1、第一节发动机试验的种类及有关标准第二节功率与燃油消耗率的测量第三节发动机其他参数的测量第四节发动机台架试验第十一章发动机试验第一节发动机试验的种类及有关标准一、发动机试验的种类 汽车发动机试验一般可分为常规试验和单项专题性研究试验两大类。在常规试验中又可分为性能试验和可靠性试验。对发动机的常规试验根据不同的对象又可分为定型、验证和抽查三种类型。性能试验性能试验适用于凡新设计或重大改进的发适用于凡新设计或重大改进的发动机定型试验、转厂生产的发动机验证试动机定型试验、转厂生产的发动机验证试验以及现生产的发动机抽查试验。验以及现生产的发动机抽查试验。可靠性试验可靠性试验适用于新设计或经重大改进的适用
2、于新设计或经重大改进的发动机定型试验、转厂生产的发动机验证发动机定型试验、转厂生产的发动机验证试验。试验。二、发动机试验的有关标准 世界上各国都制定了相应的内燃机或发动机试验标准，这些标准通常都是按内燃机种类和用途分类制定的。我国制定的内燃机和发动机的试验标准有：汽车发动机性能试验方法(GB/T 182972001),汽车发动机可靠性试验方法(GB/T 190552003),汽车发动机定型试验规程(QC/T 5262013),上述标准对性能试验、可靠性试验和现生产的发动机抽查试验等有关事项,如功率标定、性能试验项目、可靠性耐久性试验规范、出厂试验内容、测试设备方法和精度等都做了较详细的规定。第
3、二节功率与燃油消耗率的测量一、试验台简介1.基本设备包括测功器、转速表、油耗测量装置。图图11-1发动机试验台架简图发动机试验台架简图2.监测仪器包括冷却水温度计、机油温度计、机油压力计、排气温度指示器、气压计、室内温度计、湿度计等。3.特殊设备 包括示功器、空气流量计、冷却水流量计、废气分析仪、烟度计、声级计、测振仪等。目前，台架试验越来越多地采用自动控制系统。如公司的PUMA系统、申克公司的-系统、西门子公司的系统都是产品化的计算机控制的测试系统，这些系统对试验台架进行控制和数据采集，同时也将相关数据传送给用户网络系统的上位计算机系统，自动完成主要参数监控、试验结果显示、曲线拟合、测量点配
4、置等工作，提高了测量的精度和速度。二、功率的测量1.示功图、指示功率的测定测录发动机示功图的实质是测录气缸中随曲轴转角(或气缸容积)而变化的瞬时压力。示功图的测定是发动机重要的测试项目之一。测录示功图的仪器称为示功器,有机械式示功器、气电式示功器和电子式示功器等。目前最常用的是气电式示功器和电子式示功器。(1)气电式示功器气电式示功器也称为平衡式示功器,它的基本原理是利用平衡式传感器通过一套相应的电气和记录系统,把循环中迅速变化的被测压力和给定压力相平衡时的点,累积记录下来并连成曲线。图图11-2气电式示功器的工作原理简图气电式示功器的工作原理简图1转筒转筒2记录笔记录笔3小阀小阀4测压头测压
5、头5连接孔连接孔6控制阀控制阀7高压气瓶高压气瓶8手泵手泵图图11-3气电式示功器的测压头的结构气电式示功器的测压头的结构1、3阀座阀座2滑阀滑阀4导向杆导向杆5外壳外壳6绝缘体绝缘体7管接头管接头8进水口进水口9开关开关图图11-4气电式示功器的点迹测录及气电式示功器的点迹测录及p图图当测压头腔内压力从零逐渐增加时当测压头腔内压力从零逐渐增加时,滑阀滑阀2不断在新的气压下平不断在新的气压下平衡衡,在示功图上打出新的孔在示功图上打出新的孔,直到超过气缸内最高燃烧压力直到超过气缸内最高燃烧压力,并停并停止产生火花为止。在记录纸上可得到无数点止产生火花为止。在记录纸上可得到无数点a、b、c、d、e
6、、f、。这些点的总和形成完整的压力波形图。这些点的总和形成完整的压力波形图,即即示功图示功图,如图如图11-4所示。所示。(2)电子式示功器图图11-5常规的压电晶常规的压电晶体传感器结构图体传感器结构图1晶体晶体2电极电极3绝缘体绝缘体4管子管子5外壳外壳6弹簧弹簧7菌形杆菌形杆8膜片膜片电子式示功器是通过适当的传电子式示功器是通过适当的传感器把发动机气缸内压力和曲轴感器把发动机气缸内压力和曲轴转角等非电量转角等非电量,按比例转换成相应按比例转换成相应的电量的电量,经电子放大器输入到示波经电子放大器输入到示波器中器中,通过荧光屏观察或摄录下来通过荧光屏观察或摄录下来,即得到示功图。即得到示功
7、图。示功器按对被测量所采用的电子示功器按对被测量所采用的电子测试方法的不同可分为三种类型测试方法的不同可分为三种类型,即即电阻应变式、电容式和压电式电阻应变式、电容式和压电式。(2)电子式示功器 图图11-6阴极示波器的工作简图阴极示波器的工作简图1阴极阴极2膜片膜片3阳极阳极4、5偏转极偏转极6荧光屏荧光屏阴极示波器包括阴极射线管、振荡器和检波放大器。阴极示波器包括阴极射线管、振荡器和检波放大器。图图11-6所示为阴极示波器的工作简图。所示为阴极示波器的工作简图。2.有效功率的测量有效功率的测量 有效功率是发动机最重要的性能参数之一,在发动机试验中大都需要测量有效功率。发动机有效功率的测定属
8、于间接测量,即测定发动机的输出转矩和转速后,再由公式 求得 常用测功器有水力测功器、直流电力测功器和电涡流测功器三种。2.有效功率的测量有效功率的测量(1)水力测功器图图11-711-7PSIPSI型水力测功器的外形示意图型水力测功器的外形示意图11机体部件机体部件22进排水部件进排水部件33自动调节装置部件自动调节装置部件44拉压力传拉压力传感器部件感器部件1)水力测功器的结构与工作原理图图11-8PSI22型水力测功器制动器结构图型水力测功器制动器结构图1底座底座2左右轴承座左右轴承座3转子轴转子轴4万向节万向节5密封组件密封组件6骨架油封骨架油封7轴套轴套8、9双金属轴套双金属轴套10左
9、右轴承外壳左右轴承外壳11定子定子12转子转子13外壳外壳14封水圈封水圈15测速齿轮测速齿轮16测速传感器测速传感器2)水力测功器的特性水力测功器的特性图图11-9PSI22型水力测功器的特性曲线图型水力测功器的特性曲线图OA最大功率线。最大功率线。AB最大转矩线。最大转矩线。BC额定功率线。额定功率线。CD最大允许转速线。最大允许转速线。DO空载特性线。空载特性线。图形图形OABCDO所包围的面所包围的面积是测功器的工作范围。积是测功器的工作范围。水力测功器的水力测功器的缺点缺点是测量精度低是测量精度低,不能进行反拖试验不能进行反拖试验,试验试验中能量不能回收。但它具有价格便宜、结构简单、
10、操作简中能量不能回收。但它具有价格便宜、结构简单、操作简便、便于维修、体积小等便、便于维修、体积小等优点优点,因而得到广泛应用。因而得到广泛应用。(2)直流电力测功器图图11-0平衡式电机结构平衡式电机结构1转子转子2、6滚动轴承滚动轴承3、5滑动轴承滑动轴承4定子外壳定子外壳7基座基座1)直流电力测功器的结构及工作原理直流电力测功器的结构及工作原理2)直流电力测功器的特性直流电力测功器的特性图图11-11电力测功器特性曲线电力测功器特性曲线 OA最大励磁电最大励磁电流时所能吸收的功率。流时所能吸收的功率。AB转子所能承转子所能承受最大转矩时的功率。受最大转矩时的功率。BC电枢所产生电枢所产生
11、的电流不能超过允许限值及的电流不能超过允许限值及其对应的最大功率。其对应的最大功率。CD转子绕组所转子绕组所能承受的离心力及其对应的能承受的离心力及其对应的最高转速。最高转速。DO励磁电流为励磁电流为零时吸收的功率。零时吸收的功率。(3)电涡流测功器图图11-11-2 2电涡流制动器工作原理简图电涡流制动器工作原理简图1)电涡流测功器的结构与工作原理电涡流测功器的结构与工作原理2)电涡流测功器的特性电涡流测功器的特性图图11-13电涡流测功器的特性曲线电涡流测功器的特性曲线 OA达到额定吸收功达到额定吸收功率之前所能够吸收的最大功率线。率之前所能够吸收的最大功率线。AB允许吸收的最大允许吸收的
12、最大功率线功率线(额定功率额定功率)。BC允许的最高转速允许的最高转速线。线。CO空转吸收功率线空转吸收功率线,即励磁电流为零时的吸收功率线。即励磁电流为零时的吸收功率线。OD达到额定功率前达到额定功率前的最大转矩曲线。的最大转矩曲线。DE允许的最大转矩允许的最大转矩曲线。曲线。n0达到额定吸收功率达到额定吸收功率时的转速时的转速。三、燃油消耗率的测量1.容积法汽油机常用容积法测量燃油消耗量。容积法是通过测量消汽油机常用容积法测量燃油消耗量。容积法是通过测量消耗一定容积耗一定容积VT的燃料所需要的时间的燃料所需要的时间t,然后按以下公式计算然后按以下公式计算燃油消耗率燃油消耗率:图图11-11
13、-4 4容积法测量燃油消耗量容积法测量燃油消耗量11油箱油箱22开关开关33滤清器滤清器44三通阀三通阀55量瓶量瓶1.容积法试验时操作如下:1)打开油箱开关，三通阀置于A位置，发动机由油箱供油。2)测量前将三通阀置于B位置，油箱同时向发动机和量瓶供油。3)测量开始时，将三通阀转至C位置，发动机直接由量瓶供油。4)测量完毕，将三通再次转回B位置，向量瓶再次充油，准备下次测量。2.质量法柴油机用质量法测量燃油消耗量。质量法是通过测量消耗柴油机用质量法测量燃油消耗量。质量法是通过测量消耗一定质量一定质量m的燃油所需要的时间的燃油所需要的时间t,然后按以下公式计算燃然后按以下公式计算燃油消耗率油消耗
14、率:图图-质量法测量燃油消耗量质量法测量燃油消耗量11油箱油箱22开关开关33滤清器滤清器44三通阀三通阀55量油杯量油杯66天平天平2.质量法测量时操作步骤如下:)打开油箱开关，将三通阀4置于位置，油箱向发动机供油。)三通阀转至位置，油箱向发动机供油并向量杯充油。)测量时，将三通阀置于位置，柴油机用量杯内燃油，当天平指针指零瞬间，起动秒表，然后取下一定质量的砝码。)当天平指针再次到零位瞬时，停止秒表，记录用去的燃油量和相应的时间。)将取下的砝码放回天平上，将三通置于位置，在量杯再次充好油后，将三通转至位置，准备下次测量。图图11-16容积式数字油耗仪工作原理容积式数字油耗仪工作原理1光源光源
15、2整形放大整形放大3触发器触发器4门门电路电路 5脉冲发生器脉冲发生器6计数器计数器7量程量程选择开关选择开关 k1光电源光电源k2光电管光电管为了保证测量精度为了保证测量精度,减轻测减轻测试人员的劳动强度试人员的劳动强度,实现远实现远距离操作距离操作,发展了数字式自发展了数字式自动油耗测量仪动油耗测量仪,这种油耗仪这种油耗仪只要预先设定量瓶容积或只要预先设定量瓶容积或砝码质量砝码质量,就能自动进行准就能自动进行准备、充油、测量等操作备、充油、测量等操作,并并以数字显示出消耗时间及以数字显示出消耗时间及燃油容积或质量燃油容积或质量,经计算就经计算就可以得出燃油消耗率。可以得出燃油消耗率。四、转
16、速的测量1.电子数字式转速表电子数字式转速表有固定式及手持式两种。固定式电子转速表由传感器及指示仪两部分组成。传感器是一只脉冲发生器(可以是磁电式或光电式)。如磁电式传感器由一个齿盘及一个电磁捡拾器组成。齿盘是固定在测功机主轴上带有60个齿的盘(或齿轮)，电磁捡拾器靠近齿盘固定。发动机带动测功机主轴每旋转一周，捡拾器内的线圈就产生60次感应电脉冲，这个信号送到指示仪表(相当于一个频率计外加时间开关)。2.电气式转速表 电气式转速表主要有发电机式和脉冲式两种。发电机式做成直流或交流发电机结构，利用感应电压与转速成正比的原理进行测量。脉冲式是利用转速与频率成正比的原理，做成一种多级的发电机结构，利
17、用感应电压的频率进行测量。3.机械式转速表机械离心式手持转速表是利用重块的离心力与转速的平方成正比的原理而工作的。由于其使用方便，价格低廉，测量范围广，在试验室仍有一定的应用。五、流量的测量测量空气流量最常用的装置是测量空气流量最常用的装置是节流式流量计节流式流量计。节。节流元件常用标准孔板或标准喷嘴流元件常用标准孔板或标准喷嘴,结构形式不同结构形式不同,但但都是利用流体节流原理来测量流量的。都是利用流体节流原理来测量流量的。节流式流量计结构简单节流式流量计结构简单,使用寿命长。但需装有稳使用寿命长。但需装有稳压箱压箱,以减少气流的脉动。以减少气流的脉动。旋涡流量计旋涡流量计是另一种测量空气流
18、量的装置。它的是另一种测量空气流量的装置。它的工作原理是利用流体振荡原理工作原理是利用流体振荡原理,通过测量流体流经通过测量流体流经管道时的旋涡频率管道时的旋涡频率,计算出气体流量。计算出气体流量。图图11-17节流式流量计工作原理节流式流量计工作原理图图11-18旋涡流量计工作原理旋涡流量计工作原理第三节发动机其他参数的测量一、机械损失功率的测定1.倒拖法 试验时发动机在给定工况稳定运行，冷却液及机油温度达到规定要求。然后切断油路，使管路中的剩余燃油迅速烧尽，汽油机还需切断点火电源。同时，用直流电力测功器反拖发动机，以原给定转速使发动机空转，并尽量使冷却液温度和机油温度保持给定工况的温度不变
19、。电力测功器所测得的功率即为发动机该工况下的机械损失功率。可根据测得数据计算机械效率。2.灭缸法灭缸法仅适用于多缸发动机。首先将发动机调整到给定工况稳定工作，测定其有效功率；然后停止向一个气缸供油，并调整测功器，使发动机恢复到原来的转速，再测定发动机的有效功率。由于有一个气缸不工作，第二次测得的有效功率比第一次测得的小，两者之差即为停油气缸的指示功率。整机的机械损失功率为整机的机械损失功率为 Pm=(i-1)Pe-(Pe(1)+Pe(2)+)3.油耗线法 测量时柴油机保持一定的热力状态，测取不同转速下空载油耗，再测取上述转速下、标定功率工况下的燃油消耗量，即为不同转速、不同下的燃油消耗量。同转
20、速下空载指示燃油消耗率bi=B/pe不同转速下的机械损失功率为Pm=B/bi二、各缸工作均匀性试验1.汽油机()压缩压力的测定 压缩压力的测定目的是评定汽油机各缸进气分配的均匀性。试验时切断油路，将剩余燃油烧尽，再切断点火电源，用电力测功机拖动发动机。节气门全开，在额定转速下，仅拆下一个缸的火花塞，其他缸的火花塞均装好，测量该缸的最大压缩压力，然后同样测量其他各缸。降低转速，进行同样的测量，直到最低转速，适当分布10个以上的测量点。()各缸废气的测定 这个试验的目的是评定汽油机各缸混合气分配的均匀性。试验时节气门全开，从最低转速开始，测量各缸排气中的浓度(或空燃比)，逐渐增加转速进行同样测量，
21、直至额定转速。适当分布8个以上测量点。试验中主要测量项目：进气状态、各缸浓度(或空燃比)、转矩、燃料消耗量及汽油馏程。并可绘制汽油机各缸混合气分配均匀性曲线(浓度随发动机转速的变化关系)。2.柴油机单缸熄火功率的测定 试验目的是评定非增压柴油机各缸工作均匀性。试验时油门全开，在额定转速下进行测量，第一缸熄火，调整测功器使转速恢复，进行测量。同样方法进行其他各缸熄火和测量。试验中主要测量项目：进气状态、转速、转矩及单缸熄火后的发动机转矩。计算各缸的实测近似指示功率(即发动机实测功率与单缸熄火后的发动机实测功率之差)、柴油机工作不均匀系数(即单缸指示功率的最大差值与单缸平均指示功率的百分比)。三、
22、空燃比的测定测量方法：)分别测量空气流量和燃油消耗量，据此来确定空燃比。)导热系数法（如图11-19、11-20）。3)密度法（如图11-21、11-22）。4)废气分析法。图图11-19不同空燃比下废气不同空燃比下废气的成分与导热系数的成分与导热系数图图11-20导热系数式空燃比测量仪导热系数式空燃比测量仪图图11-21不同空燃比下废气密不同空燃比下废气密度与空燃比的关系度与空燃比的关系图图11-22密度式空燃比测定仪密度式空燃比测定仪1废气室废气室2电动机电动机3比较气室比较气室第四节发动机台架试验一、试验前的准备()制定试验大纲)提出试验内容及其评定指标。)确定试验方法、设备、仪表和试验
23、日期。)试验的组织和安排，包括试验条件如何组合、试验的次序和进行的次数等。()发动机、仪器设备的准备工作 对于试验发动机要检查零部件是否合格，装配是否正确，检查各油路、水路等是否通畅，有无异响。对新发动机要进行磨合运转，磨合后应进行预调试验，使影响性能的各种因素调整到最佳状态。()试验中注意的问题)连续试验时，需定时按规定的工况检查发动机性能指标，以判断其技术状况是否良好。)比较性试验应在较短时期内完成，以免由于环境状态变化而引起误差。)必须在工况稳定时测取试验数据。)每种试验工况的全部参数应同时测量，而每个参数应相继至少测取2次。)一般每一条试验曲线应至少取8个均匀分布的试验点，在难以判断曲
24、线形状和趋向处，应增加中间点。)必要时，试验中应绘制监督曲线，即绘制主要原始数据与试验中选定的变化参数之间的关系曲线。)试验中发生各种异常现象应及时记录。二、发动机台架试验方法试验条件的控制要遵守表11-1所规定的“试验一般条件”的要求。燃油及汽油采用制造厂所规定的牌号,柴油中不得有消烟添加剂磨合按制造厂规定的磨合规范进行磨合冷却液的出口温度按制造厂的规定或控制在805,风冷发动机的散热片等温度按制造厂的规定机油温度按制造厂的规定或控制在855柴油温度控制在405排气背压按制造厂的规定或低于3.5kPa发动机的吹拂若发动机不带风扇,所有试验均可设置外加风扇或相应装置向发动机吹拂发动机的调整在进
25、行定型、验证及抽查三种类型试验时,除特殊情况外,不另行调整测量数据的条件待发动机转速、转矩及排气温度稳定1min后,方可进行各种参数的测量,且转速、转矩及燃料消耗量三者应同时测量,测量油耗时间应大于20s表表11-1试验一般条件试验一般条件1.负荷特性试验 试验目的是在规定转速下，评定发动机部分负荷的经济性。试验时，发动机在的额定转速下运行，保持转速不变，从小负荷开始逐渐增大负荷，相应增大油门开度至油门全开。适当分布个以上测量点，绘制负荷特性曲线。试验中测量的主要项目有：进气状态、转速、转矩、燃料消耗量、排气温度、汽油机进气管真空度等。2.万有特性试验()负荷特性法在发动机工作转速范围内均匀地
26、选择8种以上的转速，在选定的各种转速下进行负荷特性试验。()速度特性法根据额定功率的百分数，适当地选择8种以上的节气门开度。()速度特性法试验中测量的主要项目有试验中测量的主要项目有:进气状态、转速、转矩、进气状态、转速、转矩、燃料消耗量、排气温度、节气门开度及汽油机进气管燃料消耗量、排气温度、节气门开度及汽油机进气管真空度等。真空度等。根据所得的负荷特性或速度特性绘制根据所得的负荷特性或速度特性绘制发动机万有特性发动机万有特性曲线曲线。1)将各种转速的负荷特性线集中画在将各种转速的负荷特性线集中画在bepme坐标图坐标图上上,见图见图11-23中上方图。中上方图。2)在此图下方以相同在此图下
27、方以相同pme比例尺布置比例尺布置npme坐标面。坐标面。3)在在npme坐标面上作等坐标面上作等be线。线。4)依次类推作出各等油耗线族。依次类推作出各等油耗线族。5)还可以按还可以按pepmen的关系作出等功率线的关系作出等功率线,它们是它们是一组双曲线。一组双曲线。图图11-23万有特性曲线的作法示意图万有特性曲线的作法示意图3.柴油机的调速特性试验及调速率测定 试验目的是评定柴油机的稳定调速率。试验可与外特性试验结合在一起进行。试验时卸除全部负荷，油门全开，使发动机达到最高空转转速，然后逐渐增加负荷，使转速逐渐下降，直到最大扭矩转速附近为止。选取10个以上测量点，使较多的点分布在转折区。试验中需测量的项目：进气状态、转速、转矩、调速器开始起作用的转速、最高稳定空转转速。根据所得数据计算稳定调速率，绘制调速特性曲线。三、试验结果的整理 试验数据的整理工作是整个试验工作最后一个重要环节，只有对测得的大量数据进行认真科学地整理，才能揭示出试验对象本身所固有的规律，以便用于指导工作。试验结果的整理中包括试验数据的误差分析；发动机各性能参数的计算；有效功率、转矩和有效燃油消耗率等参数的标准进气状态校正；试验曲线的绘制及建立经验公式等内容。
