发动机台架测试技术.ppt

清华大学汽车工程系汽车发动机测试技术，金贞花，2005年12月。主要内容概述了发动机测试的特点、测试技术的发展、测量参数和测试设备、动态和经济排放数据采集和虚拟仪器技术、汽车发动机测试系统、发动机台架测试系统、排放法规和排放测试系统、概述、测试技术、发动机台架测试、整车转鼓测试、整车道路测试、性能指标、动力经济性、排放振动和噪声。 动力系统汽油发动机柴油发动机纯电动内燃机混合燃料电池混合动力，动力系统，稳态台架，动态台架，发动机试验特性，测量参数，如扭矩，速度，压力，温度，流量，排放，噪音，排量等。 涉及各种测试技术、测试设备和测试方法。测试项目很多，包括功率、经济性、排放测试、可靠性、耐久性、热冲击测试、热平衡测试等。测试技术和测试技术的发展趋向于采用计算机控制和数据处理的智能测试。试验台的自动化和网络化。从稳态测试到动态测试。主要内容概述发动机测试的特点测试技术的发展测量参数和测试设备动力经济性排放数据收集和虚拟仪器技术测试系统发动机台架测试系统排放法规和排放测试系统基本知识通过测量获得的基本概念传感器测量电路显示记录装置被测量的观察者基本知识各部分的功能传感器：根据一定的物理定律将非电物理量转换成电的装置。它包括传感元件、传感元件和转换元件。敏感元素：感受被测物理量的变化；传感元件：传递被测物理量的变化；转换元素：将测量的物理量转换成电量。(2)测量电路：对传感器的输出信号进行放大、滤波和转换，使其能够被显示和记录装置记录。(3)显示和记录设备：以人们能够感知的方式测量输出。例如模拟仪表、数字仪表、显示器、示波器、磁带驱动器、计算机存储设备等。电阻传感器是将测量的量转换成电阻变化的传感器。工作原理电导体的电阻值根据以下公式变化：式中：R为电阻，；是材料的电阻率，mm2/m；l是导体的长度，m；a是导体的横截面积，mm2。电阻传感器基础知识：线性位移图中触点c沿变阻器表面移动的距离x与a点和c点之间的电阻值r有如下关系：其中：kt为单位长度的电阻，当导线均匀分布时为常数，传感器的输出(电阻)和输入(位移)呈线性关系，传感器的灵敏度相应为： 电阻应变传感器当金属电阻丝被拉或压时，电阻丝的长度和截面积会发生变化，电阻丝的电阻率也会发生变化(这种现象称为压阻效应)，因此电阻丝的电阻值也会发生变化。电阻应变传感器的基本知识，棒线应变计可以用于应力分析，也可以用作传感器。由于电阻的可测量变化需要较长的导线长度，因此导线应该在由纸衬垫或浸渍绝缘材料的合成树脂组成的载体上以某种形状(通常为网格状)曲折弯曲。该应变仪的典型结构类型如图所示。半导体应变仪的基本知识、工作原理：基于半导体材料的压阻效应。所谓的压阻效应是指当单晶半导体材料受到沿某一轴的外力作用时，其电阻的变化。从半导体物理学可以看出，在外力的作用下，单晶半导体的原子晶格排列规则会发生变化，导致载流子迁移率和载流子浓度的变化，从而引起电阻率的变化。电阻温度计中纯金属和大多数合金的电阻率随着温度的升高而增加，即它们具有正温度，功率测量，Pe=Ttn/9550Pe-有效功率kWTt-输出扭矩N.mn-输出轴转速r/min，功率测量，测功机作为发动机台架试验的负载，以实现测量工况的调整。它由制动器、测力机构、测速装置和控制系统组成。制动器调节发动机的负载，将吸收的动力转化为热能或电能，测力机构和测速装置测量发动机的输出扭矩和输出轴的转速。测功机具有自动调节和控制系统，可实现转速、扭矩和功率测量的闭环控制。根据制动器的不同工作原理，测功机分为液压测功机、电力测功机、涡流测功机、直流测功机(DC)、交流测功机和功率测量。测功机的基本要求是在发动机工作转速和扭矩范围内形成稳定的工作状态，能够足够平稳、精确地调节负载，能够足够精确地测量负载，并且操作简单、安全、可靠。液压测功机-工作原理制动器由转子和外壳组成，外壳由滚动轴承支撑，可以自由摆动，并在转子和制动器外壳之间注满水。在运行过程中，水由转子驱动以获得动量，并传递到外壳。发动机的输出功率表示测力机构的输出功率，它以水分子产生的摩擦热的形式带走制动扭矩。通过改变水层的厚度来调节制动力矩。功率测量、功率测量、水力测功机-结构简单，使用方便，价格相对低廉。主要用于产品的出厂检验和耐久性试验、功率测量、涡流测功机由定子和转子组成的工作原理制动器。定子外壳可以自由摆动，伸出力臂测量扭矩。直流电通过励磁绕组产生磁通量。当感应器转动时，涡流环相应部位的磁通量不断变化，在涡流环表面产生感应电势，形成涡流，阻止磁通量的变化，从而引起感应器的制动作用。制动器吸收的能量完全转化为热量。它被冷却水带走了。进行功率测量。涡流测功机-低惯性、高精度的特点及应用。稳定性好，结构简单，维护方便，易于自动控制，主要用于内燃机开发和研究试验，功率测量。1.DC电力测功机结构：由转子、定子外壳(浮动在支架上)和测力机构(张力和压力传感器)组成。结构图如下：功率测量，DC测力计作为发电机发动机驱动转子转动，制动力矩与发动机驱动力矩平衡。制动力矩的反力矩作用在定子上，使定子转动，但受到测力机构的限制。发动机的驱动扭矩可以通过测力机构来测量。测功机用作电机电枢绕组来注入电流。在定子和励磁绕组磁场的作用下，转子在电磁驱动力矩的作用下旋转(反向拖动)。驱动扭矩的反向扭矩作用在定子上，并由力测量机构测量。交流测功机中常用的三相交流发电机组可视为最简单的交流测功机。从发电机的电压U、电流I、功率因数cos和效率可以看出，发动机的有效功率是：如果电机的定子外壳用轴承浮动，使其可以绕轴摆动，并且在外壳和底座之间安装了测力机构，就可以直接测量发动机扭矩。交流电力测功机可以在电机状态或发电机状态下工作。目前，控制器主要采用IGBT技术和电流矢量控制技术。功率测量，电力测功机-响应速度块的特点和应用，高测量精度，在电机状态下工作，反向牵引试验吸收的能量可转换为电能，可并入电网，用于发动机、电力测功机、电力测功机、BME/电动车组、自动售票机、电源柜、自动化系统、测功机选择等的稳态和高动态试验3.外部尺寸较小的测力计通常响应速度较快。此外，测功机的测力机构及其选用的力传感器具有更好的动态特性和更小的动态误差，从而快速准确地反映被测动力机械的性能。测功机工作稳定性，为了使发动机和测功机组成的系统正常工作，必须同时满足以下两个条件：发动机的输出特性曲线与测功机的制动特性曲线相交。当运行条件偏离交叉点时，系统将产生恢复扭矩。测力计应扩大测量范围。应采用组合式测功机。应采用变速器、测功机扭矩测量、张力压力传感器扭矩法兰和测功机控制模式。控制模式同步输入/阿尔法速度节流器/阿尔法扭矩节流器/茨皮德托尔凯/恩多克速度、扭矩测量、扭矩计分为：相位差型、应变型、磁致伸缩应用：测量实际运行中发动机输出轴的扭矩、发动机和变速箱。发电机、水泵和其他机器一起工作时，需要测量各自的工作效率、正常扭矩、扭矩测量和扭矩仪的工作原理：扭矩是通过测量在扭矩作用下传递扭矩的一些零件(如轴、特殊联轴器或实际传动轴)的扭转变形来测量的。在扭矩Tt(Nm)的作用下，由L(m)分隔的两段的相对扭转角(rad)为：光电扭矩仪，测量原理：a。无扭矩时，光栅a和光栅b相互屏蔽，光电池输出为零；当扭矩t作用时，轴的a端和b端扭转一个角度，a光栅和b光栅也错开一个角度，以透射部分光。T越大，越大，光电池的输出越大。转速对扭矩测量没有影响。磁电扭矩仪。测量原理：弹性轴旋转扭转后，l分开的两个外齿轮扭转一个角度，两排磁电脉冲信号产生相位差。实际获得的两个脉冲波形之间的相位差是由两个脉冲的初始相位差和轴向扭转角产生的相位差之和。因此，扭矩仪应配备调零装置，以补偿初始相位差或校准对应于初始相位差的定时脉冲数，以消除初始相位差。一、应变式扭矩仪，测量原理：转轴在承受扭矩时产生剪应力(变化),最大剪应力(变化)发生在圆周上，方向为45度和135度。它与扭矩成正比。应变仪扭矩仪在旋转轴的两个方向上粘贴应变仪，并使用电桥测量其最大应变，从而测量扭矩。为了提高测量灵敏度，根据拉伸和压缩应力均匀分布的上述原理，可以使用和粘贴四个应变仪。通过这种方式，可以形成全桥回路，以确保测量值是纯扭矩。桥式信号的输出方式主要有滑环接触式和旋转变压器非接触感应式。平均应变值可以用应变仪测量，扭矩也可以用遥测应变仪测量。后者测量精度较高，而滑环接触式测量精度较低。磁致伸缩扭矩仪测量原理：当重要官员受到扭矩时，轴上有应力分布，这改变了轴表面的磁导率。拉伸应力降低了磁阻R1和R4，并增加了磁导率。压缩应力增加了R2和R3并降低了磁导率，导致磁通量不平衡，这产生了与感应线圈C和D中的轴上的转矩T1相关的电动势。转矩T1可以根据校准的电动势信号和转矩T1之间的关系来测量。示意图如下：扭矩测量，扭矩仪选择和使用中的注意事项。所有扭矩仪的弹性轴的机械强度应能承受内燃机的最大瞬时扭矩。使用时，应安装在内燃机和负荷吸收装置之间，并相互连接特点：高速，光信号减弱，转速测量，磁电转速传感器结构：齿轮(导磁材料，齿数z)，磁头-磁铁，线圈，距齿顶约2mm原理：齿轮随转轴转动，一旦转动一个齿，它就切断磁力线一次，在线圈中产生感应电动势的脉冲信号。每转将产生Z个电脉冲信号：特点：结构简单，运行可靠，转速更高，输出信号更强。转速测量电磁脉冲转速表原理：通过电磁感应和脉冲计数电路对汽油发动机的高压点火脉冲频率进行计数，然后根据汽油发动机的冲程数和气缸数得到发动机每转发出的点火脉冲数，从而可以计算出汽油发动机的转速。特点：非接触测量精度高，体积小，使用方便。转速测量，转速传感器基于振动和噪声的测量原理，采用先进的数字滤波和DSP算法技术。适用于汽油发动机和柴油发动机，无需校准和校准。使用起来非常方便。车内测量均可提供数字输出，液晶显示器配有RS-232C数字串行通信接口、转速测量和红外速度传感器。原理：红外线发射的红外线射向转轴，接收转轴反射的红外线脉冲来测量速度。右图是用于测量短距离的反射式传感器。优点：不受可见光干扰。例如，大功率红外发光二极管可以实现远距离测速。转速测量，霍尔传感器，原理：霍尔效应在半导体晶片的垂直方向上施加具有磁感应强度b的磁场。当控制电流I在晶片的两端流动时，在晶片的两端产生与控制电流I和磁感应强度b成比例的电动势UH。霍尔元件被提供恒定电流，齿轮的旋转改变元件上的磁通量，并输出反映旋转速度的脉冲信号。优点：结构简单，体积小，频响宽，动态特性好，使用寿命长，应用广泛。转速测量、编码器、脉冲角数字转换器是一种常用的增量式编码器，主要用于测量转速。等角间隙圆盘随被测轴转动，圆盘两侧分别安装一对光电元件。当盘上有60个等角度的槽时，盘每旋转360度就产生60个脉冲。旋转速度测量，频率测量原理：标准时间发生器产生精确的时间间隔T，测量T时间间隔中的N个脉冲信号，旋转速度测量，并且周期测量原理：测量在齿轮齿信号的周期TX内具有周期T0的N个标准时间脉冲。速度测量，测量瞬时速度的应用：故障诊断。根据瞬时转速的变化，确定哪个气缸工作异常。1.用测频法测量瞬时转速，用测频法测量闸门开启时间T内的平均转速。减小T，平均转速接近瞬时转速。为了确保精度，需要相应地增加齿数z。2.用数字编码器测量瞬时转速数字编码器每转可以给出100-50000个精确的转角位置信号。进入计算机后，可以得到任意时刻和任意转角范围内的转速，特别适用于测量瞬时转速。油耗测量、容积法测量装置、结构原理：采用葫芦形玻璃量瓶，通过连通管与油箱连通，中间安装三通阀转换。如果测量瓶的上刻划线A和下刻划线B之间的容积已知，则单位时间的燃料消耗量可通过根据以下公式测量燃料水平从A下降到B所需的时间来获得：G=3.6V /T，其中G是燃料消耗量(kg/h)；v是体积(毫升然后将三通阀转到状态三，发动机由油杯完全供油。当天平达到平衡时，开始测量时间并移除重量W.当油杯端部的重量再次与重量W0平衡时，测量结束，三通转到状态1。这样，测量重量为W的燃料消耗时间。发动机单位油耗可由下式计算：G=3.6W/t，可实现自动测量，油杯可放置在灵敏度极高的压力传感器上，可直接获得重量变化信号和相应的时间信号，配合计算机可实现动态过程中油耗的连续测量。燃油消耗测量，科里奥利力质量流量