1、汽车发动机试验学第三章发动机主要性能参数的测量汽车发动机试验学第三章发动机主要性能参数的测量1发动机主要性能参数的测量发动机主要性能参数的测量 发动机试验测量、计算后所需的参数项目主要分为以下几种类型。（1）与常规动力、经济性能直接有关的项目：发动机的转速、扭矩、功率、燃油消耗率、点火提前角、供油提前角、空气消耗量、进气压力和温度、排气压力与温度、中冷前后温度和压力（对于增压发动机），润滑油的压力和温度，冷却水温度，燃油温度、密度等。（2）与发动机尾气排放有关的项目：一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、柴油机的微粒(PM)和烟度等。同济大学汽车学院同济
2、大学汽车学院Page 2 2发动机主要性能参数的测量发动机主要性能参数的测量（3）与试验环境有关的项目：大气压力、温度和湿度、排气背压等。（4）其他项目：根据一些特殊要求进行的测试项目，如柴油发动机高压喷油泵泵端和嘴端压力、充气效率、过量空气系数，气缸内的最高爆发压力、平均有效压力、压力升高率、噪声、振动等。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 3 33.13.1 发动机转速、扭矩测量和功率计算发动机转速、扭矩测量和功率计算 在汽车发动机中，功率是一个十分重要的性能参数。发动机某工况的有效功率是测定有效扭矩和转速值后计算而得。计算公式如下：式中：Pe_有效功率，kW Me_实测有效扭矩，N
3、m n_实测转速，r/min同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 495501000602nMnMPeee43.13.1 发动机转速、扭矩测量和功率计算发动机转速、扭矩测量和功率计算o 转速测量 转速是单位时间内曲轴的平均旋转次数，通常以每分钟的转数（r/min）作为计量单位同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 5 1.磁电式转速传感器 磁电式转速传感器是通过磁电作用把被测参数转换为感应电动势的一种器件。它是利用带齿的含铁导磁材料在磁场中切割磁力线所产生的感应电动势来计算转速的。n发动机的转速，发动机的转速，r/min;Z信号盘齿数；信号盘齿数；f感应电动势频率，感应电动势频率，s-1
4、zfn60=0.51.253.13.1 发动机转速、扭矩测量和功率计算发动机转速、扭矩测量和功率计算o 转速测量 2.霍尔传感器 当叶片进人永久磁铁与霍尔元件之间的空隙时，由于霍尔元件的磁场被触发叶片所旁路（或称隔磁），霍尔元件不产生霍尔电压；当触发叶片同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 6离开空隙后，永久磁铁的磁通便穿过霍尔兀件而产生霍尔电压。利用霍尔电压方波信号的频率，可算出转速值来。优点：一为输出的电压信号近似于方波信号；另一为输出电压与被测物体的转速无关优点：一为输出的电压信号近似于方波信号；另一为输出电压与被测物体的转速无关63.13.1 发动机转速、扭矩测量和功率计算发动机转
5、速、扭矩测量和功率计算o 扭矩测量 根据扭矩测量原理的不同，测量扭矩的装置分为传递法和平衡力法两种类型。传递法主要应用扭矩仪（传感器）在动力的传递过程中测出扭矩值；平衡力法利用作用在测功机上的作用扭矩与反作用扭矩大小相等、方向相反的原理来测量扭矩。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 7 7机油温度：在主油道、主油道的入口或有代表性部位测量；1 发动机转速、扭矩测量和功率计算因为凸轮轴转一圈正好是发动机的一个工作循环，只要它的位置信号与某缸压缩上止点相对应，则该信号出现的时刻，必然对应于该缸的压缩上止点若冷端温度t0保持不变，则热电势EAB(t,t0)为t的单值函数，这样就可以通过测量EA
6、B(t,t0)测出被测温度t。压力图上压缩上止点右侧压力做膨胀正功，而左侧压力则是压缩负功，如果上止点定位略有偏差，则部分正功被算为负功。HC燃烧产生的离子在喷嘴和电极之间形成离子流，其强度与HC中的碳原子数目成正比。发动机缸内动态压力测量与示功图制取(4)温度分不同情况有不同要求。液柱式压力计结构简单，价格低廉，精度较高，一般用于检定或直接测量较小的静压力。如果要直接测出介质的温度，则必须使测温仪表所指示的数值只与热端的温度有关，这就得保持冷端的温度恒定不变。wCO2 测得的CO2的排出量,g/km;金属导体和半导体的电阻值是温度的函数，只要知道了这种函数，并能测出导体的电阻值，就能知道热电
7、阻本身的温度，从而知道该电阻所处的环境或介质的温度。5 m，以保证靠重力自动供油。1 发动机转速、扭矩测量和功率计算4缸机凸轮轴信号转子转一圈(360凸轮轴转角和720曲轴转角）为一个周期。1 发动机转速、扭矩测量和功率计算为保证测量精度的要求，在进行试验前需对各测试仪器和设备进行标定，关于其标定方法在各仪器和设备说明书中均有详细的说明。发动机试验中压力的测量仪主要有液柱式压力计和压力传感器等。凸轮轴位置传感器的功用是采集配气凸轮轴的位置信号，并输人发动机电子控制单元，以便ECU识别顺序排列的第1缸，再确定该缸的压缩上止点，从而进行顺序喷油控制、点火时刻控制和爆燃控制这种保持冷端温度恒定，以消
8、除其温度的变化而引起测量误差的方法，就称为冷端温度补偿。3.13.1 发动机转速、扭矩测量和功率计算发动机转速、扭矩测量和功率计算o 扭矩测量1.平衡力法 平衡力法的测量原理及结构简图如图所示，将测功机的外壳通过轴承支撑在支架上，外壳能自由地回转，在外壳上装有力臂，连接载荷单元。工作时在发动机扭矩作用下，载荷单元承受的作用力W乘以力臂长度L就是扭矩值。扭矩的表达式如下：同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 8WLMe式中：式中：M Me e实测有效扭矩，实测有效扭矩，NmNm；WW作用在载荷单元上的力，作用在载荷单元上的力，N N；LL力臂长度力臂长度,m,m83.13.1 发动机转速、扭
9、矩测量和功率计算发动机转速、扭矩测量和功率计算o 扭矩测量 2.传递法 转轴受到扭矩作用时会产生变形，传递法就是通过测量轴变形，利用应力与应变的关系来测量扭矩。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 9 93.13.1 发动机转速、扭矩测量和功率计算发动机转速、扭矩测量和功率计算o 扭矩测量误差及测功机的校正 平衡力法扭矩测量误差除了非电量电测装置带来的误差外，主要是测功机的误差。各种侧功机的一个共同的主要误差来源，就是浮动定子两端轴承摩擦带来的误差。由于定子只在很小角度内摆动，长期和过载使用会造成局部的压痕而带来较大摩擦阻力。因此，除关心轴承的润滑状况外，应定期进行检查和标定。电力测功机多
10、用风扇进行冷却，形成鼓风损失，且随转速增加而大幅上升。这是一种系统误差，可事先预估进行修正。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 10103.13.1 发动机转速、扭矩测量和功率计算发动机转速、扭矩测量和功率计算o 扭矩测量误差及测功机的校正 电力和电涡流测功机电线的刚性和水管、润滑油的粘性会产生摆动阻力，带来误差，因此宜采用柔性管线，并尽可能从中心引人。水力测功机水位的波动，也是误差的来源之一。由于测功机误差随使用时间和装配情况而变化，所以长期使用和维修安装后应重新进行校正标定。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 11113.23.2压缩上止点与点火、喷油提前角测定压缩上止点与点火
11、、喷油提前角测定o 曲轴位置及气缸识别传感器 同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 12 曲轴位置传感器又称为发动机转速与曲轴转角传感器。其功用是采集曲轴转动角度和发动机转速信号，并输人电子控制单元ECU，以便确定点火时刻和喷油时刻。123.23.2压缩上止点与点火、喷油提前角测定压缩上止点与点火、喷油提前角测定o 曲轴位置及气缸识别传感器 对于四冲程发动机，由于每循环曲轴旋转两周，各缸都存在两个上止点（压缩行程和进气行程），因此还需要识别是哪一缸哪一个上止点，即需要气缸识别传感器。该传感器通常安装在凸轮轴上，又称凸轮轴位置传感器。因为凸轮轴转一圈正好是发动机的一个工作循环，只要它的位置信
12、号与某缸压缩上止点相对应，则该信号出现的时刻，必然对应于该缸的压缩上止点 凸轮轴位置传感器的功用是采集配气凸轮轴的位置信号，并输人发动机电子控制单元，以便ECU识别顺序排列的第1缸，再确定该缸的压缩上止点，从而进行顺序喷油控制、点火时刻控制和爆燃控制同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 13133.23.2压缩上止点与点火、喷油提前角测定压缩上止点与点火、喷油提前角测定o 曲轴位置及气缸识别传感器 4缸机凸轮轴信号转子转一圈(360凸轮轴转角和720曲轴转角）为一个周期。一个周期内，有4个均匀分布的正常齿，每缸对应一个，并有一个多齿，在第1缸正常齿与第3缸正常齿之间的1/5处，作为判缸标志
13、。曲轴信号转子为齿盘式，在其圆周上均匀间隔地制作有58个凸齿，57个小齿缺和1个大齿缺。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 14143.23.2压缩上止点与点火、喷油提前角测定压缩上止点与点火、喷油提前角测定o 上止点真实位置确定 1.气缸压缩线法（倒拖法或灭缸法）同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 15153.23.2压缩上止点与点火、喷油提前角测定压缩上止点与点火、喷油提前角测定o 上止点真实位置确定2.活塞位置测量法 利用气缸头上的孔（喷油器孔或火花塞孔，不方便时，可卸下缸盖）安装深度百分尺测量活塞顶的位置。先顺时针转动曲轴，测定行程中段到顶点的几个位置的尺寸，并记录对应的曲
14、轴相位或飞轮位置，然后逆时针转动上行，记录与上行时同样位置尺寸所对应的曲轴相位或飞轮位置。各位置两次测量值中点的平均值就是上止点的位置。此法简易，还可消除活塞连杆接头间隙所造成的误差。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 16163.23.2压缩上止点与点火、喷油提前角测定压缩上止点与点火、喷油提前角测定o 测定上止点位置的传感器及其误差与校正 同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 17 由于传感器安装时不可避免地存在位置误差，可以利用上止点位置确定的方法进行校正，当作系统误差处理。要注意测试时的传感器频响问题。此外，曲轴扭转变形也会造成成止点位置的误差，特别是对距离飞轮端较远的气缸。
15、173.23.2压缩上止点与点火、喷油提前角测定压缩上止点与点火、喷油提前角测定o 点火提前角与喷油提前角的判定 提前角的测定精度首先取决于上止点信号的位置精度，其次取决于记录的点火或喷油始点信号是否准确，此外还取决于曲轴齿盘的分度精度。电控发动机的这些信号和真实的着火与喷油时刻有一定的延迟，而且随不同工况而变同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 1818碳平衡法是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，由排气分析的结果来计算燃油消耗量的一种方法，即通过对尾气中CO,CO2、HC容积排放量的分析计算，得到排气中单位里程内的碳元素含量，再与所用燃油中碳元素
16、含量相比而间接得出燃油消耗量。磁电式转速传感器是通过磁电作用把被测参数转换为感应电动势的一种器件。在这种测量方法中，必须保证发动机运转中在被测样气中存在有多余氧量，故在仪器中专门加入一定量的氧（空气），进入710保温取样管路与样气混合，并由输送泵送入600左右的催化室内完全燃烧，再进入750的氧化锆传感器室内测出多余的氧量。SG 288 K（15）下试验燃油的密度kg/L；1 发动机转速、扭矩测量和功率计算这些要求是能产生较高的热电势，性能稳定，抗氧化、抗腐蚀能力强，电导率高，制造容易等。这种方法在发动机稳定工况时，具有高的可靠性，但它存在下列问题：一是不适用于瞬态空燃比的测量；1 发动机转速
17、、扭矩测量和功率计算燃油密度的测量常采用两种方法，一种是利用比重计进行测量，另一种是采用天平法进行测量。若冷端温度t0保持不变，则热电势EAB(t,t0)为t的单值函数，这样就可以通过测量EAB(t,t0)测出被测温度t。一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、柴油机的微粒(PM)和烟度等。容积法是使燃油通过一个已知容积的玻璃量瓶，然后测定消耗一定容积的燃油所需的时间来计算容积耗油量。转子流量计也是其中的一种，其测量误差可以小于1。f感应电动势频率，s-1曲轴位置及气缸识别传感器具体来说各种发动机试验过程中所需测量的压力主要指：进气管真空度及绝对压力、喷油
18、压力、中冷前后压力、涡轮增压器的压气机进、出口压力、排气背压与排气管压力、机油压力、气缸压缩压力、工作过程中的缸内压力和曲轴箱压力等。选定的原则是要保证每次测最的时间不得少于20 s，应根据试验时发动机输出功率的大小来确定。(4)在测温范围内，电阻温度系数a希望保持常数，便于电阻与温度关系近于线性或为平滑的曲线，而且这种关系应有良好的重复性。标定方法有静态法和动态法两种。8性能参数的测量精度及标准转轴受到扭矩作用时会产生变形，传递法就是通过测量轴变形，利用应力与应变的关系来测量扭矩。3.3 3.3 压力测量与示功图制取压力测量与示功图制取o 概述 在发动机试验中，经常要进行压力的测量，如各种介
19、质（气体、燃料、润滑油和冷却水）的压力和大气压。具体来说各种发动机试验过程中所需测量的压力主要指：进气管真空度及绝对压力、喷油压力、中冷前后压力、涡轮增压器的压气机进、出口压力、排气背压与排气管压力、机油压力、气缸压缩压力、工作过程中的缸内压力和曲轴箱压力等。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 19193.3 3.3 压力测量与示功图制取压力测量与示功图制取o 概述 发动机试验中压力的测量仪主要有液柱式压力计和压力传感器等。1.液柱式压力计 液柱式压力计是基于液体静压力作用原理，由已知重度的液体高度测得压强。液柱式压力计结构简单，价格低廉，精度较高，一般用于检定或直接测量较小的静压力。同
20、济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 20203.3 3.3 压力测量与示功图制取压力测量与示功图制取o 概述2.压力传感器 为实现压力测量远传、记录和控制，在压力检测中大量应用各种传感器，将被测压力参数转换成电信号，供远传的电子仪表测量、控制。汽车发动机中的大多数压力测量均采用压力传感器进行。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 21213.3 3.3 压力测量与示功图制取压力测量与示功图制取o 发动机缸内动态压力测量与示功图制取同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 22223.3 3.3 压力测量与示功图制取压力测量与示功图制取o 发动机缸内动态压力测量与示功图制取 示功图或压力
21、图涉及缸内动态压力和曲轴转角（可换算为活塞顶容积V）两个参数的测量问题。制取示功图所用的仪器有简单示功仪、机械示功仪、气电示功仪以及现代的应变式示功仪和压电式示功仪。特别是压电式示功仪，由于具有优良的特性而获得广泛的应用。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 23233.3 3.3 压力测量与示功图制取压力测量与示功图制取o 发动机缸内动态压力测量与示功图制取 1.测量的基本方法 压电式示功仪是把气缸压力、曲轴转角等非电量通过传感器转换为电量，经放大器放大和信号处理后，由信号采集系统进行采集，再由显示记录装置进行显示的一种专用测量仪器。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 24243.
22、3 3.3 压力测量与示功图制取压力测量与示功图制取o 发动机缸内动态压力测量与示功图制取同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 25 压电晶体传感器的结构形式，主要有水套冷却的和无水套冷却的两种。此外，还有和火花塞做成一体的结构，由于无需在缸盖上加工安装孔，所以能为示功图的制取带来安装上的方便。253.3 3.3 压力测量与示功图制取压力测量与示功图制取o 发动机缸内动态压力测量与示功图制取 2.测量过程中应注意的问题n 压电传感器的标定 标定方法有静态法和动态法两种。n 传感器的安装 由于发动机结构非常紧凑，安装位置极其有限。一般要求传感器承压面能靠近燃烧室。长的压力通道由于压力波效应，
23、会在示功图上出现高频的压力波，主要出现在上止点附近。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 26263.3 3.3 压力测量与示功图制取压力测量与示功图制取o 发动机缸内动态压力测量与示功图制取3.示功图的测量误差 示功图上封闭曲线面积的代数和（封闭面积有的代表正功，有的为负功，可参阅发动机原理相关图书）反映发动机一个循环所做指示功的大小。试验时，侧得的是压力图，由压力图再转为示功图。压力图上压缩上止点右侧压力做膨胀正功，而左侧压力则是压缩负功，如果上止点定位略有偏差，则部分正功被算为负功。测功误差还包括压力及转角的测定误差以及压力波形畸变带来的误差，可通过各种方法加以消除或校正。同济大学汽
24、车学院同济大学汽车学院Page 27273.4 3.4 其他热力状态参数的测定其他热力状态参数的测定 发动机进行试验时，除各种压力测定外，还需测定各种温度、大气湿度和燃油密度。这些热力状态参数的不同会影响实际进人发动机气缸的空气量和燃料量，必然会对主要性能指标（功率、油耗、排放）产生较大的影响，使得测量的数据没有可比性为此，需测定这些参数并根据这些参数对发动机性能进行修正。o温度测量 发动机试验中的温度测量主要包括冷却液温度（进、出水温度）、中冷前后进气温度、机油温度、排气温度、燃油温度和环境温度等。温度的测量通常用热电阻和热电偶传感器。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 2828测定上
25、止点位置的传感器及其误差与校正此外，曲轴扭转变形也会造成成止点位置的误差，特别是对距离飞轮端较远的气缸。汽车发动机试验学第三章发动机主要性能参数的测量5 进气流量及燃油消耗率的测定3 压力测量与示功图制取发动机某工况的有效功率是测定有效扭矩和转速值后计算而得。空燃比的表达式为：该传感器通常安装在凸轮轴上，又称凸轮轴位置传感器。大气湿度和燃油密度的测定此外，还有和火花塞做成一体的结构，由于无需在缸盖上加工安装孔，所以能为示功图的制取带来安装上的方便。测量CO、CO2时通常采用不分光红外分析仪（non-dispersive infrared analyzer，NDIR）。用来做热电阻的材料应满足以
26、下要求：常用的大气湿度测量仪有：毛发湿度计、干湿球湿度计，还有电阻式和电容式湿度传感器与变送器。(4)温度分不同情况有不同要求最后应该指出，温度测量是一个复杂的问题，前面谈到的主要是稳定温度的测量问题。2压缩上止点与点火、喷油提前角测定曲轴信号转子为齿盘式，在其圆周上均匀间隔地制作有58个凸齿，57个小齿缺和1个大齿缺。在汽车发动机中，功率是一个十分重要的性能参数。空燃比的表达式为：碳平衡法是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，由排气分析的结果来计算燃油消耗量的一种方法，即通过对尾气中CO,CO2、HC容积排放量的分析计算，得到排气中单位里程内的碳元素含
27、量，再与所用燃油中碳元素含量相比而间接得出燃油消耗量。制取示功图所用的仪器有简单示功仪、机械示功仪、气电示功仪以及现代的应变式示功仪和压电式示功仪。汽车发动机试验学第三章发动机主要性能参数的测量2压缩上止点与点火、喷油提前角测定2压缩上止点与点火、喷油提前角测定大气压力、温度和湿度、排气背压等。用过量空气系数来表示：为保证测量精度的要求，在进行试验前需对各测试仪器和设备进行标定，关于其标定方法在各仪器和设备说明书中均有详细的说明。一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、柴油机的微粒(PM)和烟度等。5 进气流量及燃油消耗率的测定汽车发动机中的大多数压力测量
28、均采用压力传感器进行。标定方法有静态法和动态法两种。1 发动机转速、扭矩测量和功率计算压力图上压缩上止点右侧压力做膨胀正功，而左侧压力则是压缩负功，如果上止点定位略有偏差，则部分正功被算为负功。常用的滤纸式烟度计有波许烟度计。碳平衡法的优点是不仅具有不解体测量油耗的优点，而且可获得与容积法、质量法相类似的精度及相当高的试验稳定性。各种侧功机的一个共同的主要误差来源，就是浮动定子两端轴承摩擦带来的误差。在这种测量方法中，必须保证发动机运转中在被测样气中存在有多余氧量，故在仪器中专门加入一定量的氧（空气），进入710保温取样管路与样气混合，并由输送泵送入600左右的催化室内完全燃烧，再进入750的
29、氧化锆传感器室内测出多余的氧量。测量过程中应注意的问题容积法和质量法主要用于发动机在台架试验时油耗的稳态测量上，前者一般用于汽油发动机，后者一般用于柴油发动机。汽车发动机中的大多数压力测量均采用压力传感器进行。发动机缸内动态压力测量与示功图制取颗粒物(PM)指在温度不超过325 K(52）的稀释排气中，由规定的过滤介质上收集到的所有物质（包括碳粒及其吸附的可溶性有机物和硫酸盐）3.4 3.4 其他热力状态参数的测定其他热力状态参数的测定o 温度测量 1.热电阻温度传感器 金属导体和半导体的电阻值是温度的函数，只要知道了这种函数，并能测出导体的电阻值，就能知道热电阻本身的温度，从而知道该电阻所处
30、的环境或介质的温度。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 29001ttRRt式中：式中：Rt热电阻在热电阻在t（）时的电阻值；）时的电阻值；R0热电阻在热电阻在t0（）时的电阻值；）时的电阻值；热电阻的电阻温度系数，热电阻的电阻温度系数，1293.4 3.4 其他热力状态参数的测定其他热力状态参数的测定o 温度测量 1.热电阻温度传感器用来做热电阻的材料应满足以下要求：(1)电阻温度系数a要大。电阻温度系数越大，制成的温度传感器的灵敏度越高。(2)材料应具有比较大的电阻率，这样可使热电阻体积较小，热惯性较小。(3)在测温范围内，材料应具有稳定的物理化学性质 (4)在测温范围内，电阻温度系
31、数a希望保持常数，便于电阻与温度关系近于线性或为平滑的曲线，而且这种关系应有良好的重复性。(5)易于加工复制。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 30比较适于制作热电阻的材料有比较适于制作热电阻的材料有铂、铜、铁及镍铂、铜、铁及镍303.4 3.4 其他热力状态参数的测定其他热力状态参数的测定2.热电偶温度计 热电偶是利用两种不同导体A和B之间的“热电效应”制成的一种测温元件，也就是说当两个接点的温度不同时，回路中就会产生热电势，即当A，B材料选定后，热电势EAB(t,t0)是温度t和t0的函数差 若冷端温度t0保持不变，则热电势EAB(t,t0)为t的单值函数，这样就可以通过测量EAB
32、(t,t0)测出被测温度t。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 31)()(),(00tftfttEAB函数函数f的形式与两种金属的性质有关的形式与两种金属的性质有关313.4 3.4 其他热力状态参数的测定其他热力状态参数的测定o 热电偶主要特性 由于各种材料具有不同的物理化学性质，特别是不同的材料所制成的热电偶在相同的温差下，所产生的热电势差别很大，因此，对制造热电偶的电极材料有一定的要求。这些要求是能产生较高的热电势，性能稳定，抗氧化、抗腐蚀能力强，电导率高，制造容易等。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 32323.4 3.4 其他热力状态参数的测定其他热力状态参数的测定o
33、 热电偶冷端温度的影响及其补偿方法 如果要直接测出介质的温度，则必须使测温仪表所指示的数值只与热端的温度有关，这就得保持冷端的温度恒定不变。这种保持冷端温度恒定，以消除其温度的变化而引起测量误差的方法，就称为冷端温度补偿。具体温度补偿方法很多，如冷端恒温法、冷端温度校正、补偿导线法和热电偶冷端补偿器。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 3333o 安装与校正 热电偶应选择合适的安装位置。由于热电偶所测得的温度仅仅是工作端周围一小部分区域的温度，所以在安装时要选择具有代表性的测量点，并应尽量避免热辐射、强磁场和强电场的影响。测发动机排温时，热偶端头应在离发动机排气歧管出口或涡轮增压器出口5
34、0 mm处测量，并位于排气连接管的中心，逆气流方向插人。最后应该指出，温度测量是一个复杂的问题，前面谈到的主要是稳定温度的测量问题。发动机试验中，还会涉及高速脉动气流，动态温度等的测量，此时由于热惯性的关系，测温的动态响应问题十分突出。3.4 3.4 其他热力状态参数的测定其他热力状态参数的测定同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 34343.4 3.4 其他热力状态参数的测定其他热力状态参数的测定o 大气湿度和燃油密度的测定1.大气湿度 常用的大气湿度测量仪有：毛发湿度计、干湿球湿度计，还有电阻式和电容式湿度传感器与变送器。n干湿球湿度 干湿球温度测量中要用小风扇强制吹风，湿包测点处的风
35、速保持为3-4 m/sn电子湿度计 利用某些金属盐（氯化锂、氯化钙等）在空气中的强吸湿性特点进行测量同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 35353.4 3.4 其他热力状态参数的测定其他热力状态参数的测定o 大气湿度和燃油密度的测定2.燃油密度测量 燃油密度的测量常采用两种方法，一种是利用比重计进行测量，另一种是采用天平法进行测量。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 36363.5 3.5 进气流量及燃油消耗率的测定进气流量及燃油消耗率的测定o 进气流量的测定 测量进气流量的目的是计算空燃比、充气效率和废气再循环等重要参数。进气流量与发动机的动力、经济性和排放特性都有直接或间接的关
36、系。充气效率是决定发动机输出功率的重要因素；废气再循环率则与排放、经济性和动力性相关；而通过空燃比可分析发动机的燃烧过程。因此，发动机试验时都要使用空气流量计来测定进气流量。测量空气流量的方法很多，如节流差压法、测速法、热线风速法、激光（光学多普勒效应）法、振荡测频法、柱塞法等。转子流量计也是其中的一种，其测量误差可以小于1。对于这些气体流量计，只要测量范围及测量精度满足试验要求，都可以作为发动机稳态试验的流量测量。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 37373.5 3.5 进气流量及燃油消耗率的测定进气流量及燃油消耗率的测定o 进气流量的测定1.热线式空气质量流量计n 工作原理 当气流
37、通过加热的电阻丝时，热量被风吸收，电阻丝变冷，温度下降，风速越大，下降越多，而电阻丝的电阻又随温度而变化，因此可以通过测量热线电阻来确定气流速度，这是热线风速仪的基本原理。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 38383.5 3.5 进气流量及燃油消耗率的测定进气流量及燃油消耗率的测定o 进气流量的测定1.热线式空气质量流量计n 结构 热线式空气流量计由防护网、取样管、白金热线、温度补偿电阻、控制线路板等组成。白金热线的作用是感知空气流量，温度补偿电阻（冷线）的作用是根据进气温度进行空气流量修正，热线和冷线的电阻均随温度而变化，防护网的作用不仅是防止灰尘或异物进人，更重要的是前网用于进气整
38、流，后网用于防止发动机回火时把铂丝烧坏。防护网控制线路板的作用是控制热线电流并产生输出信号。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 39前六后三前六后三393.5 3.5 进气流量及燃油消耗率的测定进气流量及燃油消耗率的测定o 进气流量的测定2.热膜式空气质量流量计 热膜式空气质量流量计的结构和工作原理与热线式空气流量计基本相同，只是将发热体由热线改为热膜。热膜是由发热金属铂固定在薄的树脂上构成的，这种结构可使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，增加了发热体的强度，提高了工作可靠性。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 40热膜式空气质量流量计对小流热膜式空气质量流量计对小流量敏感，
39、响应时间短，量程范量敏感，响应时间短，量程范围宽，测量精度高，特别适用围宽，测量精度高，特别适用于流量测控精度要求高的场合于流量测控精度要求高的场合403.5 3.5 进气流量及燃油消耗率的测定进气流量及燃油消耗率的测定o 燃料消耗率的测定 评价发动机的性能，不仅要看它的动力性（即输出功率的大小），还要看它的经济性（即它在输出一定功时所消耗燃料的多少）发动机每小时消耗燃料的数量，叫做小时耗油量。小时耗油量是整机在一小时内消耗的燃料量，不能用作相对比较的评价指标。因此，在评价发动机经济性时多采用燃油消耗率，以发动机输出固定功率时所消耗的燃油量来表示，单位是每千瓦小时消耗多少克燃油。同济大学汽车学
40、院同济大学汽车学院Page 41413.5 3.5 进气流量及燃油消耗率的测定进气流量及燃油消耗率的测定o 燃料消耗率的测定 测量燃油消耗量的方法可分稳态测量和瞬态测量，具体来说有容积法、质量法、采用科里奥利质量流量计及碳平衡法。容积法和质量法主要用于发动机在台架试验时油耗的稳态测量上，前者一般用于汽油发动机，后者一般用于柴油发动机。进行动态测试可采用科里奥利质量流量计；进行整车转鼓试验时，燃油发动机的油耗测量一般采用尾气碳平衡法。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 42423.5 3.5 进气流量及燃油消耗率的测定进气流量及燃油消耗率的测定o 燃料消耗率的测定1.容积法 容积法是使燃油
41、通过一个已知容积的玻璃量瓶，然后测定消耗一定容积的燃油所需的时间来计算容积耗油量。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 43在发动机试验台上，油箱至少应在发动机试验台上，油箱至少应高于油耗仪高于油耗仪1.5 m，以保证靠重，以保证靠重力自动供油。选定的原则是要保力自动供油。选定的原则是要保证每次测最的时间不得少于证每次测最的时间不得少于20 s，应根据试验时发动机输出功率的应根据试验时发动机输出功率的大小来确定。大小来确定。43转轴受到扭矩作用时会产生变形，传递法就是通过测量轴变形，利用应力与应变的关系来测量扭矩。而这两点对于控制排气污染是非常重要的。机油温度：在主油道、主油道的入口或有代
42、表性部位测量；最后应该指出，温度测量是一个复杂的问题，前面谈到的主要是稳定温度的测量问题。在发动机试验台上，油箱至少应高于油耗仪1.wCO2 测得的CO2的排出量,g/km;5 进气流量及燃油消耗率的测定特别是压电式示功仪，由于具有优良的特性而获得广泛的应用。7汽车排放污染物的检测方法水力测功机水位的波动，也是误差的来源之一。转轴受到扭矩作用时会产生变形，传递法就是通过测量轴变形，利用应力与应变的关系来测量扭矩。当叶片进人永久磁铁与霍尔元件之间的空隙时，由于霍尔元件的磁场被触发叶片所旁路（或称隔磁），霍尔元件不产生霍尔电压；为保证测量精度的要求，在进行试验前需对各测试仪器和设备进行标定，关于其
43、标定方法在各仪器和设备说明书中均有详细的说明。因此，直接或间接测量在旋转管道中流动流体产生的科里奥利力就可以测得质量流量，这就是科里奥利流量计的基本原理。各种侧功机的一个共同的主要误差来源，就是浮动定子两端轴承摩擦带来的误差。小时耗油量是整机在一小时内消耗的燃料量，不能用作相对比较的评价指标。转子流量计也是其中的一种，其测量误差可以小于1。测量过程中应注意的问题2压缩上止点与点火、喷油提前角测定5 进气流量及燃油消耗率的测定在汽车发动机中，功率是一个十分重要的性能参数。Me_实测有效扭矩，Nm3.5 3.5 进气流量及燃油消耗率的测定进气流量及燃油消耗率的测定o 燃料消耗率的测定2.质量法 所
44、谓质量法即是测量来自测量容器中的燃油，具体有二种方法，一是测量设定的燃油质量所需的时间，二是测量规定时间内所消耗的燃油量。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 44 上述的质量式油耗仪存在系统上述的质量式油耗仪存在系统误差，即油杯中油面高度变化时，误差，即油杯中油面高度变化时，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变化，造成称重时的系统误差也在变化，造成称重时的系统误差443.5 3.5 进气流量及燃油消耗率的测定进气流量及燃油消耗率的测定o 燃料消耗率的测定3.科里奥利质量法 若流体在管内进行直线运动的同时处于一旋转系中，则会产生与质量流量成正比的科里奥利力。利
45、用这一原理制成的一种直接式质量流量仪表就称为科里奥利流量计。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 45 因此，直接或间接测量在旋转管道因此，直接或间接测量在旋转管道中流动流体产生的科里奥利力就可以测中流动流体产生的科里奥利力就可以测得质量流量，这就是科里奥利流量计的得质量流量，这就是科里奥利流量计的基本原理。基本原理。453.5 3.5 进气流量及燃油消耗率的测定进气流量及燃油消耗率的测定o 燃料消耗率的测定3.科里奥利质量法 这种油耗仪适用于动态测试，测试的响应频率可达10 Hz，比常规的称重法响应速度快，精度高若与空气流量计结合使用可以计算出瞬时的空燃比此种测量方法，其管内壁磨损、腐蚀
46、或沉积结垢会影响测量精确度，尤其对薄壁测量管的流量计更为显著，而且油路内的气泡也会影响测试，为此常在流量计前增加液压泵。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 46463.5 3.5 进气流量及燃油消耗率的测定进气流量及燃油消耗率的测定o 燃料消耗率的测定4.碳平衡法 碳平衡法是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，由排气分析的结果来计算燃油消耗量的一种方法，即通过对尾气中CO,CO2、HC容积排放量的分析计算，得到排气中单位里程内的碳元素含量，再与所用燃油中碳元素含量相比而间接得出燃油消耗量。碳平衡法的优点是不仅具有不解体测量油耗的优点，而且可获得与容
47、积法、质量法相类似的精度及相当高的试验稳定性。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 47473.5 3.5 进气流量及燃油消耗率的测定进气流量及燃油消耗率的测定o 燃料消耗率的测定4.碳平衡法利用碳平衡法测量的计算公式如下。汽油机：柴油机：式中：Fe 燃油消耗量，L/100 km;SG 288 K（15）下试验燃油的密度kg/L；wCO测得的CO的排出量，g/km;wCO2 测得的CO2的排出量,g/km;wHC测得的HC的排出量,g/km.上述公式来自国标GB/T 19233-20030同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 48SGwwwFHCCOCOe/)866.0429.0273
48、.0(1154.02SGwwwFHCCOCOe/)866.0429.0273.0(1155.02483.63.6空燃比的测量空燃比的测量 空燃比是一个可调参数，它对发动机动力、经济和排放性能影响极大。空燃比的表达式为：用过量空气系数来表示：同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 49量单位时间内的燃料消耗空气量单位时间内进人缸内的完全燃烧全燃烧理论实际供给的空气量0493.63.6空燃比的测量空燃比的测量o 测量空燃比方法1.由测量进气量和燃料消耗量来计算空燃比 这种方法在发动机稳定工况时，具有高的可靠性，但它存在下列问题：一是不适用于瞬态空燃比的测量；二是对于多缸机，只能测量平均的总空燃比
49、，不能测量各缸的空燃比。而这两点对于控制排气污染是非常重要的。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 50503.63.6空燃比的测量空燃比的测量o 测量空燃比方法 2.直接用测量排气成分来计算空燃比 这种方法应用简单，不论何种燃料，只要知道它的组成，就可以应用，且它有明确的理论基础。但关键问题是确立排气成分与空燃比的关系。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 51513.63.6空燃比的测量空燃比的测量同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 52o 测量空燃比方法3.测量排放样气中氧的浓度来计算空燃比 在这种测量方法中，必须保证发动机运转中在被测样气中存在有多余氧量，故在仪器中专门加
50、入一定量的氧（空气），进入710保温取样管路与样气混合，并由输送泵送入600左右的催化室内完全燃烧，再进入750的氧化锆传感器室内测出多余的氧量。523.73.7汽车排放污染物的检测方法汽车排放污染物的检测方法 汽车发动机的排放污染物主要包括气态污染物和颗粒物。气态污染物指氧化碳（CO，CO2）、碳氢化合物（HC)和氮氧化物（NOX）；颗粒物(PM)指在温度不超过325 K(52）的稀释排气中，由规定的过滤介质上收集到的所有物质（包括碳粒及其吸附的可溶性有机物和硫酸盐）对污染物进行测量分析的方法一般有两种：物理方法和化学方法。同济大学汽车学院同济大学汽车学院Page 53533.73.7汽车排
