某型渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)動力性分析,渦輪,增壓,柴油發(fā)動機(jī),動力,分析 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 (論文 ) 報(bào)告 (論文 )題目： 某型渦輪增壓柴油 發(fā)動機(jī)動力性分析 作者所在系部： 機(jī)電工程學(xué)院 作者所在專業(yè)： 車輛工程 作者所在班級： 作 者 姓 名 ： 戴維 作 者 學(xué) 號 ： 201322088 指導(dǎo)教師姓名： 臧繼嵩 完 成 時 間 ： 北華航天工業(yè)學(xué)院 北華航天工業(yè)學(xué)院 本 科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性及知識產(chǎn)權(quán)聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 某型渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)動力性分析 是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本設(shè)計(jì)（論文）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。因本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸北華航天工業(yè)學(xué)院所有。本人遵循北華航天工業(yè)學(xué)院有關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的相關(guān)規(guī)定，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本。本人同意北華航天工業(yè)學(xué)院有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以營利為目的的前提下，可以公布非涉密畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部內(nèi)容。 特此聲明 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者： 戴維 指導(dǎo)教師： 臧繼嵩 2017 年 6 月 7 日 2017 年 月 日 北華航天工業(yè)學(xué)院 渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)動力性分析 發(fā)動機(jī)對于一輛汽車而言，主要為其提供動力。相當(dāng)于心臟一樣的存在，而發(fā)動機(jī)的輸出特性就直接決定了車輛的行駛特性。將 發(fā)動機(jī)的性能進(jìn)行研究以及掌握，對提高整車性能就有了重大的意義。發(fā)動機(jī)的速度特性主要可以用轉(zhuǎn)速、有效轉(zhuǎn)矩、有效功率來表現(xiàn)， 研究發(fā)動機(jī)的這些特性，為汽車或其他工作機(jī)器選用正確的動力源提供了依據(jù)。 關(guān)鍵字 : 發(fā)動機(jī)特性 動力性指標(biāo) 選用依據(jù) 北華航天工業(yè)學(xué)院 he is by a as s of of is it is of to of s s by of of or 華航天工業(yè)學(xué)院 目錄 第 1 章 緒論 ................................................................................................................. 1 言 ..................................................................................................................... 1 內(nèi)外渦輪增壓柴油機(jī)發(fā)展背景和現(xiàn)狀 ......................................................... 1 外渦輪增壓技術(shù)以及柴油機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀 .......................................... 1 內(nèi)渦輪增壓技術(shù)以及柴油機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀 .......................................... 2 輪增壓以及柴油機(jī)的發(fā)展趨勢和研究意義 ................................................. 3 輪增壓以及柴油機(jī)的發(fā)展趨勢 ............................................................... 3 輪增壓以及柴油機(jī)的研究意義 .............................................................. 3 第 2 章 發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)的主要設(shè)備 ......................................................................... 5 動機(jī)試驗(yàn)臺架 ................................................................................................. 5 功機(jī) ................................................................................................................. 5 油耗儀 ................................................................................................................ 8 排放物的檢測 .................................................................................................. 10 行發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)的目的 ........................................................................... 10 第 3 章 發(fā)動機(jī)特性試驗(yàn)流程 ................................................................................... 11 驗(yàn)的安全操作規(guī)范 ...................................................................................... 11 動機(jī)速度特性試驗(yàn) ....................................................................................... 11 驗(yàn)原理 .................................................................................................... 11 驗(yàn)內(nèi)容和要求 ........................................................................................ 11 驗(yàn)方法和步驟 ........................................................................................ 12 驗(yàn)注意事項(xiàng) ............................................................................................ 12 驗(yàn)計(jì)算結(jié)果校正以及分析方法 ................................................................... 13 第 4 章 發(fā)動機(jī)速度特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以及分析 ................................................... 15 油 門開度為 50%時的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析 ................................................. 15 油門開度為 60%時的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析 ................................................. 18 油門開度為 70%時的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及分析 ............................................. 21 油門開度為 80%時的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及分析 ............................................. 24 油門開度為 90%時試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及分析 ................................................. 27 油門開度為 100%時的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及分析 ........................................... 30 總的數(shù)據(jù)處理和分析 ..................................................................................... 33 北華航天工業(yè)學(xué)院 對于油耗率 的分析 ............................................................................. 33 對于功率 的分析 ............................................................................... 34 對于功率 的分析 ................................................................................. 35 第 5 章 總結(jié) ............................................................................................................... 36 致 謝 .......................................................................................................................... 37 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 38 北華航天工業(yè)學(xué)院 1 第 1 章 緒論 言 在 17 世紀(jì) 90 年代左右 ，德國著名 工程師 狄塞爾 (早 發(fā)明了 柴油機(jī)，其熱效率為 柴油機(jī)的發(fā)展在之后只能用勢不可擋來形容 ， 20世紀(jì)初期，柴油機(jī)在船只上的應(yīng)用已經(jīng)開始了 。 過了 4年 ， 常年潛水在深不可測的海底的潛水艇上也得到了應(yīng)用 。 又過了 5 年 ， 柴油機(jī)又大顯身手 作為大型游輪的心臟取得了驚人的成績 。 柴油機(jī)不管怎么說，它的一些相對于汽油機(jī)來說無可厚非的優(yōu)勢，比如在經(jīng)濟(jì)性、使用的時間長短等諸多好處 ，在 一些交通領(lǐng)域，體現(xiàn)衣食住行中的行的那一部分上被廣泛應(yīng)用 ， 由于其功率大、又省錢、安全便捷，為我國的經(jīng)濟(jì)做出了不可磨滅的貢獻(xiàn) 。 ` 1905年，瑞士蘇爾壽（ 弟研發(fā)公司的總工程師阿爾佛雷德 ·J· 波西（ 士首次提出了渦輪增壓概念， 從此 渦輪增壓技術(shù)正式 宣布 誕生，并 且 應(yīng)用于船舶、航空工程 等諸多領(lǐng)域 。 1953 年，美國 司就已經(jīng) 將渦輪增壓技術(shù)應(yīng)用于車用柴油機(jī) 上 ， 在 1965 年 左右 ，國外車用柴油機(jī)已經(jīng) 大量 安裝了 渦輪增壓器。 在其后 20 年 ，汽油機(jī) 也相繼 采用渦輪增壓技術(shù)。從 最原始 的純增壓 技術(shù) ， 到 自 帶旁通閥 的 增壓器、 兩 級增壓 系統(tǒng) 以及 電控可變截面 經(jīng)過 了 一個世紀(jì)的經(jīng)驗(yàn)積累 ， 渦輪增壓技術(shù) 已經(jīng)非常成熟， 現(xiàn)如今渦輪增壓器幾乎已經(jīng)成為發(fā)動機(jī)上一種不可或缺的零件。 內(nèi)外渦輪增壓柴油機(jī)發(fā)展背景和現(xiàn)狀 外渦輪增壓 技術(shù)以及 柴油機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀 現(xiàn)如今，國際上主要由 三菱這三家公司專門從事大功率的中高型渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)和制造。多年來的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，使得他們形成了一系列完整地從設(shè)計(jì)評估到測試再到仿真分析的流程，以 發(fā)獨(dú)立的測試分析系統(tǒng)以及搭建系統(tǒng)訪問評估的路徑和建立信息數(shù)字化開發(fā)的平臺讓這三家公司立足于世界前列。 柴油機(jī)從被發(fā)明到研究了這么多年的現(xiàn)在，早就不再是我們在腦殼里想象的那樣，國外以及國外自身一些國情政策的原因，在柴油機(jī)上下得功夫那可真不小，就國內(nèi)柴油的質(zhì)量問題 以及國內(nèi)推廣汽油的政策下，對于柴油機(jī)的研究可能就沒北華航天工業(yè)學(xué)院 2 資本主義國家的大，在資本主義的一些國家里，我們用汽油機(jī)的一些機(jī)器，他們可以用柴油機(jī)來代替，比如在城市里，因柴油機(jī)的噪聲、體積等問題，大多在路上跑的車都用汽油，但在一系列的研究下 ，使的這些問題已經(jīng)不再是問題 。 經(jīng)過這么 多年辛勤的研究，柴油機(jī) 在國外發(fā)展的如火如荼，那些噪聲大、體積大 、 顯得 笨 重的問題 對于現(xiàn)如今的一些柴油機(jī)那都是不存在的 。 內(nèi)渦輪增壓 技術(shù)以及 柴油機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀 隨著中國的不斷發(fā)展，中國的綜合國力也不斷增強(qiáng)，即使中國沒有經(jīng)歷西方工業(yè)革命 ，但也堅(jiān)持不懈地在各個領(lǐng)域向著國際一流水平看齊，其中伴隨著人民經(jīng)濟(jì)水平的提升所促使汽車市場也被大幅度開拓 ， 現(xiàn)如今，中國也出現(xiàn)了像是長城、廣汽、北汽、長安、比亞迪等諸多優(yōu)秀的車企，在汽車的諸多技術(shù)問題上這些優(yōu)秀的企業(yè)也獨(dú)自攻克，甚至在某些方面上已經(jīng)和國際水平一致。當(dāng)然，在當(dāng)前激烈的市場競爭 下， 各種技術(shù)也不斷催生，就拿現(xiàn)在柴油機(jī)標(biāo)配的渦輪增壓技術(shù)來說。 21 世紀(jì)的到來 ， 改革開放的果實(shí)逐漸開出了成果，各方面的需求量也開始迸發(fā)，比如增壓器的市場的供應(yīng)量每年都以近三成的速度上升 。我國 從新中國 剛 建國 左右就開始著手研究 增壓器， 新中國成立的 5年到 9年之間，我國 第一臺徑流渦輪增壓器 被制造出來 ，相對的軸流渦輪增壓器 則 在成立新中國快 10 年左右被 研制成功的 。 其后我國在增壓技術(shù)的研究進(jìn)展不是特別明顯，車用增壓技術(shù)的也遇到了研究瓶頸，進(jìn)展緩慢。直到新中國 80 年代 左右 ， 集大成之作的柴油機(jī) 的增壓機(jī)型才陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)，針對 動力性和經(jīng)濟(jì)性的 一些 問題 才被解決；到年，我國有關(guān)部門發(fā)表 了汽車和發(fā)動機(jī)排放法規(guī)， 出臺了一些相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，使得渦輪增壓柴油機(jī)的研究更為徹底 。 現(xiàn)如今，渦輪增壓技術(shù) 已經(jīng)深深地融入整個汽車市場，無論是柴油機(jī)、汽油機(jī)還是大型貨車、小型轎車或者其他一些工程機(jī)械上都能夠看到它的 身影 。 我國 目前汽車市場主要以汽油機(jī)為主 ，在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家柴油機(jī)的使用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中國柴油機(jī)的使用量。我國 柴油機(jī) 發(fā)展在 80年代 以后才逐漸有了起色，現(xiàn)如今，我國對于柴油機(jī)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)的占比依然很重，不斷地引進(jìn)外國柴油機(jī)進(jìn)行研究 ，但我國柴油機(jī)的 技術(shù)層面 仍然面臨著許多問題 ， 相比于歐洲柴油機(jī)的使用量我國主要還是在某些關(guān)鍵技術(shù)上未能克服 。 目前， 就國內(nèi)柴油機(jī)所表現(xiàn)出來的主要有以下幾點(diǎn)問題 :一 是柴油機(jī)的體積一般都比汽油機(jī)的體積要大得多，這使得在制造成本上比汽油機(jī)要昂貴，加之體積大占地面積大，我國柴油機(jī)一般都用于大型車輛上，一般民用轎車 還是采用的汽油機(jī)。 二是 柴油機(jī) 噪聲大、排放的污染物相比于汽油機(jī)要大，在京津冀地區(qū)已經(jīng)受到了嚴(yán)重的環(huán)境污染影響，為保證空氣質(zhì)量京津冀地區(qū)也采取了車牌限號等措施，所以諸多原因我國城市里行駛北華航天工業(yè)學(xué)院 3 車輛還是以汽油機(jī)為主。三 雖然柴油機(jī)的低速扭矩大，但想要加速則比汽油機(jī)要困難，在錯綜復(fù)雜的交通樞紐中，還是汽油機(jī)比較占優(yōu)勢，柴油機(jī)還是適合在道路變化情況下使用。當(dāng)然，隨著柴油機(jī)的發(fā)展，諸多像是以上問題的都已經(jīng)解決，可能只是由于開發(fā)成本高，維修成本高， 導(dǎo)致 目前問題較為繁多柴油機(jī) 的使用率始終提不上來。 輪增壓 以及 柴油機(jī)的發(fā)展趨勢和研究意義 輪增壓 以及 柴油機(jī)的發(fā)展趨勢 無論是對什么的研究，都秉承著突破現(xiàn)有層面 ，不斷創(chuàng)新、不斷前進(jìn)。就比如計(jì)算機(jī)的發(fā)展，從最初的二極管到三極管再到 8位、 16位、 32位、 64位，有了這些技術(shù)基礎(chǔ)的沉淀才使得計(jì)算機(jī)在短短幾十年時間里得到了翻天覆地的變化，大大的改變了今天人們的生活方式，每一種技術(shù)的發(fā)展都可能為另一種領(lǐng)域的開拓提供幫助。依照現(xiàn)如今的科技水平，相比于幾十年前的渦輪增壓器而言進(jìn)步的不是一點(diǎn)點(diǎn)。現(xiàn)在的渦輪增壓器體積更小、結(jié)構(gòu)更簡單 、維修替換更方便、轉(zhuǎn)速也更高、壓縮比也更好。在國外，渦輪增壓器已經(jīng)占據(jù)真?zhèn)€市場份額 的半壁江山，隨著各種新能源、新材料、新的要求與規(guī)范。渦輪增壓在未來還有很大的發(fā)展空間。 渦輪增壓的研究仿佛無形之中與柴油機(jī)有著密不可分的關(guān)系，現(xiàn)如今柴油機(jī)體積大、噪聲大、排放物污染嚴(yán)重，這些都是當(dāng)前所要解決的。提高柴油機(jī)性能，從渦輪增壓出現(xiàn)提高了壓縮比，再到中冷技術(shù)降低了壓縮空氣的溫度，再到共軌四排、電控，就國際上研究者的這些項(xiàng)目都是渦輪增壓柴油機(jī)的發(fā)展藍(lán)圖， 而規(guī)定這些的標(biāo)準(zhǔn)比如歐 Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)上，我國 還市有一些差距，這表明渦輪增壓在我國的發(fā)展還有無限可能性。 這么多的研究表明，柴油機(jī)的潛能比汽油機(jī)要大，只要能解決上述的那些技術(shù)問題，柴油機(jī)的優(yōu)勢也就更能顯示出來了，當(dāng)然對汽油機(jī)的研究也不停留在現(xiàn)狀，也有可能出現(xiàn)兼具柴油機(jī)和汽油機(jī)的發(fā)動機(jī)出現(xiàn)。國內(nèi)目前任然馬不停蹄地追趕著主流研究腳步。我相信隨著 我 國人民不斷專研的精神，只有更好沒有最好的理念一定能夠 開發(fā)出水平一流的發(fā)動機(jī) 。 輪增壓 以及 柴油機(jī)的研究意義 既然渦輪增壓 市場研究 的發(fā)展 空間很大，就代表了渦輪增壓技術(shù)確實(shí)是一項(xiàng)北華航天工業(yè)學(xué)院 4 值得研究的技術(shù)，沒有安裝渦輪增壓柴油機(jī)和安裝了渦輪增壓柴油機(jī)的具體區(qū)別又體現(xiàn)在什么地方。 渦輪增壓又使得柴油機(jī)發(fā)生了那些變化，為什么現(xiàn)如今，有這么多的人要去研究渦輪增壓，渦輪增壓的魅力又何在。下面就列舉了其對柴油機(jī)的作用也就是其研究意義何在。 （ 1） 小型化 渦輪增壓不同于機(jī)械增壓對于格局的要求，即使發(fā)動機(jī)在體積和重量不需要有多少改變的情況下 在 ，也 很容易提高 近兩成 功率。 由于諸多優(yōu)點(diǎn)，故近年來高增壓的比率愈發(fā)明顯 。高增壓時，提高的功率甚至可超過 百分之百 。因此，采用渦輪增壓技術(shù) 的發(fā)動機(jī) ，可在 保持原先功率的情況 下，大大降低 了發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)大小 ，這對發(fā)動機(jī)及車輛的 成本以及小型、輕量化 都有不言而喻的效果 。 （ 2） 節(jié)能 渦輪增壓 其實(shí)是廢氣渦輪增壓的一般叫法，可見廢氣渦輪增壓的節(jié)能效果。渦輪增壓利用本應(yīng)排出的氣體來驅(qū)動渦輪，渦輪轉(zhuǎn)動同時帶動同軸的壓氣機(jī)一起轉(zhuǎn)動，然后壓氣機(jī)在對進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮空氣 進(jìn)行壓縮，直接使柴油機(jī)的進(jìn)氣量被增加，相應(yīng)地也提高了柴油機(jī)一系列的特性，增加了動力性，降低了燃油經(jīng)濟(jì)性。從能量守恒的角度看，即使排除的廢氣，它同樣具有很大的動能、熱能。廢氣渦輪增壓相當(dāng)于把這一部分的能量利用，因此整體效率也就提高了。 （ 3） 環(huán)保 渦輪增壓利用了廢氣，廢氣排放量減少，產(chǎn)量化渦輪增壓器 ，總的排放量也就減小了。 我們在發(fā)展工程技術(shù)的同時，不斷地開采地球資源，破壞生態(tài)環(huán)境，當(dāng)我們回過神來發(fā)現(xiàn)，我們的環(huán)境問題已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重，有人在說，人類現(xiàn)在正 乘坐一輛高速通往地球能源終結(jié)的列車，能源枯竭，人類不得不去尋找新的能源，就拿煤礦、石油來說，按照現(xiàn)在的開采速度，幾十年后必將枯竭，普通使用石油的汽車必將推出歷史舞臺，所以現(xiàn)在推出各種新能源汽車、電動汽車等來替代，環(huán)保問題已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重，人類必須重視這些問題，否則這是人類自己給自己挖坑。渦輪增壓技術(shù)的 環(huán)保減少了廢氣的排放，這些廢氣正是污染我們賴以生存環(huán)境的原因之一。 北華航天工業(yè)學(xué)院 5 第 2 章 發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)的主要設(shè)備 動機(jī)試驗(yàn)臺架 試驗(yàn)不是說做就做，做試驗(yàn)之前，要做很多與之相關(guān)的準(zhǔn)備工作。在一些相關(guān)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)下，要求發(fā)動機(jī)在試驗(yàn)時的工作溫度應(yīng)在一個固定值上，以及發(fā)動機(jī)的所在環(huán)境的濕度等非人為因素還要有一些設(shè)備用來輔助 ，總之，排除一切會對試驗(yàn)造成誤差的因素 。 圖 2臺架試驗(yàn) 對發(fā)動機(jī)來可以說是最關(guān)鍵的一個試驗(yàn) ， 它的數(shù)據(jù)直接反應(yīng)了這臺發(fā)動機(jī)在特性上表現(xiàn)的性能是否達(dá)標(biāo)，這對接下來 的所要進(jìn)行的一系列工作都會造成影響。 功機(jī) 測功機(jī) 從字面上就可以理解 ， 用來測量功率等 物理量的機(jī)器。其 主要測量輸出轉(zhuǎn)矩，同時 也 測量發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速， 公式如下： 式中 ??—— 輸出功率 (—— 輸出轉(zhuǎn)矩（ N ? m） n—— 轉(zhuǎn)速（ r/ 北華航天工業(yè)學(xué)院 6 ?? 可用上面公式 求得發(fā)動機(jī)的輸出功率，并根據(jù)功率和平均有效壓力的關(guān)系式，計(jì)算平均有效壓力。測功器能吸收發(fā)動機(jī)輸出的功，利用這一特點(diǎn)可任意改變發(fā)動機(jī)的負(fù)荷 和轉(zhuǎn)速，由此模擬發(fā)動機(jī)的使用工況。根據(jù)測功器吸收功的原理不同，常用測功器多為 水力測功器、平衡式直流電力測功機(jī)和電渦流測功器 這三種 三種。 （ 一 ） 水力測功機(jī) 水利測功機(jī)是通過發(fā)動機(jī)帶動測功器轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)時，由其轉(zhuǎn)子和外殼的渦流室內(nèi)水的旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。如果渦流室內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的水量越多，水層越厚，摩擦力就越大，外殼擺動角度增加，則外殼上固定的測力機(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)動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時，測功器的擺動角度不變，測功器讀數(shù)穩(wěn)定。水力測功器由于其廉價、工作可靠、體積小等優(yōu)點(diǎn)，曾在國內(nèi)廣泛應(yīng)用。但 隨著自動化程度以及測量精度要求的不斷提高，它逐漸被電力測功機(jī)或電渦流測功器所取代。 圖 21. 潤滑部件 2、進(jìn)水部件 3、機(jī)體部件 4、測力機(jī)購機(jī) 5、電動排水部件 6、校正部件 （ 二 ） 電力測功器 當(dāng)電力測功器發(fā)動機(jī)帶動直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子在定子磁場中轉(zhuǎn)動時，切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場與定子磁場互相產(chǎn)生電磁力矩。受該力矩的作用浮動支撐在軸承上的定子外殼擺動一個與該電磁力矩成正比的角度。在定子外殼上固定測力機(jī)構(gòu)，測量此時外殼擺動角度時的力矩大小，該力矩大小與發(fā)動機(jī)加載轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩相等。通過改變定子磁場的大小可任意調(diào)節(jié)該測功器受吸收的發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的大小，達(dá)到既能調(diào)節(jié)負(fù)荷又能測量輸出轉(zhuǎn)矩的目的。這種測功器，雖然機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，價格貴，但由于能回收電能，反拖發(fā)動機(jī)，而且工作靈北華航天工業(yè)學(xué)院 7 敏，測量精度高，而得到廣 泛應(yīng)用。 圖 21、 底座 2、交流電機(jī)軸承座 3、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速傳感器 4、連軸器 5、軸承座 6、防護(hù)罩 （ 三 ） 電渦流測器 電渦流測功器也是目前常用的一種測功器。它主要利用渦電流效應(yīng)將發(fā)動機(jī)輸出的機(jī)械能變?yōu)殡娔埽賹㈦娔苻D(zhuǎn)換為熱能。該測功器吸收能量的主要部分市制動器，由轉(zhuǎn)子和定子組成。定子包括外殼、渦流環(huán)和勵磁線圈。而外殼、渦流環(huán)、空氣隙和轉(zhuǎn)子構(gòu)成磁路，當(dāng)外界直流電源向勵磁線圈供電時，在該磁路上產(chǎn)生磁力線。發(fā)動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，此時由于在磁路中轉(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)電動勢而形成電渦流。此電流與所產(chǎn)生的磁場相互作用形成電磁轉(zhuǎn)矩，使浮動在支承上的定子擺動一個角度。調(diào)節(jié)勵磁電流，即可改 變電渦流強(qiáng)度，從而測功器所能吸收的機(jī)械功不同，定子擺動角度也不同，由此可測量轉(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，使渦流環(huán)發(fā)熱，所以需要冷卻水來強(qiáng)制冷卻渦流環(huán)。這種測功器操作簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，測量精度較高。但是不能反拖發(fā)動機(jī)，而且能量不能回收，成本也較高。 北華航天工業(yè)學(xué)院 8 圖 2W 電渦流測功機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 1、 感應(yīng)器 2、主軸 3、聯(lián)軸器 4、勵磁線圈 5、冷卻室 6、氣隙 7、出水管道 8、 油環(huán) 9、測速齒輪 10、軸承座 11、進(jìn)水管道 12、支撐環(huán) 13、外環(huán) 14、底座 油耗儀 發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，是通過測量發(fā)動機(jī)運(yùn)行時對應(yīng)該工況所消耗的燃料量。同時測量發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速后，進(jìn)行換算求得的。發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩由測工器測量，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速則用專用轉(zhuǎn)速傳感器測量。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(jì)算出每小時耗油量。傳統(tǒng)的燃油消耗量的測量方法有容積法和質(zhì)量發(fā)兩種。 （一） 容積法 這種方法是在發(fā)動機(jī)工作時，通過消耗一定容積的燃油所需要的時間后，按式計(jì)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) ????—— 燃料的密度（ g/ ????—— 消耗燃油的容積（ 北華航天工業(yè)學(xué)院 9 ???????? 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(jī)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 式中 ??—— 每小時的燃油消耗量 [g/(h)] ?? ??（二） 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(jì)算每小時燃油消耗量 B 和燃油消耗率 ??。所消耗的燃油質(zhì)量是用天平或電子稱來計(jì)量。公式如下： 式中 m—— 消耗的燃油質(zhì)量（ g） t—— 消耗 s） ?? ??現(xiàn)階段燃油消耗量的測量基本上都采用自動油耗儀。 北華航天工業(yè)學(xué)院 10 圖 2(a)容積法 (b)質(zhì)量法 1、 油箱 2、開關(guān) 3、濾油器 4、三通閥 5、量瓶 6、油杯 7、天平 排放物的檢測 排放物的檢測量主要有 量，煙度和微粒量等，根據(jù)需要也可以測量 量。為了統(tǒng)一評價，有關(guān)排放量測試規(guī)范中，對試驗(yàn)方法以及測試設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的規(guī)定。目前，常用的排放分析儀有日本 多組分排放氣體成分分析儀和 多功能排放分析儀，由此來測量 排放氣體。煙度一般用波許煙度計(jì)或不透光煙度計(jì)來測量。微粒則通過全稀釋風(fēng)道進(jìn)行精度測量，但其設(shè)備昂貴。所以，試驗(yàn)研究階段通常采用分流稀釋風(fēng)道，通過過濾稱重法，測量過濾紙上的顆粒質(zhì)量進(jìn)行分析。 行發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)的目的 發(fā)動機(jī)一共由兩萬多個零件組成，構(gòu)成了如此龐大、如此精妙的機(jī)械，拋開機(jī)械工藝美學(xué)不說，發(fā)動機(jī)的主旨只有一個 那就是提供動力，發(fā)動機(jī)聯(lián)同發(fā)動機(jī)內(nèi)部的大大小小那么多部件一起工作，最后通過飛輪直接表現(xiàn)。對其表現(xiàn)出來能力考察才是最重要的，否則就是本末倒置。 對于發(fā)動機(jī)臺架的實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑俸唵尾贿^，就是通過各種試驗(yàn)儀器、測得發(fā)動機(jī)在各種運(yùn)行的情況下所表現(xiàn)出各種能力的數(shù)據(jù)，通過研究分析判斷這些數(shù)據(jù)，我們就可以知道這臺發(fā)動機(jī)的性能有哪些，這種通過實(shí)驗(yàn)分析來驗(yàn)證的方式，一直 是 近代西方科學(xué)所力推的 。現(xiàn)如今，不管是什么成品都有這一環(huán)節(jié)，比如軟件的調(diào)試、工程試水都有這種形式來考核。 北華航天工業(yè)學(xué)院 11 第 3 章 發(fā)動機(jī)特性試驗(yàn)流程 驗(yàn)的安全操作規(guī)范 1、試驗(yàn)前要對試驗(yàn)臺架、發(fā)動機(jī)、測功機(jī)、聯(lián)軸器、各連接螺栓以及運(yùn)動部件進(jìn)行檢查，運(yùn)動部件運(yùn)動不得受阻礙，連接不允許有松動現(xiàn)象。 2、檢查發(fā)動機(jī)燃油、機(jī)油、冷卻水和測功機(jī)潤滑油、冷卻水等是否正常；檢查各儀器儀表如轉(zhuǎn)速表、機(jī)油壓力表、冷卻水溫表等是否安裝正確。 3、 起動、預(yù)熱發(fā)動機(jī)，注意聯(lián)軸器節(jié)兩旁不得站人，按先空車小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)分鐘，然后逐漸加至中等負(fù)荷（或較大負(fù)荷）預(yù)熱發(fā)動機(jī)至冷卻水出水溫度達(dá)到 80±5℃左右。 4、 參數(shù)的測量必須在發(fā)動機(jī)達(dá)到正常工作狀態(tài)以后并且穩(wěn)定不會出現(xiàn)波動的情況下時才可以進(jìn)行。特性曲線的測量點(diǎn)數(shù)多為 10 個點(diǎn)左右。 5、試驗(yàn)結(jié)束后，緩慢地減少負(fù)荷，至發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)后再關(guān)閉所有設(shè)備 。 動機(jī)速度特性試驗(yàn) 驗(yàn)原理 發(fā)動機(jī) 速度特性是 由發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)中動力性指標(biāo)隨工況變化的使用特性的固定分析法的一種。發(fā)動機(jī)外特性反應(yīng)了一臺發(fā)動機(jī)所能表現(xiàn)出的最大做工能力。 驗(yàn)內(nèi)容和要求 1、 在試驗(yàn)臺上調(diào)整轉(zhuǎn)速負(fù)荷按鈕時，應(yīng)當(dāng)均勻，不能調(diào)節(jié)幅度過大，造成誤差，最主要是會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的波動過大，甚至 使發(fā)動機(jī)失靈 。 2、 在試驗(yàn)過程中，時刻關(guān)注各種參數(shù)是否出現(xiàn)異常，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時關(guān)閉 。 3、 試驗(yàn)時最主要進(jìn)行 的功率和扭矩以及油耗的測定，當(dāng)調(diào)節(jié)過程中轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)極為重要，一旦有較為異常的現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)視為無效并重做。 4、 觀察發(fā)動機(jī)有關(guān)出水、進(jìn)水溫度，將溫度穩(wěn)定在 80±5℃范圍內(nèi) ，若是出現(xiàn)異常情況，應(yīng)當(dāng)重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 5、 觀察發(fā)動機(jī)的其他相關(guān)參數(shù)，若是出現(xiàn)異常，請及時聯(lián)絡(luò)老師等相關(guān)人北華航天工業(yè)學(xué)院 12 員進(jìn)行指導(dǎo)。 6、 記錄發(fā)動機(jī)扭矩（測功機(jī)讀數(shù)） 、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 n、耗油質(zhì)量 ?m 和耗油時間 ?t，試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄應(yīng)準(zhǔn)確無誤。 7、 在繪制速度特性曲線時，波動較大的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)及時分析其原因 ，或者排除。 驗(yàn)方法和步驟 速度特性 的試驗(yàn)最主要分兩類，把油門全開稱之為外特性，非油門全開稱之為部分負(fù)荷速度特性。外特性數(shù)據(jù)可由多組測量，最后綜合分析。試驗(yàn)前，做好準(zhǔn)備工作，并且在老師的帶領(lǐng)下進(jìn)行試驗(yàn)。 1、 做好試驗(yàn)前的相關(guān)準(zhǔn)備工作 ，在老師等操作人員指導(dǎo)下，檢查測功機(jī)和待測試內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)作是否正常，各種線路連接是否正常。 2、 啟動待測內(nèi)燃機(jī)，并且熱機(jī)，待各項(xiàng)溫度油溫水溫等達(dá)到了工作范圍后，方可進(jìn)行試驗(yàn)。 3、 調(diào)整試驗(yàn)臺上對應(yīng)的油門控制開關(guān)，逐漸增大， 直至油門全開， 致使內(nèi)燃機(jī) 達(dá)到外特性條件下的工作狀態(tài)。 4、 有的電控內(nèi)燃機(jī)不需用調(diào)整點(diǎn)火提前角，查看待測內(nèi)燃機(jī)是否需要，需要則將點(diǎn)火提前角調(diào)到最佳位置。 5、 調(diào)整油門控制開關(guān)，并固定在待測油門開度下，調(diào)整內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷，查看內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，當(dāng)運(yùn)行情況穩(wěn)定后，則可點(diǎn)擊記錄，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。 6、 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速按鈕，從最高的轉(zhuǎn)速下，逐漸調(diào)整，每次大約調(diào)整 200 左右，直到調(diào)節(jié)至最低轉(zhuǎn)速。 7、 本次試驗(yàn)共進(jìn)行了 油門開度分別為 50%、 60%、 70%、 80%、 90%、 100%成等差數(shù)列 的 6 組 試驗(yàn)，最后的 100%為發(fā)動機(jī)外特性試驗(yàn)。 將 試驗(yàn)中測得的數(shù)據(jù) 繪制成曲線。 8、 試驗(yàn)結(jié)束后， 整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)老師同意后方可離開試驗(yàn)室。 驗(yàn)注意事項(xiàng) 1、測功器和柴油機(jī)是否正常運(yùn)行 ， 潤滑油、柴油、冷卻水、電路是否能夠使用，試驗(yàn)所用儀器是否能用，精度的要求是否能夠達(dá)標(biāo) ，各附件是否合乎6072 ? 求。 2、 依照安排 ， 先去試驗(yàn)室熟悉一下試驗(yàn)設(shè)備 ， 提前應(yīng)對，做好準(zhǔn)備 。 3、 打開開關(guān)，啟動實(shí)驗(yàn)儀器然后開動內(nèi)燃機(jī)運(yùn)作一會，當(dāng)運(yùn)作的差不多，北華航天工業(yè)學(xué)院 13 看看溫度是否達(dá)到工作溫度，再調(diào)節(jié)試驗(yàn)臺上的對應(yīng)按鈕控制節(jié)氣門，使其達(dá)到預(yù)想的狀態(tài)，在其各方面都和預(yù)想 狀態(tài)下的條件相符后 再進(jìn)行數(shù)據(jù)的測量（ 6072 ? 定每個實(shí)驗(yàn)工況運(yùn)行時間不應(yīng)該少于 1分鐘）。 4、 在測量發(fā)動機(jī)外特性時，發(fā)動機(jī)的最大功率工況屬于時間運(yùn)轉(zhuǎn)范圍，不能長時間運(yùn)行，否則對發(fā)動機(jī)壽命影響甚大，因此這時的測量要求迅速、準(zhǔn)確，盡量縮短其運(yùn)行時間。 5、 試驗(yàn)時，因時刻注意試驗(yàn)臺數(shù)據(jù)以及試驗(yàn)室里發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況 。 6、 無論進(jìn)行何種發(fā)動機(jī)工況的試驗(yàn)，都應(yīng)同時測量所有的參數(shù)，然后將這些參數(shù)繪制 成曲線，認(rèn)真分析數(shù)據(jù)，得出試驗(yàn)結(jié)果，對于誤差較大數(shù)據(jù)應(yīng)及時分析排除。 7、 當(dāng)完成所有試驗(yàn)時，請勿立即斷開，使發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速緩慢降低至怠速工況 。 溫度降低以后，關(guān)閉燃油供給，關(guān)閉測功機(jī)。 驗(yàn)計(jì)算結(jié)果校正以及分析方法 由于試驗(yàn)的環(huán)境等因素會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果會產(chǎn)生偏差，為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，按照國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對大氣進(jìn)行校正。 國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓狀態(tài)為：大氣壓力 ??0 ?? ??， 環(huán)境溫度為： 0 2 ℃（ 0 2 8K） ,相對濕度 ??0 %。 1. 壓燃式發(fā)動機(jī)有效功率的校正 式中 ??0—— 校正到標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下的有效功率 ????—— 壓燃式發(fā)動機(jī)的大氣校正因子 ??0 ???? ?? 對于壓燃式發(fā)動機(jī)大氣校正系數(shù) ????可用 如 下 公 式計(jì)算 式中 ????—— 大氣因子 ????—— 發(fā)動機(jī)因子 ???? ???????? 對于渦輪增壓式發(fā)動機(jī)： ???? ( ????)0 7( 2 8)1 5當(dāng) ???? ????? 4 ~ L? 循環(huán) )范圍時，發(fā)動機(jī)因子 ????可用如下公式計(jì)算 式中 ???? —— 增壓比 ????—— 單位排量的循環(huán)噴油量 [L ? 循環(huán) )] ???? —— 發(fā)動機(jī)排量（ L） 北華航天工業(yè)學(xué)院 14 ???? ????????? 4 ???? ???? 6 如果 ???? ????? L? 循環(huán) )時， ????=. 燃油消耗率 的校正 通常，汽油機(jī)不進(jìn)行燃油校正，而對于壓燃式，也只對其外特性進(jìn)行校正 式中 ??0 —— 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓校正后的燃油消耗率 ????—— 試驗(yàn)條件下測得的燃油消耗率 ??0 ??????3. 發(fā)動機(jī)特性分析方法 根據(jù)發(fā)動機(jī)的特性對發(fā)動機(jī)曲線的分析方法，可用平均有效壓力來定義 式中 ????—— 充氣效率 ????—— 過量空氣系數(shù) ???? —— 指示熱效率 ????—— 機(jī)械效率 ?????? ??3 ???????????????? 通過平均有效壓力的定義，結(jié)合發(fā)動機(jī)動力性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)可以對其進(jìn)行分析。 ?? ??3 ?????????? ??1 ???????????????? ??4 ??????????2 ???????????????? 對于柴油機(jī)來說，主要取決與噴油量 Δg，而充氣效率 ????只是提供 多大轉(zhuǎn)矩的可能，所以可用以下公式來考核。 ??5????????Δg 北華航天工業(yè)學(xué)院 15 第 4 章 發(fā)動機(jī)速度特性試驗(yàn)數(shù)據(jù) 處理 以及分析 油門開度為 50%時的試驗(yàn)數(shù)據(jù) 處理及分析 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 1200 09 198 97 20 177 99 29 141 4過 修正后的試 驗(yàn)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 70 403 200 00 97 99 4華航天工業(yè)學(xué)院 16 油耗率 n 的關(guān)系如下 : 圖 4油門開度為 50%時，油耗率 00 到 1500（ r/間有個 峰值 ， 其峰 值為 283.9[g/(h)]， 對應(yīng)轉(zhuǎn)速 n 為 1403（ r/，在隨后1500到 2500（ r/間油耗率 在轉(zhuǎn)速 201r/耗率 24.9[g/(h)]， 但之后油耗率 而快速增長并在 轉(zhuǎn)速 801（ r/時，油耗率 94.4[g/(h)]。 功率 n 的關(guān)系如下 ： 圖 4油門開度為 50%時，功率 轉(zhuǎn)速為 800 到 1500（ r/間 出現(xiàn)了第一個最大值 對應(yīng)的轉(zhuǎn)速 403（ r/在隨后 1500到 2500（ r/間功率 并且 在 其中轉(zhuǎn)速 202（ r/，功率 之后隨著轉(zhuǎn)速 501001502002503003504004500 500 1000 1500 2000 2500 3000油耗率be[g/(轉(zhuǎn)速 n（ r/ 油耗率 510152025303540450 500 1000 1500 2000 2500 3000功率Pe(轉(zhuǎn)速 n（ r/ 功率 華航天工業(yè)學(xué)院 17 功率 99（ r/時 侯出現(xiàn)。 轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速 n 的關(guān)系圖如下 ： 圖 4油門開度為 50%時，扭矩 的曲線 在轉(zhuǎn)速為 800到 1500（ r/間 先下降后上升，并在 轉(zhuǎn)速 403（ r/時 ,扭矩 達(dá)到最大值 N ? m） 。在隨后 1500 到 2500（ r/間，扭矩 先減小后上升，只不過上升幅度較小，隨后便大幅度下降 ， 直到 轉(zhuǎn)速 n 為 2801（ r/時，扭矩 N ? m） 。 數(shù)據(jù)匯總后的速度特性關(guān)系如下 ： 圖 4總后，整體觀看在轉(zhuǎn)速 403（ r/時，扭矩 達(dá)到最大值， 同 時在轉(zhuǎn)速 202（ r/時，油耗率 率 70 00 501001502002500 500 1000 1500 2000 2500 3000轉(zhuǎn)矩速 n（ r/ 轉(zhuǎn)矩 501001502000501001502002503003504004500 500 1000 1500 2000 2500 3000功率Pe（矩耗率be[g/(轉(zhuǎn)速 n（ r/ 油門開度 50% 油耗率 矩 率 華航天工業(yè)學(xué)院 18 油門開度為 60%時 的試驗(yàn)數(shù)據(jù) 處理及分析 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 2798 50 104 604 9 30 341 103 396 41 95 193 43 92 997 42 89 801 41 84 599 39 82 399 42 75 36 1200 48 72 36 1004 63 65 94 76 59 4過 修正后的實(shí)驗(yàn)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 2798 8 84 604 396 193 6 997 5 801 5 599 399 200 3 004 30 794 4耗率 n 的關(guān)系如下 : 北華航天工業(yè)學(xué)院 19 圖 4油門開度為 60%時，油耗率 00 到 1000（ r/間急速下降，在隨后 1000到 1800（ r/間變化較為平穩(wěn)，并在轉(zhuǎn)速 399（ r/時，油耗率 26.2[g/(h)]。 再之后的轉(zhuǎn)速增長中，油耗率 出現(xiàn)的谷值也非常接近油耗率 個曲線的最大值出現(xiàn)在最低 轉(zhuǎn)速 94（ r/時， 此時， 油耗率 280.4[g/(h)]。 功率 圖 4油門開度為 60%時，功率 且在 轉(zhuǎn)速 n 為 2396（ r/時，功率 隨后，功率 個曲線的最小值出現(xiàn)在 轉(zhuǎn)速 n 為 794（ r/時， 此時，功率 為 30 002202402602803003203403603804000 500 1000 1