汽車試驗(yàn)技術(shù) 課件 項(xiàng)目14 發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)

項(xiàng)目十四發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)14.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)的意義隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)汽車性能的要求也不斷提高。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的核心技術(shù)，一直以來(lái)是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)為汽車的行駛提供動(dòng)力，其對(duì)性能、壽命、質(zhì)量和成本等有較高要求。而發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造復(fù)雜、零部件眾多，內(nèi)部物理化學(xué)過(guò)程極其復(fù)雜，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)和研制離不開測(cè)試。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的內(nèi)容非常廣泛，按試驗(yàn)?zāi)康暮蛯?duì)象進(jìn)行分類，可分為用于定型生產(chǎn)的產(chǎn)品試驗(yàn)、研制開發(fā)新產(chǎn)品性能的評(píng)定和標(biāo)定試驗(yàn)、科學(xué)研究專項(xiàng)試驗(yàn)以及用于人才培養(yǎng)的教學(xué)與培訓(xùn)試驗(yàn)。14.3.1

發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)的意義產(chǎn)品試驗(yàn)產(chǎn)品試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量，主要指出廠檢驗(yàn)、抽查試驗(yàn)與維修后的性能測(cè)試。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠成批的生產(chǎn)產(chǎn)品，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要在出廠前對(duì)每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，檢驗(yàn)其動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)型是否滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。由于生產(chǎn)試驗(yàn)主要是為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，因此這類試驗(yàn)方法相對(duì)較固定、測(cè)試參數(shù)也比較少，但是對(duì)設(shè)備的可靠性和精度要求較高，并適合長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。產(chǎn)品性能評(píng)定試驗(yàn)性能評(píng)定試驗(yàn)是為了驗(yàn)證新研制或者經(jīng)過(guò)重大改進(jìn)后的發(fā)動(dòng)機(jī)是否達(dá)到了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，而進(jìn)行的比較全面的性能測(cè)試。性能試驗(yàn)主要包括功率試驗(yàn)、負(fù)荷特性試驗(yàn)、萬(wàn)有特性試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、排放性試驗(yàn)、振動(dòng)與噪聲試驗(yàn)等。各種性能試驗(yàn)的試驗(yàn)方法不同，而且試驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，因此此類試驗(yàn)需要專門的試驗(yàn)室和測(cè)試系統(tǒng)。科學(xué)研究與教學(xué)培訓(xùn)試驗(yàn)科學(xué)研究試驗(yàn)也叫專項(xiàng)試驗(yàn)，是研究發(fā)動(dòng)機(jī)原理、探索新工藝、發(fā)現(xiàn)新測(cè)試方法等專題的專門試驗(yàn)。而教學(xué)、培訓(xùn)試驗(yàn)主要為了普及發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試基本試驗(yàn)方法，了解測(cè)試基本原理。這兩類試驗(yàn)旨在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出解決方案，因此試驗(yàn)方法相對(duì)靈活，試驗(yàn)對(duì)象也不固定。14.3.1

發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)的意義發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)內(nèi)容和方法：我國(guó)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)制定了多個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。一般規(guī)定了10項(xiàng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一般特性試驗(yàn)的內(nèi)容和試驗(yàn)方法，這十項(xiàng)試驗(yàn)分別是：功率試驗(yàn)、負(fù)荷特性試驗(yàn)、萬(wàn)有特性試驗(yàn)、機(jī)械損失功率試驗(yàn)、起動(dòng)試驗(yàn)、怠速試驗(yàn)、壓燃機(jī)調(diào)速特性試驗(yàn)、各缸工作均勻性試驗(yàn)、機(jī)油油耗量試驗(yàn)和活塞漏氣量試驗(yàn)。特別是針對(duì)汽車排氣污染現(xiàn)狀，也制定了一系列排放法規(guī)來(lái)控制汽車排放污染，制定了相關(guān)的測(cè)試方法。感謝聆聽項(xiàng)目十四發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)14.3.2發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)臺(tái)架作為發(fā)動(dòng)機(jī)最基本的測(cè)試平臺(tái)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能觀測(cè)有著至關(guān)重要的指導(dǎo)意義。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)水平的高低直接影響能否如實(shí)的反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，能否準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)題，能否科學(xué)的提供發(fā)動(dòng)機(jī)改善的方向和依據(jù)。為了能夠嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件并按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行測(cè)試，盡量模擬發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際使用下的各種工況，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法都有嚴(yán)格的要求。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)是用科學(xué)試驗(yàn)的方法來(lái)揭示發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部特性，評(píng)價(jià)其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)型、可靠性等性能的必要途徑。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，而發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)有多種，其中轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率、燃油消耗量等用來(lái)評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能，除此之外還有負(fù)荷性試驗(yàn)、速度特性試驗(yàn)、排放試驗(yàn)、振動(dòng)與噪聲試驗(yàn)等。試驗(yàn)過(guò)程中，要對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且隨著工況的調(diào)整，需要在相應(yīng)的時(shí)刻記錄下各個(gè)測(cè)試參數(shù)的數(shù)值并繪制成相應(yīng)曲線，作為進(jìn)一步研究和改進(jìn)的依據(jù)。14.3.2

發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)設(shè)備發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)是保證發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)。一般情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)是在專門的試驗(yàn)室臺(tái)架上內(nèi)進(jìn)行的。發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)可分為試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)和試驗(yàn)間環(huán)境系統(tǒng)兩部分組成。測(cè)控系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)加載裝置和測(cè)量裝置、燃料供給設(shè)備，以及控制和數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)組成；實(shí)驗(yàn)室環(huán)境系統(tǒng)主要包括通風(fēng)系統(tǒng)、進(jìn)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(dòng)機(jī)正常的運(yùn)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(nèi)，其余設(shè)備放在試驗(yàn)間與發(fā)動(dòng)機(jī)相連。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱測(cè)控系統(tǒng)）的任務(wù)是調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)工況、完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、記錄、處理和輸出。測(cè)控系統(tǒng)是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)的核心部分，也是影響發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)效果的主要因素。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)利用各種測(cè)量設(shè)備將各類試驗(yàn)參數(shù)以電信號(hào)的形式輸出。信號(hào)經(jīng)調(diào)理和多功能數(shù)據(jù)釆集卡轉(zhuǎn)換，最終由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集中顯示和處理。測(cè)量設(shè)備因測(cè)量參數(shù)而定，一般包括測(cè)功機(jī)、油耗儀和各類傳感器。同時(shí)計(jì)算機(jī)輸出控制信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)釆集卡轉(zhuǎn)換，由油門執(zhí)行器和測(cè)功機(jī)執(zhí)行，從而改變發(fā)動(dòng)機(jī)的工況。14.3.2

發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)設(shè)備1）測(cè)功機(jī)測(cè)功機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)的主要裝置。通常情況下，測(cè)功機(jī)由三個(gè)機(jī)構(gòu)組成：一是用于吸收發(fā)動(dòng)機(jī)功率的加載裝置；二是改變發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的負(fù)載調(diào)節(jié)裝置；三是轉(zhuǎn)速、扭矩的測(cè)量裝置。測(cè)功機(jī)根據(jù)吸能傳遞和轉(zhuǎn)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(cè)功機(jī)是利用電渦流的制動(dòng)作用，將吸收的功率變成電禍流進(jìn)而轉(zhuǎn)化成熱量，再用循環(huán)水帶走。電渦流測(cè)功機(jī)的制動(dòng)設(shè)備主要由定子和轉(zhuǎn)子組成如圖所示。當(dāng)電流通過(guò)勵(lì)磁線圈時(shí)，閉合回路中就會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)磁通。鋸齒狀的感應(yīng)子變面四凸不平，因此在其旋轉(zhuǎn)的時(shí)候禍流環(huán)內(nèi)的磁通密度就會(huì)不斷變化，進(jìn)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(dòng)作用的產(chǎn)生原理。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中定子外殼受到磁力的作用，可以通過(guò)測(cè)功機(jī)的測(cè)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行扭矩測(cè)量。另外，通過(guò)改變勵(lì)磁線圈的電流就可實(shí)現(xiàn)負(fù)載的調(diào)節(jié)。14.3.2

發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)設(shè)備發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)要獲得發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)，測(cè)功機(jī)的扭矩將隨轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定而穩(wěn)定。勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí)，瞬時(shí)扭矩也將做相應(yīng)的改變，因此這種特性非常適合動(dòng)力傳動(dòng)的測(cè)試。這種情況下測(cè)功機(jī)能夠很好的模擬行駛阻力改變發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況。轉(zhuǎn)速恒定控制時(shí)，測(cè)功機(jī)自動(dòng)控制對(duì)功率的吸收，從而將被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速維持在給定的數(shù)值上。扭矩恒定控制時(shí)，測(cè)功機(jī)根據(jù)扭矩測(cè)量裝置測(cè)出的結(jié)果加以控制，將測(cè)功機(jī)吸收的扭矩維持在穩(wěn)定值上，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況和汽車爬坡時(shí)的情形類似。綜合控制時(shí)，測(cè)功機(jī)的勵(lì)磁電流根據(jù)轉(zhuǎn)速比例增大，這使得測(cè)功機(jī)的吸收扭矩和吸收功率隨轉(zhuǎn)速的增加而增加，但是因?yàn)檗D(zhuǎn)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(cè)功機(jī)的選用應(yīng)與被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性相匹配，并且被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況范圍要在測(cè)功機(jī)的工作范圍內(nèi)。14.3.2

發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)設(shè)備（1）轉(zhuǎn)速和扭矩的測(cè)量對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，功率是一個(gè)十分重要的性能參數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)在某工況下的功率是由測(cè)量轉(zhuǎn)速和扭矩計(jì)算得出的。計(jì)算公式如下：式中：Pe為有效功率，單位是KWMe為實(shí)測(cè)扭矩，單位N·mn為實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速，單位r/min。從公式可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率與轉(zhuǎn)速和扭矩的乘積成正比關(guān)系。14.3.2

發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)設(shè)備（2）轉(zhuǎn)速的測(cè)量在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中，需要測(cè)量的一個(gè)重要參數(shù)就是轉(zhuǎn)速，它是分析發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性和計(jì)算調(diào)速率的重要依據(jù)。一般情況下，測(cè)功機(jī)都集成轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置。圖是磁電式轉(zhuǎn)速計(jì)原理圖。它在轉(zhuǎn)軸上裝有測(cè)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(gè)齒。每當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周，磁電傳感器就會(huì)產(chǎn)生60個(gè)脈沖信號(hào)。

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發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)設(shè)備（3）扭矩的測(cè)量扭矩用來(lái)衡量負(fù)載大小，是發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)需要測(cè)量的主要參數(shù)之一。發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩可以通過(guò)測(cè)功機(jī)直接測(cè)量。測(cè)功機(jī)通過(guò)軸承將外殼定子支撐在支架上。工作時(shí)，測(cè)功機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，外力使測(cè)功機(jī)自由的旋轉(zhuǎn)，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(cè)量出來(lái)，其扭矩的表達(dá)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(zhǎng)度，單位是m。（4）燃油消耗量的測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量單位和車輛行駛?cè)加拖牧坑兴煌?，車輛行駛?cè)加拖牧恳话阌妹堪俟锵牡娜加腕w積來(lái)表達(dá)，即L/100Km。發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量指發(fā)動(dòng)機(jī)每小時(shí)消耗燃油的質(zhì)量，它是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。燃油消耗量通常可以用燃油消耗率來(lái)評(píng)價(jià)，即每千瓦小時(shí)消耗燃油多少克，用以下公式計(jì)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(dòng)機(jī)功率，單位是KW14.3.2

發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)設(shè)備5）溫度測(cè)量溫度是發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試中需要測(cè)量的主要項(xiàng)目之一，它反映發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中主要涉及到的溫度有：機(jī)油溫度、冷卻水溫度（進(jìn)、出水溫度）、排氣溫度、燃油溫度和實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度。對(duì)以上信息的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)正確控制試驗(yàn)過(guò)程、剖析發(fā)動(dòng)機(jī)性能有著至關(guān)重要的作用。溫度的測(cè)量主要有溫度傳感器完成，目前常見(jiàn)的溫度傳感器有熱電阻是和熱電偶式兩種。熱點(diǎn)偶式傳感器利用熱電效應(yīng)將溫度直接轉(zhuǎn)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(duì)溫度的敏感，通過(guò)測(cè)量材料的電阻變化來(lái)獲得溫度信息。14.3.2

發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)設(shè)備（6）壓力測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中，經(jīng)常需要對(duì)各種介質(zhì)壓力進(jìn)行測(cè)量。具體來(lái)說(shuō)主要包括：進(jìn)氣管壓力、噴油壓力、機(jī)油壓力、氣缸壓力、排氣背壓、排氣管壓力和大氣壓等。專項(xiàng)試驗(yàn)還需要測(cè)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(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的主要參數(shù)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)，壓力和溫度一樣，經(jīng)常變化（如缸壓）而且規(guī)律不定，數(shù)值大小懸殊，各測(cè)量點(diǎn)對(duì)精度的要求也不相同。因此，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)項(xiàng)目的不同，測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法也不固定。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中的壓力測(cè)量一般由壓力傳感器完成。壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信