汽車發(fā)動機試驗學(xué)_第二章_發(fā)動機臺架試驗系統(tǒng)

1、汽車發(fā)動機試驗汽車發(fā)動機試驗第二章 發(fā)動機臺架試驗系統(tǒng)Page 1同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院發(fā)動機試驗系統(tǒng)介紹發(fā)動機試驗系統(tǒng)介紹o 發(fā)動機試驗系統(tǒng)主要組成n試驗測試系統(tǒng)對發(fā)動機進(jìn)行加載與測量裝置，包括測功機、燃料供應(yīng)系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。1.實驗室環(huán)境系統(tǒng)保證發(fā)動機在正常環(huán)境中運行，避免室內(nèi)外噪聲和排放物的污染，包括通風(fēng)系統(tǒng)、發(fā)動機排氣系統(tǒng)、消聲與隔聲以及隔振系統(tǒng)。同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 2 先進(jìn)的發(fā)動機試驗系統(tǒng)是保證發(fā)動機開發(fā)先進(jìn)的發(fā)動機試驗系統(tǒng)是保證發(fā)動機開發(fā)和試驗研究的基礎(chǔ)和試驗研究的基礎(chǔ)發(fā)動機試驗系統(tǒng)介紹發(fā)動機試驗系統(tǒng)介紹1. 試

2、驗測試系統(tǒng)同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 3發(fā)動機試驗系統(tǒng)介紹發(fā)動機試驗系統(tǒng)介紹同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 4發(fā)動機試驗系統(tǒng)介紹發(fā)動機試驗系統(tǒng)介紹2. 實驗室環(huán)境系統(tǒng)同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 52.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 加載與測量裝置測功機 發(fā)動機在所需工況下正常運行，給被測發(fā)動機加上模擬的負(fù)載，控制并吸收其輸出的能量，通過扭矩及轉(zhuǎn)速的測量計算出發(fā)動機輸出功率。主要包括三部分：1. 用于吸收發(fā)動機功率的加載裝置 2. 負(fù)載調(diào)控裝置，用來改變測功機的制動負(fù)載特性并與被測發(fā)動機的動力輸出特性相匹配，以形成所需測試工況3. 扭矩、轉(zhuǎn)速測量裝置，從而獲

3、得功率值。同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 62.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 測功機的種類及結(jié)構(gòu)原理1.水力測功機 以水作為工質(zhì)，利用固、液體之間相對運動的摩擦力，將發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)為水的熱量的一種液力測功裝置同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 72.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 測功機的種類及結(jié)構(gòu)原理2.電力測功機 電力測功機的原理與普通發(fā)電機基本相同，即把發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)換為發(fā)電機的電能，發(fā)電機就起到制動機的作用，包括直流電力測功機和交流電力測功機同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 82.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 測功機的種類及結(jié)構(gòu)原理3.電渦流測功 電渦流

4、測功機的基本原理是旋轉(zhuǎn)時引起磁路中磁通變化，從而產(chǎn)生電渦流來吸收發(fā)動機的功率，并轉(zhuǎn)化為熱量，由冷卻水帶走同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 92.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 測功機的調(diào)控與選配測功機的選配要求： 1. 測功機的特性與發(fā)動機特性要良好配合，以保證發(fā)動機能穩(wěn)定運行 2. 隨著電子控制技術(shù)的發(fā)展，測功機應(yīng)能快捷、方便地調(diào)整其內(nèi)部控制參數(shù)，改變測功機內(nèi)部的特性，從而擴展測功機的應(yīng)用范圍，提高試驗的質(zhì)量 3. 被測發(fā)動機的工況范圍應(yīng)在測功機工作范圍（允許運行的工況范圍）之內(nèi)，即發(fā)動機輸出的機械能應(yīng)全部被測功機吸收，機組運行要安全，而且應(yīng)處于性能較佳，誤差較小的部位同濟大學(xué)汽車學(xué)

5、院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 102.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 發(fā)動機測功機機組穩(wěn)定運行的條件 同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 111. 發(fā)動機輸出特性曲線與測功機制動特性曲線應(yīng)在測試的工況點上相交，如圖的交點A就是所控制的測試工況點。2.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 發(fā)動機測功機機組穩(wěn)定運行的條件同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 12 2. 當(dāng)運行工況偏離交點時，系統(tǒng)應(yīng)能產(chǎn)生回復(fù)力矩，使其快速自動收斂到工作點，而不是發(fā)散到其他位置或者不正常地往復(fù)擺動。2.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 測功機制動特性與發(fā)動機功率特性的匹配與調(diào)控 發(fā)動機的制動負(fù)載是由測功機及其控制回路

6、構(gòu)成的，測功機在不同的控制模式下運行，即意味著為發(fā)動機提供了不同的制動負(fù)載特性。對發(fā)動機而言，油門執(zhí)行器控制回路運行于不同的控制模式時，也可使發(fā)動機具有不同的輸出特性。因此，要獲得發(fā)動機的不同特性曲線，需采用不同的控制模式。n 測功機恒扭矩/油門恒位置控制模式（M/P）n 測功機恒轉(zhuǎn)速/油門恒位置控制模式（n/P）n 測功機恒扭矩/油門恒轉(zhuǎn)速控制模式（M/n）1. 測功機恒轉(zhuǎn)速/油門恒扭矩控制模式（n/M）同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 13同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 142.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 測功機的選配 1. 被測發(fā)動機的工況范圍應(yīng)在測功機允許運行的工

7、作范圍內(nèi)，并處于性能較佳的位置 2. 測功機的響應(yīng)速度和動態(tài)特性應(yīng)滿足被試發(fā)動機的要求 3. 在滿足性能要求的前提下，應(yīng)具有良好的性價比同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 152.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 測功機、發(fā)動機機組安裝1. 臺架基礎(chǔ) （1）臺架基礎(chǔ)應(yīng)有足夠的質(zhì)量，以使發(fā)動機試驗時的振動降至最低限度。使安裝好的測功機能適用于在其測試范圍內(nèi)的各種型號的發(fā)動機。試驗臺基礎(chǔ)及其上的底板與支架應(yīng)有足夠的剛性，尤其要注意結(jié)構(gòu)件的諧振頻率應(yīng)避開發(fā)動機運行時的頻率范圍。 （2）應(yīng)采取有效的隔振措施，減少試驗臺振動能量向外界傳遞。簡單的辦法是在混凝土墓礎(chǔ)下面墊一層黃沙，并在基礎(chǔ)四周開防振槽

8、，用木屑或滬渣充填，并用瀝青蓋頂。 同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 162.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 測功機、發(fā)動機機組安裝2. 測功機與發(fā)動機的安裝 在緊固測功機地腳螺栓前，需用水平儀校正測功機在兩個互相垂直方向的水平度，其安裝精度為1/1000。發(fā)動機的支架固定在底座上，支架一般需要34個，固定發(fā)動機的支架與發(fā)動機之間有彈性減振塊。被測試發(fā)動機經(jīng)常變換時，發(fā)動機最好安裝在3個自由度均可變位的附件支架上，使安裝和調(diào)整更方便。發(fā)動機安裝油門執(zhí)行器時，要確保發(fā)動機調(diào)速手柄行程在油門執(zhí)行器行程之內(nèi)。同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 172.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 測

9、功機、發(fā)動機機組安裝3. 測功機與發(fā)動機的連接 發(fā)動機與測功機的連接件一般采用萬向聯(lián)軸器或彈性聯(lián)軸器。發(fā)動機與測功機連接后，要進(jìn)行找正工作，以保證旋轉(zhuǎn)軸的同軸度，一般要求同軸度在0.05 mm以內(nèi)。無論哪種連接方式，要盡可能減少作用于測功機上的附加力矩和軸向力，以免引起發(fā)熱或發(fā)生設(shè)備人身事故，無法正常測試。在發(fā)動機與測功機的聯(lián)軸器處加裝安全罩，以防機件七出傷人。同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 182.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)1. 數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)的任務(wù)、結(jié)構(gòu)與特點 發(fā)動機進(jìn)行試驗時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)就是完成試驗臺實時數(shù)據(jù)采集、記錄、處理和輸出功能，以完全

10、反映發(fā)動機現(xiàn)場運行特性。試驗過程中所需要測量的參數(shù)很多，如發(fā)動機的扭矩、轉(zhuǎn)速、燃料消耗量、燃油溫度、潤滑油壓力和溫度、進(jìn)氣壓力和溫度、排氣溫度和壓力、冷卻水的進(jìn)出口溫度等同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 192.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)2. 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的硬件同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 202.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng) 3. 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的軟件 主控計算機系統(tǒng)軟件主要任務(wù)包括傳感器及測試設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和計算，控制外圍設(shè)備實現(xiàn)法規(guī)規(guī)定的試驗流程以及原始數(shù)據(jù)及計算結(jié)果表格的打印輸出。同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院P

11、age 212.1 2.1 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)o 控制系統(tǒng) 發(fā)動機臺架控制系統(tǒng)是完成各類發(fā)動機常規(guī)性能試驗、測量和數(shù)據(jù)處理的計算機系統(tǒng)。可手動或自動進(jìn)行發(fā)動機測試，也可以在兩種控制方式之間平穩(wěn)切換。 控制系統(tǒng)的功能為：對發(fā)動機油門和測功機負(fù)載調(diào)節(jié)裝置實施控制，以便于進(jìn)行發(fā)動機各種各樣的試驗；由被測試的工況計算出理想的油門位置，理想的測功機負(fù)載調(diào)節(jié)裝置位置，并結(jié)合當(dāng)前傳感器的反饋信號不斷地測量實際工況與理想工況值之間的偏差，通過PID算法，計算出實際的發(fā)動機油門位置和測功機負(fù)載調(diào)節(jié)裝置位置的大小，再驅(qū)動它們向理想值方向調(diào)整。同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 222.1 2.1 測試系統(tǒng)測試

12、系統(tǒng)o 冷卻系統(tǒng) 實驗室冷卻水系統(tǒng)主要用于冷卻下列部分：（1）來自試驗臺架的熱量（2）測功機熱量（3）發(fā)動機冷卻系統(tǒng)熱量（4）燃料及潤滑油溫度控制同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 232.2 2.2 實驗室環(huán)境系統(tǒng)實驗室環(huán)境系統(tǒng)o 通風(fēng)系統(tǒng) 為把汽車發(fā)動機臺架室內(nèi)發(fā)動機輻射出來的熱量和泄漏的廢氣排出室外和保持控制室內(nèi)空氣的溫度和廢氣濃度在規(guī)定的范圍內(nèi)，實驗室需要通風(fēng)系統(tǒng)。 發(fā)動機室內(nèi)的氣流組織有兩種方式： （1）上送下排式，有利于發(fā)動機泄漏于室內(nèi)的廢氣和煙塵直接被吸人地下室排出室外，減少廢氣對室內(nèi)的污染； （2）下送上排式，使進(jìn)人室內(nèi)的空氣直接冷卻發(fā)動機，可得到較好冷卻效果，且通風(fēng)系統(tǒng)

13、簡單，投資較少。同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 242.2 2.2 實驗室環(huán)境系統(tǒng)實驗室環(huán)境系統(tǒng)o 發(fā)動機進(jìn)、排氣系統(tǒng) 1. 發(fā)動機進(jìn)氣 一般情況下，發(fā)動機的進(jìn)氣可直接采用臺架室的空氣，也可以采用專用空氣源供給系統(tǒng)。專用氣源供給方式有兩種：一種是采用直接管道法取得室外新鮮空氣，此時應(yīng)考慮有足夠的流通截面，同時要考慮進(jìn)氣濾清和消聲；另一種是采用進(jìn)氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)供氣，通過該系統(tǒng)來調(diào)節(jié)進(jìn)氣狀況（溫度、濕度和壓力），并保證進(jìn)氣的潔凈度 2. 發(fā)動機排氣 為減小發(fā)動機的排氣背壓，實驗室的排氣管直徑要大于發(fā)動機排氣管直徑。廢氣應(yīng)排到室外排氣坑內(nèi)進(jìn)行消聲、防爆及一些廢氣過濾處理。有些時候為了模擬整車的實際使用狀況，要用節(jié)氣門等節(jié)流裝置改變背壓。同濟大學(xué)汽車學(xué)院同濟大學(xué)汽車學(xué)院Page 252.2 2.2 實驗室環(huán)境系統(tǒng)實驗室環(huán)境系統(tǒng)o 實驗室消聲與隔聲系統(tǒng) 實驗室一般只是在實驗室墻壁周圍裝用吸音材料。另外為降低發(fā)動機控制間的噪聲，在控制臺前面的觀察窗是雙層、加厚、高強度