某型電控柴油發(fā)動機經(jīng)濟性析

某型電控柴油發(fā)動機經(jīng)濟性析,某型電控,柴油發(fā)動機,經(jīng)濟 北華航天工業(yè)學院 畢業(yè)設(shè)計報告(論文)報告(論文)題目： 電控柴油發(fā)動機經(jīng)濟性能分析 作者所在系部： 機電工程學院 作者所在專業(yè)： 車輛工程 作者所在班級： B13141 作 者 姓 名 ： 張 猛 作 者 學 號 ： 20124014132 指導教師姓名： 臧繼嵩 完 成 時 間 ： 2017年5月 摘 要隨著科學技術(shù)進步推動的經(jīng)濟發(fā)展，越來越多人購買私家車，但也帶來了種種問題，污染嚴重，交通擁堵，能源浪費不節(jié)制等。汽車擁有者，整車生產(chǎn)商以及國家政府有關(guān)部門越來越關(guān)注這些問題，人們迫切希望能得到改變。國家層面選擇出臺制定各種汽車標準，包括燃油經(jīng)濟性和排放性，汽車油耗測量標準和法規(guī)，來統(tǒng)一汽車的生產(chǎn)，起到指導規(guī)范的作用。汽車生產(chǎn)商層面選擇大力研發(fā)新技術(shù)，給汽車帶來創(chuàng)意，帶來更多實用的功能和更加卓越的性能。電控燃油發(fā)展技術(shù)應(yīng)運而生，對解決現(xiàn)實汽車帶來的種種復雜問題給出了相對有效的解決方案，提升發(fā)動機的各種性能參數(shù)，燃油經(jīng)濟性，排放性，也包括發(fā)動機功率提升。本論文介紹了電控柴油機的發(fā)展歷史，發(fā)展現(xiàn)狀以及國內(nèi)的一些研究機構(gòu)的原創(chuàng)發(fā)明。還分析了電控柴油機的組成，分類，工作原理以及各種有效的控制功能。中間部分論文解釋了燃油經(jīng)濟性的評價指標，各種試驗工況在不同國家的標準，以及與中國的標準的比較。介紹了不同行駛工況的經(jīng)濟性計算，影響發(fā)動機經(jīng)濟性的各種因素。同時參考我國燃油經(jīng)濟性的評價體系，把各種分析過程的變量考慮進去，如發(fā)動機公路，風阻系數(shù)，傳動比，來計算分析評級燃油經(jīng)濟性。最后通過測功機完成負荷特性和速度特性的試驗，搜集試驗中產(chǎn)生各種數(shù)據(jù)用科學的方法完成對理論的檢驗。關(guān)鍵詞： 燃油經(jīng)濟性 電子控制系統(tǒng) 行駛工況 IIAbstractWith the rapid development of society, peoples economic level, more and more people to buy private cars, but also brought a variety of problems, serious pollution, traffic congestion, energy waste and so on. Car owners, vehicle manufacturers and the relevant government departments are increasingly concerned about these issues,people are eager to be able to change. At the national level, the introduction of various automobile standards, including fuel economy and emissions, vehicle fuel consumption measurement standards and regulations, to unify the production of cars, play a guiding role. Car manufacturers choose to vigorously develop new technologies, to bring creativity to the car, bring more practical features and more excellent performance. Electronic fuel development technology came into being, to solve the reality of the complex problems brought about by the vehicle is a relatively effective solution to enhance the engine performance parameters, fuel economy, emissions, including engine power. This paper introduces the development history and development status of electronic control diesel engine and the original invention of some domestic research institutions. It also analyzes the composition, classification, working principle and various effective control functions of electronic control diesel engine. The middle part of the paper explains the fuel economy evaluation index, the various test conditions in different countries, as well as the comparison with the Chinese standards. This paper introduces the economic calculation of different driving conditions and the factors that affect the economy of the engine. At the same time refer to the evaluation system of fuel economy in China, taking into account the variables of various analysis processes, such as engine road, drag coefficient and transmission ratio, to calculate and analyze the fuel economy. Finally, through the dynamometer to complete the load characteristics and speed characteristics of the test, collecting the test to produce a variety of data with scientific methods to complete the test of the theory.Key words： fuel economy electronic control system driving condition II目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 電控柴油車發(fā)展的必要性11.2 電控柴油機發(fā)展狀況21.3 國內(nèi)柴油機電控技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀2第2章 電子控制系統(tǒng)42.1電子控制系統(tǒng)組成42.1.1信號輸入裝置42.1.2 電子控制單元ECU42.1.3 執(zhí)行器42.2柴油機電子控制系統(tǒng)內(nèi)容及功能52.2.1 配油量控制52.2.2 噴油正時修正52.2.3 怠速控制52.2.4 各缸噴油量不均勻修正52.3電控噴射系統(tǒng)分類及工作原理62.3.1位置控制式62.3.2時間控制式72.3.3時間壓力控制式82.4電控主要特點92.4.1降低排放污染92.4.2提高發(fā)動機的最大功率92.4.3燃油消耗低，經(jīng)濟性優(yōu)越92.4.4改善發(fā)動機低溫啟動性能9第3章 發(fā)動機特性實驗103.1 測功器103.1.1 水力測功器103.1.2 電力測功器103.1.3 電渦流測功器103.2 油耗儀103.2.1容積法103.2.2質(zhì)量法113.3試驗計算結(jié)果校正以及分析方法113.4負荷特性實驗133.4.1實驗原理133.4.2實驗儀器和設(shè)備133.4.3實驗要求133.4.4實驗步驟133.4.5注意事項143.5速度特性實驗143.5.1實驗原理143.5.2實驗步驟14第4章 試驗數(shù)據(jù)處理及分析164.1負荷特性實驗數(shù)據(jù)164.2速度特性實驗數(shù)據(jù)254.3與雷諾發(fā)動機比較分析34總結(jié)36致謝37參考文獻38第1章 緒論1.1 電控柴油車發(fā)展的必要性能源短缺特別是石油短缺是一個全球共同面對的問題，而作為經(jīng)濟飛快增長的中國在能源消耗方面保持著強烈的需求。當前，中國能源的“紅燈”已經(jīng)亮起來了，特別是石油資源的短缺異常突出，據(jù)相關(guān)專家估計，中國已經(jīng)探明的石油可采集量約為23億噸 , 2004年中國累計進日原油1.2.噸，石油需求對外國依存度已經(jīng)達到40%。汽車生產(chǎn)數(shù)量的增長已經(jīng)成為工業(yè)增長最強勁的推動力之一。據(jù)研究機構(gòu)數(shù)據(jù)，2016年中國城鎮(zhèn)居民家庭私有用車保有量將達到9833萬輛，加上農(nóng)村居民家庭私有用車的保有量，家用汽車總共保有量將達到12200萬輛。目前我國汽車燃油消耗發(fā)達國家消費著大部分的石油資源，美國、加拿大、日本和西歐等發(fā)達國家人口占世界人口的15%，但是石油消費卻占了世界石油消費的60%左右。但是隨著發(fā)達國家石油工業(yè)環(huán)境成本的不斷提高和發(fā)展中國家對石油資源的巨大需要，使得石油資源消費重心由發(fā)達國家轉(zhuǎn)移至發(fā)展中國家。作為全球最大的發(fā)展中國家，中國的石油能源消耗在2002年超越日本一躍成為世界上第二大原油消耗國，僅次于美國。但是中國的石油存儲并不能夠滿足自身快速發(fā)展的需要，必須要依賴國外來保證國家的快速增長。2015年我國油品消耗總量的60%來源于國外進口石油，根據(jù)當前國際形勢和國家發(fā)展情況，未來我國對進口石油能源的依賴程度還會進一步擴大。圖1-1 1.2 電控柴油機發(fā)展狀況柴油機電子控制技術(shù)自20世紀50年代問世以來，世界各大汽車巨頭如德國寶馬，美國福特，日本豐田公司等都競相開發(fā)新產(chǎn)品并投放市場，以滿足日益嚴格的排放法規(guī)要求。柴油機擁有很多特點：使用時間長，輸出轉(zhuǎn)矩大，低排放，高效益，對解決能源短缺和環(huán)境污染有很大的效果。這些原因推廣了電控技術(shù)的市場化。由于人們對汽車的完美度越來越苛求，以及傳統(tǒng)柴油機帶來的種種現(xiàn)實問題，老一代的機械控制方式，燃油噴射方式是不能夠改善這些復雜的技術(shù)問題。隨著各個領(lǐng)域的科學技術(shù)發(fā)展以及推廣應(yīng)用領(lǐng)域之外的方面，帶來各領(lǐng)域技術(shù)互相交織互相碰撞帶來更多的技術(shù)變種，電子柴油控制就是其中一種交叉復合技術(shù)。這種新技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)噴油正時和噴油正量。 可燃混合氣的燃燒機理決定排放的污染有害氣體的量。柴油機的空氣直接進入氣缸與柴油噴氣混合成可燃混合氣，導致其形成過程和燃燒進程交織在一起，即不是均勻的混合物質(zhì)，導致柴油機排放的氣體就比汽油機要更少。 經(jīng)過多年的開發(fā)人員辛苦的努力和探索，給柴油電控技術(shù)帶來了更多的創(chuàng)意和有效功能。如燃油噴射，高壓共軌、渦輪增壓中冷，電控排氣后處理技術(shù)，增壓及可變氣門配氣定時，全電子優(yōu)化控制進一步優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，特別重視開發(fā)和選擇噴射系統(tǒng)，同時還大力普及推廣了這些技術(shù)?，F(xiàn)在在柴油發(fā)動機領(lǐng)域最前沿的就是高壓共軌，增壓加中冷技術(shù)，同時，也實現(xiàn)了一些汽油機擁有的功能，比如高精度調(diào)控空燃比。在結(jié)構(gòu)方面也有一些技術(shù)上的創(chuàng)新和突破，添置了進氣壓力傳感器和節(jié)氣門。 1.3 國內(nèi)柴油機電控技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀高校研究方面，加大相關(guān)專業(yè)的教育資源投入，改善提高學生的教育質(zhì)量和動手能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和研發(fā)能力。加強與國外高校及先進生產(chǎn)制造商的合作交流，通過自己的努力和實踐探索，能夠獨立完成柴油電控系統(tǒng)的研發(fā)生產(chǎn)模式，總結(jié)出一套學術(shù)專著和教學教材供學生和相關(guān)專業(yè)人員進一步學習參考，了解時代最前沿的技術(shù)形態(tài)。為國家培養(yǎng)了一批高素質(zhì)高能力的專業(yè)人才，成為一線研發(fā)的主干力量，貢獻了重要的力量，帶來了新的思維方式；同時也為以后人才的培養(yǎng)模式奠定了基礎(chǔ)和良好的模范作用。汽車工業(yè)界方面，以一汽集團為代表的國內(nèi)汽車生產(chǎn)商經(jīng)過多年的努力探索，也發(fā)明了一些屬于國內(nèi)的原創(chuàng)技術(shù)。比如，無錫的油泵嘴開發(fā)所，攻克了大量難關(guān)，率先研制出電控共軌燃油系統(tǒng)技術(shù)，并且已經(jīng)投入到市場的車輛應(yīng)用上，給消費者帶來的更多好處。還有成都威特電噴公司，由于公司技術(shù)部的遠見和想象力，使其成為國內(nèi)最早投入使用電控單體泵系統(tǒng)實用化的生產(chǎn)研發(fā)商。并且達到了柴油機的國家標準策略。通過對傳統(tǒng)柴油機的電控系統(tǒng)升級，能做到最大程度擁有原生代柴油機的技術(shù)可行性和傳承性，這就實現(xiàn)了原來柴油機生產(chǎn)流水線的最經(jīng)濟的改動。同時減小了技術(shù)升級更新?lián)Q代的時間，是原有制造品在升級后能最快速的實現(xiàn)量產(chǎn)化，達到批量供應(yīng)產(chǎn)品的能力。傳感器制造技術(shù)，傳感器作為控制系統(tǒng)的輸入信號轉(zhuǎn)換裝置，國內(nèi)柴油機電控技術(shù)市場化并沒有達到一個很高的市場占比，仍有相當程度的進步區(qū)間，但汽油機電控卻早已經(jīng)應(yīng)用到人們家庭使用轎車上。目前國內(nèi)許多大型汽車制造巨頭和相關(guān)零部件供應(yīng)鏈生產(chǎn)制造商有技術(shù)功底可以生產(chǎn)配套傳感器，其中在相當程度的原則上柴油機也可以應(yīng)用的很匹配，這無為國內(nèi)柴油電子技術(shù)控柴油機的進展建立了一個良好的生態(tài)基礎(chǔ)。 執(zhí)行器制造技術(shù)很多年前高等院校和汽車生產(chǎn)商就看到了可行性 優(yōu)勢，傳統(tǒng)若沒有的性能，進而著力無研發(fā)，招聘大量人才和進行培訓，這么多年的努力，收到了一些成果，已經(jīng)量產(chǎn)投入市場上了一些測試工廠車間測試通過的產(chǎn)品。但也有有一些研發(fā)的難關(guān)，電控高壓燃油系統(tǒng)就是很難克服的一個關(guān)卡。主要的技術(shù)難關(guān)體現(xiàn)在相配套的高精度機械加工工藝水平，尤其是高速電磁閥是此系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，這種閥件工作頻率特別高。但是其工藝水準是國內(nèi)各大研究所的技術(shù)人員無法完成實現(xiàn)的。電控燃油技術(shù)不是一個孤立的技術(shù)研發(fā)，需要堅實又有創(chuàng)新和最前沿技術(shù)制造能力的支持和帶動。可喜的是，這幾年，國內(nèi)一些汽車生產(chǎn)商巨頭，投入基金大力招聘以及引進國外人才，學習國外生產(chǎn)商的設(shè)備制造技術(shù)，起了良好的榜樣帶動作用。第2章 電子控制系統(tǒng)2.1電子控制系統(tǒng)組成柴油機電控系統(tǒng)由信號輸入裝置、ECU、執(zhí)行器等組成2.1.1信號輸入裝置1) 加速踏板位置傳感器反應(yīng)發(fā)動機的負荷信號，主控信號，以及怠速確認2) 泵角傳感器：反應(yīng)噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角的角度信號，配合曲軸位置傳感器調(diào)解噴油供給量，并確保在噴油正時變化時不影響噴油量。3) 轉(zhuǎn)速傳感器，曲軸位置傳感器與加速踏板位置傳感器共同決定噴油量和噴油提前角，是柴油機電控系統(tǒng)的主要控制信號。4) 著火正時傳感器：判斷可燃混合氣開始燃燒的時間，對噴油正時進行修正。2.1.2 電子控制單元ECU ECU是一個綜合控制裝置，具有如下功能1） 接受各種功能類別的傳感器檢測到的發(fā)動機實時工作狀態(tài)信號，為傳感器設(shè)立參照的基準電壓。2）存儲、計算、分析處理發(fā)動機各種工況信息，利用這些數(shù)據(jù)和信號計算得出執(zhí)行命令，對比標準值檢測是否出現(xiàn)故障。3）發(fā)出執(zhí)行命令，把弱信號變?yōu)閺娦盘枴?）具有自我診斷，2.1.3 執(zhí)行器 接受從ECU傳來的調(diào)節(jié)信號，完成信號代表的任務(wù)。2.2柴油機電子控制系統(tǒng)內(nèi)容及功能2.2.1 配油量控制1） 發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號 （基本噴油量）2） 加速踏板/節(jié)氣門位置信號 （基本噴油量）3） 進氣溫度信號 （修正噴油量）4） 進氣壓力信號 （修正噴油量）5） 冷卻液溫度信號 （修正噴油量） 燃燒特性修正、低溫啟動后修正、急減速修正以適應(yīng)不同工況不同工作條件變化的需要。通過電磁流量閥對噴油量進行精確控制2.2.2 噴油正時修正發(fā)動機轉(zhuǎn)速和加速踏板位置決定噴油正時，并經(jīng)過冷卻液溫度、進氣溫度、進氣壓力等信號進行修正。著火正時傳感器監(jiān)測世紀燃燒開始時刻對噴油正時進行閉環(huán)控制。2.2.3 怠速控制由于發(fā)動機、空調(diào)動力轉(zhuǎn)向燈輔助裝置工作狀態(tài)的改變帶來的柴油機負荷改變致使發(fā)動機轉(zhuǎn)速改變。柴油機控制系統(tǒng)通過回饋控制系統(tǒng)控制怠速噴油量，進而使怠速處于目標轉(zhuǎn)速。2.2.4 各缸噴油量不均勻修正各缸噴油泵性能差異導致各缸噴油量的差異，帶來發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化：即怠速振動。電控系統(tǒng)通過作工沖程時的曲軸轉(zhuǎn)速變化判斷各缸噴油量的差異。利用電磁溢流閥快速響應(yīng)，及時修正各缸的噴油量來降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動，按各缸轉(zhuǎn)速無波動偏差來控制各缸噴油量。2.3電控噴射系統(tǒng)分類及工作原理2.3.1位置控制式 圖 2-1位置控制式為第一代電控燃油系統(tǒng)。這種系統(tǒng)延續(xù)了傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的噴油泵、高壓油管和噴油嘴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，僅是供油量調(diào)節(jié)齒條（直列泵）的運行位置實施電子控制，沒有再使用機械式離心調(diào)速方式來調(diào)控，而是通過電磁式供油定時控制閥。如上圖，為位置控制式的分配泵，發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，通過接受傳感器轉(zhuǎn)換發(fā)出的加速踏板位置信號，轉(zhuǎn)動速度傳感器信號等，電控系統(tǒng)中的計算機快速運算出一個噴油量和一個匹配的的噴油提前角。接著通電給執(zhí)行器供油時間控制閥和溢油控制線，在電磁場和機械力作用下，調(diào)節(jié)凸輪盤和驅(qū)動軸承的相對位置，同時也能改變滑套和回油口的一個相對距離。整個進程中，通過兩個電磁閥各自控制噴油量和噴油提前角。位置控制式的柱塞泵也是基于這樣的道理，電磁閥僅僅通過控制齒條的相對運動，進而控制柱塞相對于柱塞套的位置，調(diào)大或減小噴油量。位置控制式電控柴油噴射系統(tǒng)優(yōu)點，控制準確度和反應(yīng)速度都有所增大。將機械控制系統(tǒng)變?yōu)槲恢眯碗娍叵到y(tǒng)時，柴油發(fā)動機的機構(gòu)無需變動，生產(chǎn)繼承性好。2.3.2時間控制式 圖2-2如圖所示，當處于噴油狀態(tài)時，電控單元ECU 根據(jù)從加速踏板位置傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的傳來的輸入信號，率先計算出基本供油量，接著基于來自冷卻液溫度、燃燒氣溫度、進入混合氣壓力等傳感器信號進行回饋修正后，判定最佳供油量。判定噴油延時角，從而確定電磁閥線圈通電時間，線圈在電力作用下產(chǎn)生吸引力，吸住銜鐵，銜鐵克服閥芯回到原來位置，彈簧的排斥力推動閥芯向下滑動，直到閥芯上座與閥芯下座密封錐面碰撞時，閥芯閉合形成封閉高壓腔。接著柱塞旋轉(zhuǎn)和保持向前運動，高壓腔的混合燃油被壓縮產(chǎn)生高壓，當不處在噴油狀態(tài)時，電磁閥斷電，噴油閥的閥芯是打開開合的，進入高壓腔的燃油通過溢流閥流回泵腔。從電控噴油系統(tǒng)的原理可以得出，它一定程度上擺脫了機械自身的結(jié)構(gòu)對供油時機的束縛，可以運用柱塞上行過程的時間段實現(xiàn)供油，從而獲得可觀的供油正時。因為只能利用柱塞向上運動時段實現(xiàn)供油調(diào)控，所以還是相當程度上受困于供油泵凸輪系統(tǒng)的，這使得轉(zhuǎn)速更大程度上影響供油量。這種控制系統(tǒng)雖然控制準確度有很大的改善，但是噴油承受的壓力還是不能獨立控制2.3.3時間壓力控制式圖2-3時間壓力控制式電控燃油系統(tǒng)為第三代電控系統(tǒng)，也是當前全球最前沿的電控技術(shù)。通過各缸共用的高壓燃油容腔完成恰當?shù)膰娪涂刂?。這一代系統(tǒng)中，噴射壓力的作用獨立于噴射過程。高壓共軌系統(tǒng)很顯著的特點： 1） 噴油正時和噴油供給量的高控制自由度。2） 燃油噴射壓力是一個獨立的過程，不受轉(zhuǎn)速和負荷影響。低轉(zhuǎn)速行駛工況，仍能以產(chǎn)生相當高的噴射壓力。改進原有發(fā)動機低轉(zhuǎn)速 大負荷這一不足。3） 能完成很高燃油壓力噴射，目前已經(jīng)達到160200MPa。4） 對噴油規(guī)律的調(diào)節(jié)能力很強。高速電磁閥保持一種運動狀態(tài)，但是質(zhì)量并不大，并不具有較大的運動慣量，因此在其控制噴油時，可以在一個發(fā)動機沖程循環(huán)中進行多次噴射，很好的改善改善燃油經(jīng)濟性。5） 可以適用多種型號的機型，都能夠出色的協(xié)調(diào)配合。具有更優(yōu)秀更多種的控制性能，極大地改善了柴油發(fā)動機的燃燒的壓升率，進一步降低了尾氣的排放，減小了噪聲。2.4電控主要特點2.4.1降低排放污染電控柴油噴射系統(tǒng)，能根據(jù)汽車行駛的多種不同工況快速精準切換到更適合的空燃比，帶來更高效的燃燒，同時混合添加的催化劑便能做到降低污染氣體的排放量。當發(fā)動機處在極端工況時，能夠快速給出調(diào)整策略，防止發(fā)生危險狀況，損害到發(fā)動機。比如，當駕駛?cè)藛T突然急停減速行駛時，能快速斷掉供油量。傳統(tǒng)化油器供油發(fā)動機，處在此時緊急狀況時，雖然節(jié)氣門快速閉合，但是發(fā)動機仍熱在以很快的速度運轉(zhuǎn)，由于氣缸內(nèi)空氣進入減少，導致進氣歧管內(nèi)的空氣稀薄度增加，此時會使殘留在進氣歧管內(nèi)部管壁上的燃油，由于歧管內(nèi)空氣稀薄度急劇加大快速蒸發(fā)進入氣缸，導致混合氣變濃，造成混合燃油氣燃燒不充分，導致尾氣中的HC含量變濃。而電控發(fā)動機在急減速時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于一定值會自動切斷供油，可完全排除HC排放。 2.4.2提高發(fā)動機的最大功率電控發(fā)動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)化油器式發(fā)動機，其進排氣管分布在缸體的兩邊，帶來更大的空氣密度。此外，電控發(fā)動機的由于沒有化油器管道，可以免受束縛，帶來更大的內(nèi)部空間，從而裝置直徑較粗，內(nèi)壁更光滑的進氣管道，讓空氣進入更加順暢，改善重啟效率，進而加大了發(fā)動機的最大運轉(zhuǎn)功率2.4.3燃油消耗低，經(jīng)濟性優(yōu)越在互通的行駛工況下，電控發(fā)動機通過電子控制的數(shù)字化技術(shù)，更準確的調(diào)節(jié)適應(yīng)于工況的最優(yōu)空燃比。此外，噴射系統(tǒng)通過壓力作用噴出的燃油，有更好的霧化品質(zhì)，同時進氣管道消除了燃油霧化的限制，進而設(shè)計的更恰當，帶來混合更均勻的可燃混合氣，導致更小的燃料消耗。 2.4.4改善發(fā)動機低溫啟動性能傳統(tǒng)化油器式發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，空氣流入速度小，噴油供給量低，且霧化程度不高，導致燃燒不充分，反應(yīng)在發(fā)動機上就是啟動困難。電控發(fā)動機裝置有補充空氣調(diào)節(jié)器和冷啟動閥，且進入的氣體的流速影響不了燃油的供給量，基于這些，發(fā)動機的低溫起動性能得到了優(yōu)化。第3章 發(fā)動機特性實驗3.1 測功器測功器是專門用來測量發(fā)動機動力性指標的設(shè)備，主要測量輸出轉(zhuǎn)矩Ttq，同時測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速n，然后用公式P=eTtqn/9550，求得發(fā)動機輸出功率。測功器能吸收發(fā)動機輸出的功，利用這一特點課任意改變發(fā)動機的負荷和轉(zhuǎn)速，由此模擬發(fā)動機使用工況。3.1.1 水力測功器水力測功器是通過發(fā)動機帶動測功器轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)時，由其轉(zhuǎn)子和外殼構(gòu)成的渦流室內(nèi)水的旋轉(zhuǎn)運動，使測功器外殼在水的摩擦力作用下擺動一個與輸出轉(zhuǎn)矩成正比的角度，由此測量發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩。3.1.2 電力測功器轉(zhuǎn)子在定子磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流，與定子磁場相互作用生成電磁力矩，定子外殼與該電磁力矩成正比的角度，在定子外殼上固定測力機構(gòu)，測量此時力矩，即輸出轉(zhuǎn)矩。3.1.3 電渦流測功器它主要利用渦流電效應(yīng)將發(fā)動機輸出的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽賹㈦娔苻D(zhuǎn)換為熱能。它吸收能量的主要部分是制動器，有轉(zhuǎn)子和定子組成。3.2 油耗儀發(fā)動機的經(jīng)濟性指標，是通過測量發(fā)動機運行時對應(yīng)該工況所消耗的燃油量，同時測出發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速后，進行換算求得的。而每一工況所消耗的燃油量，是在穩(wěn)定工況下通過測量一定時間間隔內(nèi)所消耗的燃油量，由此計算每小時耗油量。傳統(tǒng)的燃油消耗量的測量方法有兩種。3.2.1容積法這種方法是在發(fā)動機工作時，通過消耗一定容積的燃油所需要的時間后，按式計算出每小時燃油消耗量。公式如下：式中 B每小時的燃油消耗量(kg/h) f燃料的密度（g/mL） Vf消耗燃油的容積（mL）B=3.6 Vfft在測量油耗的同時，通過測功器和轉(zhuǎn)速表同時測量發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，求得輸出功率以后，根據(jù)燃油消耗的定義，可求得燃油消耗率be。式中 be每小時的燃油消耗量g/(kW h)be=BPe10003.2.2質(zhì)量法質(zhì)量法是指通過測量消耗一定質(zhì)量m的燃油所需要的時間t后，按公式計算每小時燃油消耗量B和燃油消耗率be。所消耗的燃油質(zhì)量是用天平或電子稱來計量。公式如下：式中 m消耗的燃油質(zhì)量（g） t消耗m燃料所需要的時間（s）B=3.6 m tbe=BPe1000現(xiàn)階段燃油消耗量的測量基本上都采用自動油耗儀。3.3試驗計算結(jié)果校正以及分析方法由于試驗的環(huán)境等因素會導致實驗結(jié)果會產(chǎn)生偏差，為統(tǒng)一標準，按照國家有關(guān)標準對大氣進行校正。國家規(guī)定標準大氣壓狀態(tài)為：大氣壓力p0=99kPa，環(huán)境溫度為：t0=25（T0=298K）,相對濕度0=30%。1. 壓燃式發(fā)動機有效功率的校正式中 Pe0校正到標準環(huán)境條件下的有效功率 d壓燃式發(fā)動機的大氣校正因子Pe0=dPd對于壓燃式發(fā)動機大氣校正系數(shù)d可用如下公式計算式中 fa大氣因子 fm發(fā)動機因子d=fafm2. 燃油消耗率的校正通常，汽油機不進行燃油校正，而對于壓燃式，也只對其外特性進行校正式中 be0 標準大氣壓校正后的燃油消耗率 bec試驗條件下測得的燃油消耗率be0=bed3. 發(fā)動機特性分析方法根據(jù)發(fā)動機的特性對發(fā)動機曲線的分析方法，可用平均有效壓力來定義式中 c充氣效率 a過量空氣系數(shù) i 指示熱效率 m機械效率pme=K3caim通過平均有效壓力的定義，結(jié)合發(fā)動機動力性指標、經(jīng)濟性指標可以對其進行分析。be=K31 imPe=K1caminB=K4canTtq=K2cami對于柴油機來說，主要取決與噴油量g，而充氣效率c只是提供多大轉(zhuǎn)矩的可能，所以可用以下公式來考核。Ttq=K5mig3.4負荷特性實驗3.4.1實驗原理發(fā)動機轉(zhuǎn)速n維持不變時，其性能參數(shù)隨負荷的變化規(guī)律稱為負荷特性。這些參數(shù)主要有小時耗油量B，燃油消耗率be。3.4.2實驗儀器和設(shè)備實驗專用柴油機1臺 測功機1臺 油耗和轉(zhuǎn)速測量裝置3.4.3實驗要求1、首先調(diào)節(jié)測功機負荷，全組實驗人員分工完成；過程調(diào)節(jié)應(yīng)均勻地精確地，使測功機負荷的前后變量避免出現(xiàn)太大波動，盡量，帶來發(fā)動機的轉(zhuǎn)速異常不穩(wěn)定。2、一個人觀察發(fā)動機油門指數(shù)；發(fā)現(xiàn)發(fā)動機處在不正常狀態(tài)時應(yīng)快速的調(diào)小甚至關(guān)閉發(fā)動機油門。3、一個人負責發(fā)動機轉(zhuǎn)速和油耗的觀察記錄工作測；測定轉(zhuǎn)速時，應(yīng)仔細觀察注視轉(zhuǎn)速的上下波動情況，一旦發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的波動幅度超過20r/min，該組實驗數(shù)據(jù)便記為無效重新開始新的實驗。4、一個人負責發(fā)動機冷卻水出水溫度的監(jiān)督和調(diào)控；維持冷卻水出水溫度不偏離805范圍內(nèi)，一旦發(fā)現(xiàn)氣阻現(xiàn)象（冷卻水拍不出來或出水溫度大100），第一時間報告實驗老師，能快速響應(yīng)及時停掉測功機。5、一個人關(guān)閘發(fā)動機機油壓力、溫度；發(fā)現(xiàn)不正常情況應(yīng)及時上報老師。6、完全準確記錄各種數(shù)據(jù)，包括耗油質(zhì)量m、耗油時間t發(fā)動機扭矩Ttq、發(fā)動機轉(zhuǎn)速n。7、把記錄數(shù)據(jù)繪制成曲線；留意誤差偏大的點，可能是一些特別原因造成的，第一時間標記出來，以便補測修改。3.4.4實驗步驟1進入數(shù)控試驗臺操作界面，確認各項監(jiān)測數(shù)據(jù)正常，選擇恒轉(zhuǎn)速工作模式。2、起動發(fā)動機。發(fā)動機數(shù)控試驗臺油門上電、勵磁上電，預熱發(fā)動機至發(fā)動機冷卻水出水溫度為805。同時了解發(fā)動機數(shù)控試驗臺基本工作原理。3、預熱完成后，調(diào)節(jié)發(fā)動機油門開度至最小，發(fā)動機回到怠速。開始發(fā)動機速度特性實驗。4、改變測功機設(shè)定轉(zhuǎn)速為負荷特性實驗轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)發(fā)動機油門開度的大小，使之處于最大位置。待發(fā)動機的工況穩(wěn)定后，測量其燃油消耗量m（g），測量二次，同時測量該工況下的發(fā)動機扭矩（測功機讀數(shù)）Ttq和發(fā)動機轉(zhuǎn)速n，并記錄保存實驗數(shù)據(jù)。5、根據(jù)發(fā)動機在該轉(zhuǎn)速下輸出的最大扭矩計算并確定發(fā)動機扭矩Ttq（發(fā)動機負荷）調(diào)節(jié)量的大小，保證實驗工況點不少于7個點，以便繪制發(fā)動機負荷特性曲線。6、依次減小發(fā)動機油門開度的大小使發(fā)動機扭矩（測功機讀數(shù)）Ttq每次降低,重復實驗步驟5，記錄保存實驗數(shù)據(jù)。直至測功機的讀數(shù)接近為零。7、以發(fā)動機扭矩（測功機讀數(shù)）Ttq為橫坐標，耗油質(zhì)量m為縱坐標繪制監(jiān)督曲線。3.5速度特性實驗 3.5.1實驗原理發(fā)動機速度特性：在發(fā)動機油門開度一定（部分開度或全開）的情況下，研究其性能指標功率Pe、扭矩Ttq、耗油量B及燃油消耗率be與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系。3.5.2實驗步驟1 先對測功機進行預熱一段時間，然后把發(fā)動機油門開度調(diào)至最小度數(shù)，發(fā)動機回到怠速工況。開始發(fā)動機速度特性實驗。2、把測功機轉(zhuǎn)速調(diào)至最低速度（不低于800r/min），調(diào)節(jié)發(fā)動機油門開度，符合實驗要求的度數(shù)，并維持油門開度大小不變。在這組實驗進行中，油門開度不再發(fā)生變化。待發(fā)動機的工況穩(wěn)定后，測量其燃油消耗量m（g），測量二次，同時測量該工況下的發(fā)動機扭矩（測功機讀數(shù)）Ttq和發(fā)動機轉(zhuǎn)速n，并記錄保存實驗數(shù)據(jù)。3、改變測功機設(shè)定轉(zhuǎn)速（每次的改變量為200r/min），待發(fā)動機的處于穩(wěn)定狀態(tài)后，測量其燃油消耗量m（g），測量二次，同時測量該工況下的發(fā)動機扭矩測功機讀數(shù)）Ttq和發(fā)動機轉(zhuǎn)速n，并記錄保存實驗生成數(shù)據(jù)。4、依次增加測功機轉(zhuǎn)動速度，重復上述步驟，并記錄保存實驗生成數(shù)據(jù)。第4章 試驗數(shù)據(jù)處理及分析4.1負荷特性實驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)速2700r/min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油壓力進水溫度油門開度269526574.817.737237.243933676.998.22716238.567.817.73261.54343387765.1272021561.215.207248.44103407662.92733186.553.413.783258.33863437560.12745162.646.812.525269.236534477.358.9。132.437.510.926291.232134677.856.32696102.428.99.758337.830734776.353.7270180.522.87.91535227735177.450.4270553.715.26.933455.426035476.447.5表4-1修正后數(shù)據(jù)大氣壓力環(huán)境濕度環(huán)境溫度出水溫度修正系數(shù)修正功率修正轉(zhuǎn)矩修正油耗率負荷開度1037.937.879.91.008475.4267.2235.256.81038.537.8801.008468.4240.5259.351.11038.537.879.31.008461.7216.8246.345.91038.537.880.31.008453.8188.1256.139.31038.637.979.71.008447.2164266.9341038.637.980.71.008437.8133.5288.826.6102.98.638791.008429.1103.233519.71038.738.179.51.00842381.2349.115102.98.838.179.31.008415.354.2451.79表4-2 be/g/(kw.h) B/(kg/h) Pe/KW圖4-1油耗率曲線整個變化過程呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，功率為15.3kw時油耗率為最大值451.7 g/(kw.h)，功率為75.4kw時油耗率為最小值235.2 g/(kw.h)。油耗率在功率為75.4（kw）到61.7（kw）之間下降速度較快，之后下降速度相對變的緩慢了一些。 油耗量曲線在整個實驗過程中呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，功率為15.3kw時油耗量為最小值6.933 kg/h，功率為75.4kw時油耗量對應(yīng)最大值17.737 kg/h。油耗量在功率為75.4（kw）到61.7（kw）之間上升幅度相對較大，在之后上升速度變得緩慢，在最后兩個點曲線變得平緩。轉(zhuǎn)速2400 r/min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油壓力進水溫度油門開度2400261.765.815.827240.72308856.998.22339237.658.214.656251.83089161.766.12360203.250.213.546269.83178863.462.82406175.444.211.883268.9313936660.12463158.140.89.858241.83019568.958.92377113.828.38.744308.72919270.556.3235078.919.47.591391.12769372.553.723425914.56.649459.32659473.650.4239229.97.55.218696.12489674.447.5表4-3修正后數(shù)據(jù)大氣壓力環(huán)境濕度環(huán)境溫度出水溫度修正系數(shù)修正功率修正轉(zhuǎn)矩修正油耗率負荷開度102.912.431.457.71.008466.3263.9238.748.4102.812.531.462.81.008458.7239.6249.743.4102.812.631.464.51.008450.6204.9267.536.5102.812.731.467.21.008444.6176.8266.731.4102.812.731.4701.008441.1159.4239.828.4102.812.831.471.61.008428.6114.8306.119.7102.812.831.473.51.008419.679.5387.812.9102.812.931.574.51.008414.659.5455.57.3102.812.831.575.81.00847.630.2690.32.6表4-4be/g/(kw.h) B/(kg/h) Pe/KW圖4-2油耗率曲線在整個變化過程呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，功率為7.6kw時此時有油耗率最大值，功率為66.3 g/(kw.h)此時有油耗率最小值238.7 g/(kw.h)。油耗率在功率區(qū)間66.3kw到44.1kw下降的幅度相對較大，在之后下降的速度變緩慢。油耗量曲線在整個實驗過程中大體上呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，功率7.6kw時此時油耗量對應(yīng)最小值5.218 kg/h，功率為66.3 g/(kw.h)此時油耗量為最小值15.827 kg/h。油耗量在功率區(qū)間66.3kw到44.1kw上升幅度較為緩慢，之后上速度變大。轉(zhuǎn)速2100r/min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油壓力進水溫度油門開度2151272.961.512.486203.127930778.298.22115241.253.412.219228.730830778.266.12105210.746.510.945235.631430576.162.82126181.640.410.164251.431030676.760.12138157.935.310.164287.63043077858.92128124.727.810.164365.729430778.356.3205489.619.38.644448.628330377.153.7209665.914.54.8433526230977.150.4209431.974.042577.424731277.947.5表4-5修正后數(shù)據(jù)大氣壓力環(huán)境濕度環(huán)境溫度出水溫度修正系數(shù)修正功率修正轉(zhuǎn)矩修正油耗率負荷開度102.81.647.6801.008462275.2201.445.7102.81.547.681.11.008453.9243.3226.839.3102.81.547.680.71.008446.8212.5233.633.6102.81.547.679.51.008440.8183.1249.328.4102.81.447.680.11.008435.6159.2285.224.5102.81.447.6811.008428125.8362.618.4102.81.347.680.91.008419.490.3444.911.7102.81.347.679.41.008414.666.4332.28.2102.81.247.679.71.00847.132.2572.62.3表4-6be/g/(kw.h) B/(kg/h) Pe/KW圖4-3油耗率曲線在整個變化過程中呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，功率為7.1kw此時油耗率有最大值572.6 g/(kw.h)，功率為62kw時油耗率有最小值201.4 g/(kw.h)。在功率區(qū)間7.1kw到19.4kw下降幅度相對較大，但之后下降速度相對平滑。油耗量曲線在整個實驗過程中大體呈現(xiàn)上升趨勢，功率為7.1kw時對應(yīng)油耗量最小值4.042 kg/h，功率為62kw時油耗量有最大值12.486 kg/h，在功率區(qū)間7.1kw到28kw油耗量上升幅度較大，在功率區(qū)間28kw到40.8kw之間油耗量變換平緩，在之后上升幅度又加大，但是不如第一段區(qū)間增加速度快。 轉(zhuǎn)速1800 r/min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油壓力進水溫度油門開度1816261.149.68.027161.72228838.598.21776230.642.910.56246.22578838.566.11771202.137.59.802261.52708838.662.81741177.132.38.679268.92768738.660.11771148.627.67.594275.62778738.858.91771118.221.96.52297.42758838.956.317878115.24.696309.8258913953.717876211.64.1443572499039.150.4179833.36.33.226515236933947.5表4-7修正后數(shù)據(jù)修正系數(shù)修正功率修正轉(zhuǎn)矩修正油耗率負荷開度出油溫度進油溫度出水溫度負荷開度1.008450263.3160.440.973.770.542.645.71.008443.3232.5244.136.272.570.343.139.31.008437.8203.8259.330.975.670.443.533.61.008432.5178.6266.724.67470.343.828.41.008427.8149.8273.321.673.270.344.124.51.008422.1119.229515.973.170.344.218.41.008415.381.7307.310.271.770.344.211.71.008411.762.6354.16.972.270.244.18.21.00846.333.6510.72.572.170.243.92.3表4-8be/g/(kw.h) B/(kg/h)圖4-4消耗率曲線在整個變化過程中呈現(xiàn)大體下降趨勢，功率為6.3kw時對應(yīng)油耗率最大值為510.7 g/(kw.h)，功率為50kw時對應(yīng)油耗率最小值160.4 g/(kw.h)。在功率區(qū)間6.3kw到15.3kw油耗率下降速度相對較大，但之后下降的幅度變得小一些。功率為6.3kw時對應(yīng)油耗率最低值3.226 g/(kw.h)，功率為50kw時對應(yīng)油耗量最高值8.027 kg/h。油耗量曲線在整個試驗過程中大體線性增加，在功率較大的后兩點上升速度稍微變換一點。轉(zhuǎn)速1500r/min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油壓力進水溫度油門開度1505255.940.38.332206.62477780.498.21486220.734.38.0372342837379.166.11505200.231.57.24229.52987478.462.8149216625.96.331244.23057578.860.11495137.221.55.4251.43037779.658.91535113.918.34.5052462937679.256.3148084.413.14.005306.32857778.353.7154365.910.63.747351.92747578.450.4151830.94.93.747762.92587879.247.5表4-9修正后數(shù)據(jù)大氣壓力環(huán)境濕度環(huán)境溫度出水溫度修正系數(shù)修正功率修正轉(zhuǎn)矩修正油耗率負荷開度102.810.836.282.41.008440.7258.1204.839.8102.810.636.382.61.008434.6222.623233.8102.810.636.382.11.008431.8201.9227.630.2102.810.436.381.51.008426.1167.4242.224.5102.810.436.381.81.008421.7138.4249.319.8102.810.436.382.31.008418.5114.9243.916.1102.810.436.381.81.008413.285.1303.7