汽車試驗技術 課件 項目14 發(fā)動機性能試驗

項目十四發(fā)動機性能試驗14.3.1發(fā)動機性能試驗的意義隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對汽車性能的要求也不斷提高。發(fā)動機作為汽車的核心技術，一直以來是人們關注的焦點。發(fā)動機為汽車的行駛提供動力，其對性能、壽命、質量和成本等有較高要求。而發(fā)動機構造復雜、零部件眾多，內部物理化學過程極其復雜，因此，發(fā)動機的生產和研制離不開測試。汽車發(fā)動機試驗的內容非常廣泛，按試驗目的和對象進行分類，可分為用于定型生產的產品試驗、研制開發(fā)新產品性能的評定和標定試驗、科學研究專項試驗以及用于人才培養(yǎng)的教學與培訓試驗。14.3.1

發(fā)動機性能試驗的意義產品試驗產品試驗的目的是檢驗發(fā)動機產品的質量，主要指出廠檢驗、抽查試驗與維修后的性能測試。汽車發(fā)動機制造廠成批的生產產品，為了保證產品質量，需要在出廠前對每臺發(fā)動機進行測試，檢驗其動力性和經濟型是否滿足國家標準規(guī)定。由于生產試驗主要是為了保證產品質量，因此這類試驗方法相對較固定、測試參數也比較少，但是對設備的可靠性和精度要求較高，并適合長期運轉。產品性能評定試驗性能評定試驗是為了驗證新研制或者經過重大改進后的發(fā)動機是否達到了設計的標準，而進行的比較全面的性能測試。性能試驗主要包括功率試驗、負荷特性試驗、萬有特性試驗、可靠性試驗、排放性試驗、振動與噪聲試驗等。各種性能試驗的試驗方法不同，而且試驗過程復雜，花費時間較長，因此此類試驗需要專門的試驗室和測試系統(tǒng)?？茖W研究與教學培訓試驗科學研究試驗也叫專項試驗，是研究發(fā)動機原理、探索新工藝、發(fā)現新測試方法等專題的專門試驗。而教學、培訓試驗主要為了普及發(fā)動機測試基本試驗方法，了解測試基本原理。這兩類試驗旨在發(fā)現問題、提出解決方案，因此試驗方法相對靈活，試驗對象也不固定。14.3.1

發(fā)動機性能試驗的意義發(fā)動機性能試驗內容和方法：我國對汽車發(fā)動機試驗制定了多個國家標準。一般規(guī)定了10項汽車發(fā)動機一般特性試驗的內容和試驗方法，這十項試驗分別是：功率試驗、負荷特性試驗、萬有特性試驗、機械損失功率試驗、起動試驗、怠速試驗、壓燃機調速特性試驗、各缸工作均勻性試驗、機油油耗量試驗和活塞漏氣量試驗。特別是針對汽車排氣污染現狀，也制定了一系列排放法規(guī)來控制汽車排放污染，制定了相關的測試方法。感謝聆聽項目十四發(fā)動機性能試驗14.3.2發(fā)動機性能試驗設備試驗臺架作為發(fā)動機最基本的測試平臺，對發(fā)動機性能觀測有著至關重要的指導意義。發(fā)動機臺架試驗水平的高低直接影響能否如實的反應發(fā)動機的性能，能否準確發(fā)現故障問題，能否科學的提供發(fā)動機改善的方向和依據。為了能夠嚴格控制試驗條件并按照國家標準規(guī)定進行測試，盡量模擬發(fā)動機在實際使用下的各種工況，發(fā)動機臺架試驗對試驗環(huán)境、試驗設備和試驗方法都有嚴格的要求。發(fā)動機臺架試驗是用科學試驗的方法來揭示發(fā)動機內部特性，評價其動力性、經濟型、可靠性等性能的必要途徑。發(fā)動機臺架試驗的目的是檢驗發(fā)動機的性能，而發(fā)動機的性能指標有多種，其中轉速、轉矩、功率、燃油消耗量等用來評價發(fā)動機經濟性能，除此之外還有負荷性試驗、速度特性試驗、排放試驗、振動與噪聲試驗等。試驗過程中，要對多個參數進行實時監(jiān)控，并且隨著工況的調整，需要在相應的時刻記錄下各個測試參數的數值并繪制成相應曲線，作為進一步研究和改進的依據。14.3.2

發(fā)動機性能試驗設備發(fā)動機臺架試驗系統(tǒng)發(fā)動機試驗系統(tǒng)是保證發(fā)動機測試和試驗研究的基礎。一般情況下，發(fā)動機試驗是在專門的試驗室臺架上內進行的。發(fā)動機試驗系統(tǒng)可分為試驗測控系統(tǒng)和試驗間環(huán)境系統(tǒng)兩部分組成。測控系統(tǒng)主要由發(fā)動機加載裝置和測量裝置、燃料供給設備，以及控制和數據釆集系統(tǒng)組成；實驗室環(huán)境系統(tǒng)主要包括通風系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)和消聲隔離系統(tǒng)等組成，主要用于保證發(fā)動機正常的運行環(huán)境、避免噪聲和排放物污染。系統(tǒng)的控制部分及操作界面放在控制室內，其余設備放在試驗間與發(fā)動機相連。發(fā)動機臺架控制系統(tǒng)和數據釆集系統(tǒng)（簡稱測控系統(tǒng)）的任務是調節(jié)發(fā)動機工況、完成試驗數據的實時采集、記錄、處理和輸出。測控系統(tǒng)是整個發(fā)動機臺架試驗系統(tǒng)的核心部分，也是影響發(fā)動機試驗效果的主要因素。發(fā)動機臺架試驗測控系統(tǒng)利用各種測量設備將各類試驗參數以電信號的形式輸出。信號經調理和多功能數據釆集卡轉換，最終由計算機系統(tǒng)集中顯示和處理。測量設備因測量參數而定，一般包括測功機、油耗儀和各類傳感器。同時計算機輸出控制信號經數據釆集卡轉換，由油門執(zhí)行器和測功機執(zhí)行，從而改變發(fā)動機的工況。14.3.2

發(fā)動機性能試驗設備1）測功機測功機是發(fā)動機臺架試驗的主要裝置。通常情況下，測功機由三個機構組成：一是用于吸收發(fā)動機功率的加載裝置；二是改變發(fā)動機扭矩的負載調節(jié)裝置；三是轉速、扭矩的測量裝置。測功機根據吸能傳遞和轉化形式的不同，可分為電力型、水力型和電渦流型。其中電渦流型測功機是利用電渦流的制動作用，將吸收的功率變成電禍流進而轉化成熱量，再用循環(huán)水帶走。電渦流測功機的制動設備主要由定子和轉子組成如圖所示。當電流通過勵磁線圈時，閉合回路中就會產生靜態(tài)磁通。鋸齒狀的感應子變面四凸不平，因此在其旋轉的時候禍流環(huán)內的磁通密度就會不斷變化，進而在禍流環(huán)表面形成禍電流，以阻止磁通的變化。這就是制動作用的產生原理。在旋轉過程中定子外殼受到磁力的作用，可以通過測功機的測力機構進行扭矩測量。另外，通過改變勵磁線圈的電流就可實現負載的調節(jié)。14.3.2

發(fā)動機性能試驗設備發(fā)動機臺架試驗要獲得發(fā)動機不同工況下的特性曲線，這就需要采用不同的控制方式。電流恒定控制時，測功機的扭矩將隨轉速的穩(wěn)定而穩(wěn)定。勵磁電流發(fā)生改變時，瞬時扭矩也將做相應的改變，因此這種特性非常適合動力傳動的測試。這種情況下測功機能夠很好的模擬行駛阻力改變發(fā)動機的運行工況。轉速恒定控制時，測功機自動控制對功率的吸收，從而將被測發(fā)動機的轉速維持在給定的數值上。扭矩恒定控制時，測功機根據扭矩測量裝置測出的結果加以控制，將測功機吸收的扭矩維持在穩(wěn)定值上，此時發(fā)動機的工況和汽車爬坡時的情形類似。綜合控制時，測功機的勵磁電流根據轉速比例增大，這使得測功機的吸收扭矩和吸收功率隨轉速的增加而增加，但是因為轉速反饋的控制，吸收功率和吸收扭矩的增加速度要快于恒定電流控制。測功機的選用應與被測發(fā)動機的特性相匹配，并且被測發(fā)動機的工況范圍要在測功機的工作范圍內。14.3.2

發(fā)動機性能試驗設備（1）轉速和扭矩的測量對于汽車發(fā)動機來說，功率是一個十分重要的性能參數。發(fā)動機在某工況下的功率是由測量轉速和扭矩計算得出的。計算公式如下：式中：Pe為有效功率，單位是KWMe為實測扭矩，單位N·mn為實測轉速，單位r/min。從公式可以看出，發(fā)動機輸出功率與轉速和扭矩的乘積成正比關系。14.3.2

發(fā)動機性能試驗設備（2）轉速的測量在發(fā)動機試驗中，需要測量的一個重要參數就是轉速，它是分析發(fā)動機的動態(tài)特性和計算調速率的重要依據。一般情況下，測功機都集成轉速測量裝置。圖是磁電式轉速計原理圖。它在轉軸上裝有測速齒輪盤并在支架上安裝磁電傳感器。磁電傳感器由繞有線圈的永磁鐵制成。齒輪盤一般制有60個齒。每當轉軸旋轉一周，磁電傳感器就會產生60個脈沖信號。

14.3.2

發(fā)動機性能試驗設備（3）扭矩的測量扭矩用來衡量負載大小，是發(fā)動機臺架試驗需要測量的主要參數之一。發(fā)動機的扭矩可以通過測功機直接測量。測功機通過軸承將外殼定子支撐在支架上。工作時，測功機與發(fā)動機相連，外力使測功機自由的旋轉，在外殼上安裝了力臂，并連接載荷單元。這樣就能將作用在外殼上的扭矩測量出來，其扭矩的表達式如下：M_e=W?D其中：Me為扭矩，單位是N·mW為作用于載荷單元上的力，單位為ND為力臂長度，單位是m。（4）燃油消耗量的測量發(fā)動機燃油消耗量單位和車輛行駛燃油消耗量有所不同，車輛行駛燃油消耗量一般用每百公里消耗的燃油體積來表達，即L/100Km。發(fā)動機燃油消耗量指發(fā)動機每小時消耗燃油的質量，它是衡量發(fā)動機經濟性的重要指標。燃油消耗量通?？梢杂萌加拖穆蕘碓u價，即每千瓦小時消耗燃油多少克，用以下公式計算：g_e=G_f/P_e×1000其中：ge表示燃油消耗率，單位是g/（Km·h）Gf表燃油消耗量，單位是Kg/hPe表示發(fā)動機功率，單位是KW14.3.2

發(fā)動機性能試驗設備5）溫度測量溫度是發(fā)動機測試中需要測量的主要項目之一，它反映發(fā)動機的運行狀態(tài)。發(fā)動機臺架試驗中主要涉及到的溫度有：機油溫度、冷卻水溫度（進、出水溫度）、排氣溫度、燃油溫度和實驗環(huán)境溫度。對以上信息的準確測量對正確控制試驗過程、剖析發(fā)動機性能有著至關重要的作用。溫度的測量主要有溫度傳感器完成，目前常見的溫度傳感器有熱電阻是和熱電偶式兩種。熱點偶式傳感器利用熱電效應將溫度直接轉換成電流輸出；而熱電阻式傳感器是利用一些材料的電阻對溫度的敏感，通過測量材料的電阻變化來獲得溫度信息。14.3.2

發(fā)動機性能試驗設備（6）壓力測量發(fā)動機臺架試驗中，經常需要對各種介質壓力進行測量。具體來說主要包括：進氣管壓力、噴油壓力、機油壓力、氣缸壓力、排氣背壓、排氣管壓力和大氣壓等。專項試驗還需要測試特定零部件所能承受的壓力。壓力也是反映和影響發(fā)動機工作狀態(tài)的主要參數。由于發(fā)動機的工作特點，壓力和溫度一樣，經常變化（如缸壓）而且規(guī)律不定，數值大小懸殊，各測量點對精度的要求也不相同。因此，根據試驗目的和試驗項目的不同，測量儀器和測量方法也不固定。發(fā)動機臺架試驗中的壓力測量一般由壓力傳感器完成。壓力傳感器將壓力信號轉換為電信