第十一章-发动机试验

第一节发动机试验的种类及有关标准第二节功率与燃油消耗率的测量第三节发动机其他参数的测量第四节发动机台架试验第十一章发动机试验第一节发动机试验的种类及有关标准一、发动机试验的种类汽车发动机试验一般可分为常规试验和单项专题性研究试验两大类。在常规试验中又可分为性能试验和可靠性试验。对发动机的常规试验根据不同的对象又可分为定型、验证和抽查三种类型。二、发动机试验的有关标准世界上各国都制定了相应的内燃机或发动机试验标准，这些标准通常都是按内燃机种类和用途分类制定的。我国制定的内燃机和发动机的试验标准有：1987年制定颁布的《内燃机台架性能试验方法试验方法》(GB1105.2—1987)，《内燃机台架性能试验方法测量方法》(GB／Ｔ1105.3—1987)，国家汽车行业标准《汽车发动机性能试验方法》(ＱＣ／Ｔ５２４—1999)，《汽车发动机可靠性试验方法》(QC／Ｔ525—１９９９)，《汽车发动机定型试验规程》(QC／Ｔ526—１９９９)，其中对性能试验、可靠性试验和现生产的发动机抽查试验等有关事项，如功率标定、性能试验项目、可靠性耐久性试验规范、出厂试验内容、测试设备方法和精度等都作了较详细的规定。第二节功率与燃油消耗率的测量一、试验台简介1.基本设备包括测功器、转速表、油耗测量装置。图11-１发动机试验台架简图2.监测仪器包括冷却水温度计、机油温度计、机油压力计、排气温度指示器、气压计、室内温度计、湿度计等。3.特殊设备包括示功器、空气流量计、冷却水流量计、废气分析仪、烟度计、声级计、测振仪等。目前，台架试验越来越多地采用自动控制系统。如ＡＶＬ公司的PUMA系统、申克公司的Ｘ-ＭＯＴ系统、西门子公司的ＣＡＴＳ系统都是产品化的计算机控制的测试系统，这些系统对试验台架进行控制和数据采集，同时也将相关数据传送给用户网络系统的上位计算机系统，自动完成主要参数监控、试验结果显示、曲线拟合、测量点配置等工作，提高了测量的精度和速度。二、功率的测量(一)示功图、指示功率的测定1.气电式示功器图11-2气电示功器工作原理简图1—转筒2—记录笔3—小阀4—测压头5—连接孔6—控制阀7—高压气瓶8—手泵图11-4气电示功器的点迹测录及ｐ—ϕ图图11-3气电示功器的测压头1、3—阀座2—滑阀4—导向杆5—外壳6—绝缘体7—管接头8—进水口9—开关图11-5常规的压电晶体传感器结构图1—晶体2—电极3—绝缘体4—管子5—外壳6—弹簧7—菌形杆8—膜片2.电子式示功器图11-6阴极示波器原理简图1—阴极2—膜片3—阳极4—偏转极5—偏转极6—荧光屏图11-5常规的压电晶体传感器结构图1—晶体2—电极3—绝缘体4—管子5—外壳6—弹簧7—菌形杆8—膜片(二)有效功率的测量1.水力测功器图11-7PSI—２２型水力测功器的外形示意图1—机体部件2—进排水部件3—自动调节装置部件4—拉压力传感器部件图11-8PSI—22型水力测功器制动器结构图1—底座2—左右轴承座3—转子轴4—万向节5—密封组件6—骨架油封7—轴套8、9—双金属轴套10—左右轴承外壳11—定子12—转子13—外壳14—封水圈15—测速齿轮16—测速传感器图11-9PSI—２２型水力测功器的特性曲线图2.直流电力测功器图11-１0平衡式电机结构1—转子2、6—滚动轴承3、5—滑动轴承4—定子外壳7—基座图11-１1电力测功器特性曲线3.电涡流测功器图11-１2电涡流制动器工作原理简图图11-１3电涡流测功器的特性曲线三、燃油消耗率的测量(一)容积法1)打开油箱开关，三通阀置于A位置，发动机由油箱供油。2)测量前将三通阀置于B位置，油箱同时向发动机和量瓶供油。3)测量开始时，将三通阀转至C位置，发动机直接由量瓶供油。4)测量完毕，将三通再次转回B位置，向量瓶再次充油，准备下次测量。图11-１4容积法测量燃油消耗量1—油箱2—开关3—滤清器4—三通阀5—量瓶(二)质量法１)打开油箱开关，将三通阀4置于Ａ位置，油箱向发动机供油。２)三通阀转至Ｂ位置，油箱向发动机供油并向量杯充油。３)测量时，将三通阀置于Ｃ位置，柴油机用量杯内燃油，当天平指针指零瞬间，起动秒表，然后取下一定质量的砝码。４)当天平指针再次到零位瞬时，停止秒表，记录用去的燃油量ｍ和相应的时间ｔ。５)将取下的砝码放回天平上，将三通置于Ｂ位置，在量杯再次充好油后，将三通转至Ａ位置，准备下次测量。图１１-１５质量法测量燃油消耗量1—油箱2—开关3—滤清器4—三通阀5—量油杯6—天平图１１-１６容积式数字油耗仪原理1—光源2—整形放大3—触发器4—门电路5—脉冲发生器6—计数器7—量程选择开关—光电源—光电管四、转速的测量(一)电子数字式转速表电子数字式转速表有固定式及手持式两种。固定式电子转速表由传感器及指示仪两部分组成。传感器是一只脉冲发生器(可以是磁电式或光电式)。如磁电式传感器由一个齿盘及一个电磁捡拾器组成。齿盘是固定在测功机主轴上带有60个齿的盘(或齿轮)，电磁捡拾器靠近齿盘固定。发动机带动测功机主轴每旋转一周，捡拾器内的线圈就产生60次感应电脉冲，这个信号送到指示仪表(相当于一个频率计外加时间开关)。(二)电气式转速表电气式转速表主要有发电机式和脉冲式两种。发电机式做成直流或交流发电机结构，利用感应电压与转速成正比的原理进行测量。脉冲式是利用转速与频率成正比的原理，做成一种多级的发电机结构，利用感应电压的频率进行测量。(三)机械式转速表机械离心式手持转速表是利用重块的离心力与转速的平方成正比的原理而工作的。由于其使用方便，价格低廉，测量范围广，在试验室仍有一定的应用。五、流量的测量图１１-１７节流式流量计工作原理图１１-１８旋涡流量计工作原理第三节发动机其他参数的测量一、机械损失功率的测定1.倒拖法试验时发动机在给定工况稳定运行，冷却液及机油温度达到规定要求。然后切断油路，使管路中的剩余燃油迅速烧尽，汽油机还需切断点火电源。同时，用直流电力测功器反拖发动机，以原给定转速使发动机空转，并尽量使冷却液温度和机油温度保持给定工况的温度不变。电力测功器所测得的功率即为发动机该工况下的机械损失功率。可根据测得数据计算机械效率。2.灭缸法灭缸法仅适用于多缸发动机。首先将发动机调整到给定工况稳定工作，测定其有效功率Ｐｅ；然后停止向一个气缸供油，并调整测功器，使发动机恢复到原来的转速，再测定发动机的有效功率Ｐ。由于有一个气缸不工作，第二次测得的有效功率比第一次测得的小，两者之差即为停油气缸的指示功率。3.油耗线法测量时柴油机保持一定的热力状态，测取不同转速下空载油耗Ｂ，再测取上述转速下、４％～５％标定功率ΔＰ工况下的燃油消耗量Ｂ１，Ｂ１－Ｂ＝ΔＢ即为不同转速、不同ΔＰ下的燃油消耗量。二、各缸工作均匀性试验1.汽油机(１)压缩压力的测定压缩压力的测定目的是评定汽油机各缸进气分配的均匀性。试验时切断油路，将剩余燃油烧尽，再切断点火电源，用电力测功机拖动发动机。节气门全开，在额定转速下，仅拆下一个缸的火花塞，其他缸的火花塞均装好，测量该缸的最大压缩压力，然后同样测量其他各缸。降低转速，进行同样的测量，直到最低转速，适当分布10个以上的测量点。(２)各缸废气的测定这个试验的目的是评定汽油机各缸混合气分配的均匀性。试验时节气门全开，从最低转速开始，测量各缸排气中的ＣＯ浓度(或空燃比)，逐渐增加转速进行同样测量，直至额定转速。适当分布8个以上测量点。试验中主要测量项目：进气状态、各缸ＣＯ浓度(或空燃比)、转矩、燃料消耗量及汽油馏程。并可绘制汽油机各缸混合气分配均匀性曲线(ＣＯ浓度随发动机转速的变化关系)。2.柴油机单缸熄火功率的测定试验目的是评定非增压柴油机各缸工作均匀性。试验时油门全开，在额定转速下进行测量，第一缸熄火，调整测功器使转速恢复，进行测量。同样方法进行其他各缸熄火和测量。试验中主要测量项目：进气状态、转速、转矩及单缸熄火后的发动机转矩。计算各缸的实测近似指示功率(即发动机实测功率与单缸熄火后的发动机实测功率之差)、柴油机工作不均匀系数(即单缸指示功率的最大差值与单缸平均指示功率的百分比)。三、空燃比的测定１)分别测量空气流量和燃油消耗量，据此来确定空燃比。２)导热系数法。3)密度法。4)废气分析法图１１-１９不同空燃比下废气的成分与导热系数图１１-２０导热系数式空燃比测量仪图１１-２１不同空燃比下废气的成分与密度图１１-２２密度式空燃比测定仪1—废气室2—电动机3—比较气室第四节发动机台架试验一、试验前的准备(１)制定试验大纲１)提出试验内容及其评定指标。２)确定试验方法、设备、仪表和试验日期。３)试验的组织和安排，包括试验条件如何组合、试验的次序和进行的次数等。(２)发动机、仪器设备的准备工作对于试验发动机要检查零部件是否合格，装配是否正确，检查各油路、水路等是否通畅，有无异响。对新发动机要进行磨合运转，磨合后应进行预调试验，使影响性能的各种因素调整到最佳状态。(３)试验中注意的问题１)连续试验时，需定时按规定的工况检查发动机性能指标，以判断其技术状况是否良好。２)比较性试验应在较短时期内完成，以免由于环境状态变化而引起误差。３)必须在工况稳定时测取试验数据。４)每种试验工况的全部参数应同时测量，而每个参数应相继至少测取2次。５)一般每一条试验曲线应至少取8个均匀分布的试验点，在难以判断曲线形状和趋向处，应增加中间点。６)必要时，试验中应绘制监督曲线，即绘制主要原始数据与试验中选定的变化参数之间的关系曲线。７)试验中发生各种异常现象应及时记录。二、发动机台架试验方法1.负荷特性试验试验目的是在规定转速下，评定发动机部分负荷的经济性。试验时，发动机在５０％～８０％的额定转速下运行，保持转速不变，从小负荷开始逐渐增大负荷，相应增大油门开度至油门全开。适当分布８个以上测量点，绘制负荷特性曲线。试验中测量的主要项目有：进气状态、转速、转矩、燃料消耗量、排气温度、汽油机进气管真空度等。2.万有特性试验(１)负荷特性法在发动机工作转速范围内均匀地选择8种以上的转速，在选定的各种转速下进行负荷特性试验。(２)速度特性法根据额定功率的百分数，适当地选择8种以上的油门开度。图１１-２３万有特性曲线的作法示意图3.柴油机的调速特性试验及调速率测定试验目的是评定柴油机的稳定调速率。试验可与外特性试验结合在一起进行。试验时卸除全部负荷，油门全开，使发动机达到最高空转转速，然后逐渐增加负荷，使转速逐渐下降，直到最大扭矩转速附近为止。选取10个以上测量点，使较多的点分布在转折区。试验中需测量的项目：进气状态、转速、转矩、调速器开始起作用的转速、最高稳定空转转速。根据所得数据计算稳定调速率，绘制调速特性曲线。三、试验结果的整理试验数据的整理工作是整个试验工作最后一个重要环节，只有对测得的大量数据进行认真科学地整理，才能揭示出试验对象本身所固有的规律，以便用于指导工作。试验结果的整理中包括试验数据的误差分析；发动机各性能参数的计算；有效功率、转矩和有效燃油消耗率等参数的标准进气状态校正；试验曲线的绘制及建立经验公式等内容。