某型電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性分析

某型電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性分析,某型電控,柴油發(fā)動(dòng)機(jī),動(dòng)力,分析 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 (論文 ) 報(bào)告 (論文 )題目： 某型電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力 性分析 作者所在系部： 機(jī)電工程學(xué)院 作者所在專業(yè)： 車(chē)輛工程 作者所在班級(jí)： 作 者 姓 名 ： 饒欽 作 者 學(xué) 號(hào) ： 20124014138 指導(dǎo)教師姓名： 臧繼嵩 完 成 時(shí) 間 ： 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 I 摘要 發(fā)動(dòng)機(jī)做為汽車(chē)的心臟，是汽車(chē)動(dòng)力的源頭。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性直接影響著汽車(chē)的性能。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)由于燃料不同，它們的動(dòng)力性能也不同。本文研究了某型電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性，通過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)量，分析指定發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性特點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果可得出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，功率，扭矩。這些都是表征發(fā)動(dòng)機(jī)做工能力大小的指標(biāo)。通過(guò)分析發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，功率及扭矩可以的得出相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能的優(yōu)劣 。 關(guān)鍵詞： 發(fā)動(dòng)機(jī) 速度特性 轉(zhuǎn)速 功率 扭矩 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 as of is of of of in to of a of of of by of s of of By be to of 華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 目 錄 摘要 ................................................................ I ........................................................... 錄 .............................................................. 3 第 1 章緒論 .......................................................... 1 內(nèi)外電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)發(fā)展背景和現(xiàn)狀 ....................... 1 外 .................................................. 1 內(nèi) .................................................. 1 控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展和研究意義 ......................... 2 控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展 .............................. 2 控柴油 發(fā)動(dòng)機(jī)的研究意義 .............................. 3 控柴油機(jī)的結(jié)構(gòu) ........................................... 3 電控共軌系統(tǒng)組成 ..................................... 3 動(dòng)機(jī)的特性 ............................................... 5 動(dòng)機(jī)的工況 .......................................... 5 動(dòng)機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn) ...................................... 7 第 2 章設(shè)備與方法 ................................................... 10 備 ....................................................... 10 本要求 .............................................. 10 本組成 .............................................. 10 功機(jī) ................................................ 11 驗(yàn)設(shè)計(jì) .................................................... 12 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩測(cè)量 ........................................ 12 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量 ........................................ 13 率試驗(yàn) .............................................. 13 驗(yàn)流程 .................................................... 14 動(dòng)機(jī)速度特性試驗(yàn) .................................... 14 驗(yàn)方法與步驟 ........................................ 14 作要點(diǎn) .............................................. 15 據(jù)整理 .............................................. 16 第 3 章結(jié)果分析 ..................................................... 18 動(dòng)機(jī)特性的分析方法 ........................................ 18 度特性 .................................................... 18 分負(fù)荷特性及外特性 .................................. 19 比分析 .............................................. 37 章小結(jié) .................................................... 40 總 結(jié) ............................................................. 41 致 謝 ............................................................. 42 參考文獻(xiàn) ........................................................... 43 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 1 第 1 章緒論 內(nèi)外電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)發(fā)展背景和現(xiàn)狀 外 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展已經(jīng)有一百多年的歷史，他的發(fā)展階段 可分為三個(gè)階段。第一階段： 在 2 0 世紀(jì) 20 年代中期以德國(guó)博世為代表的機(jī)械燃油噴射系統(tǒng)代替了存儲(chǔ)系統(tǒng)，使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在車(chē)輛上的應(yīng)用。第二階段： 20 世紀(jì) 50 年代初的廢氣渦輪增壓技術(shù)，為其在行業(yè)奠定了基礎(chǔ)。第三階段：到目前為止， 80 年代以來(lái)，現(xiàn)代電腦作為電子控制單元的電子控制技術(shù)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用上，擁有現(xiàn)代先進(jìn)的汽車(chē)柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)，使柴油機(jī)處于動(dòng)態(tài)，經(jīng)濟(jì)型噪聲指標(biāo)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，發(fā)展了柴油機(jī)技術(shù)，進(jìn)入了新的歷史舞臺(tái) 1。僅 1993 年的 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，德國(guó)博世的電控分配泵和電控在線泵市場(chǎng)已超過(guò) 25 萬(wàn)臺(tái)，美國(guó)底特律柴油機(jī)公司 控泵噴嘴系統(tǒng)生產(chǎn)量超過(guò) 10 萬(wàn)臺(tái)，以及部分日本公司可變前置 線泵已達(dá)到 20,000 臺(tái)以上，其中大多數(shù)是電子控制的。另外，如美國(guó)卡特彼勒公司，日本日本公司，德國(guó)電裝公司都進(jìn)行了共軌電子燃油噴射系統(tǒng)研究，并已投入生產(chǎn)。到目前為止，各國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)各種柴油電子控制系統(tǒng)，大力緩解當(dāng)前全球能源危機(jī)和汽車(chē)污染。一些汽車(chē)工業(yè)在發(fā)達(dá)國(guó)家，柴油機(jī)電子控制技術(shù)水平現(xiàn)在相當(dāng)發(fā)達(dá)。目前，歐洲和美國(guó)的重型車(chē)輛有 100%，使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的輕型車(chē)輛的 90%，歐洲的柴油汽車(chē)占汽車(chē)所有權(quán)比例的 40%以上，新車(chē)產(chǎn)量的比例在 50%以上。博世對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的保守預(yù)測(cè)是，到 2015 年，柴油車(chē)輛的比例可以達(dá)到 25%，到 2015 年將達(dá)到同樣。根據(jù)美國(guó)在輕型車(chē)和汽車(chē)領(lǐng)域的第3 條，柴油車(chē)市場(chǎng)份額將增加到約 15%。柴油機(jī)電子控制技術(shù)可分為三個(gè)階段 ： （ 1） 20 世紀(jì) 70 年代初期發(fā)展階段，電子控制主要用于柴油發(fā)電機(jī)組 ; （ 2） 20世紀(jì) 80 年代為實(shí)踐階段，開(kāi)發(fā)出了多種位置控制和時(shí)間控制的電噴系統(tǒng)，從原來(lái)的一個(gè)控制量為各種發(fā)展 ; （ 3） 20 世紀(jì) 90 年代至今 為成熟階段，更強(qiáng)大的統(tǒng)可以控制噴油燃料，燃油噴射正時(shí)，燃油噴射壓力和噴油率 2。 內(nèi) 目前國(guó)內(nèi)柴油機(jī)電子燃油噴射技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，中國(guó)汽車(chē)工業(yè)與國(guó)際水平之間仍然存在著相當(dāng)大的差距，電控柴油機(jī)的應(yīng)用技術(shù)仍然不完善。中國(guó)北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 2 的柴油機(jī)電子控制技術(shù)起步較晚，自 20 世紀(jì) 90 年代中期以來(lái)，許多科研單位和機(jī)構(gòu)的科技研究都取得了一些成果。在位置控制系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)的研究更多。如長(zhǎng)春汽車(chē)研究院在線泵可變前沖程控制研究，實(shí)現(xiàn)了 列柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制 ;北京工業(yè)大學(xué)電磁閥通過(guò)液壓伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)架實(shí)現(xiàn)入站泵燃油噴射控制 ;東蒸汽公司在 基礎(chǔ)上調(diào)整控制桿油位控制系統(tǒng)的位置也取得了一定的效果 3。在高壓共軌系統(tǒng)及其與柴油機(jī)配套技術(shù)的發(fā)展中在研發(fā)階段，目前的研究工作是柴油機(jī)電子控制注射系統(tǒng)的研發(fā)。在這一領(lǐng)域，吉林工業(yè)大學(xué)等大學(xué)，以及長(zhǎng)春，無(wú)錫等 70 個(gè)研究機(jī)構(gòu)，分別在供應(yīng)（噴霧）油和供應(yīng)（噴霧）循環(huán)的“位置控制”，“時(shí)間控制“和”共軌系統(tǒng)“等方面的開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)研究工作，取得了顯著成效。 2004 年底，威孚集團(tuán)與博世公司聯(lián)合成立博世汽車(chē)柴 油系統(tǒng)有限公司，公司以博世科技公司依托無(wú)錫高壓共軌系統(tǒng)生產(chǎn)，公司擁有大量國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)和自主研發(fā)。博世公司符合歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的高壓共軌系統(tǒng)已投入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題如高速電磁閥研究，泵燃油控制，實(shí)施機(jī)構(gòu)的實(shí)施，泄漏問(wèn)題，分工等學(xué)科尚未成熟完善。目前，有關(guān)企業(yè)正在開(kāi)展一些共軌電氣控制及其校準(zhǔn)系統(tǒng)研發(fā)，零部件調(diào)整優(yōu)化，燃油特性分析和燃油系統(tǒng)仿真等工作。 控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展和研究意義 控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展 柴油機(jī)的電控技術(shù)的發(fā)展與汽油機(jī)的發(fā)展其實(shí)在過(guò)程上是有很多一樣的地方。自 從上個(gè)世紀(jì) 80 年代開(kāi)始，在市場(chǎng)上的許多現(xiàn)代汽車(chē)，他們的柴油電控系統(tǒng)隨著汽車(chē)必須要有的功能變多，柴油電控系統(tǒng)也必須變革增多，而且，相應(yīng)的作用也從以前的單一變得比較的繁雜，直到如今的電控技術(shù)可以時(shí)時(shí)刻刻的控制著汽車(chē)的每一方面。舉個(gè)例來(lái)說(shuō)，以前的電控燃油噴射系統(tǒng)采用的是位置控制，利用的是脈沖高壓供油原理，雖然這個(gè)原理在早期的時(shí)候來(lái)說(shuō)，是有比較大的作用，但是隨著科技不斷的發(fā)展，科學(xué)家們也在其中發(fā)現(xiàn)了許多的問(wèn)題，因?yàn)檫@個(gè)原理里面會(huì)由于伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行頻率響應(yīng)慢，和控制的頻率比較低，導(dǎo)致對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的控制進(jìn)度很低而且并不是 怎么樣的穩(wěn)定。通過(guò)幾年來(lái)的發(fā)展，到了上世紀(jì)九十年代初的時(shí)候，時(shí)間式的電控燃油噴射系統(tǒng)研究成功，但是這個(gè)系統(tǒng)依舊用的是以前的脈沖高壓供油原理，缺點(diǎn)也是明顯的 4。最后到了九十年代中期的時(shí)候，才有一種新的電控燃油噴射系統(tǒng)北研究出來(lái)，它不像之前的系統(tǒng)用的都是脈沖高沖供油原理，而是采用的一種新的原理，時(shí)間 種新技術(shù)才使得柴油機(jī)的發(fā)展步入一個(gè)新的發(fā)展階段，可見(jiàn)新技術(shù)對(duì)于發(fā)展的北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 3 重要程度。 控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的研究意義 一般汽車(chē)由發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、車(chē)身和電器設(shè)備四個(gè)部分組成，其中發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的動(dòng)力裝置其作用是將輸入的燃料變成機(jī)械功，然后通過(guò)傳動(dòng)系、行駛系驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛?？梢?jiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的好壞，直接影響整車(chē)的性能指標(biāo)。 作為汽車(chē)的動(dòng)力，柴油機(jī)與汽油機(jī)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是： （ 1）柴油機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性好。首先，每單位柴油的能源含量比汽油高；其次，因?yàn)椴裼蜋C(jī)的壓燃特性，使其熱效率比汽油機(jī)的高，燃油消耗率降低，而且在工況變化時(shí)，燃油消耗率曲線變化歷程比較平穩(wěn)，這對(duì)經(jīng)常在部分負(fù)載下使用的發(fā)動(dòng)機(jī)是非常重要的。汽車(chē)的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)表明，在正常的 刑事?tīng)顩r下，柴油車(chē)可節(jié)約燃料 30%，而在中小負(fù)載下運(yùn)行則可節(jié)約 40%。所以，省油是柴油汽車(chē)最大特點(diǎn) 5。 （ 2）柴油機(jī)的工作可靠性、耐久性比汽油機(jī)好，柴油機(jī)中大部分零件的使用壽命都相應(yīng)高于汽油機(jī)的使用壽命。柴油機(jī)由于沒(méi)有點(diǎn)火系統(tǒng)，所以故障相對(duì)較少，工作可靠。 （ 3）有害排放物較低，更有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。 目前，世界上代用燃料的研發(fā)相當(dāng)廣泛，例如，電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池車(chē)、燃?xì)馄?chē)等。而這些研究成果還沒(méi)有成熟到可以批量生產(chǎn)的程度。所以大力發(fā)展柴油車(chē)在中國(guó)已勢(shì)在必行。而發(fā)展的關(guān)鍵為技術(shù)問(wèn)題，為了滿足國(guó)家新的排放 標(biāo)準(zhǔn)，必須采用電控技術(shù) 6。 柴油機(jī)電控技術(shù)首先是為滿足各國(guó)日益嚴(yán)格的排放法規(guī)。此外，能源危機(jī)使得在強(qiáng)烈要求降低排放的同時(shí)，始終強(qiáng)調(diào)降低排放的要求。 為了降低油耗和減少排放，國(guó)外的研究也只指出了柴油機(jī)應(yīng)采取新技術(shù)。 控柴油機(jī)的結(jié)構(gòu) 電控共軌系統(tǒng)組成 電控高壓共軌式燃油系統(tǒng)的組成如圖所示。我們從功能的方向來(lái)分析整個(gè)系統(tǒng)，可以把系統(tǒng)總的分為兩個(gè)部分：電控系統(tǒng)和燃料供給系統(tǒng)。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 4 圖 1軌式燃油系統(tǒng) 控系統(tǒng) 電控系統(tǒng)其實(shí)可以總的分為三個(gè)部分： 傳感器、控制單元、執(zhí)行器。在這些里面， 整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。根據(jù)傳感器信息， 算最佳燃油噴射時(shí)間和最合適的燃油噴射，并計(jì)算出在什么時(shí)間，噴油器的距離到開(kāi)啟電磁閥指令的距離，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的精確控制工作過(guò)程。 在汽車(chē)上的各種傳感器和開(kāi)關(guān)。電子系統(tǒng)控制的框圖如下圖。 圖 1子系統(tǒng)控制圖 料供給系統(tǒng) 燃料供給系統(tǒng)也是可以分成三個(gè)部分：供油泵、共軌和噴油器。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 燃油供應(yīng)系統(tǒng)的基本工作原理是油泵將燃油加壓成高壓并將其送入共軌。 共軌實(shí)際上是燃油分配管。 存儲(chǔ)在共軌中的燃料在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間通過(guò)噴射器噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中。 燃料噴射器中的電子控制共軌系統(tǒng)是由噴射器控制的電磁閥，電磁閥通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元控制開(kāi)閉。 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電子燃油噴射系統(tǒng)除了控制燃料噴射，燃油噴射正時(shí)和燃油噴射壓力也有很高的要求。 動(dòng)機(jī)的特性 發(fā)動(dòng)機(jī)做為動(dòng)力機(jī)械，主要為其它的工作機(jī)械提供必要的動(dòng)力。對(duì)汽車(chē)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)作為其心臟，其輸出特性直接影響車(chē)輛的行駛特性。因此，理解和掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，對(duì)有效利用動(dòng)力源，以及提高整車(chē)性能具有重要的意義。而發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出特性主要通過(guò)其動(dòng)力性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)以及排放性指標(biāo)等隨發(fā)動(dòng)機(jī)使用工況的變化特性來(lái)表現(xiàn)出來(lái) 7。 所以研究發(fā)動(dòng)機(jī)特性的主要目的，在于正確評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，為汽車(chē)或其他工作機(jī)械正確選用動(dòng)力源提供依據(jù)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的評(píng)價(jià)與分析，為進(jìn)一步改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能使之與整車(chē)性能良好匹配提供有效途徑。 關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī) 的特性，主要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)隨工況的變化特性來(lái)研究 ,包括發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性，速度特性以及萬(wàn)有特性等。所以，要研究發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，首先需要了解發(fā)動(dòng)機(jī)工況，發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的測(cè)量方法以及發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)方法等。 動(dòng)機(jī)的工況 發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，就是指發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)，常用發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷表示。其中轉(zhuǎn)速表示發(fā)動(dòng)機(jī)的工作頻率，而負(fù)荷表示發(fā)動(dòng)機(jī)的對(duì)外做功能力，是要用輸出轉(zhuǎn)或平均有效壓力表示。 發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，是表征發(fā)動(dòng)機(jī)工況特征的重要綜合指標(biāo)。但是，由于輸出功率相同，不等于工況相同。由于工況不同，發(fā)動(dòng)機(jī)的工 作狀態(tài)即燃燒放熱過(guò)程不同。因此，在相同功率下，發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)型和排放特性不一樣。所以，正確認(rèn)識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，對(duì)改善整車(chē)性能具有重要意義。 根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其工況是限定在最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，最高轉(zhuǎn)速以及在各工作轉(zhuǎn)速下所能輸出的最大動(dòng)率所包圍的范圍。最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速又稱為怠速轉(zhuǎn)速，此時(shí)向氣缸供給的混合氣量最少，只供克服發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部摩擦損失用，而對(duì)外輸出功等于零 8。所以，若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于此轉(zhuǎn)速時(shí)，由于飛輪等運(yùn)動(dòng)件北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 的儲(chǔ)存能量小，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)大，不能正常穩(wěn)定運(yùn)行。而發(fā)動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速主要受到來(lái)自充氣效率，機(jī)械損失 和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力的影響。高轉(zhuǎn)速時(shí)由于流動(dòng)損失增加充氣效率迅速下降，同時(shí)活塞組的往復(fù)慣性力和曲軸的旋轉(zhuǎn)慣性力增加，摩擦損失增加，直接危及發(fā)動(dòng)機(jī)的工作可靠性。因此，每一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都限定在其允許的最高使用轉(zhuǎn)速，即標(biāo)定轉(zhuǎn)速，所以，發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作范圍就限定在最低轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的小于或等于外特性功率曲線的區(qū)域內(nèi)。 況 根據(jù)不同的工作機(jī)械對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用條件不同，將發(fā)動(dòng)機(jī)的工況分為了以下的三大類(lèi)： （ 1）恒速工況 恒速工況是指發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持不變，而功率隨著負(fù)載而變化的工況（如下圖） 圖 1率轉(zhuǎn)速圖 如發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，為了保證發(fā)電機(jī)工作頻率穩(wěn)定，要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定不變，而功率隨電機(jī)負(fù)荷的大小而變化。恒速工況的特例使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)速和負(fù)荷均保持不變，這種工況稱為點(diǎn)工況。如發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)排灌用水泵工作時(shí)，除起動(dòng)和過(guò)度工況外，一般都按點(diǎn)工況運(yùn)行。 （ 2）線工況 線工況主要指發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率與轉(zhuǎn)速成一定函數(shù)關(guān)系的工況。比較典型的就是船用發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳工況。發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率主要克服來(lái)自流體的阻力，即船舶穩(wěn)定行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率必須與螺旋槳輸出的功率相等。在螺旋槳節(jié)距一定的條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)功率與轉(zhuǎn)速成轉(zhuǎn)速的三次方成正比。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 7 （ 3）面工況 前兩種工況的共同特點(diǎn)是，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率與轉(zhuǎn)速有一定的約束關(guān)系。而面工況的特點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和轉(zhuǎn)速之間沒(méi)有特點(diǎn)的約束關(guān)系。在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)工作區(qū)域內(nèi)，功率和轉(zhuǎn)速都相對(duì)獨(dú)立變化，因此發(fā)動(dòng)機(jī)可能運(yùn)行的范圍就是其實(shí)際工況變化范圍，稱 之為面工況。如車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，或其它陸地運(yùn)輸和作業(yè)的工作機(jī)械用發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，就屬于這種工況。在陸地行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于車(chē)輛等陸地作業(yè)的工作機(jī)械的行駛速度，而發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，取決于車(chē)輛的行駛阻力。車(chē)輛行駛阻力不僅與其行駛速度有關(guān)，而且還取決于道路情況，或拖拉機(jī)耕地時(shí)的土壤條件，推土?xí)r的推土載荷量等。 我們?cè)谶@里討論的是發(fā)動(dòng)機(jī)的特性。由于汽車(chē)的使用條件比較復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況不斷發(fā)生變化。所以對(duì)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的性能評(píng)價(jià)，只是標(biāo)定點(diǎn)的性能指標(biāo)是不夠的，還需要研究不同工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的變化特性。發(fā)動(dòng)機(jī)的 性能指標(biāo)有動(dòng)力性指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)以及排放性指標(biāo)，這些指標(biāo)隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化規(guī)律稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的使用特性，而這些性能指標(biāo)隨工況的變化曲線稱為特性曲線。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性曲線，可以直觀的評(píng)價(jià)與分析發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及影響因素，使發(fā)動(dòng)機(jī)性能分析的重要手段。 動(dòng)機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn) 為了繪制發(fā)動(dòng)機(jī)的特性曲線，需要專門(mén)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件。由于發(fā)動(dòng)機(jī)是動(dòng)力機(jī)械，在熱工轉(zhuǎn)換的工作過(guò)程中對(duì)外輸出功的同時(shí)，引起強(qiáng)烈的震動(dòng)。所以，為了準(zhǔn)確測(cè)量各必要的性能參數(shù)，需要將發(fā)動(dòng)機(jī)和必要的測(cè)量設(shè)備裝置固定在堅(jiān)實(shí)、防震的專用基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)的振幅不得大 于 了測(cè)量輸出功率或轉(zhuǎn)矩，將發(fā)動(dòng)機(jī)和測(cè)功器在臺(tái)架上通過(guò)聯(lián)軸器連接，并用轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量曲軸或與曲軸同軸連接的測(cè)功器軸的轉(zhuǎn)速 9。由于實(shí)驗(yàn)研究的內(nèi)容不同，所需要的測(cè)試設(shè)備有所區(qū)別，但是最基本的設(shè)備有測(cè)功器、油耗儀、轉(zhuǎn)速表以及排放測(cè)試設(shè)備等。除此之外，還需要專門(mén)的冷卻水系統(tǒng)以保證試驗(yàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度保持在設(shè)定的恒溫狀態(tài)，以及向發(fā)動(dòng)機(jī)供給所需燃料的燃料供給系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室專用通風(fēng)裝置、消聲裝置等輔助系統(tǒng)。 功器 測(cè)功器是專門(mén)用來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性指標(biāo)的設(shè)備，主要測(cè)量輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后用公式求得發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，并根據(jù)輸出功率和平均有效壓力的關(guān)系式，計(jì)算出平均有效壓力，測(cè)功器能吸收發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功，利用這一特點(diǎn)可任意改變發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，由此模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的使用工況。根據(jù)測(cè)功機(jī)的吸收功的原理不同，將常用測(cè)功器分為水力測(cè)功器，平衡式直流電力測(cè)功器和電渦流測(cè)功器三種。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 （ 1）水力測(cè)功器 水利測(cè)功器是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)測(cè)功器轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，由其轉(zhuǎn)子和外殼構(gòu)成的渦流室內(nèi)水的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使測(cè) 功機(jī)外殼在水的摩擦力作用下擺動(dòng)一個(gè)與輸出轉(zhuǎn)矩成正比的角度，由此測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。如果渦流室內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的水量越多，水層越厚，摩擦力就越大，外殼擺動(dòng)角度增加，則外殼上固定的測(cè)力機(jī)構(gòu)的讀數(shù)隨之增加，表明水吸收的機(jī)械功越多。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，測(cè)功機(jī)的擺動(dòng)角度不變，測(cè)功器讀數(shù)穩(wěn)定（如下圖）。 圖 1力測(cè)功器 水力測(cè)功器由于其廉價(jià)、工作可靠、體積小等優(yōu)點(diǎn)，曾在國(guó)內(nèi)廣泛運(yùn)用。但隨著自動(dòng)化程度以及測(cè)量精度要求的不斷提高，它逐漸被電力測(cè)功器或電渦流測(cè)功器所取締。 （ 2）電力測(cè)功器 電力測(cè)功器如下圖所示，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子在定子磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力矩。受該力矩的作用浮動(dòng)支承在軸承上的定子外殼擺動(dòng)一個(gè)與該電磁力矩成正比的角度。在定子外殼上固定一個(gè)測(cè)力機(jī)構(gòu)，測(cè)量此時(shí)外殼擺動(dòng)角度時(shí)的力矩大小，該力矩大小與發(fā)動(dòng)機(jī)加載轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩相等。通過(guò)改變定子磁城的大小可任意調(diào)節(jié)該測(cè)功器受吸收的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的大小，達(dá)到既調(diào)節(jié)負(fù)荷又測(cè)量輸出轉(zhuǎn)矩的目的。這種測(cè)功器，雖然機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格貴，但由于能回收電能，反拖發(fā)動(dòng)機(jī)，而且工 作靈敏，測(cè)量精度高，而得到廣泛運(yùn)用。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 圖 1力測(cè)功器 （ 3）電渦流測(cè)功器 電渦流測(cè)功器也是目前常用的一種測(cè)功器。它主要利用渦電流效應(yīng)將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，再將電能轉(zhuǎn)化為熱能。該測(cè)功器吸收能量的主要部分是制動(dòng)器，由轉(zhuǎn)子和定子組成。定子包括外殼，渦流環(huán)和勵(lì)磁線圈。而外殼，渦流環(huán)，空氣隙和轉(zhuǎn)子構(gòu)成磁路，當(dāng)外界直流電源向勵(lì)磁線圈供電時(shí)，在該磁路上產(chǎn)生磁力線。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。此時(shí)由于在磁路中轉(zhuǎn)子外緣渦流槽的存在，在空氣隙處磁力線密度發(fā)生變化，因而在渦流環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而形成電渦流。此電流與所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用形成電磁轉(zhuǎn)矩，使浮動(dòng)在支撐上的定子擺動(dòng)一個(gè)角度。調(diào) 節(jié)勵(lì)磁電流，即可改變電渦流強(qiáng)度，從而測(cè)功器所能吸收的機(jī)械功不同，定子擺動(dòng)角度也不同，由此可測(cè)量轉(zhuǎn)矩又可調(diào)節(jié)負(fù)荷。由于渦流電路有一定電阻，在渦流環(huán)內(nèi)存在電能損耗，是渦流環(huán)發(fā)熱，所以需要冷卻水來(lái)強(qiáng)制冷卻渦流環(huán)。這種測(cè)功器操作簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，測(cè)量精度高。但是不能反拖發(fā)動(dòng)機(jī)，而且能量不能回收，成本也比較高。 耗儀 發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，是通過(guò)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)該工況所消耗的燃料量，同時(shí)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速后，進(jìn)行換算求得的。發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩由測(cè)功器測(cè)量，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速則用專用轉(zhuǎn)速傳感器 測(cè)量 10。而每一工況所消耗的燃料量，是在穩(wěn)定工況下通過(guò)測(cè)量一定時(shí)間間隔內(nèi)所消耗的燃料量，由此計(jì)算出每小時(shí)的耗油量。傳統(tǒng)的燃油消耗量的測(cè)量方法有容積法和質(zhì)量法兩種。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 10 第 2 章設(shè)備與方法 備 本要求 在工程實(shí)際中，發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)主要包括臺(tái)架試驗(yàn)和實(shí)車(chē)試驗(yàn)兩大類(lèi)。實(shí)車(chē)試驗(yàn)一般針對(duì)已生產(chǎn)定型的發(fā)動(dòng)機(jī)，開(kāi)展試車(chē)動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)，標(biāo)定試驗(yàn)等，試驗(yàn)?zāi)康氖菣z測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能或進(jìn)行改進(jìn)試驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不“解體”，試驗(yàn)結(jié)果較真實(shí)。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)是將發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功設(shè)備和各種測(cè)試儀表組成一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，按照規(guī)定的方法和要求模擬發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際使用的各種工況而進(jìn)行的試驗(yàn)。臺(tái)架試驗(yàn)通常在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)室是進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展很大程度上取決于試驗(yàn)臺(tái)架的技術(shù)水平。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架應(yīng)滿足 以下幾點(diǎn)基本要求： （ 1） 安裝在試驗(yàn)臺(tái)上的發(fā)動(dòng)機(jī)能模擬實(shí)際的使用條件或盡可能地接近實(shí)際使用條件。 （ 2） 便于安裝、調(diào)整、檢查和更換發(fā)動(dòng)機(jī)零部件。 （ 3） 具有廣泛的適應(yīng)能力，能完成不同機(jī)型和不同試驗(yàn)?zāi)康牡脑囼?yàn)項(xiàng)目。 （ 4） 具有發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的監(jiān)測(cè)儀表和測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能參數(shù)的精密測(cè)量?jī)x表。 （ 5） 操作簡(jiǎn)便、可靠、，盡量采用先進(jìn)技術(shù)，提高自動(dòng)化水平。 （ 6） 有良好的通風(fēng)、消聲、消煙、隔振設(shè)施，盡可能改善試驗(yàn)人員的工作條件。 本組成 臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)主要由試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境系統(tǒng)組成。測(cè)試系統(tǒng)由對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行加載與測(cè)量的裝置（測(cè)功機(jī)、燃料供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等）組成；實(shí)驗(yàn)室環(huán)境系統(tǒng)主要包括通風(fēng)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)、消聲與隔振系統(tǒng)，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)在所需的正常環(huán)境中運(yùn)行。上圖為發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架圖。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11 圖 2架 功機(jī) 測(cè)功機(jī)也稱測(cè)功器，主要用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，也可作為齒輪箱、減速機(jī)、變速箱的加載設(shè)備，用于測(cè)試它們的傳遞功率。 測(cè)功機(jī)工作原理：工作時(shí)，通過(guò)控制器提供激磁電流給磁滯測(cè)功機(jī)，磁滯測(cè)功機(jī)內(nèi)部線圈通電時(shí)則產(chǎn)生磁力線，通過(guò)定子齒極、氣隙、轉(zhuǎn)子磁滯杯，形成一閉合磁路，由于磁力線在齒凸極部分分布較密，齒間分布較稀，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁滯杯上感應(yīng)電勢(shì)并產(chǎn)生渦流，渦流和磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩即為負(fù)載力矩。該力矩的大小只與控制器加在測(cè)功機(jī)線圈上的電流大小有關(guān)，而與被試電機(jī)拖動(dòng)測(cè)功機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度基本無(wú)關(guān)。 測(cè)功機(jī)的主要區(qū)別也是原理的不一樣，具體的性能上也有差異。舉個(gè)例子說(shuō)，像磁滯測(cè)功機(jī)主要應(yīng)用于微小功率高轉(zhuǎn)速的電機(jī)加載測(cè)試，如一些 微小電機(jī)；而磁粉測(cè)功機(jī)適用于低速大扭矩，中小功率的加載測(cè)試，如小型電機(jī)或者減速機(jī)的加載；電渦流測(cè)功機(jī)則適用于中高轉(zhuǎn)速，功率范圍適用更大一些的加載測(cè)試，如電機(jī)、減速機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等，所用于發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。 水力、電渦流測(cè)功機(jī)的基本原理是將原動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能由水冷卻后把熱量帶走，原動(dòng)機(jī)發(fā)出的能量不能回收，轉(zhuǎn)換過(guò)程中亦需耗費(fèi)能量。而電力測(cè)功機(jī)卻可以把原動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能回饋到內(nèi)部電網(wǎng)，供其他設(shè)備使用。測(cè)功機(jī)簡(jiǎn)圖如下圖所示。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 12 圖 2功機(jī)原理圖 驗(yàn)設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)，有些可以直接測(cè)量，有些則需要通過(guò)間接測(cè)量獲得。針對(duì)不同類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)，可能有上百種參數(shù)需要測(cè)量或者監(jiān)測(cè)。如發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性直接相關(guān)的參數(shù)有：轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率。下面就是這幾個(gè)數(shù)據(jù)的測(cè)量方法的總結(jié)。 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩測(cè)量 在發(fā)動(dòng)機(jī)的性能試驗(yàn)中，轉(zhuǎn)矩是個(gè)很重要的參數(shù)，是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的重要依據(jù)。根據(jù)轉(zhuǎn)矩測(cè)量原理的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩測(cè)量方法分為平衡力法和傳遞法兩種類(lèi)型。 （ 1）平衡力法 平衡力法根據(jù)作用力與反作用力相等的原理，通過(guò)測(cè)量測(cè)功機(jī)浮動(dòng)外殼測(cè)點(diǎn)的受力間接測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。 （ 2）傳遞法 傳動(dòng)軸受到轉(zhuǎn)矩作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形，傳遞法就是通過(guò)測(cè)量軸變形，利用應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)矩。根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號(hào)的傳輸方式，轉(zhuǎn)矩傳感器可分為接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器和非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器。非接觸式準(zhǔn)據(jù)傳感器使用磁、光和感應(yīng)技術(shù)，在其內(nèi)部輸入和輸出間沒(méi)有機(jī)械連接，不會(huì)受到磨損，故其測(cè)量精度高，常用于發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試中。下圖為利用磁、電感應(yīng)的非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器結(jié)構(gòu)原理圖。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 13 圖 2接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器 在一根彈性軸兩端安裝有兩只信號(hào)齒輪，在兩個(gè)齒輪的上方個(gè)裝有一組信號(hào)線圈，在線圈內(nèi)則裝有磁鐵，與信號(hào)齒輪組成磁電信號(hào)發(fā)生器。彈性軸在受扭矩時(shí)將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，使兩組交流電信號(hào)之間的相位發(fā)生變化。相位差變化的絕對(duì)值在軸彈性變化范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)矩的大小成正比。 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是指單位時(shí)間內(nèi)曲軸的平均旋轉(zhuǎn)次數(shù)。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量，可用的傳感器有很多種，目前主要用磁電式傳感器、光電式傳感器和霍爾傳感器。 率試驗(yàn) 發(fā)動(dòng)機(jī)功率試驗(yàn)也叫做測(cè)功試驗(yàn)，目的是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷工作下的動(dòng)力性。發(fā) 動(dòng)機(jī)功率試驗(yàn)分為總功率試驗(yàn)和凈功率試驗(yàn)?？偣β蕦?shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)僅需要根據(jù)相關(guān)要求攜帶維持運(yùn)轉(zhuǎn)所必須的附件，它表示發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能產(chǎn)生的最大性能指標(biāo)。凈功率試驗(yàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)需根據(jù)相關(guān)要求攜帶安全帶附件，而且這些附件應(yīng)該是原生產(chǎn)裝備件，安裝位置應(yīng)盡可能的與實(shí)際安裝情況相同，它表示發(fā)動(dòng)機(jī)裝在汽車(chē)上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，曲軸端能輸出的最大有效性能。 在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)功率實(shí)驗(yàn)時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)全開(kāi)或供油齒條處于最大的位置，北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 14 在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均勻的選擇不少于 8 個(gè)點(diǎn)的穩(wěn)定工況點(diǎn)，其中必須包括最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)。測(cè)量個(gè)穩(wěn)定工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、油耗量等，并 計(jì)算功率。 驗(yàn)流程 動(dòng)機(jī)速度特性試驗(yàn) 1 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備 供實(shí)驗(yàn)用多缸柴油機(jī)一臺(tái)，測(cè)功機(jī)一臺(tái)，油耗和轉(zhuǎn)速測(cè)定裝置一套、秒表、氣壓計(jì)、干濕球溫度計(jì)、工具等各一套。 2 實(shí)驗(yàn)原理 發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性：在發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)開(kāi)度一定的情況下，研究其功率 矩油量 B 及燃油消耗率 轉(zhuǎn)速 n 之間的關(guān)系。 3 試驗(yàn)內(nèi)容和要求 （ 1）調(diào)整測(cè)功機(jī)負(fù)荷及指揮全組協(xié)調(diào)動(dòng)作，測(cè)功機(jī)負(fù)荷的調(diào)整應(yīng)均勻、準(zhǔn)確，盡量避免大幅度增加或減小測(cè)功機(jī)負(fù)荷，造成發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速劇烈波動(dòng)。 （ 2）調(diào)節(jié)、監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)異常情況時(shí)應(yīng)立即減小或關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)。 （ 3）測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和油耗，測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)注意轉(zhuǎn)速的上下波動(dòng)情況，當(dāng)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)值超過(guò)± 20r/組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)視為無(wú)效并重做。 （ 4）調(diào)節(jié)，監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水出水溫度，保持發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水出水溫度穩(wěn)定在80± 5℃范圍內(nèi)，出現(xiàn)氣阻現(xiàn)象（無(wú)冷卻水排除或者冷卻水出水溫度超過(guò) 100℃），應(yīng)立即報(bào)告，以便及時(shí)停機(jī)。 （ 5）監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油壓力、溫度，出現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)報(bào)告。 （ 6）記錄發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩（測(cè)功機(jī)讀數(shù)） 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n、耗油質(zhì)量△ m 和耗油時(shí)間△ t，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤。 （ 7）繪制實(shí)驗(yàn)監(jiān)督曲線，當(dāng)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中因某些特殊原因引起的誤差過(guò)大的點(diǎn)，應(yīng)及時(shí)指出，以便補(bǔ)測(cè)校正。 驗(yàn)方法與步驟 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若把油門(mén)開(kāi)度置于最大位置，則所測(cè)特性為外特性，否則便是部分負(fù)荷速度特性。因此，制取速度特性時(shí)應(yīng)把油門(mén)開(kāi)度置于某一確定位置。維持發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水溫、機(jī)油溫度和機(jī)油壓力在正常的工作范圍內(nèi)。 （ 1）按照《發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)安全操作規(guī)范》，做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作。確 認(rèn)北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 15 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架系統(tǒng)（包含發(fā)動(dòng)機(jī)和測(cè)功機(jī)等 ） 油、水、電連接正常。 （ 2）啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，并預(yù)熱之，待內(nèi)燃機(jī)冷卻液溫度和潤(rùn)滑油溫度均達(dá)到規(guī)定范圍才可開(kāi)始試驗(yàn)。 （ 3）逐漸開(kāi)大油門(mén)，同時(shí)配合調(diào)整測(cè)功機(jī)，以增加內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷，直至油門(mén)全開(kāi)，內(nèi)燃機(jī)在最大扭矩轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。 （ 4）將點(diǎn)火提前角（或噴油提前角）調(diào)整至最佳位置（電控汽油機(jī)無(wú)需調(diào)整）。 （ 5）調(diào)整內(nèi)燃機(jī)油門(mén)至預(yù)定開(kāi)度并固定（柴油機(jī)固定供油拉桿），調(diào)整內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷，使之穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)于可能達(dá)到的最低轉(zhuǎn)速。待平穩(wěn)后，測(cè)定并記錄待測(cè)參數(shù)和監(jiān)視參數(shù)。 （ 6）減少測(cè)功器負(fù)荷，使內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速逐步增加（一般每次轉(zhuǎn)速以 200~500r/在內(nèi)燃機(jī)工作范圍內(nèi)，適應(yīng)順次地取八個(gè)左右測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。 （ 7）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，以轉(zhuǎn)速 n 為橫坐標(biāo)，以油耗率 B 為縱坐標(biāo)，繪制監(jiān)督曲線，檢查試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。如果有不規(guī)則的數(shù)據(jù)點(diǎn)，應(yīng)及時(shí)重新測(cè)量該工況。 （ 8）試驗(yàn)完畢后，應(yīng)逐漸減小測(cè)功機(jī)負(fù)荷至發(fā)動(dòng)機(jī)空負(fù)荷，配合減小油門(mén)開(kāi)度，再低速運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)分鐘，待溫度降低后，方可熄火、抄錄整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)記入實(shí)驗(yàn)室記錄表，做好保養(yǎng)清理工作，經(jīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師簽字后即可離開(kāi)教室。 作要點(diǎn) （ 1）測(cè)功機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的水、油、電路是否暢通，水、油量是否合乎要求；試驗(yàn)所用儀器是否處于良好狀態(tài)，精度能否滿足要求；個(gè)附件是否合乎 6072????? 3求。 （ 2）根據(jù)分工，到各自的工作崗位熟悉儀器設(shè)備，做好實(shí)驗(yàn)前的所有準(zhǔn)備工作。 （ 3）啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行暖機(jī)，待達(dá)到規(guī)定的溫度后，再調(diào)節(jié)油門(mén)及測(cè)功器，使其達(dá)到預(yù)定的工況，在其轉(zhuǎn)速及排氣溫度穩(wěn)定后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量（ 6072?????3定每個(gè)實(shí)驗(yàn)工況運(yùn)行時(shí)間不得少于一分鐘）。 （ 4）在測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī) 外特性時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率工況屬短時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)范圍，不能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，否則對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命影響甚大，因此這時(shí)的測(cè)量要求迅速、準(zhǔn)確，盡量縮短其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。 （ 5）隨時(shí)注意發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力和機(jī)油溫度的變化，使之控制在允許的范圍內(nèi)。 （ 6）每種試驗(yàn)工況的全部參數(shù)應(yīng)同時(shí)測(cè)錄。在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)繪制監(jiān)督曲線，即繪制主要原始參數(shù)與試驗(yàn)中選定的變化參數(shù)間的關(guān)系曲線。如有異常數(shù)據(jù)，要及時(shí)分析原因，進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。 （ 7）全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成后，配合調(diào)整內(nèi)燃機(jī)和測(cè)功機(jī)，使內(nèi)燃機(jī)在怠速工況北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 16 下運(yùn)轉(zhuǎn)，待溫度降低后，切斷燃油供應(yīng)（或切斷點(diǎn)火開(kāi)關(guān) ），使內(nèi)燃機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 據(jù)整理 為了試驗(yàn)結(jié)果的可信度和具有可比性，試驗(yàn)方法應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的有關(guān)內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容，應(yīng)制定詳細(xì)的試驗(yàn)大綱，明確實(shí)驗(yàn)條件，確定試驗(yàn)工況，測(cè)量參數(shù)及實(shí)驗(yàn)步驟等。 由于同樣的發(fā)動(dòng)機(jī)在相同的工況下，測(cè)量環(huán)境不同，所測(cè)得的結(jié)果有所不同。所以，未來(lái)具有統(tǒng)一的比較基準(zhǔn)，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)根據(jù)當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境狀態(tài)，按國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求進(jìn)行大氣校正。 國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)是：大氣壓力為9境溫度為 5℃，相對(duì)濕度φ o=30%。而且結(jié)果需要校正。 當(dāng)實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不同的時(shí)候，需按以下要求校正。 效功率的校正 在實(shí)際試驗(yàn)條件（ p， T）下實(shí)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率 正到標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下的有效功率 ： 對(duì)點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī) （ 2 對(duì)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī) （ 2 其中，點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)大氣校正系數(shù) αa， 可按下式計(jì)算： 1 . 2 0 . 6 T= P 2 9 8? （ ） （ ）（ 2中 s ? （ 2 式中 T──試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)氣溫度； 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)干空氣壓； P──試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)總氣壓； ?──試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)大氣的相對(duì)濕度； 大氣條件下的水蒸氣飽和分壓； t──大氣溫度。 壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的大氣校正系數(shù)可按下式計(jì)算： = f? （ 2 式中 大氣因子； 發(fā)動(dòng)機(jī)因子。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 17 對(duì)自然吸氣或機(jī)械增壓壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī) 0 . 799( ) ( )298?（ 2渦輪增壓壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī) 0 . 7 1 . 599( ) ( )298?（ 2 4 0 5 0? 范圍時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)因子可按下式計(jì)算 0 . 0 3 6 1 . 1 4??（ 21030（ 2中 b? ──增壓比 ； ─單位排量的循環(huán)噴油量 ； n──發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速； 發(fā)動(dòng)機(jī)排量。 油消耗率的校正 一般，對(duì)汽油機(jī)消耗率不進(jìn)行大氣校正。而對(duì)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，按下式只對(duì)外特性的燃油消耗率進(jìn)行校正，即 0 ee ? （ 2中 實(shí)際試驗(yàn)條件下測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率； 0─標(biāo)準(zhǔn)大氣壓狀態(tài)下的校正燃油消耗率。 隨著實(shí)驗(yàn)條件的不斷改善，試驗(yàn)狀態(tài)可控的全封閉式空調(diào)實(shí)驗(yàn)室得到廣泛運(yùn)用，由此可以省去上述的大氣校正問(wèn)題。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 18 第 3 章結(jié)果分析 動(dòng)機(jī)特性的分析方法 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)取決于調(diào)整指標(biāo)、使用因素和環(huán)境條件三個(gè)方面的因素。其中，調(diào)整參數(shù)如點(diǎn)火（或噴油）時(shí)刻及空燃比等。發(fā)動(dòng)機(jī)性能隨調(diào)整參數(shù)的變化規(guī)律稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)整特性（如前所述）。使用因素主要主要指發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況，常用負(fù)荷和轉(zhuǎn)速表示。性能指標(biāo)隨運(yùn)行工況變化的特性， 稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的使用特性，是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一種必不可少的方式。下面主要討論使用特性。而環(huán)境條件的影響主要通過(guò)上述的校正系數(shù)進(jìn)行修正。 對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的使用特性，根據(jù)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)使用工況的特點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線的分析方法分為線工況分析法和面工況分析法兩種。線工況分析法根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)可調(diào)參數(shù)和固定參數(shù)的不同又分為兩種：在整個(gè)使用工況區(qū)域，固定負(fù)荷（如節(jié)氣門(mén)開(kāi)度或循環(huán)噴油量）一定，研究發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速變化規(guī)律的速度特性；固定轉(zhuǎn)速不變，研究發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)隨負(fù)荷變化規(guī)律的負(fù)荷特性。而面工況分析法，又稱萬(wàn)有特性，是指在整個(gè)使用工況范圍內(nèi)分析發(fā)動(dòng)機(jī)性能隨工況分布的情況，由此分析發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況下的經(jīng)濟(jì)性以及排放特性等。 度特性 速度特性是指在發(fā)動(dòng)機(jī)正常 工作條件下，負(fù)荷一定時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)隨其轉(zhuǎn)速變化的特性。這里發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作條件，是指發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水溫、潤(rùn)滑油溫度正常，點(diǎn)火時(shí)期和空燃比調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。而負(fù)荷一定是指節(jié)氣門(mén)開(kāi)度等控制發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的條件一定（如汽車(chē)的加速踏板位置）。此時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)測(cè)功機(jī)的負(fù)載，改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，讀取不同轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)，并根據(jù)性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律，繪出發(fā)動(dòng)機(jī)在該負(fù)荷條件下的一組速度特性曲線 由于負(fù)荷設(shè)定的條件不同，發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性又分為全負(fù)荷速度特性（外特性）和部分負(fù)荷速度特性全負(fù)荷速度特性是指控制負(fù)荷的節(jié)氣門(mén)操作 位置處在最大位置是的速度特性。而部分負(fù)荷特性是指節(jié)氣門(mén)操作位置處在小于全負(fù)荷的任一位置時(shí)的速度特性。接下來(lái)我們就來(lái)分析，油門(mén)開(kāi)度（節(jié)氣門(mén)開(kāi)度）在各個(gè)位置時(shí)的速度特性。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 19 分負(fù)荷特性及外特性 試驗(yàn)中我們分別做了油門(mén)開(kāi)度為 50、 60、 70、 80、 90 和 100 的試驗(yàn)，下面我面將具體分析各個(gè)油門(mén)開(kāi)度下的 n 之間的關(guān)系。 門(mén)開(kāi)度為 50 的情況下 表 3門(mén)開(kāi)度 50 下各項(xiàng)數(shù)據(jù) 輸出轉(zhuǎn)速 輸出轉(zhuǎn)矩 輸出功率 油耗量 油耗率 排氣溫度 機(jī)油壓力 進(jìn)水溫度 2801 55 348 602 15 335 400 01 323 202 89 310 998 90 299 798 53 294 274 78 1600 94 247 403 97 221 78 修正后的數(shù)據(jù)： 表 3門(mén)開(kāi)度 50 下各項(xiàng)修正數(shù)據(jù) 輸出轉(zhuǎn)速 大氣壓力 環(huán)境濕度 環(huán)境溫度 修正系數(shù) 修正功率 修正轉(zhuǎn)矩 修正油耗率 2801 602 400 202 998 798 600 70 403 華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 20 圖 3矩與轉(zhuǎn)速圖 經(jīng)數(shù)據(jù)整理后，我們做出在油門(mén)開(kāi)度為 50 的情況下 n 的關(guān)系曲線（圖3首先，我們可以看出來(lái)整個(gè)曲線在 1400~2800r/是整個(gè)下降的趨勢(shì)，但是在達(dá)到 1800r/，有輕微的上升，之后又回歸平穩(wěn)下降?？偟膩?lái)說(shuō)在整個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間， 整個(gè)下降的。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 21 圖 3率與轉(zhuǎn)速圖 圖 3耗率與轉(zhuǎn)速圖 接下來(lái)我們?cè)賮?lái)看油門(mén)開(kāi)度為 50 的情況下 n 的關(guān)系（圖 3在1400~2200r/區(qū)間內(nèi)，隨著轉(zhuǎn)速的升高 隨著升高，但是在過(guò)了2200r/， 一直在下降，且下降的速率是要比上升的高。 我們?cè)賮?lái)看在油門(mén)開(kāi)度為 50 的情況下， n 的關(guān)系，在轉(zhuǎn)速在 2400r/然 浮動(dòng)情況，但是整個(gè)曲線還是較為平穩(wěn)。隨后轉(zhuǎn)速到了2400~2800r/時(shí)候，有顯著的上升趨勢(shì)，而且整個(gè)上升趨勢(shì)比較快。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 22 圖 3耗、功率和油耗率與轉(zhuǎn)速圖 在單一分析 n 的關(guān)系以后，我們將三個(gè)變化量放到同一個(gè)坐標(biāo)內(nèi)再來(lái)同時(shí)看它們的變化情況（圖 3在整個(gè)圖內(nèi)，我們可以看出來(lái) 是上升然后是下降，而且上升和下降的趨勢(shì)都是比較快的，而 2400r/都是比較平穩(wěn)的，但是在之后 有比較快的上升趨勢(shì)，而 是繼續(xù)穩(wěn)定下降。 門(mén)開(kāi)度為 60 的情況下 表 3門(mén)開(kāi)度 60 下各項(xiàng)數(shù)據(jù) 輸出轉(zhuǎn)速 輸出轉(zhuǎn)矩 輸出功率 油耗量 油耗率 排氣溫度 機(jī)油壓力 進(jìn)水溫度 2799 50 104 600 9 30 341 103 392 41 95 199 43 92 995 42 89 800 41 84 599 39 82 398 42 75 36 修正后的數(shù)據(jù)： 表 3門(mén)開(kāi)度 60 下各項(xiàng)修正數(shù)據(jù) 輸出轉(zhuǎn)速 大氣壓力 環(huán)境濕度 環(huán)境溫度 修正系數(shù) 修正功率 修正轉(zhuǎn)矩 修正油耗北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 23 率 2799 8 84 600 392 199 6 995 5 800 5 599 398 3率與轉(zhuǎn)速圖 經(jīng)數(shù)據(jù)整理后，我們做出在油門(mén)開(kāi)度為 60 的情況下 n 的關(guān)系曲線（圖3首先，我們可以看出來(lái)整個(gè)曲線在 1400~2400r/是整個(gè)上升的趨勢(shì)，但是在達(dá)到 2400r/，之后又開(kāi)始變化為下降?？偟膩?lái)說(shuō)在整個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間，先是上升然后下降，而且上升的下降的趨勢(shì)較快。 接下來(lái)我們?cè)賮?lái)看油門(mén)開(kāi)度為 60 的情況下 n 的關(guān)系（圖 3在1400~2400r/區(qū)間內(nèi)，整個(gè)過(guò)程雖然有一定的波動(dòng)，但是還是比較平穩(wěn)，而且在過(guò)了 2400r/， 一直在下