸出的電壓信號近似于方波信號；另一為輸出電壓與被測物體的轉(zhuǎn)速無關(guān)優(yōu)點(diǎn)：一為輸出的電壓信號近似于方波信號；另一為輸出電壓與被測物體的轉(zhuǎn)速無關(guān)3.13.1 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)

5、算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算o 扭矩測量 根據(jù)扭矩測量原理的不同，測量扭矩的裝置分為傳遞法和平衡力法兩種類型。傳遞法主要應(yīng)用扭矩儀（傳感器）在動力的傳遞過程中測出扭矩值；平衡力法利用作用在測功機(jī)上的作用扭矩與反作用扭矩大小相等、方向相反的原理來測量扭矩。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 73.13.1 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算o 扭矩測量1. 平衡力法 平衡力法的測量原理及結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示，將測功機(jī)的外殼通過軸承支撐在支架上，外殼能自由地回轉(zhuǎn)，在外殼上裝有力臂，連接載荷單元。工作時在發(fā)動機(jī)扭矩作用下，載荷單元承受的作用力W乘以力臂長度L就是扭矩值

6、。扭矩的表達(dá)式如下：同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 8WLMe式中：式中：M Me e實(shí)測有效扭矩，實(shí)測有效扭矩，NmNm；WW作用在載荷單元上的力，作用在載荷單元上的力，N N；LL力臂長度力臂長度,m,m3.13.1 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算o 扭矩測量 2. 傳遞法 轉(zhuǎn)軸受到扭矩作用時會產(chǎn)生變形，傳遞法就是通過測量軸變形，利用應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系來測量扭矩。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 93.13.1 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算o 扭矩測量誤差及測功機(jī)的校正 平衡力法扭矩測量誤差除了非電量電測裝置帶來

7、的誤差外，主要是測功機(jī)的誤差。各種側(cè)功機(jī)的一個共同的主要誤差來源，就是浮動定子兩端軸承摩擦帶來的誤差。由于定子只在很小角度內(nèi)擺動，長期和過載使用會造成局部的壓痕而帶來較大摩擦阻力。因此，除關(guān)心軸承的潤滑狀況外，應(yīng)定期進(jìn)行檢查和標(biāo)定。 電力測功機(jī)多用風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，形成鼓風(fēng)損失，且隨轉(zhuǎn)速增加而大幅上升。這是一種系統(tǒng)誤差，可事先預(yù)估進(jìn)行修正。 同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 103.13.1 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩測量和功率計(jì)算o 扭矩測量誤差及測功機(jī)的校正 電力和電渦流測功機(jī)電線的剛性和水管、潤滑油的粘性會產(chǎn)生擺動阻力，帶來誤差，因此宜采用柔性管線，并盡可能從中心

8、引人。水力測功機(jī)水位的波動，也是誤差的來源之一。 由于測功機(jī)誤差隨使用時間和裝配情況而變化，所以長期使用和維修安裝后應(yīng)重新進(jìn)行校正標(biāo)定。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 113.23.2壓縮上止點(diǎn)與點(diǎn)火、噴油提前角測定壓縮上止點(diǎn)與點(diǎn)火、噴油提前角測定o 曲軸位置及氣缸識別傳感器 同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 12 曲軸位置傳感器又稱為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)角傳感器。其功用是采集曲軸轉(zhuǎn)動角度和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，并輸人電子控制單元ECU，以便確定點(diǎn)火時刻和噴油時刻。3.23.2壓縮上止點(diǎn)與點(diǎn)火、噴油提前角測定壓縮上止點(diǎn)與點(diǎn)火、噴油提前角測定o 曲軸位置及氣缸識別傳感器 對于四沖程發(fā)動

9、機(jī)，由于每循環(huán)曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，各缸都存在兩個上止點(diǎn)（壓縮行程和進(jìn)氣行程），因此還需要識別是哪一缸哪一個上止點(diǎn)，即需要?dú)飧鬃R別傳感器。該傳感器通常安裝在凸輪軸上，又稱凸輪軸位置傳感器。因?yàn)橥馆嗇S轉(zhuǎn)一圈正好是發(fā)動機(jī)的一個工作循環(huán)，只要它的位置信號與某缸壓縮上止點(diǎn)相對應(yīng)，則該信號出現(xiàn)的時刻，必然對應(yīng)于該缸的壓縮上止點(diǎn) 凸輪軸位置傳感器的功用是采集配氣凸輪軸的位置信號，并輸人發(fā)動機(jī)電子控制單元，以便ECU識別順序排列的第1缸，再確定該缸的壓縮上止點(diǎn)，從而進(jìn)行順序噴油控制、點(diǎn)火時刻控制和爆燃控制同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 133.23.2壓縮上止點(diǎn)與點(diǎn)火、噴油提前角測定壓縮上止點(diǎn)與點(diǎn)火、噴油

10、提前角測定o 曲軸位置及氣缸識別傳感器 4缸機(jī)凸輪軸信號轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈(360凸輪軸轉(zhuǎn)角和720曲軸轉(zhuǎn)角）為一個周期。一個周期內(nèi)，有4個均勻分布的正常齒，每缸對應(yīng)一個，并有一個多齒，在第1缸正常齒與第3缸正常齒之間的1/5處，作為判缸標(biāo)志。 曲軸信號轉(zhuǎn)子為齒盤式，在其圓周上均勻間隔地制作有58個凸齒，57個小齒缺和1個大齒缺。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 143.23.2壓縮上止點(diǎn)與點(diǎn)火、噴油提前角測定壓縮上止點(diǎn)與點(diǎn)火、噴油提前角測定o 上止點(diǎn)真實(shí)位置確定 1. 氣缸壓縮線法（倒拖法或滅缸法）同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 153.23.2壓縮上止點(diǎn)與點(diǎn)火、噴油提前角測定壓縮

11、上止點(diǎn)與點(diǎn)火、噴油提前角測定o 上止點(diǎn)真實(shí)位置確定2. 活塞位置測量法 利用氣缸頭上的孔（噴油器孔或火花塞孔，不方便時，可卸下缸蓋）安裝深度百分尺測量活塞頂?shù)奈恢谩Ｏ软槙r針轉(zhuǎn)動曲軸，測定行程中段到頂點(diǎn)的幾個位置的尺寸，并記錄對應(yīng)的曲軸相位或飛輪位置，然后逆時針轉(zhuǎn)動上行，記錄與上行時同樣位置尺寸所對應(yīng)的曲軸相位或飛輪位置。各位置兩次測量值中點(diǎn)的平均值就是上止點(diǎn)的位置。此法簡易，還可消除活塞連桿接頭間隙所造成的誤差。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 163.23.2壓縮上止點(diǎn)與點(diǎn)火、噴油提前角測定壓縮上止點(diǎn)與點(diǎn)火、噴油提前角測定o 測定上止點(diǎn)位置的傳感器及其誤差與校正 同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)

12、大學(xué)汽車學(xué)院Page 17 由于傳感器安裝時不可避免地存在位置誤差，可以利用上止點(diǎn)位置確定的方法進(jìn)行校正，當(dāng)作系統(tǒng)誤差處理。要注意測試時的傳感器頻響問題。此外，曲軸扭轉(zhuǎn)變形也會造成成止點(diǎn)位置的誤差，特別是對距離飛輪端較遠(yuǎn)的氣缸。3.23.2壓縮上止點(diǎn)與點(diǎn)火、噴油提前角測定壓縮上止點(diǎn)與點(diǎn)火、噴油提前角測定o 點(diǎn)火提前角與噴油提前角的判定 提前角的測定精度首先取決于上止點(diǎn)信號的位置精度，其次取決于記錄的點(diǎn)火或噴油始點(diǎn)信號是否準(zhǔn)確，此外還取決于曲軸齒盤的分度精度。電控發(fā)動機(jī)的這些信號和真實(shí)的著火與噴油時刻有一定的延遲，而且隨不同工況而變同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 183.3 3.3 壓

13、力測量與示功圖制取壓力測量與示功圖制取o 概述 在發(fā)動機(jī)試驗(yàn)中，經(jīng)常要進(jìn)行壓力的測量，如各種介質(zhì)（氣體、燃料、潤滑油和冷卻水）的壓力和大氣壓。具體來說各種發(fā)動機(jī)試驗(yàn)過程中所需測量的壓力主要指：進(jìn)氣管真空度及絕對壓力、噴油壓力、中冷前后壓力、渦輪增壓器的壓氣機(jī)進(jìn)、出口壓力、排氣背壓與排氣管壓力、機(jī)油壓力、氣缸壓縮壓力、工作過程中的缸內(nèi)壓力和曲軸箱壓力等。 同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 193.3 3.3 壓力測量與示功圖制取壓力測量與示功圖制取o 概述 發(fā)動機(jī)試驗(yàn)中壓力的測量儀主要有液柱式壓力計(jì)和壓力傳感器等。1. 液柱式壓力計(jì) 液柱式壓力計(jì)是基于液體靜壓力作用原理，由已知重度的液體

14、高度測得壓強(qiáng)。液柱式壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，精度較高，一般用于檢定或直接測量較小的靜壓力。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 203.3 3.3 壓力測量與示功圖制取壓力測量與示功圖制取o 概述2. 壓力傳感器 為實(shí)現(xiàn)壓力測量遠(yuǎn)傳、記錄和控制，在壓力檢測中大量應(yīng)用各種傳感器，將被測壓力參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號，供遠(yuǎn)傳的電子儀表測量、控制。汽車發(fā)動機(jī)中的大多數(shù)壓力測量均采用壓力傳感器進(jìn)行。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 213.3 3.3 壓力測量與示功圖制取壓力測量與示功圖制取o 發(fā)動機(jī)缸內(nèi)動態(tài)壓力測量與示功圖制取同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 223.3 3.3 壓力測量

15、與示功圖制取壓力測量與示功圖制取o 發(fā)動機(jī)缸內(nèi)動態(tài)壓力測量與示功圖制取 示功圖或壓力圖涉及缸內(nèi)動態(tài)壓力和曲軸轉(zhuǎn)角（可換算為活塞頂容積V）兩個參數(shù)的測量問題。制取示功圖所用的儀器有簡單示功儀、機(jī)械示功儀、氣電示功儀以及現(xiàn)代的應(yīng)變式示功儀和壓電式示功儀。特別是壓電式示功儀，由于具有優(yōu)良的特性而獲得廣泛的應(yīng)用。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 233.3 3.3 壓力測量與示功圖制取壓力測量與示功圖制取o 發(fā)動機(jī)缸內(nèi)動態(tài)壓力測量與示功圖制取 1. 測量的基本方法 壓電式示功儀是把氣缸壓力、曲軸轉(zhuǎn)角等非電量通過傳感器轉(zhuǎn)換為電量，經(jīng)放大器放大和信號處理后，由信號采集系統(tǒng)進(jìn)行采集，再由顯示記錄裝置

16、進(jìn)行顯示的一種專用測量儀器。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 243.3 3.3 壓力測量與示功圖制取壓力測量與示功圖制取o 發(fā)動機(jī)缸內(nèi)動態(tài)壓力測量與示功圖制取同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 25 壓電晶體傳感器的結(jié)構(gòu)形式，主要有水套冷卻的和無水套冷卻的兩種。此外，還有和火花塞做成一體的結(jié)構(gòu)，由于無需在缸蓋上加工安裝孔，所以能為示功圖的制取帶來安裝上的方便。3.3 3.3 壓力測量與示功圖制取壓力測量與示功圖制取o 發(fā)動機(jī)缸內(nèi)動態(tài)壓力測量與示功圖制取 2. 測量過程中應(yīng)注意的問題n 壓電傳感器的標(biāo)定 標(biāo)定方法有靜態(tài)法和動態(tài)法兩種。n 傳感器的安裝 由于發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)非常緊湊，安裝

17、位置極其有限。一般要求傳感器承壓面能靠近燃燒室。長的壓力通道由于壓力波效應(yīng)，會在示功圖上出現(xiàn)高頻的壓力波，主要出現(xiàn)在上止點(diǎn)附近。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 263.3 3.3 壓力測量與示功圖制取壓力測量與示功圖制取o 發(fā)動機(jī)缸內(nèi)動態(tài)壓力測量與示功圖制取3. 示功圖的測量誤差 示功圖上封閉曲線面積的代數(shù)和（封閉面積有的代表正功，有的為負(fù)功，可參閱發(fā)動機(jī)原理相關(guān)圖書）反映發(fā)動機(jī)一個循環(huán)所做指示功的大小。試驗(yàn)時，側(cè)得的是壓力圖，由壓力圖再轉(zhuǎn)為示功圖。壓力圖上壓縮上止點(diǎn)右側(cè)壓力做膨脹正功，而左側(cè)壓力則是壓縮負(fù)功，如果上止點(diǎn)定位略有偏差，則部分正功被算為負(fù)功。 測功誤差還包括壓力及轉(zhuǎn)角的

18、測定誤差以及壓力波形畸變帶來的誤差，可通過各種方法加以消除或校正。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 273.4 3.4 其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定 發(fā)動機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時，除各種壓力測定外，還需測定各種溫度、大氣濕度和燃油密度。這些熱力狀態(tài)參數(shù)的不同會影響實(shí)際進(jìn)人發(fā)動機(jī)氣缸的空氣量和燃料量，必然會對主要性能指標(biāo)（功率、油耗、排放）產(chǎn)生較大的影響，使得測量的數(shù)據(jù)沒有可比性為此，需測定這些參數(shù)并根據(jù)這些參數(shù)對發(fā)動機(jī)性能進(jìn)行修正。o溫度測量 發(fā)動機(jī)試驗(yàn)中的溫度測量主要包括冷卻液溫度（進(jìn)、出水溫度）、中冷前后進(jìn)氣溫度、機(jī)油溫度、排氣溫度、燃油溫度和環(huán)境溫度等。 溫度的測量通常用熱電

19、阻和熱電偶傳感器。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 283.4 3.4 其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定o 溫度測量 1. 熱電阻溫度傳感器 金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻值是溫度的函數(shù)，只要知道了這種函數(shù)，并能測出導(dǎo)體的電阻值，就能知道熱電阻本身的溫度，從而知道該電阻所處的環(huán)境或介質(zhì)的溫度。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 29001ttRRt式中：式中：Rt熱電阻在熱電阻在t（）時的電阻值；）時的電阻值； R0熱電阻在熱電阻在t0 （）時的電阻值；）時的電阻值； 熱電阻的電阻溫度系數(shù)，熱電阻的電阻溫度系數(shù)，13.4 3.4 其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定o

20、 溫度測量 1. 熱電阻溫度傳感器用來做熱電阻的材料應(yīng)滿足以下要求： (1)電阻溫度系數(shù)a要大。電阻溫度系數(shù)越大，制成的溫度傳感器的靈敏度越高。 (2)材料應(yīng)具有比較大的電阻率，這樣可使熱電阻體積較小，熱慣性較小。 (3)在測溫范圍內(nèi)，材料應(yīng)具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì) (4)在測溫范圍內(nèi)，電阻溫度系數(shù)a希望保持常數(shù)，便于電阻與溫度關(guān)系近于線性或?yàn)槠交那€，而且這種關(guān)系應(yīng)有良好的重復(fù)性。 (5)易于加工復(fù)制。 同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 30比較適于制作熱電阻的材料有比較適于制作熱電阻的材料有鉑、銅、鐵及鎳鉑、銅、鐵及鎳3.4 3.4 其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定2.

21、 熱電偶溫度計(jì) 熱電偶是利用兩種不同導(dǎo)體A和B之間的“熱電效應(yīng)”制成的一種測溫元件，也就是說當(dāng)兩個接點(diǎn)的溫度不同時，回路中就會產(chǎn)生熱電勢，即當(dāng)A，B材料選定后，熱電勢EAB(t,t0)是溫度t和t0的函數(shù)差 若冷端溫度t0保持不變，則熱電勢EAB(t,t0)為t的單值函數(shù)，這樣就可以通過測量EAB(t,t0)測出被測溫度t。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 31)()(),(00tftfttEAB函數(shù)函數(shù)f的形式與兩種金屬的性質(zhì)有關(guān)的形式與兩種金屬的性質(zhì)有關(guān)3.4 3.4 其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定o 熱電偶主要特性 由于各種材料具有不同的物理化學(xué)性質(zhì)，特別是不同的材

22、料所制成的熱電偶在相同的溫差下，所產(chǎn)生的熱電勢差別很大，因此，對制造熱電偶的電極材料有一定的要求。這些要求是能產(chǎn)生較高的熱電勢，性能穩(wěn)定，抗氧化、抗腐蝕能力強(qiáng)，電導(dǎo)率高，制造容易等。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 323.4 3.4 其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定o 熱電偶冷端溫度的影響及其補(bǔ)償方法 如果要直接測出介質(zhì)的溫度，則必須使測溫儀表所指示的數(shù)值只與熱端的溫度有關(guān)，這就得保持冷端的溫度恒定不變。這種保持冷端溫度恒定，以消除其溫度的變化而引起測量誤差的方法，就稱為冷端溫度補(bǔ)償。具體溫度補(bǔ)償方法很多，如冷端恒溫法、冷端溫度校正、補(bǔ)償導(dǎo)線法和熱電偶冷端補(bǔ)償器。同濟(jì)大學(xué)

23、汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 33o 安裝與校正 熱電偶應(yīng)選擇合適的安裝位置。由于熱電偶所測得的溫度僅僅是工作端周圍一小部分區(qū)域的溫度，所以在安裝時要選擇具有代表性的測量點(diǎn)，并應(yīng)盡量避免熱輻射、強(qiáng)磁場和強(qiáng)電場的影響。測發(fā)動機(jī)排溫時，熱偶端頭應(yīng)在離發(fā)動機(jī)排氣歧管出口或渦輪增壓器出口50 mm處測量，并位于排氣連接管的中心，逆氣流方向插人。 最后應(yīng)該指出，溫度測量是一個復(fù)雜的問題，前面談到的主要是穩(wěn)定溫度的測量問題。發(fā)動機(jī)試驗(yàn)中，還會涉及高速脈動氣流，動態(tài)溫度等的測量，此時由于熱慣性的關(guān)系，測溫的動態(tài)響應(yīng)問題十分突出。3.4 3.4 其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院

24、同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 343.4 3.4 其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定o 大氣濕度和燃油密度的測定1.大氣濕度 常用的大氣濕度測量儀有：毛發(fā)濕度計(jì)、干濕球濕度計(jì)，還有電阻式和電容式濕度傳感器與變送器。n干濕球濕度 干濕球溫度測量中要用小風(fēng)扇強(qiáng)制吹風(fēng)，濕包測點(diǎn)處的風(fēng)速保持為3-4 m/sn電子濕度計(jì) 利用某些金屬鹽（氯化鋰、氯化鈣等）在空氣中的強(qiáng)吸濕性特點(diǎn)進(jìn)行測量同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 353.4 3.4 其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定其他熱力狀態(tài)參數(shù)的測定o 大氣濕度和燃油密度的測定2. 燃油密度測量 燃油密度的測量常采用兩種方法，一種是利用比重計(jì)進(jìn)行測量，另一種

25、是采用天平法進(jìn)行測量。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 363.5 3.5 進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定o 進(jìn)氣流量的測定 測量進(jìn)氣流量的目的是計(jì)算空燃比、充氣效率和廢氣再循環(huán)等重要參數(shù)。進(jìn)氣流量與發(fā)動機(jī)的動力、經(jīng)濟(jì)性和排放特性都有直接或間接的關(guān)系。 充氣效率是決定發(fā)動機(jī)輸出功率的重要因素；廢氣再循環(huán)率則與排放、經(jīng)濟(jì)性和動力性相關(guān)；而通過空燃比可分析發(fā)動機(jī)的燃燒過程。因此，發(fā)動機(jī)試驗(yàn)時都要使用空氣流量計(jì)來測定進(jìn)氣流量。 測量空氣流量的方法很多，如節(jié)流差壓法、測速法、熱線風(fēng)速法、激光（光學(xué)多普勒效應(yīng)）法、振蕩測頻法、柱塞法等。轉(zhuǎn)子流量計(jì)也是其中的一種，其測量誤差可

26、以小于1。對于這些氣體流量計(jì)，只要測量范圍及測量精度滿足試驗(yàn)要求，都可以作為發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)的流量測量。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 373.5 3.5 進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定o 進(jìn)氣流量的測定1. 熱線式空氣質(zhì)量流量計(jì)n 工作原理 當(dāng)氣流通過加熱的電阻絲時，熱量被風(fēng)吸收，電阻絲變冷，溫度下降，風(fēng)速越大，下降越多，而電阻絲的電阻又隨溫度而變化，因此可以通過測量熱線電阻來確定氣流速度，這是熱線風(fēng)速儀的基本原理。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 383.5 3.5 進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定o 進(jìn)氣流量的測定1. 熱線式空氣

27、質(zhì)量流量計(jì)n 結(jié)構(gòu) 熱線式空氣流量計(jì)由防護(hù)網(wǎng)、取樣管、白金熱線、溫度補(bǔ)償電阻、控制線路板等組成。白金熱線的作用是感知空氣流量，溫度補(bǔ)償電阻（冷線）的作用是根據(jù)進(jìn)氣溫度進(jìn)行空氣流量修正，熱線和冷線的電阻均隨溫度而變化，防護(hù)網(wǎng)的作用不僅是防止灰塵或異物進(jìn)人，更重要的是前網(wǎng)用于進(jìn)氣整流，后網(wǎng)用于防止發(fā)動機(jī)回火時把鉑絲燒壞。防護(hù)網(wǎng)控制線路板的作用是控制熱線電流并產(chǎn)生輸出信號。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 39前六后三前六后三3.5 3.5 進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定o 進(jìn)氣流量的測定2. 熱膜式空氣質(zhì)量流量計(jì) 熱膜式空氣質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理與熱線式空氣流量計(jì)

28、基本相同，只是將發(fā)熱體由熱線改為熱膜。熱膜是由發(fā)熱金屬鉑固定在薄的樹脂上構(gòu)成的，這種結(jié)構(gòu)可使發(fā)熱體不直接承受空氣流動所產(chǎn)生的作用力，增加了發(fā)熱體的強(qiáng)度，提高了工作可靠性。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 40熱膜式空氣質(zhì)量流量計(jì)對小流熱膜式空氣質(zhì)量流量計(jì)對小流量敏感，響應(yīng)時間短，量程范量敏感，響應(yīng)時間短，量程范圍寬，測量精度高，特別適用圍寬，測量精度高，特別適用于流量測控精度要求高的場合于流量測控精度要求高的場合3.5 3.5 進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定o 燃料消耗率的測定 評價發(fā)動機(jī)的性能，不僅要看它的動力性（即輸出功率的大?。?，還要看它的經(jīng)濟(jì)性（即它在輸出

29、一定功時所消耗燃料的多少）發(fā)動機(jī)每小時消耗燃料的數(shù)量，叫做小時耗油量。 小時耗油量是整機(jī)在一小時內(nèi)消耗的燃料量，不能用作相對比較的評價指標(biāo)。因此，在評價發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性時多采用燃油消耗率，以發(fā)動機(jī)輸出固定功率時所消耗的燃油量來表示，單位是每千瓦小時消耗多少克燃油。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 413.5 3.5 進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定o 燃料消耗率的測定 測量燃油消耗量的方法可分穩(wěn)態(tài)測量和瞬態(tài)測量，具體來說有容積法、質(zhì)量法、采用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)及碳平衡法。 容積法和質(zhì)量法主要用于發(fā)動機(jī)在臺架試驗(yàn)時油耗的穩(wěn)態(tài)測量上，前者一般用于汽油發(fā)動機(jī)，后者一般用于柴油

30、發(fā)動機(jī)。 進(jìn)行動態(tài)測試可采用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)；進(jìn)行整車轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)時，燃油發(fā)動機(jī)的油耗測量一般采用尾氣碳平衡法。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 423.5 3.5 進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定o 燃料消耗率的測定1.容積法 容積法是使燃油通過一個已知容積的玻璃量瓶，然后測定消耗一定容積的燃油所需的時間來計(jì)算容積耗油量。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 43在發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺上，油箱至少應(yīng)在發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺上，油箱至少應(yīng)高于油耗儀高于油耗儀1. 5 m，以保證靠重，以保證靠重力自動供油。選定的原則是要保力自動供油。選定的原則是要保證每次測最的時間不得少于證每次測最

31、的時間不得少于20 s，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)時發(fā)動機(jī)輸出功率的應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)時發(fā)動機(jī)輸出功率的大小來確定。大小來確定。3.5 3.5 進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定o 燃料消耗率的測定2. 質(zhì)量法 所謂質(zhì)量法即是測量來自測量容器中的燃油，具體有二種方法，一是測量設(shè)定的燃油質(zhì)量所需的時間，二是測量規(guī)定時間內(nèi)所消耗的燃油量。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 44 上述的質(zhì)量式油耗儀存在系統(tǒng)上述的質(zhì)量式油耗儀存在系統(tǒng)誤差，即油杯中油面高度變化時，誤差，即油杯中油面高度變化時，伸入油杯中的油管浮力的反作用力伸入油杯中的油管浮力的反作用力也在變化，造成稱重時的系統(tǒng)誤差也在變化，造成稱重時

32、的系統(tǒng)誤差3.5 3.5 進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定o 燃料消耗率的測定3. 科里奧利質(zhì)量法 若流體在管內(nèi)進(jìn)行直線運(yùn)動的同時處于一旋轉(zhuǎn)系中，則會產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力。利用這一原理制成的一種直接式質(zhì)量流量儀表就稱為科里奧利流量計(jì)。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 45 因此，直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管道因此，直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管道中流動流體產(chǎn)生的科里奧利力就可以測中流動流體產(chǎn)生的科里奧利力就可以測得質(zhì)量流量，這就是科里奧利流量計(jì)的得質(zhì)量流量，這就是科里奧利流量計(jì)的基本原理?；驹?。3.5 3.5 進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定o

33、 燃料消耗率的測定3. 科里奧利質(zhì)量法 這種油耗儀適用于動態(tài)測試，測試的響應(yīng)頻率可達(dá)10 Hz，比常規(guī)的稱重法響應(yīng)速度快，精度高若與空氣流量計(jì)結(jié)合使用可以計(jì)算出瞬時的空燃比此種測量方法，其管內(nèi)壁磨損、腐蝕或沉積結(jié)垢會影響測量精確度，尤其對薄壁測量管的流量計(jì)更為顯著，而且油路內(nèi)的氣泡也會影響測試，為此常在流量計(jì)前增加液壓泵。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 463.5 3.5 進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定o 燃料消耗率的測定4. 碳平衡法 碳平衡法是利用所消耗燃油中的含碳量與排氣中CO, CO2、HC所含碳的總量應(yīng)相等的特點(diǎn)，由排氣分析的結(jié)果來計(jì)算燃油消耗量的一種

34、方法，即通過對尾氣中CO, CO2、HC容積排放量的分析計(jì)算，得到排氣中單位里程內(nèi)的碳元素含量，再與所用燃油中碳元素含量相比而間接得出燃油消耗量。碳平衡法的優(yōu)點(diǎn)是不僅具有不解體測量油耗的優(yōu)點(diǎn)，而且可獲得與容積法、質(zhì)量法相類似的精度及相當(dāng)高的試驗(yàn)穩(wěn)定性。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 473.5 3.5 進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定進(jìn)氣流量及燃油消耗率的測定o 燃料消耗率的測定4. 碳平衡法利用碳平衡法測量的計(jì)算公式如下。 汽油機(jī)： 柴油機(jī)：式中：Fe 燃油消耗量，L/100 km; SG 288 K（15）下試驗(yàn)燃油的密度kg/L； wCO測得的CO的排出量，g/km; wCO2 測得

35、的CO2的排出量,g/km; wHC測得的HC的排出量,g/km. 上述公式來自國標(biāo)GB/T 19233-20030同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 48SGwwwFHCCOCOe/ )866. 0429. 0273. 0(1154. 02SGwwwFHCCOCOe/ )866. 0429. 0273. 0(1155. 023.63.6空燃比的測量空燃比的測量 空燃比是一個可調(diào)參數(shù)，它對發(fā)動機(jī)動力、經(jīng)濟(jì)和排放性能影響極大。 空燃比的表達(dá)式為：用過量空氣系數(shù)來表示：同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 49量單位時間內(nèi)的燃料消耗空氣量單位時間內(nèi)進(jìn)人缸內(nèi)的完全燃燒全燃燒理論實(shí)際供給的空

36、氣量03.63.6空燃比的測量空燃比的測量o 測量空燃比方法1. 由測量進(jìn)氣量和燃料消耗量來計(jì)算空燃比 這種方法在發(fā)動機(jī)穩(wěn)定工況時，具有高的可靠性，但它存在下列問題：一是不適用于瞬態(tài)空燃比的測量；二是對于多缸機(jī)，只能測量平均的總空燃比，不能測量各缸的空燃比。而這兩點(diǎn)對于控制排氣污染是非常重要的。 同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 503.63.6空燃比的測量空燃比的測量o 測量空燃比方法 2.直接用測量排氣成分來計(jì)算空燃比 這種方法應(yīng)用簡單，不論何種燃料，只要知道它的組成，就可以應(yīng)用，且它有明確的理論基礎(chǔ)。但關(guān)鍵問題是確立排氣成分與空燃比的關(guān)系。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page

37、 513.63.6空燃比的測量空燃比的測量同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 52o 測量空燃比方法3. 測量排放樣氣中氧的濃度來計(jì)算空燃比 在這種測量方法中，必須保證發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中在被測樣氣中存在有多余氧量，故在儀器中專門加入一定量的氧（空氣），進(jìn)入710保溫取樣管路與樣氣混合，并由輸送泵送入600左右的催化室內(nèi)完全燃燒，再進(jìn)入750的氧化鋯傳感器室內(nèi)測出多余的氧量。3.73.7汽車排放污染物的檢測方法汽車排放污染物的檢測方法 汽車發(fā)動機(jī)的排放污染物主要包括氣態(tài)污染物和顆粒物。氣態(tài)污染物指氧化碳（CO，CO2）、碳?xì)浠衔铮℉C)和氮氧化物（NOX）；顆粒物(PM)指在溫度不超過325

38、K(52）的稀釋排氣中，由規(guī)定的過濾介質(zhì)上收集到的所有物質(zhì)（包括碳粒及其吸附的可溶性有機(jī)物和硫酸鹽） 對污染物進(jìn)行測量分析的方法一般有兩種：物理方法和化學(xué)方法。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 533.73.7汽車排放污染物的檢測方法汽車排放污染物的檢測方法o CO、CO2的測量 測量CO、CO2時通常采用不分光紅外分析儀（non-dispersive infrared analyzer，NDIR）。它是基于某些氣體具有吸收某些特定波長的紅外線的能力，且吸收能力與氣體濃度有關(guān)這一原理進(jìn)行測量的。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 543.73.7汽車排放污染物的檢測方法汽車排放污

39、染物的檢測方法o THC的測量 測量THC（總碳?xì)洌r采用氫火焰離子化分析儀(hydrogen flame ionization detector，F(xiàn)ID)，它利用火焰導(dǎo)電的原理測量發(fā)動機(jī)排氣中HC的濃度。 HC的火焰產(chǎn)生比氫火焰高幾個數(shù)量級的離子，有較強(qiáng)的導(dǎo)電性。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 55 在缺氧的火焰中，在缺氧的火焰中，HC分解出離子。分解出離子。HC燃燒產(chǎn)生燃燒產(chǎn)生的離子在噴嘴和電極之間形成離子流，其強(qiáng)度與的離子在噴嘴和電極之間形成離子流，其強(qiáng)度與HC中中的碳原子數(shù)目成正比。通過對離子流的測量，即可測的碳原子數(shù)目成正比。通過對離子流的測量，即可測得碳原子的濃度，即總碳

40、氫得碳原子的濃度，即總碳?xì)?THC)3.73.7汽車排放污染物的檢測方法汽車排放污染物的檢測方法o NOX的測量 測量NOX，采用的是化學(xué)發(fā)光分析儀（chemiluminescent detector，CLD）。測量NO的原理是基于NO與臭氧的反應(yīng)。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 56 采用化學(xué)發(fā)光測定的被測氣體含有NO2時，NO2需要先在轉(zhuǎn)換器中還原為NO，然后進(jìn)人反應(yīng)室，進(jìn)行與臭氧的反應(yīng)過程。因此，通過該儀器測量得到的是NO和NO2的總和即NOX X。3.73.7汽車排放污染物的檢測方法汽車排放污染物的檢測方法o 煙度和微粒的測量 關(guān)于炭煙和微?？衫斫鉃?，微粒是由黑炭煙、可溶性有

41、機(jī)物SOF以及包含在燃料中的硫燃燒后生成的微粒等組成的復(fù)合體。雖然微粒和煙度（即炭煙量）的測量是兩個不同的測量指標(biāo)，但兩者有著密切的關(guān)系。1. 柴油機(jī)排氣微粒測量系統(tǒng) 該測量系統(tǒng)包括稀釋和取樣系統(tǒng)、濾紙、稱重室及精密天平。微粒測量稀釋和取樣系統(tǒng)可采用全流稀釋或分流稀釋取樣系統(tǒng)。所謂全流稀釋就是將全部排氣引人稀釋風(fēng)道里，這種系統(tǒng)是權(quán)威認(rèn)證的基準(zhǔn)，測量精度高，但體積大、價格昂貴。分流稀釋是將部分排氣引人稀釋風(fēng)道里，優(yōu)點(diǎn)是投資少、體積小，目前被廣泛應(yīng)用。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page 573.73.7汽車排放污染物的檢測方法汽車排放污染物的檢測方法o 煙度和微粒的測量 2. 煙度的測量方法 煙度的測量方法主要有兩類：一類是利用煙氣對光的吸收作用，通過測量光從煙氣中的透過度來確定煙度，這種方法叫做透光度法；另一類是先用濾紙收集一定量的炭煙粒子，再通過濾紙表面對光的反射率的變化來測量煙度，這種方法叫做濾紙法，也稱反射法。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院Page