汽车发动机试验学-第二章-发动机台架试验系统

汽车发动机试验第二章发动机台架试验系统Page1同济大学汽车学院发动机试验系统介绍发动机试验系统主要组成1.试验测试系统——对发动机进行加载与测量装置，包括测功机、燃料供应系统、空气供给系统、冷却系统、控制系统和数据采集系统。2.实验室环境系统——保证发动机在正常环境中运行，避免室内外噪声和排放物的污染，包括通风系统、发动机排气系统、消声与隔声以及隔振系统。同济大学汽车学院Page2先进的发动机试验系统是保证发动机开发和试验研究的基础发动机试验系统介绍1.试验测试系统同济大学汽车学院Page3发动机试验系统介绍同济大学汽车学院Page4发动机试验系统介绍2.实验室环境系统同济大学汽车学院Page52.1测试系统加载与测量装置——测功机发动机在所需工况下正常运行，给被测发动机加上模拟的负载，控制并吸收其输出的能量，通过扭矩及转速的测量计算出发动机输出功率。主要包括三部分：1.用于吸收发动机功率的加载装置2.负载调控装置，用来改变测功机的制动负载特性并与被测发动机的动力输出特性相匹配，以形成所需测试工况3.扭矩、转速测量装置，从而获得功率值。同济大学汽车学院Page62.1测试系统测功机的种类及结构原理1.水力测功机以水作为工质，利用固、液体之间相对运动的摩擦力，将发动机的机械能转为水的热量的一种液力测功装置同济大学汽车学院Page72.1测试系统测功机的种类及结构原理2.电力测功机电力测功机的原理与普通发电机基本相同，即把发动机的机械能转换为发电机的电能，发电机就起到制动机的作用，包括直流电力测功机和交流电力测功机同济大学汽车学院Page82.1测试系统测功机的种类及结构原理3.电涡流测功电涡流测功机的基本原理是旋转时引起磁路中磁通变化，从而产生电涡流来吸收发动机的功率，并转化为热量，由冷却水带走同济大学汽车学院Page92.1测试系统测功机的调控与选配测功机的选配要求：1.测功机的特性与发动机特性要良好配合，以保证发动机能稳定运行2.随着电子控制技术的发展，测功机应能快捷、方便地调整其内部控制参数，改变测功机内部的特性，从而扩展测功机的应用范围，提高试验的质量3.被测发动机的工况范围应在测功机工作范围（允许运行的工况范围）之内，即发动机输出的机械能应全部被测功机吸收，机组运行要安全，而且应处于性能较佳，误差较小的部位同济大学汽车学院Page102.1测试系统发动机——测功机机组稳定运行的条件同济大学汽车学院Page111.发动机输出特性曲线与测功机制动特性曲线应在测试的工况点上相交，如图的交点A就是所控制的测试工况点。2.1测试系统发动机——测功机机组稳定运行的条件同济大学汽车学院Page122.当运行工况偏离交点时，系统应能产生回复力矩，使其快速自动收敛到工作点，而不是发散到其他位置或者不正常地往复摆动。2.1测试系统测功机制动特性与发动机功率特性的匹配与调控发动机的制动负载是由测功机及其控制回路构成的，测功机在不同的控制模式下运行，即意味着为发动机提供了不同的制动负载特性。对发动机而言，油门执行器控制回路运行于不同的控制模式时，也可使发动机具有不同的输出特性。因此，要获得发动机的不同特性曲线，需采用不同的控制模式。1.测功机恒扭矩/油门恒位置控制模式（M/P）2.测功机恒转速/油门恒位置控制模式（n/P）3.测功机恒扭矩/油门恒转速控制模式（M/n）4.测功机恒转速/油门恒扭矩控制模式（n/M）同济大学汽车学院Page13同济大学汽车学院Page142.1测试系统测功机的选配1.被测发动机的工况范围应在测功机允许运行的工作范围内，并处于性能较佳的位置2.测功机的响应速度和动态特性应满足被试发动机的要求3.在满足性能要求的前提下，应具有良好的性价比同济大学汽车学院Page152.1测试系统测功机、发动机机组安装1.台架基础（1）台架基础应有足够的质量，以使发动机试验时的振动降至最低限度。使安装好的测功机能适用于在其测试范围内的各种型号的发动机。试验台基础及其上的底板与支架应有足够的刚性，尤其要注意结构件的谐振频率应避开发动机运行时的频率范围。（2）应采取有效的隔振措施，减少试验台振动能量向外界传递。简单的办法是在混凝土墓础下面垫一层黄沙，并在基础四周开防振槽，用木屑或沪渣充填，并用沥青盖顶。同济大学汽车学院Page162.1测试系统测功机、发动机机组安装2.测功机与发动机的安装在紧固测功机地脚螺栓前，需用水平仪校正测功机在两个互相垂直方向的水平度，其安装精度为1/1000。发动机的支架固定在底座上，支架一般需要3～4个，固定发动机的支架与发动机之间有弹性减振块。被测试发动机经常变换时，发动机最好安装在3个自由度均可变位的附件支架上，使安装和调整更方便。发动机安装油门执行器时，要确保发动机调速手柄行程在油门执行器行程之内。同济大学汽车学院Page172.1测试系统测功机、发动机机组安装3.测功机与发动机的连接发动机与测功机的连接件一般采用万向联轴器或弹性联轴器。发动机与测功机连接后，要进行找正工作，以保证旋转轴的同轴度，一般要求同轴度在Φ0.05mm以内。无论哪种连接方式，要尽可能减少作用于测功机上的附加力矩和轴向力，以免引起发热或发生设备人身事故，无法正常测试。在发动机与测功机的联轴器处加装安全罩，以防机件七出伤人。同济大学汽车学院Page182.1测试系统数据采集及处理系统1.数据采集及处理系统的任务、结构与特点发动机进行试验时，数据采集系统的任务就是完成试验台实时数据采集、记录、处理和输出功能，以完全反映发动机现场运行特性。试验过程中所需要测量的参数很多，如发动机的扭矩、转速、燃料消耗量、燃油温度、润滑油压力和温度、进气压力和温度、排气温度和压力、冷却水的进出口温度等同济大学汽车学院Page192.1测试系统数据采集及处理系统2.数据采集处理系统的硬件同济大学汽车学院Page202.1测试系统数据采集及处理系统3.数据采集处理系统的软件主控计算机系统软件主要任务包括传感器及测试设备的数据采集和计算，控制外围设备实现法规规定的试验流程以及原始数据及计算结果表格的打印输出。同济大学汽车学院Page212.1测试系统控制系统发动机台架控制系统是完成各类发动机常规性能试验、测量和数据处理的计算机系统。可手动或自动进行发动机测试，也可以在两种控制方式之间平稳切换。控制系统的功能为：对发动机油门和测功机负载调节装置实施控制，以便于进行发动机各种各样的试验；由被测试的工况计算出理想的油门位置，理想的测功机负载调节装置位置，并结合当前传感器的反馈信号不断地测量实际工况与理想工况值之间的偏差，通过PID算法，计算出实际的发动机油门位置和测功机负载调节装置位置的大小，再驱动它们向理想值方向调整。同济大学汽车学院Page222.1测试系统冷却系统实验室冷却水系统主要用于冷却下列部分：（1）来自试验台架的热量（2）测功机热量（3）发动机冷却系统热量（4）燃料及润滑油温度控制同济大学汽车学院Page232.2实验室环境系统通风系统为把汽车发动机台架室内发动机辐射出来的热量和泄漏的废气排出室外和保持控制室内空气的温度和废气浓度在规定的范围内，实验室需要通风系统。发动机室内的气流组织有两种方式：（1）上送下排式，有利于发动机泄漏于室内的废气和烟尘直接被吸人地下室排出室外，减少废气对室内的污染；（2）下送上排式，使进人室内的空气直接冷却发动机，可得到较好冷却效果，且通风系统简单，投资较少。同济大学汽车学院Page242.2实验室环境系统发动机进、排气系统1.发动机进气一般情况下，发动机的进气可直接采用台架室的空气，也可以采用专用空气源供给系统。专用气源供给方式有两种：一种是采用直接管道法取得室外新鲜空气，此时应考虑有足够的流通截面，同时要考虑进气滤清和消声；另一种是采用进气调节系统供气，通过该系统来调节进气状况（温度、湿度和压力），并保证进气的洁净度2.发动机排气为减小发动机的排气背压，实验室的排气管直径要大于发动机排气管直径。废气应排到室外排气坑内进行消声、防爆及一些废气过滤处理。有些时候为了模拟整车的实际使用状况，要用节气门等节流装置改变背压。同济大学汽车学院Page252.2实验室环境系统实验室消声与隔声系统实验室一般只是在实验室墙壁周围装用吸音材料。另外为降低发动机控制间的噪声，在控制台前面的观察窗是双层、加厚、高强度的玻璃窗。用于发动机噪声试验和开发研究的实验室，必须经过特别的消声处理，以降低背景噪声。如有特殊需要，可建设专用的消声室。发动机消声室有两类：一类是用于发动机整机试验的大型消声室；另一类为消声器试验用的小消声系统。发动机试验系统设计的基本原则是要从试验对象、试验目的和要求出发，达到技术上合理，经济上节约的效果同济大学汽车学院Page26同济大学汽车学院谢谢结束Page27