论文-某型电控柴油发动机动力性分析.docx

北华航天工业学院毕业论文毕业设计报告(论文)报告(论文)题目：某型电控柴油发动机动力 性分析作者所在系部： 机电工程学院 作者所在专业： 车辆工程 作者所在班级： B13142 作 者 姓 名 ： 饶钦 作 者 学 号 ： 20124014138 指导教师姓名： 臧继嵩 完 成 时 间 ： 2017.5.28 北华航天工业学院教务处制摘要发动机做为汽车的心脏，是汽车动力的源头。发动机的动力性直接影响着汽车的性能。汽油发动机和柴油发动机由于燃料不同，它们的动力性能也不同。本文研究了某型电控柴油发动机动力性。通过发动机台架试验系统，试验发动机的速度特性，通过数据测量，分析指定发动机动力性特点。试验结果可得出发动机的转速，功率，扭矩。这些都是表征发动机做工能力大小的指标。通过分析发动机的转速，功率及扭矩可以的得出相关发动机的动力性能的优劣。关键词：发动机 速度特性 转速 功率 扭矩IAbstractthe engine as the heart of the car is the source of car power. The power of the engine directly affects the performance of the car. Petrol engines and diesel engines differ in their dynamic performance due to different fuels. This paper studies the dynamic properties of a certain type of diesel engine. Through the engine platform test system，the speed characteristics of the engine are tested, and the characteristics of the engine are analyzed by means of data measurement. The test results show the engines speed，power and torque. These are indicators of the power of the engine. By analyzing the engine speed，the power and torque can be used to determine the dynamic performance of the relevant engine.Key words: engineSpeed characteristicSpeedPowerTorqueII目录摘要IAbstractII目 录3第1章绪论11.1国内外电控柴油发动机机发展背景和现状11.1.1国外11.1.2国内11.2电控柴油发动机技术的发展和研究意义21.2.1电控柴油发动机技术的发展21.2.2电控柴油发动机的研究意义31.3电控柴油机的结构31.3.电控共轨系统组成31.4发动机的特性51.4.1发动机的工况51.4.2发动机的台架试验7第2章设备与方法102.1 设备102.1.1基本要求102.1.2基本组成102.1.3测功机112.2试验设计122.2.1发动机转矩测量122.2.2发动机转速测量132.2.3功率试验132.3试验流程142.3.1发动机速度特性试验142.3.2试验方法与步骤142.3.3操作要点152.3.4数据整理16第3章结果分析183.1发动机特性的分析方法183.2速度特性183.2.1部分负荷特性及外特性193.2.2对比分析373.3本章小结40总 结41致 谢42参考文献43第1章绪论1.1国内外电控柴油发动机机发展背景和现状1.1.1国外柴油发动机的发展已经有一百多年的历史，他的发展阶段可分为三个阶段。第一阶段：在2 0世纪20年代中期以德国博世为代表的机械燃油喷射系统代替了存储系统，使柴油发动机在车辆上的应用。第二阶段：20世纪50年代初的废气涡轮增压技术，为其在行业奠定了基础。第三阶段：到目前为止，80年代以来，现代电脑作为电子控制单元的电子控制技术在柴油发动机的应用上，拥有现代先进的汽车柴油机电子控制系统和开发，使柴油机处于动态，经济型噪声指标具有较强的竞争优势，发展了柴油机技术，进入了新的历史舞台1。仅1993年的统计数据显示，德国博世的电控分配泵和电控在线泵市场已超过25万台，美国底特律柴油机公司DDEC电控泵喷嘴系统生产量超过10万台，以及部分日本公司可变前置TICS在线泵已达到20,000台以上，其中大多数是电子控制的。另外，如美国卡特彼勒公司，日本日本公司，德国电装公司都进行了共轨电子燃油喷射系统研究，并已投入生产。到目前为止，各国已经开发生产各种柴油电子控制系统，大力缓解当前全球能源危机和汽车污染。一些汽车工业在发达国家，柴油机电子控制技术水平现在相当发达。目前，欧洲和美国的重型车辆有100%，使用柴油发动机的轻型车辆的90%，欧洲的柴油汽车占汽车所有权比例的40%以上，新车产量的比例在50%以上。博世对中国市场的保守预测是，到2015年，柴油车辆的比例可以达到25%，到2015年将达到同样。根据美国在轻型车和汽车领域的第3条，柴油车市场份额将增加到约15%。柴油机电子控制技术可分为三个阶段：（1）20世纪70年代初期发展阶段，电子控制主要用于柴油发电机组; （2）20世纪80年代为实践阶段，开发出了多种位置控制和时间控制的电喷系统，从原来的一个控制量为各种发展; （3）20世纪90年代至今为成熟阶段，更强大的EFI系统可以控制喷油燃料，燃油喷射正时，燃油喷射压力和喷油率2。1.1.2国内目前国内柴油机电子燃油喷射技术在国外已经远远落后，中国汽车工业与国际水平之间仍然存在着相当大的差距，电控柴油机的应用技术仍然不完善。中国的柴油机电子控制技术起步较晚，自20世纪90年代中期以来，许多科研单位和机构的科技研究都取得了一些成果。在位置控制系统方面，国内的研究更多。如长春汽车研究院在线泵可变前冲程控制研究，实现了CA6110系列柴油机转速控制;北京工业大学电磁阀通过液压伺服驱动机架实现入站泵燃油喷射控制;东蒸汽公司在CUMMINS6BT的基础上调整控制杆油位控制系统的位置也取得了一定的效果3。在高压共轨系统及其与柴油机配套技术的发展中在研发阶段，目前的研究工作是柴油机电子控制注射系统的研发。在这一领域，吉林工业大学等大学，以及长春，无锡等70个研究机构，分别在供应（喷雾）油和供应（喷雾）循环的“位置控制”，“时间控制“和”共轨系统“等方面的开发和实验研究工作，取得了显着成效。 2004年底，威孚集团与博世公司联合成立博世汽车柴油系统有限公司，公司以博世科技公司依托无锡高压共轨系统生产，公司拥有大量国外先进的技术和自主研发。博世公司符合欧排放标准的高压共轨系统已投入国内市场。国内一些关键技术问题如高速电磁阀研究，泵燃油控制，实施机构的实施，泄漏问题，分工等学科尚未成熟完善。目前，有关企业正在开展一些共轨电气控制及其校准系统研发，零部件调整优化，燃油特性分析和燃油系统仿真等工作。1.2电控柴油发动机技术的发展和研究意义1.2.1电控柴油发动机技术的发展柴油机的电控技术的发展与汽油机的发展其实在过程上是有很多一样的地方。自从上个世纪80年代开始，在市场上的许多现代汽车，他们的柴油电控系统随着汽车必须要有的功能变多，柴油电控系统也必须变革增多，而且，相应的作用也从以前的单一变得比较的繁杂，直到如今的电控技术可以时时刻刻的控制着汽车的每一方面。举个例来说，以前的电控燃油喷射系统采用的是位置控制，利用的是脉冲高压供油原理，虽然这个原理在早期的时候来说，是有比较大的作用，但是随着科技不断的发展，科学家们也在其中发现了许多的问题，因为这个原理里面会由于伺服机构执行频率响应慢，和控制的频率比较低，导致对于整个系统的控制进度很低而且并不是怎么样的稳定。通过几年来的发展，到了上世纪九十年代初的时候，时间式的电控燃油喷射系统研究成功，但是这个系统依旧用的是以前的脉冲高压供油原理，缺点也是明显的4。最后到了九十年代中期的时候，才有一种新的电控燃油喷射系统北研究出来，它不像之前的系统用的都是脉冲高冲供油原理，而是采用的一种新的原理，时间-压力控制的燃油计量原理，这种新技术才使得柴油机的发展步入一个新的发展阶段，可见新技术对于发展的重要程度。1.2.2电控柴油发动机的研究意义一般汽车由发动机、底盘、车身和电器设备四个部分组成，其中发动机是汽车的动力装置其作用是将输入的燃料变成机械功，然后通过传动系、行驶系驱动汽车行驶。可见发动机性能的好坏，直接影响整车的性能指标。作为汽车的动力，柴油机与汽油机相比，其主要优点是： （1）柴油机的燃料经济性好。首先，每单位柴油的能源含量比汽油高；其次，因为柴油机的压燃特性，使其热效率比汽油机的高，燃油消耗率降低，而且在工况变化时，燃油消耗率曲线变化历程比较平稳，这对经常在部分负载下使用的发动机是非常重要的。汽车的实际使用经验表明，在正常的刑事状况下，柴油车可节约燃料30%，而在中小负载下运行则可节约40%。所以，省油是柴油汽车最大特点5。 （2）柴油机的工作可靠性、耐久性比汽油机好，柴油机中大部分零件的使用寿命都相应高于汽油机的使用寿命。柴油机由于没有点火系统，所以故障相对较少，工作可靠。 （3）有害排放物较低，更有利于保护生态环境。目前，世界上代用燃料的研发相当广泛，例如，电动汽车、燃料电池车、燃气汽车等。而这些研究成果还没有成熟到可以批量生产的程度。所以大力发展柴油车在中国已势在必行。而发展的关键为技术问题，为了满足国家新的排放标准，必须采用电控技术6。柴油机电控技术首先是为满足各国日益严格的排放法规。此外，能源危机使得在强烈要求降低排放的同时，始终强调降低排放的要求。为了降低油耗和减少排放，国外的研究也只指出了柴油机应采取新技术。1.3电控柴油机的结构1.3.电控共轨系统组成电控高压共轨式燃油系统的组成如图所示。我们从功能的方向来分析整个系统，可以把系统总的分为两个部分：电控系统和燃料供给系统。图1-1共轨式燃油系统1.3.1.1电控系统电控系统其实可以总的分为三个部分：传感器、控制单元、执行器。在这些里面，ECU是整个系统的核心部分。根据传感器信息，ECU计算最佳燃油喷射时间和最合适的燃油喷射，并计算出在什么时间，喷油器的距离到开启电磁阀指令的距离，从而实现发动机的精确控制工作过程。ECU是在汽车上的各种传感器和开关。电子系统控制的框图如下图。图1-2电子系统控制图1.3.1.2燃料供给系统燃料供给系统也是可以分成三个部分：供油泵、共轨和喷油器。燃油供应系统的基本工作原理是油泵将燃油加压成高压并将其送入共轨。 共轨实际上是燃油分配管。 存储在共轨中的燃料在适当的时间通过喷射器喷射到发动机气缸中。 燃料喷射器中的电子控制共轨系统是由喷射器控制的电磁阀，电磁阀通过发动机控制单元控制开闭。柴油发动机电子燃油喷射系统除了控制燃料喷射，燃油喷射正时和燃油喷射压力也有很高的要求。1.4发动机的特性发动机做为动力机械，主要为其它的工作机械提供必要的动力。对汽车而言，发动机作为其心脏，其输出特性直接影响车辆的行驶特性。因此，理解和掌握发动机的性能，对有效利用动力源，以及提高整车性能具有重要的意义。而发动机的输出特性主要通过其动力性指标、经济性指标以及排放性指标等随发动机使用工况的变化特性来表现出来7。所以研究发动机特性的主要目的，在于正确评价发动机的特性，为汽车或其他工作机械正确选用动力源提供依据。同时，通过对发动机的评价与分析，为进一步改进发动机的性能使之与整车性能良好匹配提供有效途径。关于发动机的特性，主要通过发动机的各项性能指标随工况的变化特性来研究,包括发动机的负荷特性，速度特性以及万有特性等。所以，要研究发动机的特性，首先需要了解发动机工况，发动机性能指标的测量方法以及发动机的试验方法等。1.4.1发动机的工况发动机的工况，就是指发动机运行的状态，常用发动机的转速和负荷表示。其中转速表示发动机的工作频率，而负荷表示发动机的对外做功能力，是要用输出转或平均有效压力表示。发动机的输出功率，是表征发动机工况特征的重要综合指标。但是，由于输出功率相同，不等于工况相同。由于工况不同，发动机的工作状态即燃烧放热过程不同。因此，在相同功率下，发动机的经济型和排放特性不一样。所以，正确认识发动机的工况，对改善整车性能具有重要意义。根据内燃机的工作原理和结构特点，其工况是限定在最低稳定转速，最高转速以及在各工作转速下所能输出的最大动率所包围的范围。最低稳定转速又称为怠速转速，此时向气缸供给的混合气量最少，只供克服发动机内部摩擦损失用，而对外输出功等于零8。所以，若发动机转速低于此转速时，由于飞轮等运动件的储存能量小，导致发动机转速过大，不能正常稳定运行。而发动机的最高转速主要受到来自充气效率，机械损失和曲柄连杆机构的惯性力的影响。高转速时由于流动损失增加充气效率迅速下降，同时活塞组的往复惯性力和曲轴的旋转惯性力增加，摩擦损失增加，直接危及发动机的工作可靠性。因此，每一台发动机都限定在其允许的最高使用转速，即标定转速，所以，发动机的实际工作范围就限定在最低转速和额定转速范围内的小于或等于外特性功率曲线的区域内。1.4.1.1工况根据不同的工作机械对发动机的使用条件不同，将发动机的工况分为了以下的三大类： （1）恒速工况恒速工况是指发动机的转速保持不变，而功率随着负载而变化的工况（如下图）图1-3功率转速图如发电用发动机的工况，为了保证发电机工作频率稳定，要求发动机转速稳定不变，而功率随电机负荷的大小而变化。恒速工况的特例使发动机运转过程中转速和负荷均保持不变，这种工况称为点工况。如发动机带动排灌用水泵工作时，除起动和过度工况外，一般都按点工况运行。（2）线工况线工况主要指发动机输出功率与转速成一定函数关系的工况。比较典型的就是船用发动机的螺旋桨工况。发动机的输出功率主要克服来自流体的阻力，即船舶稳定行驶时，发动机输出的功率必须与螺旋桨输出的功率相等。在螺旋桨节距一定的条件下，发动机功率与转速成转速的三次方成正比。 （3）面工况 前两种工况的共同特点是，发动机输出功率与转速有一定的约束关系。而面工况的特点是发动机输出功率和转速之间没有特点的约束关系。在发动机整个工作区域内，功率和转速都相对独立变化，因此发动机可能运行的范围就是其实际工况变化范围，称之为面工况。如车用发动机的工况，或其它陆地运输和作业的工作机械用发动机的工况，就属于这种工况。在陆地行驶时，发动机的转速取决于车辆等陆地作业的工作机械的行驶速度，而发动机的输出功率，取决于车辆的行驶阻力。车辆行驶阻力不仅与其行驶速度有关，而且还取决于道路情况，或拖拉机耕地时的土壤条件，推土时的推土载荷量等。我们在这里讨论的是发动机的特性。由于汽车的使用条件比较复杂，发动机运行工况不断发生变化。所以对车用发动机的性能评价，只是标定点的性能指标是不够的，还需要研究不同工况下，发动机性能指标的变化特性。发动机的性能指标有动力性指标，经济性指标以及排放性指标，这些指标随发动机工况的变化规律称为发动机的使用特性，而这些性能指标随工况的变化曲线称为特性曲线。通过发动机的特性曲线，可以直观的评价与分析发动机的性能及影响因素，使发动机性能分析的重要手段。1.4.2发动机的台架试验为了绘制发动机的特性曲线，需要专门的实验测试条件。由于发动机是动力机械，在热工转换的工作过程中对外输出功的同时，引起强烈的震动。所以，为了准确测量各必要的性能参数，需要将发动机和必要的测量设备装置固定在坚实、防震的专用基础上，基础的振幅不得大于0.050.1mm。为了测量输出功率或转矩，将发动机和测功器在台架上通过联轴器连接，并用转速传感器测量曲轴或与曲轴同轴连接的测功器轴的转速9。由于实验研究的内容不同，所需要的测试设备有所区别，但是最基本的设备有测功器、油耗仪、转速表以及排放测试设备等。除此之外，还需要专门的冷却水系统以保证试验时发动机的工作温度保持在设定的恒温状态，以及向发动机供给所需燃料的燃料供给系统，实验室专用通风装置、消声装置等辅助系统。1.4.2.1测功器测功器是专门用来测量发动机动力性指标的设备，主要测量输出转矩，同时测量发动机的转速，然后用公式求得发动机的输出功率，并根据发动机的输出功率，并根据输出功率和平均有效压力的关系式，计算出平均有效压力，测功器能吸收发动机输出的功，利用这一特点可任意改变发动机的负荷和转速，由此模拟发动机的使用工况。根据测功机的吸收功的原理不同，将常用测功器分为水力测功器，平衡式直流电力测功器和电涡流测功器三种。 （1）水力测功器水利测功器是通过发动机带动测功器转子同步旋转时，由其转子和外壳构成的涡流室内水的旋转运动，使测功机外壳在水的摩擦力作用下摆动一个与输出转矩成正比的角度，由此测量发动机的输出转矩。如果涡流室内旋转运动的水量越多，水层越厚，摩擦力就越大，外壳摆动角度增加，则外壳上固定的测力机构的读数随之增加，表明水吸收的机械功越多。当发动机稳定运行时，测功机的摆动角度不变，测功器读数稳定（如下图）。图1-4水力测功器水力测功器由于其廉价、工作可靠、体积小等优点，曾在国内广泛运用。但随着自动化程度以及测量精度要求的不断提高，它逐渐被电力测功器或电涡流测功器所取缔。 （2）电力测功器电力测功器如下图所示，当发动机带动直流电动机的转子在定子磁场中转动时，切割磁力线而产生感应电流，感应电流的磁场与定子磁场相互作用产生电磁力矩。受该力矩的作用浮动支承在轴承上的定子外壳摆动一个与该电磁力矩成正比的角度。在定子外壳上固定一个测力机构，测量此时外壳摆动角度时的力矩大小，该力矩大小与发动机加载转子上的转矩相等。通过改变定子磁城的大小可任意调节该测功器受吸收的发动机输出转矩的大小，达到既调节负荷又测量输出转矩的目的。这种测功器，虽然机构较复杂，价格贵，但由于能回收电能，反拖发动机，而且工作灵敏，测量精度高，而得到广泛运用。图1-5电力测功器 （3）电涡流测功器电涡流测功器也是目前常用的一种测功器。它主要利用涡电流效应将发动机输出的机械能转化为电能，再将电能转化为热能。该测功器吸收能量的主要部分是制动器，由转子和定子组成。定子包括外壳，涡流环和励磁线圈。而外壳，涡流环，空气隙和转子构成磁路，当外界直流电源向励磁线圈供电时，在该磁路上产生磁力线。发动机驱动转子旋转。此时由于在磁路中转子外缘涡流槽的存在，在空气隙处磁力线密度发生变化，因而在涡流环内产生感应电动势而形成电涡流。此电流与所产生的磁场相互作用形成电磁转矩，使浮动在支撑上的定子摆动一个角度。调节励磁电流，即可改变电涡流强度，从而测功器所能吸收的机械功不同，定子摆动角度也不同，由此可测量转矩又可调节负荷。由于涡流电路有一定电阻，在涡流环内存在电能损耗，是涡流环发热，所以需要冷却水来强制冷却涡流环。这种测功器操作简便，结构紧凑，运转平稳，测量精度高。但是不能反拖发动机，而且能量不能回收，成本也比较高。1.4.2.2油耗仪发动机的经济性指标，是通过测量发动机运行时对应该工况所消耗的燃料量，同时测量发动机的输出转矩和转速后，进行换算求得的。发动机的输出转矩由测功器测量，发动机转速则用专用转速传感器测量10。而每一工况所消耗的燃料量，是在稳定工况下通过测量一定时间间隔内所消耗的燃料量，由此计算出每小时的耗油量。传统的燃油消耗量的测量方法有容积法和质量法两种。 第2章设备与方法2.1 设备2.1.1基本要求 在工程实际中，发动机试验主要包括台架试验和实车试验两大类。实车试验一般针对已生产定型的发动机，开展试车动态性能试验，标定试验等，试验目的是检测发动机性能或进行改进试验。由于实验时发动机不“解体”，试验结果较真实。发动机台架试验是将发动机测功设备和各种测试仪表组成一个测试系统，按照规定的方法和要求模拟发动机实际使用的各种工况而进行的试验。台架试验通常在发动机台架试验室内进行。发动机台架实验室是进行发动机试验研究和技术开发的基础，发动机技术的发展很大程度上取决于试验台架的技术水平。一般来说，发动机试验台架应满足以下几点基本要求： （1）安装在试验台上的发动机能模拟实际的使用条件或尽可能地接近实际使用条件。 （2）便于安装、调整、检查和更换发动机零部件。 （3）具有广泛的适应能力，能完成不同机型和不同试验目的的试验项目。 （4）具有发动机正常工作的监测仪表和测定发动机各项性能参数的精密测量仪表。 （5）操作简便、可靠、，尽量采用先进技术，提高自动化水平。 （6）有良好的通风、消声、消烟、隔振设施，尽可能改善试验人员的工作条件。2.1.2基本组成台架试验系统主要由试验测试系统和实验室环境系统组成。测试系统由对发动机进行加载与测量的装置（测功机、燃料供给系统、空气供给系统、冷却系统和控制系统及数据采集系统等）组成；实验室环境系统主要包括通风系统、发动机进排气系统、消声与隔振系统，以确保发动机在所需的正常环境中运行。上图为发动机试验台架图。 图2-1台架 2.1.3测功机测功机也称测功器，主要用于测试发动机的功率，也可作为齿轮箱、减速机、变速箱的加载设备，用于测试它们的传递功率。 测功机工作原理：工作时，通过控制器提供激磁电流给磁滞测功机，磁滞测功机内部线圈通电时则产生磁力线，通过定子齿极、气隙、转子磁滞杯，形成一闭合磁路，由于磁力线在齿凸极部分分布较密，齿间分布较稀，当转子旋转时，磁滞杯上感应电势并产生涡流，涡流和磁场相互作用而产生转矩，该转矩即为负载力矩。该力矩的大小只与控制器加在测功机线圈上的电流大小有关，而与被试电机拖动测功机旋转的速度基本无关。 测功机的主要区别也是原理的不一样，具体的性能上也有差异。举个例子说，像磁滞测功机主要应用于微小功率高转速的电机加载测试，如一些微小电机；而磁粉测功机适用于低速大扭矩，中小功率的加载测试，如小型电机或者减速机的加载；电涡流测功机则适用于中高转速，功率范围适用更大一些的加载测试，如电机、减速机、发动机等，所用于发动机试验。 水力、电涡流测功机的基本原理是将原动机产生的机械能转化为热能由水冷却后把热量带走，原动机发出的能量不能回收，转换过程中亦需耗费能量。而电力测功机却可以把原动机产生的机械能转换为电能回馈到内部电网，供其他设备使用。测功机简图如下图所示。图2-2测功机原理图2.2试验设计发动机的性能参数，有些可以直接测量，有些则需要通过间接测量获得。针对不同类型的发动机性能试验，可能有上百种参数需要测量或者监测。如发动机动力性直接相关的参数有：转速、转矩、功率。下面就是这几个数据的测量方法的总结。2.2.1发动机转矩测量在发动机的性能试验中，转矩是个很重要的参数，是评价发动机性能指标的重要依据。根据转矩测量原理的不同，发动机转矩测量方法分为平衡力法和传递法两种类型。 （1）平衡力法 平衡力法根据作用力与反作用力相等的原理，通过测量测功机浮动外壳测点的受力间接测量发动机的转矩。 （2）传递法 传动轴受到转矩作用时会产生变形，传递法就是通过测量轴变形，利用应力与应变的关系来测量转矩。根据转矩信号的传输方式，转矩传感器可分为接触式转矩传感器和非接触式转矩传感器。非接触式准据传感器使用磁、光和感应技术，在其内部输入和输出间没有机械连接，不会受到磨损，故其测量精度高，常用于发动机试验测试中。下图为利用磁、电感应的非接触式转矩传感器结构原理图。 图2-3非接触式转矩传感器在一根弹性轴两端安装有两只信号齿轮，在两个齿轮的上方个装有一组信号线圈，在线圈内则装有磁铁，与信号齿轮组成磁电信号发生器。弹性轴在受扭矩时将产生扭转变形，使两组交流电信号之间的相位发生变化。相位差变化的绝对值在轴弹性变化范围内与转矩的大小成正比。2.2.2发动机转速测量发动机转速是指单位时间内曲轴的平均旋转次数。对于发动机转速的测量，可用的传感器有很多种，目前主要用磁电式传感器、光电式传感器和霍尔传感器。2.2.3功率试验发动机功率试验也叫做测功试验，目的是评价发动机在全负荷工作下的动力性。发动机功率试验分为总功率试验和净功率试验。总功率实验时发动机仅需要根据相关要求携带维持运转所必须的附件，它表示发动机运转时能产生的最大性能指标。净功率试验时发动机需根据相关要求携带安全带附件，而且这些附件应该是原生产装备件，安装位置应尽可能的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。在进行发动机功率实验时，使发动机节气门全开或供油齿条处于最大的位置，在发动机转速范围内均匀的选择不少于8个点的稳定工况点，其中必须包括最大转矩点。测量个稳定工况点的转速、转矩、油耗量等，并计算功率。2.3试验流程2.3.1发动机速度特性试验1实验仪器及设备供实验用多缸柴油机一台，测功机一台，油耗和转速测定装置一套、秒表、气压计、干湿球温度计、工具等各一套。2实验原理发动机速度特性：在发动机油门开度一定的情况下，研究其功率Pe、扭矩Ttp、耗油量B及燃油消耗率be与转速n之间的关系。3试验内容和要求 （1）调整测功机负荷及指挥全组协调动作，测功机负荷的调整应均匀、准确，尽量避免大幅度增加或减小测功机负荷，造成发动机的转速剧烈波动。 （2）调节、监视发动机油门，当发动机出现异常情况时应立即减小或关闭发动机油门。 （3）测量发动机的转速和油耗，测量转速时，应注意转速的上下波动情况，当转速的波动值超过20r/min，该组实验数据应视为无效并重做。 （4）调节，监视发动机冷却水出水温度，保持发动机冷却水出水温度稳定在805范围内，出现气阻现象（无冷却水排除或者冷却水出水温度超过100），应立即报告，以便及时停机。 （5）监视发动机的机油压力、温度，出现异常情况应及时报告。 （6）记录发动机扭矩（测功机读数）Ttp、发动机转速n、耗油质量m和耗油时间t，实验数据记录应准确无误。 （7）绘制实验监督曲线，当发现实验过程中因某些特殊原因引起的误差过大的点，应及时指出，以便补测校正。2.3.2试验方法与步骤在实验过程中，若把油门开度置于最大位置，则所测特性为外特性，否则便是部分负荷速度特性。因此，制取速度特性时应把油门开度置于某一确定位置。维持发动机的冷却水温、机油温度和机油压力在正常的工作范围内。 （1）按照发动机台架试验安全操作规范，做好实验前的准备工作。确认发动机台架系统（包含发动机和测功机等）油、水、电连接正常。 （2）启动内燃机，并预热之，待内燃机冷却液温度和润滑油温度均达到规定范围才可开始试验。 （3）逐渐开大油门，同时配合调整测功机，以增加内燃机负荷，直至油门全开，内燃机在最大扭矩转速下运转。 （4）将点火提前角（或喷油提前角）调整至最佳位置（电控汽油机无需调整）。 （5）调整内燃机油门至预定开度并固定（柴油机固定供油拉杆），调整内燃机负荷，使之稳定运转于可能达到的最低转速。待平稳后，测定并记录待测参数和监视参数。 （6）减少测功器负荷，使内燃机转速逐步增加（一般每次转速以200500r/min左右递增），在内燃机工作范围内，适应顺次地取八个左右测量点进行测量。 （7）在实验过程中，以转速n为横坐标，以油耗率B为纵坐标，绘制监督曲线，检查试验的准确性。如果有不规则的数据点，应及时重新测量该工况。 （8）试验完毕后，应逐渐减小测功机负荷至发动机空负荷，配合减小油门开度，再低速运转数分钟，待温度降低后，方可熄火、抄录整理实验数据，将数据记入实验室记录表，做好保养清理工作，经实验指导老师签字后即可离开教室。2.3.3操作要点 （1）测功机和内燃机的水、油、电路是否畅通，水、油量是否合乎要求；试验所用仪器是否处于良好状态，精度能否满足要求；个附件是否合乎GB/T60723-2003要求。 （2）根据分工，到各自的工作岗位熟悉仪器设备，做好实验前的所有准备工作。 （3）启动内燃机进行暖机，待达到规定的温度后，再调节油门及测功器，使其达到预定的工况，在其转速及排气温度稳定后再进行数据的测量（GB/T60723-2003规定每个实验工况运行时间不得少于一分钟）。 （4）在测发动机外特性时，发动机的最大功率工况属短时间运转范围，不能长时间运转，否则对发动机寿命影响甚大，因此这时的测量要求迅速、准确，尽量缩短其运转时间。 （5）随时注意发动机机油压力和机油温度的变化，使之控制在允许的范围内。 （6）每种试验工况的全部参数应同时测录。在实验中，应绘制监督曲线，即绘制主要原始参数与试验中选定的变化参数间的关系曲线。如有异常数据，要及时分析原因，进行补测。 （7）全部实验内容完成后，配合调整内燃机和测功机，使内燃机在怠速工况下运转，待温度降低后，切断燃油供应（或切断点火开关），使内燃机停止运转。2.3.4数据整理为了试验结果的可信度和具有可比性，试验方法应严格按照国家规定的有关内燃机台架试验标准进行。根据实验目的和内容，应制定详细的试验大纲，明确实验条件，确定试验工况，测量参数及实验步骤等。由于同样的发动机在相同的工况下，测量环境不同，所测得的结果有所不同。所以，未来具有统一的比较基准，规定标准大气状态，并对实验所测得的数据根据当时实验环境状态，按国家有关标准规定的要求进行大气校正。国家有关标准规定内燃机台架试验的标准大气状态是：大气压力为Po=99kpa，环境温度为to=25，相对湿度o=30%。而且结果需要校正。当实际实验条件与标准状态不同的时候，需按以下要求校正。2.3.4.1有效功率的校正在实际试验条件（p，T）下实测发动机输出功率Pe时，校正到标准环境条件下的有效功率Pe0为： 对点燃式发动机 Pe0= （2-1） 对压燃式发动机 Pe0= （2-2） 其中，点燃式发动机大气校正系数a，可按下式计算： （2-3） 其中 （2-4）式中T试验现场进气温度；Ps试验现场干空气压；P试验现场总气压；试验现场大气的相对湿度；Psw大气条件下的水蒸气饱和分压；t大气温度。压燃式发动机的大气校正系数可按下式计算： （2-5）式中fa大气因子；fm发动机因子。对自然吸气或机械增压压燃式发动机 （2-6） 对涡轮增压压燃式发动机 （2-7） 当mg/(L.循环)范围时，发动机因子可按下式计算 （2-8） （2-9）式中增压比；单位排量的循环喷油量；n发动机转速；Vst发动机排量。2.3.4.2燃油消耗率的校正一般，对汽油机消耗率不进行大气校正。而对压燃式发动机，按下式只对外特性的燃油消耗率进行校正，即 （2-10）式中be实际试验条件下测得的发动机燃油消耗率；标准大气压状态下的校正燃油消耗率。随着实验条件的不断改善，试验状态可控的全封闭式空调实验室得到广泛运用，由此可以省去上述的大气校正问题。第3章结果分析3.1发动机特性的分析方法 发动机的性能指标取决于调整指标、使用因素和环境条件三个方面的因素。其中，调整参数如点火（或喷油）时刻及空燃比等。发动机性能随调整参数的变化规律称为发动机的调整特性（如前所述）。使用因素主要主要指发动机的实际工况，常用负荷和转速表示。性能指标随运行工况变化的特性，称为发动机的使用特性，是评价发动机性能的一种必不可少的方式。下面主要讨论使用特性。而环境条件的影响主要通过上述的校正系数进行修正。对于发动机的使用特性，根据车用发动机使用工况的特点，发动机特性曲线的分析方法分为线工况分析法和面工况分析法两种。线工况分析法根据发动机可调参数和固定参数的不同又分为两种：在整个使用工况区域，固定负荷（如节气门开度或循环喷油量）一定，研究发动机性能指标随转速变化规律的速度特性；固定转速不变，研究发动机的性能指标随负荷变化规律的负荷特性。而面工况分析法，又称万有特性，是指在整个使用工况范围内分析发动机性能随工况分布的情况，由此分析发动机常用工况下的经济性以及排放特性等。3.2速度特性速度特性是指在发动机正常工作条件下，负荷一定时，发动机的性能指标随其转速变化的特性。这里发动机的正常工作条件，是指发动机的冷却水温、润滑油温度正常，点火时期和空燃比调节到最佳状态。而负荷一定是指节气门开度等控制发动机负荷的条件一定（如汽车的加速踏板位置）。此时，通过调节测功机的负载，改变发动机的转速，读取不同转速下发动机的性能指标，并根据性能指标随转速的变化规律，绘出发动机在该负荷条件下的一组速度特性曲线由于负荷设定的条件不同，发动机的速度特性又分为全负荷速度特性（外特性）和部分负荷速度特性全负荷速度特性是指控制负荷的节气门操作位置处在最大位置是的速度特性。而部分负荷特性是指节气门操作位置处在小于全负荷的任一位置时的速度特性。接下来我们就来分析，油门开度（节气门开度）在各个位置时的速度特性。3.2.1部分负荷特性及外特性试验中我们分别做了油门开度为50、60、70、80、90和100的试验，下面我面将具体分析各个油门开度下的Ttq、be和Pe与n之间的关系。3.2.1.1油门开度为50的情况下表3-1油门开度50下各项数据输出转速输出转矩输出功率油耗量油耗率排气温度机油压力进水温度280169.520.48.105397.735534877.72602101.727.77.761280.131533578.62400140.535.38.207232.430132378.42202165.438.18.648226.828931077.51998174.336.58.579235.229029977.11798165.331.17.878253294274781600168.628.27.138252.829424778.51403201.529.67.138241.329722178修正后的数据：表3-2油门开度50下各项修正数据输出转速大气压力环境湿度环境温度修正系数修正功率修正转矩修正油耗率2801102.82.645.21.008420.670.1394.42602102.82.845.31.008427.9102.6277.72400102.82.745.31.008435.6141.7230.42202102.82.745.31.008438.4166.8224.91998102.82.845.41.008436.8175.8233.31798102.82.645.41.008431.4166.7250.91600102.82.745.51.008428.5170250.71403102.82.545.51.008429.8203.1239.3图3-1转矩与转速图 经数据整理后，我们做出在油门开度为50的情况下Ttq与n的关系曲线（图3-1），首先，我们可以看出来整个曲线在14002800r/min间是整个下降的趋势，但是在达到1800r/min时，有轻微的上升，之后又回归平稳下降。总的来说在整个转速区间，Ttq是整个下降的。 图3-2功率与转速图图3-3油耗率与转速图接下来我们再来看油门开度为50的情况下Pe与n的关系（图3-2），在14002200r/min的区间内，随着转速的升高Pe也随着升高，但是在过了2200r/min后，Pe就一直在下降，且下降的速率是要比上升的高。我们再来看在油门开度为50的情况下，be与n的关系，在转速在2400r/min前的时候，虽然be有浮动情况，但是整个曲线还是较为平稳。随后转速到了24002800r/min的时候，有显著的上升趋势，而且整个上升趋势比较快。图3-4油耗、功率和油耗率与转速图在单一分析Ttq、be和Pe与n的关系以后，我们将三个变化量放到同一个坐标内再来同时看它们的变化情况（图3-4）。在整个图内，我们可以看出来Pe的波动是比较大的，先是上升然后是下降，而且上升和下降的趋势都是比较快的，而be和Ttq在2400r/min前都是比较平稳的，但是在之后be就有比较快的上升趋势，而Ttq则是继续稳定下降。3.2.1.2油门开度为60的情况下表3-3油门开度60下各项数据输出转速输出转矩输出功率油耗量油耗率排气温度机油压力进水温度2799182.553.513.564253.735010436.32600216.35913.56423034110336.32392238.259.814.174237.13419536.32199241.855.513.569244.43439236.31995245.451.311.734228.63428936.21800233.744.110.423236.43418436.21599234.139.29.129232.83398236.11398244.135.88.154228.13427536修正后的数据：表3-4油门开度60下各项修正数据输出转速大气压力环境湿度环境温度修正系数修正功率修正转矩修正油耗率2799102.814.7281.008453.9184251.62600102.814.828.11.008459.5218.1228.12392102.914.928.11.008460.3240.2235.22199102.814.928.11.008456243.8242.41995102.81528.21.008451.8247.4226.71800102.91528.21.008444.5235.7234.51599102.915.228.21.008439.5236.1230.91398102.815.328.21.008436.1246.1226.2图3-5功率与转速图经数据整理后，我们做出在油门开度为60的情况下Pe与n的关系曲线（图3-5），首先，我们可以看出来整个曲线在14002400r/min间是整个上升的趋势，但是在达到2400r/min后，之后又开始变化为下降。总的来说在整个转速区间，Pe是先是上升然后下降，而且上升的下降的趋势较快。接下来我们再来看油门开度为60的情况下Ttq与n的关系（图3-6），在14002400r/min的区间内，整个过程虽然有一定的波动，但是还是比较平稳，而且在过了2400r/min后，Ttq就一直在下降，而且下降的趋势是比较快的。图3-6转矩与转速图图3-7油耗率