汽车试验学发动机试验基本性能测试课件.ppt

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1、第十三章 发动机试验 13.1 概述 13.2 试验台的要求与组成 13.3 发动机一般性能试验13.4 发动机性能匹配调整试验第三篇 汽车总成与零部件试验13.1 概 述n n 发动机性能试验是发动机研究、设计及生产过程中重要的组成部 发动机性能试验是发动机研究、设计及生产过程中重要的组成部分，它能测定发动机各项性能数据。在研究设计过程中，用试验 分，它能测定发动机各项性能数据。在研究设计过程中，用试验来检验设想的理论；对于发现的问题，通过测试找出存在问题的 来检验设想的理论；对于发现的问题，通过测试找出存在问题的本质和规律性，提供改进的方向和依据；在生产过程中，通过测 本质和规律性，提供改

2、进的方向和依据；在生产过程中，通过测试检验产品的质量。试检验产品的质量。n n 发动机的性能包括：发动机的性能包括：动力性、经济性、可靠性、耐久性和排放性。动力性、经济性、可靠性、耐久性和排放性。n n 动力性和经济性的主要指标是：动力性和经济性的主要指标是：转速、功率、转矩、燃油消耗等。转速、功率、转矩、燃油消耗等。n n 发动机性能试验的内容：发动机性能试验的内容：分为一般性能试验、性能匹配调整试验 分为一般性能试验、性能匹配调整试验和研究性试验。和研究性试验。n n 发动机性能试验的主要内容有：发动机性能试验的主要内容有：功率试验、部分负荷性能试验、功率试验、部分负荷性能试验、性能匹配试

3、验、使用特性试验、各种专项试验及出厂试验等。性能匹配试验、使用特性试验、各种专项试验及出厂试验等。13.2 试验台的要求与组成n n13.2.13.2.1 1、试验台的基本要求、试验台的基本要求n n 1 1、安装在试验台上的发动机能模拟实际的使用条件；、安装在试验台上的发动机能模拟实际的使用条件；n n 2 2、全球安装、调整、检查和更换发动机零件；、全球安装、调整、检查和更换发动机零件；n n 3 3、具有广泛的适应能力，能完成不同机型、不同试验目的的、具有广泛的适应能力，能完成不同机型、不同试验目的的试验项目；试验项目；n n 4 4、有发动机正常工作的监测仪表和测定内燃机各项性能参数、

4、有发动机正常工作的监测仪表和测定内燃机各项性能参数的精密测量仪表；的精密测量仪表；n n 5 5、操作简便可靠，自动化水平高，减轻试验人员劳动强度；、操作简便可靠，自动化水平高，减轻试验人员劳动强度；n n 6 6、有良好的通风、消音、消烟、隔振设施。、有良好的通风、消音、消烟、隔振设施。n n 发动机试验台简图 发动机试验台简图n n 13.3.1 发动机功率试验n n 发动机功率试验确定发动机的主要性能指标，如最大功率及 发动机功率试验确定发动机的主要性能指标，如最大功率及其相应的转速、最大转矩及最低燃油消耗率等，以及这些主要 其相应的转速、最大转矩及最低燃油消耗率等，以及这些主要性能指标

5、的变化特性。性能指标的变化特性。n n 功率试验分为总功率试验和净功率试验。功率试验分为总功率试验和净功率试验。n n 总功率试验时，发动机仅带有能保证其工作的附件，如化油器、总功率试验时，发动机仅带有能保证其工作的附件，如化油器、润滑油泵、点火组件等，没有这些附件发动机就不能工作。它 润滑油泵、点火组件等，没有这些附件发动机就不能工作。它表示发动机运转时能产生的最大性能指标。表示发动机运转时能产生的最大性能指标。n n 净功率试验时，发动机应安装在整车上工作时所配备的各种附 净功率试验时，发动机应安装在整车上工作时所配备的各种附件，而且这些附件应该是原生产装备件，安装位置应尽可能地 件，而且

6、这些附件应该是原生产装备件，安装位置应尽可能地与实际安装情况相同。它表示发动机装在汽车上运转时曲轴端 与实际安装情况相同。它表示发动机装在汽车上运转时曲轴端能输出的最大有效性能。随着汽车排放法规日趋严格，为了达 能输出的最大有效性能。随着汽车排放法规日趋严格，为了达到最佳排放值，提高动力性和经济性，匹配调整试验必须在净 到最佳排放值，提高动力性和经济性，匹配调整试验必须在净功率试验状态下进行，所以现代发机的性能指标常用净功率指 功率试验状态下进行，所以现代发机的性能指标常用净功率指标来表示。标来表示。13.3 发动机一般性能试验n n 功率试验时，发动机节气门全开或柴油机调速器处于最大 功率试

7、验时，发动机节气门全开或柴油机调速器处于最大位置，在发动机转速范围内均匀地选择不少于 位置，在发动机转速范围内均匀地选择不少于8 8个点的稳定 个点的稳定工况点，其中必须包括最大转矩点。测量各稳定工况点的 工况点，其中必须包括最大转矩点。测量各稳定工况点的转速、转矩、油耗量，并计算功率和燃料消耗率等。绘制 转速、转矩、油耗量，并计算功率和燃料消耗率等。绘制出如下图所示的性能曲线图。出如下图所示的性能曲线图。n n 如果功率试验时不能在标准状态的试验室内进行，则可用 如果功率试验时不能在标准状态的试验室内进行，则可用修正公式进行修正，换算到标准状态的数值。修正公式进行修正，换算到标准状态的数值。

8、n n 13.3.2 部分负荷性能试验及万有特性试验n n11、部分负荷性能试验方法一般可分为三种：、部分负荷性能试验方法一般可分为三种：n n在发动机转速不变的条件下，测量不同功率时的燃在发动机转速不变的条件下，测量不同功率时的燃油消耗率和燃油消耗量，其曲线图如图所示。可用来油消耗率和燃油消耗量，其曲线图如图所示。可用来评价发动机的燃油经济性。评价发动机的燃油经济性。n n在节气门开度不变的条件下，进行试验，即部分速在节气门开度不变的条件下，进行试验，即部分速度特性试验，多用于汽油机。度特性试验，多用于汽油机。n n根据计算或道路试验获得的使用特性数据进行试验，根据计算或道路试验获得的使用特

9、性数据进行试验，它代表汽车它代表汽车 有使用工况，用于评价汽车使用的燃油有使用工况，用于评价汽车使用的燃油经济特性，具有实用意义。经济特性，具有实用意义。n n22、万有特性试验、万有特性试验n n万有特性试验是将发动机四个主要参数万有特性试验是将发动机四个主要参数转速、功率、转速、功率、转矩和燃油消耗率绘制在一个曲线图上，它可以表示转矩和燃油消耗率绘制在一个曲线图上，它可以表示发动机在整个工作范围内主要参数的相互关系，用它发动机在整个工作范围内主要参数的相互关系，用它可以确定发动机的最经济的工作区域。可以确定发动机的最经济的工作区域。n n 13.3.3 转矩和转速的测量n n 发动机的转矩

10、和转速是直接测量得来的，而功率发动机的转矩和转速是直接测量得来的，而功率由计算得出。由计算得出。n n11、水力测功机、水力测功机n n 水力测功机的结构如图所示，外壳作成摇摆式，内水力测功机的结构如图所示，外壳作成摇摆式，内腔流水，当发动机带动转轴腔流水，当发动机带动转轴55旋转时，转轴上的叶轮旋转时，转轴上的叶轮搅动水，水获得动能，靠摩擦力再将力传给外壳，搅动水，水获得动能，靠摩擦力再将力传给外壳，外壳获得的力由载荷单元来平衡。即可测知转矩的外壳获得的力由载荷单元来平衡。即可测知转矩的大小。载荷单元现都用一个精密拉压力传感器，它大小。载荷单元现都用一个精密拉压力传感器，它将力的信号传递给二

11、次仪表，再乘以力臂即能得出将力的信号传递给二次仪表，再乘以力臂即能得出转矩值。转矩值。n n 2、电力测功机n n 电力测功机根据交流电机或直流电机的不同可制成电力测功机根据交流电机或直流电机的不同可制成交流电力测功机或直流电力测功机。交流电力测功机或直流电力测功机。n n它们都是利用转子与定子间的磁通作为工质来传递转它们都是利用转子与定子间的磁通作为工质来传递转矩的。它们与电机的最大不同是：将矩的。它们与电机的最大不同是：将n n定子外壳制成摇摆式结构。加有力臂，连着载荷单元，定子外壳制成摇摆式结构。加有力臂，连着载荷单元，电力测功机既能拖动发动机运转，又能作为负载运转，电力测功机既能拖动发

12、动机运转，又能作为负载运转，应用范围大。但结构复杂，价格较贵。应用范围大。但结构复杂，价格较贵。n n转速的测定：现代的测功机都转速的测定：现代的测功机都 附有转速测量装置，附有转速测量装置，用于测量转速，进行特性控制，还可为计算功率提供用于测量转速，进行特性控制，还可为计算功率提供转速信号。一般广泛采用磁电式转速传感器测量发动转速信号。一般广泛采用磁电式转速传感器测量发动机转速。机转速。n 13.3.4 燃油消耗量的测量n n燃油消耗量是发动机经济性的主要指标。在评价燃油燃油消耗量是发动机经济性的主要指标。在评价燃油消耗多少时，则用燃油消耗率，它表示每千瓦小时消消耗多少时，则用燃油消耗率，它

13、表示每千瓦小时消耗多少克燃油。耗多少克燃油。n n测量的方法有测量的方法有：容积法、质量法：容积法、质量法n n 1、容积法 n n 容积法常用的仪器由测量装置和显示仪两部分组成。容积法常用的仪器由测量装置和显示仪两部分组成。其测量装置如图其测量装置如图13-3-813-3-8所示。所示。n n 在测量时，先选定计量单元的容积，按下测量键，在测量时，先选定计量单元的容积，按下测量键，自动打开电磁阀自动打开电磁阀MV4MV4，同时关闭进油阀，同时关闭进油阀MV2MV2，到测定，到测定开始时，记录时间。测量结束后，即可知消耗计量单开始时，记录时间。测量结束后，即可知消耗计量单元容积的燃油和消耗的时

14、间元容积的燃油和消耗的时间tt，则可计算出燃油消耗，则可计算出燃油消耗量量GfGf。这种装置多用于汽油发动机台架试验，由于。这种装置多用于汽油发动机台架试验，由于是定容积测量时间，不能作瞬态油耗测量。是定容积测量时间，不能作瞬态油耗测量。n n 还有一种是活塞型容积式油耗仪，燃油流过时推动活塞 还有一种是活塞型容积式油耗仪，燃油流过时推动活塞 曲 曲轴组运转，曲轴带动转速检测器，取出对应流量的脉冲信号，轴组运转，曲轴带动转速检测器，取出对应流量的脉冲信号，计算出流量值。邻接的活塞，起着三通阀的作用。对应流量的 计算出流量值。邻接的活塞，起着三通阀的作用。对应流量的脉冲信号，计算出流量值。脉冲信

15、号，计算出流量值。n n 由于这种测量装置是连续计量的，能定时测量容积流量，所以 由于这种测量装置是连续计量的，能定时测量容积流量，所以它可用于测瞬时流量。它可用于测瞬时流量。n n 2、质量法n n 质量法是直接测出 质量法是直接测出n n 燃油消耗质量。燃油消耗质量。n n 采用天平、秒表等 采用天平、秒表等n n 现代汽车发动机对动力性、燃料经济性、排放性的要求日益 现代汽车发动机对动力性、燃料经济性、排放性的要求日益严格，提高和改善这些性能的关键足完善燃烧过程，其核心 严格，提高和改善这些性能的关键足完善燃烧过程，其核心就是对一些重要部件的结构参数进行合理的匹配凋整、优化 就是对一些重

16、要部件的结构参数进行合理的匹配凋整、优化组合，找出最佳方案，使发动机能发挥出最大的性能潜力。组合，找出最佳方案，使发动机能发挥出最大的性能潜力。n n13.4.1 13.4.1 分电器特性匹配试验分电器特性匹配试验n n 分电器持性匹配试验是指在发动机运行条件 分电器持性匹配试验是指在发动机运行条件(转速、节气门 转速、节气门开度 开度)一定的工况下，测试出发动机的动力性、经济性和排放 一定的工况下，测试出发动机的动力性、经济性和排放值随点火提前角变化而变化的关系曲线，为分电器与发动机 值随点火提前角变化而变化的关系曲线，为分电器与发动机的性能匹配提供依据。的性能匹配提供依据。n n 分电器特

17、性匹配试验包括：怠速工况点火提前角调整试验、分电器特性匹配试验包括：怠速工况点火提前角调整试验、离心特性点火提前角调整试验和真空特性点火提前角调整试 离心特性点火提前角调整试验和真空特性点火提前角调整试验。验。13.4 发动机性能匹配调整试验 n n怠速工况点火提前角调整试验足在保持怠速工况稳怠速工况点火提前角调整试验足在保持怠速工况稳定运转的条件下，测定最低排放值定运转的条件下，测定最低排放值(CO(CO、HC)HC)的最佳的最佳点火角度和相应的油耗量。依据所测数据，绘制图点火角度和相应的油耗量。依据所测数据，绘制图42422020所示的怠速点火调整特性曲线，对应每种所示的怠速点火调整特性曲

18、线，对应每种怠速的位置均可绘制一组曲线。怠速的位置均可绘制一组曲线。n n 13.4.2 电控喷射汽油机的匹配试验及标定n n 汽油机动力性能、经济性能、排放性能相互之间的制约使电控汽油机的匹配试验非常复杂，需要对安装电子控制系统的汽油机进行喷油特性、点火提前特性、怠速稳定性及瞬态过渡工况各参数的综合试验，令电子控制系统获得最佳控制参数，使得在控制系统精确控制下的汽油机获得满意的性能。n n 1、喷油特性MAP的制取n n 2、点火特性MAP的制取nn 13.4.3 电控柴油机的标定n n 电子控制的柴油喷射系统是对喷油量与喷油定时随运行工况的实时控制，是实现柴油喷射过程柔性控制的有效手段，而

19、柴油机电控喷油系统的标定要解决在满足一定约束的前提下，达到最佳的动力性或经济性、排放性目标的各种优化问题。n n 系统的控制功能包括：n n 喷油量控制在发动机整个转速范围内都能精确地控制喷油量；n n 怠速转速等的控制保证怠速运转稳定；起动喷油量的控制保证低温起动性能；n n 喷油量各缸均匀性的控制根据各缸转速波动情况分别调整每一缸喷油量，使之喷油均匀；n n 喷油定时的控制依据柴油机的运行状态及环境条件精确控制喷油定时；此外还可包括故障自动诊断及安全装置等。n n电控柴油机优化标定的分类电控柴油机优化标定的分类n n 局部优化：局部优化只在特定的发动机运行状态局部优化：局部优化只在特定的发

20、动机运行状态下进行，与其他运行状态无关。这是一种比较简单的下进行，与其他运行状态无关。这是一种比较简单的情况，此时目标函数与约束的变化只与控制参数的变情况，此时目标函数与约束的变化只与控制参数的变化有关。例如，为寻找某一特定转速下发动机可能产化有关。例如，为寻找某一特定转速下发动机可能产生的最大转矩时，选择供油量为控制参数，其他控制生的最大转矩时，选择供油量为控制参数，其他控制参数如供油提前角不变，为保证发动机正常运转需没参数如供油提前角不变，为保证发动机正常运转需没置一止匕约束条件如烟度限制、排温限制、最大缸内置一止匕约束条件如烟度限制、排温限制、最大缸内压力限制等。这些约束被称为状态约束，

21、它们只作用压力限制等。这些约束被称为状态约束，它们只作用于这一特定的运行状态，其他运行状态可以有不同的于这一特定的运行状态，其他运行状态可以有不同的定义。定义。n n 整体优化：整体优化不是在某一运行状态下，而整体优化：整体优化不是在某一运行状态下，而是在一系列发动机运行状态下进行。最典型的是在一是在一系列发动机运行状态下进行。最典型的是在一个排放试验循环内进行优化，通过优化达到在满足排个排放试验循环内进行优化，通过优化达到在满足排放法规的前提下，追求特定性能的目标。标定工作优放法规的前提下，追求特定性能的目标。标定工作优化问题可以有发动机运行状态、控制参数、目标和约化问题可以有发动机运行状态、控制参数、目标和约束四个方面。整体优化的结果依赖于试验循环内不同束四个方面。整体优化的结果依赖于试验循环内不同工况下控制参数的变化。工况下控制参数的变化。