发动机测试技术

null发动机试验技术发动机试验技术课程代码：8234830主讲：王永忠绪论绪论一、学习本门课程的意义是发动机理论发展的关键因素； 是发动机产品质量评价的唯一； 是开发研制发动机新产品的主要； 为制定各项国家、行业、企业标准提供依据； 是衡量一个国家技术水平高低的重要标志。 发动机是“试”出来的，不是“算”出来的绪论绪论二、学习本门课程的要求了解发动机试验的设计方法和数据处理方法； 掌握发动机试验中重要参数的测量方法与技巧 初步了解相关国家标准 基本掌握发动机试验技术绪论绪论三、本门课程的课时安排第一章：发动机试验的组织与实施 2课时 第二章：发动机试验的类型与方法 2课时 第三章：发动机主要性能参数的测试技术 4课时 第四章：发动机特殊性能参数的测试技术 2课时 绪论绪论四、本门课程的教材及参考书籍 教材：《汽车发动机试验学教程》 黄海燕、肖建华等编 清华大学出版社出版参考书：《热能与动力工程测试技术》 严兆大主编 机械工业出版社出版 《汽车内燃机试验技术》 倪计民编著 同济大学出版社出版 参考资料：相关国家标准 第一章 发动机试验的组织与实施 第一节 试验前的准备一、明确试验目的第一章 发动机试验的组织与实施 二、制定试验大纲三、选择试验设备四、编写试验实施细则null例1：某柴油机欲进行技术改进，针对原机动力性不足的问，欲改进燃油喷射系统，请设计实验。一、明确试验目的思路：1、试验类别是什么？发动机的试验类别包括：（P3） 产品检验试验、产品性能标定试验、科研试验、教学试验等2、试验对象是什么？3、试验依据是什么？4、应该选择哪些参数进行测试？试验应完成的任务及达到的目标null答：1、该试验是一科研试验。2、试验对象是柴油机中的燃油喷射系统。3、试验依据是发动机的动力性能，即用动力性判断参数的优劣。试验目的：参照GB/T 18297-2001 《汽车发动机性能试验方法》中“速度特性” 规定的试验方法，改变柴油机的喷油提前角、起喷压力、循环供油量等参数，寻找出使柴油机动力性增加的最佳设置。4、根据上述内容，试验中应进行发动机的扭矩、转速、喷油提前角、起喷压力、循环供油量以及发动机油温、水温等参数的测量。需要参照或按照国家相关标准规定的项目和方法进行试验null内容应包括：二、制定试验大纲1、试验目的2、试验对象和试验内容3、试验项目和测试参数4、试验设备的准备5、试验条件6、试验技术、方法和试验方案的设计7、试验数据的处理和误差分析方法的选择试验大纲是试验方案的设计成果试验方案的设计就是根据试验目的与实验对象，确定试验项目、需测量的参数、试验次数、试验工况等试验要素的过程。试验大纲的制定，应根据试验用途、试验目的，有不同的侧重。试验方案的设计方法 试验方案的设计方法 例：某柴油机欲燃用二甲醚燃料，需要添加润滑剂以提高二甲醚的润滑性能，防止柱塞卡滞。经理论研究，初步确定需在二甲醚中添加蓖麻油、柴油、油酸，由于三种成份的多少会直接影响柴油机的运转可靠性和动力性，经研究，各成份可添加比例为：蓖麻油：3%、5%；柴油：25%、35%；油酸：2%、4%。请设计试验方案，确定最优润滑剂添加方案。试验方案的设计- 正交法试验方案的设计- 正交法一、定义正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的一种设计方法是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点null二、名词术语正交：在三维空间中，两个向量的内积如果是零，那么就说这两个向量是正交的。换句话说，两个向量正交意味着它们是相互垂直的。正交表：正交表是一整套规则的设计表格，用 表示。L为正交表的代号，n为试验的次数，t为水平数，c为列数，也就是可能安排最多的因素个数。 因素：影响考核指标取值的量称为试验因素(因子)。一般记为：A，B，C等 。水平：指试验因素所处的状态。null三、正交表例：一项性能受三个因素A、B、C的影响，每个因素有两个水平，即A1、A2、B1、B2、C1、C2，确定试验次数方案一：完全试验法。需做次数为方案二：正交试验法。三因素二水平正交试验表 null观察：在长方体的六个面上，每个面都有两个试验点 12个边上，每个边上都有1个试验点 每个因素的各个水平参加试验的次数一样多，都是二次 显然，试验点的选择是均衡分散和整齐可比的。在数学上我们将其称为“正交性”，这就是正交试验的原理 为了方便应用，数学工作者把不同因素和水平的试验中符合正交性的试验点列成了表格，这种表格称为正交表，可以在数理统计或正交试验书上查到。 null四、正交试验方案的设计及数据的分析例：文丘里式混合器对发动机功率、气耗量的影响，从结构上有喉管直径、喷口直径、进口角、扩散角四个因素影响，现经初步设计，确定每个因素有三个水平，请通过试验，确定最优参数组合首先根据正交试验设计，确定试验方案，查正交表为： null试验号列号四因素三水平正交试验表按照试验方案，进行试验，每次试验测量两次，得到试验结果表null四因素三水平正交试验表及试验结果null应用统计学知识，可以对试验数据进行诸如方差分析、极差分析、工程平均估计、显著性检验及预估计算等数据分析，得出每个因素、每个水平对考察指标的影响程度，从而得出影响因素的影响程度排序，作为最优设计的参考条件。目前，有大量的正交试验统计分析软件可以利用注意：以上研究是各因素之间没有交互作用的情况，在实际工作中，各因素不是孤立的，而是彼此存在交互作用，这种交互作用影响了它们的作用效果 ，应选用有交互作用正交表设计试验null其他试验设计与分析的方法多因素回归旋转设计法优化设计法系统分析法鱼翅图分析法分类分析法等等参考《汽车内燃机试验技术》 倪计民编著 中第七章内容 null试验设备的选择原则：三、试验设备的选择1、满足功能要求2、符合精度要求3、适宜自身条件4、物美价廉、经济实惠null试验实施细则应包括：四、编写试验实施细则1、明确使用的设备（名称、规格型号、编号、量程、精度、检定周期等）2、确定试验人员，明确岗位职责3、确定试验步骤及设备操作规程4、试验数据的纪录形式、内容等5、试验过程的安全预案6、试验数据的处理方式及结果预期第一章 发动机试验的组织与实施 第二节 试验过程的实施第一章 发动机试验的组织与实施 试验过程中应密切监控并及时判断试验的有效性第一章 发动机试验的组织与实施 第一章 发动机试验的组织与实施 第三节 试验总结与分析1、对试验数据进行处理，并用一定形式予以表达2、结合试验过程，对试验数据进行分析3、根据分析结果，得出结论，并编写试验报告null1、定义有效数字就是实际能测到的数字。 有效数字＝准确的数+ 一位欠准的数（±1） 表示含义：如果有一个结果表示有效数字的位数不同，说明用的测量仪器的准确度不同。 有效数字的位数和测量方法、测量仪器的准确度有关一、有效数字试验数据的处理方法null2、数据中的“0”与有效数字与精度无关的“0”不是有效数字 如0.00320中的0.00只起定位作用 与精度有关的“0”是有效数字 如0.00320中最后一个0是有效数字null3、有效数字的基本规则1)记录测量值时，只保留一位欠准数 2)除另有规定外，欠准数表示有±1个单位的误差 3)改变单位不改变有效数字的位数 4)在数字末尾加0作定位时，要用科学计数法表示 如 3200≠3.2×103 5)首位为8或9的数字，有效数字可多计一位 null四舍六入，奇进偶不进，不连续修约二、有效数字的修约规则（GB/T 8170）含义：当尾数≤4时则舍，尾数≥6时则入；尾数等于5而后面的数都为0时，5前面为偶数则舍，5前面为奇数则入；尾数等于5而后面还有不为0的任何数字，无论5前面是奇或是偶都入。 例：将下列数值修约到3位有效数字0.52610.3 4.26 9.3510.00null1、加减法运算三、有效数字的计算方法规则：先按小数点后位数最少的数据保留其它各数的位数，再进行加减计算，计算结果也使小数点后保留相同的位数。 例：计算下列算式50.1+1.45+0.5812=? 50.1+1.4+0.6=52.112.43+5.765+132.812=? 12.43+5.76+132.81=151.00先修约，后计算，结果位数要相同。 null2、乘除法运算规则：先按有效数字最少的数据保留其它各数，再进行乘除运算，计算结果仍保留相同有效数字。例：计算下列算式0.0121×25.64×1.05782=? 0.0121×25.6×1.06=0.3283456 2.5046×1.005×1.52×2=? 2.50×1.00×1.52×2=7.6一位不修约，过程不修约，结果修约要补位。 = 0.328= 7.60null3、四则运算规则：一般情况下，在计算时，不对中间的每一步骤的计算结果进行修约，仅对最后的结果进行修约。 例：计算下列算式4.5862×1.85969212+3×2.10536 = 8.52895614+6.31608= 14.84503614= 8.5290+6.31608= 14.84508= 14.84504= 14.8451√×null规则：算式中的常数π、e以及作为乘数的 和 等的有效数字的位数视为无限，根据需要取舍4、对数运算规则：对数位数与其真数的有效数字的位数相同。5、平均值计算规则：四个以上数值进行平均时，其平均值的有效数字增加一位。6、常数7、精度计算规则：表示精度时，一般取1~2位有效数字。null一、图示法特点：简明直观、便于比较、易于显示变化规律 基本规则及方法 ：1、坐标轴的确定： 2、比例尺的确定： 3、刻度的标注： 4、曲线的绘制： 横坐标为自变量、纵坐标为因变量，可有副坐标使主要因变量曲线斜率接近1以低于最小值的整数为起点 ，高于最大值的整数为终点，与原始数据的精度相同的数分度 曲线应光滑，可以不过点，但曲线两侧的点数大致相同。试验点太少，则应使用过点折线测量量留点，推导量不留点试验数据的表达方式null二、列表法特点：信息量大、便于统计与计算，应与图示法结合使用 基本规则及方法 ：1、自变量为列，因变量为行 2、测量量在前，推导量在后 3、表内数据，相同参数有效数字的位数一致 4、表头内标明单位，数据无单位 null三、公式法特点：形式简单、结构紧凑，便于进一步分析计算进行回归分析的方法：1、最小二乘法 2、拉格朗日插值法 在工程实践和科学实验中,需要把实验数据拟合成经验公式,以反映变量之间的关系,这称为回归分析. 3、用Excel进行回归分析 高数解决 第二章 发动机试验的类型与方法第二章 发动机试验的类型与方法第一节 相关试验的国家标准发动机整机台架性能试验方法的相关标准主要为GB/T 21404-2008《内燃机 发动机功率的确定和测量方法 一般要求》以及GB/T 18297-2001 《汽车发动机性能试验方法》发动机各零部件总成的试验方法以及不同试验目的的试验方法，应按照国家、行业、企业的相关标准执行null一、有关标准的基本知识：1、标准的效力:强制国标(GB)>推荐国标(GB/T)>行业标准(QC)>企业标准2、标准的指标:企业标准>行业标准>国家标准null二、标准的解读方法：1、首先应关注“标准号”和“颁布及实施时间”2、其次应详细阅读“前言”了解标准是否有效以及效力如何了解标准制定的背景、标准的衍生以及标准的替代3、最后应重点阅读“1 范围”和“2 引用”确定标准是否适用的依据解读标准一定要“咬文嚼字、字斟句酌”null第二节 发动机台架安装标准及要求参见标准GB/T21404中“表1”和GB/T18297中的“4 对仪表精度及测量部位的要求”null第三节 发动机一般性能试验的内容及方法GB/T18297中的规定了车用发动机的十大性能试验方法起动试验 怠速试验 功率试验 负荷特性试验 万有特性试验 调速特性试验 机械损失功率试验 各缸工作均匀性试验 机油消耗量试验 活塞漏气量试验 发动机的一般性能包括动力性、经济性、排放性、起动性、平顺性等应根据试验目的，选择试验项目。null试验项目确定后，应规划项目的试验点及步骤功率试验： 负荷特性试验： “油门全开，在发动机工作转速范围内，依次地改变转速进行测量，适当地分布8个以上的测量点。” “发动机转速不变，从小负荷开始；逐步开大油门进行测量，直至油门全开，适当地分布8个以上的测量点，应包括转速为2000r/min，平均有效压力为20OkPa的工况点。” null功率试验实际操作： 1、发动机预热完后，将油门迅速全开，同时控制测功机负荷，使发动机转速缓慢上升； 2、油门全开后，固定油门，逐渐减小测功机负荷，使发动机转速达到额定转速； 3、观察转速波动小于1％或±10r/min，同时发动机稳定1min后，开始测量、记录； 4、一次测试完成后，应间隔1min左右，开始第二次测试； 5、两次测试结果应小于2％；否则应重复第三次测试； 6、逐渐增大测功机负荷，使发动机转速达到下一点规定转速，重复步骤3。 7、测量点的选择：根据对发动机性能曲线的了解，在曲线曲率变化大的区域，取点应密集，否则应稀松，测量点应8个以上； 8、试验完成后，根据监控曲线，选择是否进行补测或重测 9、使用至少6个测量点的平均值进行试验曲线的绘制。null负荷特性试验 实际操作： 1、功率试验完成后应尽快进行负荷特性试验； 2、同时调节油门和测功机负荷，使发动机转速缓慢上升至要求转速和扭矩； 3、观察转速和扭矩波动小于1％，同时发动机稳定1min后，开始测量、记录； 4、一次测试完成后，应间隔1min左右，开始第二次测试； 5、两次测试结果应小于2％；否则应重复第三次测试； 6、逐渐增大油门和测功机负荷，使发动机保持转速不变、扭矩达到下一点规定要求，重复步骤3。 7、测量曲线的选择：根据功率特性曲线，确定负荷特性转速应包括2000min、最低油耗转速、最大扭矩转速、对应常用车速的转速等 8、测量点的选择：同功率试验 9、试验完成后，根据监控曲线，选择是否进行补测或重测 10、使用至少6个测量点的平均值进行试验曲线的绘制关于标准大气状况换算中应注意的几个问题关于标准大气状况换算中应注意的几个问题标准进气状态应按本标准进气状态，校正点燃机及压燃机油门全开时的实测有效功率、扭矩和压燃机实测燃料消耗率等。 null空/燃比不变的化油器式、电控式点燃机功率校正系数 循环供油量不变的压燃机功率校正系数 进气因数特征指数null⒈汽油机油耗率不换算（无合适的公式），柴油机可进行全负荷工况油耗换算。 ⒉换算工况限于全负荷或标定工况(部分负荷误差大，不换算) ⒊应严格控制进气状态，在一定的大气状况范围内换算才有效（因公式均为近似值，且通用于各种机型，数据应用范围受到一定限制）。 大气压力：柴油机80110 kPa 汽油机 80110 kPa 大气温度：柴油机 283313 K 汽油机 298308 K null5.若所试验的发动机不属于上述范畴，且实测进气状态的空气密度与标准状态(298K 及99kPa)的进气密度相差不超过士2%时，令功率校正系数等于1；若进气密度超过此限，无法校正，在试验报告里注明进气状态。⒋ 应控制在0.93~1.07，应控制在0.9~1.1范围内，如超出应注明实际进气状况6.各公式均为近似结果、经验或半经验公式，只要证据确凿，也可用自己的修正公式。第三章 发动机主要性能参数的测试技术 第三章 发动机主要性能参数的测试技术 第一节 温度的测量发动机试验中的温度测量可分为三类： 1、稳定或变化很慢的流体温度的测量 2、流体介质的瞬时温度测量 3、零件温度的测量null一、稳定温度的测量一）、测温元件1、玻璃管液体温度计特点：根据填充液体不同，测量范围不同水银温度计酒精温度计煤油温度计等原理：液体体积随温度的变化基本为线性-38~356℃为液态，200 ℃以内为线性-117~78℃为液态，精度较差-30~150℃为液态，分度大、精度差null使用注意事项：①选择测温范围合适的温度计，防止液柱将温度计胀裂。为减小温度计对实验系统的影响，要求实验系统应有足够大的热容量，这样才能得出较准确的实验结果。②在测温时，必须使温度计的感温泡与被测物体充分接触。不能与容器的底、壁相碰③在读数时，要待温度计中的液面高度不再变化才能进行，并且温度计不能离开被测物体，人的视线要跟液柱面相平。④不能将温度计当作搅拌器使用，以免碰破感温泡。使用完毕应把温度计外壁用软布擦干净并小心轻放于盒内，防止磕碰。无法估计被测物体的温度，则应先用测温范围较大的温度计，然后再挑选合适的温度计，并使其最小分度能符合实验精确度的要求。普通液体温度计的最小分度值为1℃或0．5℃。一般情况下不需要估读出小于最小刻度的数值。温度计在使用前后都不能甩，以免读数不准。null2、压力式温度计特点：根据填充物质不同，测量范围不同充气式：利用气体压力变化，一般为氮气充气液式：利用低沸点液体的饱和蒸汽压的变化，一般为乙醚、氟利昂等充液式：利用液体体积的变化，一般为水银、甲醇等原理：测温范围为：-80~550℃测温范围为：-20~200℃测温范围为：-40~550℃null3、双金属温度计特点：可直接测量气体、液体和蒸汽的温度。具有防水、防腐蚀、耐震动、直观、易读数、无汞害、坚固耐用等特点 温度测量范围：根据金属膨胀系数的不同，可测量温度范围为-60℃～500℃原理：利用不同金属的热膨胀系数的不同，温度变化使双金属片发生与被测温度成比例的变形 null4、电阻温度计特点：测量精度高、响应速度快，可远距离测量和显示，与其他仪表一起，可组成测试系统温度测量范围：铂电阻：-200℃～500℃ 铜电阻：-30℃～100℃原理：利用导体或半导体的电阻值随温度变更而成比例的变化null5、热电偶温度计特点：测量精度较高、测量范围宽，热惯性小，可远距离测量和显示，与其他仪表一起，可组成测试系统温度测量范围：根据材料的不同：-250℃～2800℃ 原理：利用两种不同的金属或合金，利用“热电效应”组成热电偶两种不同金属组成闭合电路，如果两端温度不同，就会产生热电势，大小与金属性质和两端温度有关null二）、测温元件的安装与温度测量的误差1、测温元件的安装null安装原则a、测温元件与被测介质成逆流，至少是正交b、测温元件应处于管道流速最大处。c、保证测温元件有足够的插入深度d、测温元件插入处，应有足够的保温层测定液体时，插入深度是保护管直径的9~12倍热电偶的插入深度不小于电偶丝的50倍null2、温度测量的误差：真实温度：显示温度：误差误差来源a、辐射引起的误差b、热传导引起的误差c、高速气体流动引起的误差null三）、温度传感器的校正1、压力表式温度计的校正2、热电阻式温度计的校验3、热电偶式温度计的校验参考《热能与动力工程测试技术》 严兆大主编 第五章第二节内容使用标准温度计，进行比较法进行校正，应包括起点、中点、终点。每个点应进行升程和降程的测量比较法或两点法，即0℃和100 ℃两点根据国际实用温标IPTS-68 规定进行定点比较法台架常用为K偶（镍铬-镍硅）和E偶（镍铬-康铜），分别进行400、600、800、1000 ℃和300、400、500、600 ℃的比较测量null二、瞬态温度的测量1、时滞现象定义：用温度计测量温度时，指示值需一定时间才能逐渐接近真实值的现象。 衡量时滞的单位：时间常数（惰性时间）时滞的形成：传感器的热惯性与测试仪表的机械惯性传感器插入恒温槽时开始，到指示值达到恒温槽温度的63.2%为止，所需时间null2、影响时间常数的因素传感器的质量、比热、插入的表面积和放热系数 插入表面积和传热系数越小，响应越慢，越接近平均温度质量、比热越小，时间常数越小，响应越快，波动越大null3、时间常数的测定使用热电阻式传感器，尤其是热电偶进行瞬态温度测定前，必须测定时间常数。结论： A、时间常数并非定值，是被测温度的函数 B、流体流速影响时滞变化，紊流无法测定时间常数测定方法：瞬态反映法用相对时滞很小的温度记录仪进行对比测量null4、发动机试验中瞬态温度的测定1）、热电阻或热电偶3）、光学法2）、声速法或超声波法采用时间常数小的传感器，通过热传导和热惯性补偿电路，进行测量利用声速与温度之间的关系，通过测量声波速度或频率的变化测量温度利用温度与光谱之间的关系，测量温度热电偶丝越细，时滞越小。null三、零件温度的测量1、热电偶测量法2、易熔合金法3、硬度标定测温法利用一定成分的合金具有固定熔点的特点进行温度测量的一种方法利用某些金属受热后会产生永久性硬度变化的特点进行温度测量的一种方法null第二节 压力的测量发动机试验中的压力测量可分为两类： 1、稳态压力的测量 例如：大气压力、机油压力等 特点：压力随时间变化很慢或波动很小 2、瞬态压力的测量 例如：气缸压力、喷油泵泵端压力等 特点:压力随时间变化很快或波动幅度很大null一、压力的基本概念和单位1、压力的概念垂直作用在物体单位面积上的力（压强）非标单位：汞柱、水柱、巴（bar）、公斤力等绝对压力表压力负压力标准单位：帕斯卡（Pascal) 符号：Pa2、几种压力的含义及相互关系真空度1标准大气压＝101325 Pa=1013.25 hPa =101.325 kPa = 0.101325 MPa 介质在某处的真实压力，即总压力P压力表的指示值Pa,以当地大气压作为零点低于大气压力的仪表指示值叫负压力或真空度null二、稳态压力的测量一）、测压仪表1、液柱式压力计测压范围：受液柱高度及测量精度的限制，可测几百至200千帕1）、U形管压力计优点：结构简单、测量精度较高，可测低压、负压或压差缺点：体积较大，读数不便，抗振较差null2）、斜管微压计测压范围：2 帕至2千帕测量原理：通过将玻管倾斜α角，将压差放大1/sinα倍测量要求：1）高压与容器相连，低压与玻管相连3） α角不应小于15度2）容器截面积大于玻管截面积500倍以上null3）、贝兹（Batz）微压计 测压范围：4000 帕，精度1帕测量原理：通过液体体积不变，截面减小，高度增加，放大液面变化量测量要求：高压与容器相连，低压与升管相连1-毛玻璃片； 2-目镜； 5-宽断面容器；4-浮子； 5、8-压力接头； 6-升管；7-软管； 9-玻璃刻度； 10-测量液体； 11-投影装置； 12-灯泡null4）、水银大气压力计 测量原理：通过调整螺钉调节皮囊高度，使水银池内的液面高度与标尺零点重合null5）、液柱式压力计的测量误差及修正 环境条件的影响环境温度、地理纬度会影响标尺和工作液比重，如环境条件与标准环境相差太大或测量精度要求高，需对液柱高度进行修正null安装位置的影响液柱式压力计要求安装垂直。U形管的误差与倾斜角和两液柱中心距 S 有关。毛细现象的影响液柱式压力计要求玻管内经不能太细。测读误差的影响测读时，水、酒精应从凹面下切面算起，水银应从凸面上切面算起。酒精时，管子内径d≥3mm水、水银， d≥8mmnull2、弹性压力计弹性式压力计是以各种形式的弹性元件受压后产生的弹性变形作为测量的基础。常用的有弹簧管压力计、膜式压力计和波纹管式压差计。 null弹性压力计的误差1．迟滞误差 相同压力下，同一弹性元件正反行程的变形量不一样，产生迟滞误差。 2．后效误差 弹性元件的变形落后于被测压力的变化，引起弹性后效误差。 3．间隙误差 仪表的各种活动部件之间有间隙，示值与弹性元件的变形不可能完全对应，引起间隙误差。 4．摩擦误差 仪表的活动部件运动时，相互间存在摩擦力，产生摩擦误差。 5．温度误差 环境温度的变化会引起金属材料弹性模量的变化，造成温度误差。null弹性压力计误差的改善途径1．用无迟滞误差或迟滞误差极小的“全弹性”材料和温度误差很小的“恒弹性”材料制造弹性元件。 2．采用新的转换技术，减少或取消中间传动机构，以减少间隙误差和磨擦误差。 3．限制弹性元件的位移量，采用无干磨擦的弹性支承或磁悬浮支承等。 4．采用合适的制造工艺，使材料的优良性能得到充分的发挥。null二）、压力计的选用、校验及安装1、压力计的选用仪表量程的选择：在被测压力较稳定的情况下，最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4；在压力波动较大时，不应超过仪表满量程的2/3；为保证测量的准确度，最小工作压力不应小于满量程的1/3。 对于液柱压力计，应考虑压力波动不能“爆管”。 我国生产的压力表有统一的量程系列，它们是1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它们的10n倍数。null仪表精度的选择：主要根据生产允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。 发动机运行监督或检查用表，一般选用2.5级仪表，作为校正用标准压力表，要求精度在0.5级以上仪表类型的选择：从压力大小来考虑：小压力采用液柱式或膜片式，较大的采用弹簧管。 从被测介质来考虑：腐蚀性介质采用不锈钢材质，氧气、乙炔等介质采用专用的压力表。null2、压力计的校验校验就是将被校压力表和标准压力表通以相同压力，比较它们的指示值，如果被校表对于标准表的读数误差不大于被校表的最大允许绝对误差时，则认为被校表合格。常用的校验仪表是活塞式压力计。null3、压力计的安装引出压力的管嘴，其中心线应与流束垂直 管嘴不应突出管道内壁 压力表不应安转在弯头、变截面上，测量压力点前后应有足够的直线段 若被测压力波动较大，可在压力表前加装稳压箱或节流板null三、瞬态压力的测量一）、瞬态压力测录的目的及要求1、目的测录示功图，研究燃烧过程； 测录进、排气压力波，研究换气过程 测录高压油管内的压力变化，研究供油规律null2、瞬态压力测录的设备要求所测的动态压力曲线应精确无畸变，同步无相差； 设备连接不能改变原机参数，使工作状况发生变化 设备动态特性好，响应快、灵敏度高，工作稳定 设备应耐热、抗振、抗干扰null二）、瞬态压力测录的方法及传感器1、方法机械方法测录瞬态压力（已淘汰） 电测方法测录瞬态压力（广泛使用）2、传感器压电式传感器电阻式传感器电容式传感器null1）、压电式传感器原理：根据晶体的压电效应制成，一般选用石英晶体特点：机械强度高 灵敏度好 尺寸小 固有频率高 预紧力对传感器的线性度和固有频率有影响安装要求：减少振动 减小尺寸 充分冷却 保持密封null2）、电阻式传感器原理：电阻应变片受压变形，引起电阻变化特点：自振频率高 灵敏度好 强度大 稳定性好 弹性滞后小安装要求：不同的应变片选用不同的粘接剂 与承压元件粘接牢靠 应变片与承压元件之间有足够大绝缘电阻 应设置温度补偿片null三）、瞬态压力测录系统设备构成1、压电式传感器测量系统电荷放大器或电压放大器；电缆；信号采集卡；A/D转换器；显示、记录仪（电脑）。 主要应用于缸压测量等2、电阻式传感器测量系统电桥盒；动态应变仪；信号采集卡；A/D转换器；显示、记录仪（电脑）。 主要应用于测功机扭矩测量等null第三节 流速、流量的测量一、流量的定义流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量。二、流量的表示方法质量流量：体积流量：单位：kg/s单位：m3/s测量单位时间流量的仪表，统称流量计null三、流量的测量方法发动机试验中，液体流动大多为稳定流动，可用稳定流量测量装置流量的测量方法分为直接测量法和间接测量法气体流动大多为周期性脉动流动，应附加纹理装置或选用非稳流测量仪表流量计的标定一般选用直接测量法发动机试验中的流量测量均采用间接测量法null四、发动机试验中各种流量的测量方法1、进气流量1）差压流量计流体流动中，当流道的截面积突然缩小时，其流速升高而压力降低，通过测量收缩面前后的压力差得到流量，此类流量计统称为差压式流量计常见的差压流量计有孔板流量计null差压流量计结构简单，测量准确，适应性强，但安装要求严格，在测量发动机进气流量时，要加装一个不小于一个气缸容积200倍的稳压箱null2）卡门涡街流量计在流动的流体中放置一根其轴与流向垂直的、有对称形状的非流线形状柱体（如圆柱、三角柱等)时，流体会出现两列不对称、但有规律的漩涡列，这就是卡门涡街。当h/l=0.562时，涡列稳定且产生频率与流速成正比null涡街流量计压力损失小，测量范围宽，测试精度高，但不能测量层流流量涡街流量计在安装时，流量计上游侧应有20～40D的直管段；下游侧需不小于5D的直管段；且流量计两侧的管路应加减振架加以固定，以减小管路振动噪声的影响。涡街流量计可以水平、垂直或任意角度安装，测液体时若垂直安装，流体应自下而上流动。安装漩涡发生体时，应使其轴线与管道轴线相互垂直。null2、燃气流量1）科里奥利力式质量流量计流体流动在U形振动管中，在科氏力的作用下，在振动点前、后会产生方向相反的两个力使振动管扭曲，扭曲程度与流经振动管的流体质量成正比，测量振动幅度可测质量null2）薄膜式气体流量计通过薄膜6、8的运动，带动阀门2、3，改变四个容积腔的进、排气过程，实现气体连续流动。测量薄膜运动循环次数，可测量流量null3）压差法克拉珀龙方程 R——气体常数，天然气的气体常数为R = 518.7 J/kg.K压差方程 摩尔数 克拉珀龙方程是玻意耳―马略特定律（理想气体状态方程）的克拉珀龙变化。仅适用于理想气体null3、液态燃料消耗量的测量1）容积流量计流体流动驱动腰轮（或活塞）旋转，带动标准容积的测量腔内的流体流动，测量旋转次数可测量流量。类型有活塞式、腰轮式、齿轮式等。测量流量不宜过大和过小，流体要洁净，不能有气泡null2）定容测时法测量消耗固定容积的燃料所需的时间，测定燃料消耗量。null3）定时测重法测量固定时间消耗的燃料质量。AVL公司733型高精度动态燃油测试仪null4）带回油装置发动机油耗测量方法A 失重法燃料供给系统图油耗测试系统图油压调节器的作用是调节回油压力P3与回油被压P1间的压差ΔP此时， ΔP 一样吗？回油管内压力是否有变化？ nullB 双流量计法燃料供给系统图油耗测试系统图测量同步吗？nullC 副油箱法油耗测试系统图null4、其他燃料消耗量的测量1）碳平衡法GB/T 19233—2003 《轻型汽车燃料消耗量试验方法》中规定，燃料消耗量测定应采用与排放试验（依据标准为GB 18352.1/GB 18352.2）相同的试验循环，结合排放试验，利用测得的CO2、CO和HC排放量，以碳平衡法计算燃料消耗量。null2）液态压力燃料测试仪测试原理及实物图null第四节 转速、转矩的测量直接测量发动机的输出扭矩和输出轴转速，可间接的推导出发动机的有效功率发动机台架试验中，利用测功器实现对发动机的工况控制和测量，叫发动机测控系统null一、转速的测量（一）转速传感器1.光电式转速传感器分类:  照射式、 反射式结构:  光源，遮光盘（反光盘），光电管，测频电路 特点:  高速时，光信号减弱 null2.磁电式转速传感器结构： 齿轮（导磁材料，齿数z），磁头—磁铁，线圈，距齿顶约2mm 原理： 齿轮随转轴旋转，每转过一齿，就切割一次磁力线，在线圈中产生一个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，工作可靠，转速越高，输出信号越强 null3.电磁脉冲式转速传感器 原理： 通过电磁感应和脉冲计数电路计数汽油机的高压点火脉冲的频率，再根据汽油机的冲程数和气缸数得到发动机每传一圈所发出的点火脉冲数，由此可以计算出汽油机的转速 特点：非接触测量、准确度高、体积小，使用方便，但易受干扰 null（二）各类转速表null二、测功机及测控系统（一）测功机的组成测功机一般由制动器、测力机构、测速装置等几部分组成null（二）测功机的种类摩擦系数不恒定，测量范围小，精度低，已淘汰1、机械式测功机null2、水力测功机测功机特性曲线1.底座 2.左右轴承座 3.主轴部件 4.联轴节 5.轴承压板 6.骨架油封 7.轴套 8、9.双金属轴套 10.左右轴承外壳 11.左右侧壳 12.螺塞 13.转子 14.外壳 15.封水圈 16.测速齿轮 17.转速传感器 18.溢水管 19.旋塞 1）Y型水力测功机（压力式）进水压力一定下，随转速变化所能吸收的最大功率扭矩最大时，随转速变化所能吸收的最大功率最大吸收功率最高转速最小功率null2）D型水力测功机（销钉式）1.主轴 2.测速齿轮 3.磁电转速传感器 4.油嘴 5.端盖 6.转子螺栓 7.转子 8.定子 9.水斗 10.侧壳 11.主轴承 12.摆动轴承 13.轴承盖 14.定子螺栓 Y型测功机D型测功机null3、电涡流测功机鼓式电涡流测功机盘式电涡流测功机null4、电力流测功机直流电力测功机交流电力测功机null（三）测功机使用技术 1、选型要求A、工作范围所选用的测功机必须能够覆盖被测机械的工作范围。 B、测量精度 测功机测量精度应符合测量的要求，在满足上述工作范围的情况下，应优先选用满量程标定值较小的测功机，通常应使被测最大功率与测功机的最大功率之比不低于3：4。 C、响应速度 外形尺寸小的测功机响应速度快，另外测功机的测力机构及其选用的力传感器的动态特性要好，动态误差要小。其他还应考虑用途和价格因素null进水压力一定下，随转速变化所能吸收的最大功率(最大水层厚度时的性能曲线，随转速的三次方增加) 扭矩最大时，随转速变化所能吸收的最大功率（转子与轴允许最大扭矩下功率特性曲线）最大吸收功率（出水温度达到最大值时功率特性曲线）最高转速（受离心力或轴承强度影响的最高转速下功率特性曲线）最小功率（测功机空转时由于空气、轴承等摩擦所吸收的功率）null2、测功机的工作稳定性和低速制动性能 A、工作稳定性（测功机长时间保持扭矩不变的能力）当被测动力机械和测功机的调节机构不动而输出转矩与制动转矩间的平衡被破坏时，测功机自行进行负荷调整，使转速改变不大而能迅速返回原来的平衡位置并以等速运转的能力 。该能力与测功机固有特性（扭矩与转速的关系）有关。 水力测功机如水压稳定，水层较厚，则工作稳定性好，适用于可靠性试验。电力测功机需保持励磁电流的稳定性，工作稳定性一般。nullB、低速制动性 水力测功机：扭矩与转速为二次方特性，低速较差电力测功机：扭矩与转速为线性关系，低速一般电涡流测功机：扭矩与转速近似对数关系，低速较好为满足低速要求，需选择更大的测功机null3、各种测功机的比较及应用场合 A、水力测功机价格便宜，可靠性好；动态响应较慢，低负荷性能差，不能倒拖 应用于可靠性、出厂检验、热磨等 B、电涡流测功机结构简单，维护方便，功率范围宽，转速高，响应快；不能倒拖，能量浪费 应用于性能检验、设计开发等 C、直流电力测功机价格昂贵，维护成本较高，动态响应快，但高扭矩特性较差。可以倒拖，能量利用率高D、交流电力测功机有直流测功机的优点，且缺少电刷和集电极后，摩擦特性好，价格和维护成本均较直流测功机便宜。应用于瞬态及高动态科研试验null4、误差产生的原因 A、风阻引起的误差系统误差，可预先测定进行修正 B、外壳摆动引起的误差实测力矩应为定子力矩与轴承摩擦力矩（误差）之差C、水管、导线等引起的误差连接在定子上的馈线、水管等造成的阻力引起误差D、测功机主轴不水平和摆动外壳不平衡引起的误差 null5、测功机的校验 校正通常按静态法进行，满量程范围的校正点不得少于5个，当自由摆动平衡时，按加码法和减码法两个方向进行，取平均值。第四章 发动机特殊性能参数的测试技术第四章 发动机特殊性能参数的测试技术第一节 燃料成分及物化特性的测试成分要求及试验方法参照 GB 19147-2003《车用柴油》GB 17930-2006《车用汽油》null第二节 排气成分的测定汽油机排气主要成分：CO、HC、NOX、CO2、O2、H2O等柴油机排气主要成分：NOX、CO2、颗粒物（PM）等GB 14762-2008《重型车用汽油发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段）》GB 17691-2005《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段）》一、测定方法GB 18285-2005《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）》null二、测量原理及设备1、氧含量的测量当气体处在外磁场中时，如果能被磁场所吸引，该种气体为顺磁性气体反之被磁场所排斥，该种气体为逆磁性气体。1）热磁法常用的测量氧量的方法为热磁法和氧化锆法介质处于外磁场中，受到力和力矩的作用而显示出磁性的现象称为磁化。氧气是一种顺磁性气体，氧的体积磁化率很大（除氮氧化物外，氧的比磁化率是其他气体的100倍以上），因此互不发生化学反应的多组分混合气体，其体积磁化率主要由含氧量决定，即可根据混合气体体积磁化率的大小来间接确定气体中的含氧量。热磁式氧分析仪就利用在不均匀磁场中，含氧混合气体受热后的体积磁化率变化而产生的热磁对流进行间接测量。参考教材P55-P61null2）氧化锆法注意事项：必须采取恒温和温度补偿措施。而且要有合适的工作温度，一般为800 ℃，还 要求两侧气压相等，两侧气流应有一定流速。 null2、CO含量的测量非分散红外分析仪（NDIR） 除单原子气体和具有对称分子结构的双原子气体（如 H2，N2，O2等)外,具有不对称分子结构的双原子气体（如 CO，CO2，H2O等),都具有吸收红外光的能力, 吸收能力与气体浓度有关。 非分散红外分析仪还可测量CO2、HC、NO等气体浓度，但精度不如测CO时高。null3、HC含量的测量氢火焰电离仪（FID）HC与H2混合后，与空气进行扩散型混合，被点火丝点燃。燃烧产生扩散型火焰。HC组分中的C原子在缺氧的扩散型火焰中变成C离子，并产生相应数量的电子。电场的作用下，C离子飞向负极，电子飞向正极，在回路中形成电流，该电流的大小与HC组分中所含C原子的数目成正比。测出该电流的大小，即可知样气中总碳氢化合物的浓度注意事项：此法对不同类型的烃没有选择性，只能测总碳氢（THC）null4、NOX含量的测量化学发光分析仪（CLD）NO与过量的O3反应，会产生化学发光，发光强度与NO、O3的浓度有关。在O3浓度大、无变化时，发光强度只与NO浓度成正比注意事项：此法仅能测量NO，测量时应加大O3浓度。NOX中约95%为NO，5%为NO2，可将NO2加热后还原成NO再测，即可测得NOX。null5、烟度的测量滤纸式烟度计（波许烟度计） 在一定的取气口用定容抽气泵抽取排气，使一定容积的排气通过滤纸，滤纸被染黑的程度能够反映排气中的碳烟含量。再用反射率检测计检测滤纸的反射率 名词：（GB9804-1996《烟度卡标准》）滤纸反射因数 Rb 、清洁滤纸反射因数 Rc滤纸全白为0，全黑为10滤纸烟度 SF 单位 FSN烟度值 Rb 单位 波许单位null6、常见排放检测设备null第三节 振动和噪声的测量一、振动测量由于旋转体的不平衡，负载的不均匀，间隙的存在、以及机件表面质量和润滑条件的不够理想，都会产生振动振动是有害的，当振动频率与机件的固有频率一致时，会产生共振，造成机器损坏描述振动的特征参数有：频率、振幅、相位等振动学已成为专门的一个学科null二、噪声测量1、概念噪声：由许多频率和声强变化都无规律的声波杂乱组合而成声波在大气中传递，引起大气压强瞬态波动，叫瞬态声压凡是不需要的声音统称噪声声压 p（Pa）：声波引起弹性介质中压力的变化值人耳鼓膜的惯性作用，感觉不到压力起伏，只感觉到有一不变的声压在起作用，此感觉到的声压称有效声压声频范围内，人耳刚觉察到的声压叫听阈声压 P=210-5 N/m2声压作用在人耳上有痛感时的声压叫痛阈声压 P=20 N/m2nullp为有效声压， p0为基准声压 p0= 210-5 N/m2声压级 Lp：声压范围太宽，通过对数运算，引进一个无量纲的比较指标听阈声压级为0分贝，痛阈声压级为120分贝（分贝）dB声强 I（W/m2）在声波传播的方向上，单位面积、单位时间内通过的能量声强级 LI声功率 W（W）声功率级 LW声源在单位时间辐射的总声能量nullA计权声级：模仿人耳对40方纯音的响应，低频衰减严重，与人主观反映接近C计权声级：模仿100方等响曲线，基本无衰减，可视为总声压级响度级 （phon 方）：选取1000HZ的纯音作基准音，若噪声听起来与该纯音一样响，则该噪声的响度级就为该纯音的声压级为什么声压级一样，女声比男生的声音更响呢？人耳的听觉与声压和频率有关，人耳对中、高频更敏感，因此不能只考虑声压，应将客观物理量与主观听觉感受统一起来 计权声级：在噪声测量仪器中安装一套滤波网络，造成对某些频率成分的衰减，使测量值与人耳感受一致，此时测量的声级叫计权声级声级计读数叫噪声级，是修正后的声压级，单位为分贝与原来的声压级不同，单位记作dB（A）如响度为40方，即声音与声压级为40dB，频率为1000HZ的纯音一样响null2、噪声的测量1）发动机噪声的来源A、气体动力性噪声。包括进、排气和风扇噪声，高频为主B、燃烧噪声，中、高频为主C、机械噪声，包括配气机构、齿轮传动等，活塞敲击声最强2）测量场所声学实验室北京声振研究所声学实验室null3）发动机整机噪声的测量A、测量表面将发动机简化成长方体，距此长方体为 d 的假想五面体为测量表面测点数目依据标准，视发动机外形大小和声场特性而定GB/T 1859-2000 《往复式内燃机辐射的空气噪声测量 工程法及简易法》B、测点布置为减小其他噪声源干扰，一般 d 取1米对小型发动机，可取前、左、右、顶四点C、本底噪声环境及其他干扰噪声的总和。本底噪声越小越好， 10dB以上不修正，3~10dB修正，3dB以下不测试null4）进、排气噪声的测量A、进气噪声将声级计放在距进气口中心轴向1米处，需对发动机进行隔离将声级计放在与管口成45°的方向上，据管口0.5~1米，对发动机进行隔离不带消声器的情况下，进排气噪声是发动机的主要噪声源B、排气噪声null5）声级计的使用方法A、通电后先使用标准发声器进行校验B、将计权档位置于A档，将量程档位置于最大档，使用“快”档进行读数。D、观察指针摆动，超过4 dB 时改用“慢”档，保持5秒以上的测读时间C、逐渐减小档位，使指针处于表头中间位置null第四节 汽缸压力的测定与燃烧分析气缸压力相对于曲轴转角或气缸容积的变化（P - ，P -V）曲线称示功图，在实际应用中一般是测出图，据图可获得一批表征内燃机工作进展情况的参数，如：缸压、放热率等一、压电示功图测量系统一、压电示功图测量系统null二、示功图常见误差1、在燃烧线上出现锯齿波燃烧粗暴会产生锯齿波，但在多数情况下，是由于传感器与气缸容积之间存在过长的连接通道及容积所致平滑的缸压信号缸压信号出现“管道效应”一定的测压通道对保护传感器有利。 应尽量保证通道深=通道直径，太大影响压缩比。锯齿波对缸压测量影响不大，但对放热计算影响较大null2、压力线发生漂移从示功器中常发现先后测定的图不重叠，或向上或向下平移。这主要是传感器或放大器零点温漂所致防止温漂，重点应保持传感器、放大器干燥，接头干净。传感器绝缘电阻要大于1013，否则会出现电荷泄漏，输出发生漂移。零点温漂对缸压测量可以修正、补偿，影响不大，但对放热计算影响较大传感器平时应保存在干燥瓶中，若发现零漂，可将接头用丙酮洗干净，然后烘干。烘干温度（不高于）  传感器 120C 导线 80C  电荷放大器 50C烘干后随炉冷却，以免冷却过程中再次吸入潮气null3、进气压缩线上压力值偏高、而膨胀排气线上压力偏低要消除热应力，应保持一定的测压通道以降低传感器直接承受的高温主要是由于传感器热冲击性能不好所致，当然绝缘性不好也有可能。热冲击产生的原因：传感器材料受瞬变高温的作用产生热应力，热应力抵消了部分压力值，随气缸温度的下降， 热应力消失。传感器性能恢复正常。对pi、放热曲线影响都大三、提高示功图测试精度的措施三、提高示功图测试精度的措施1、仪器的自振频率要高于内燃机工作频率100至200倍以上因气缸压力波中含有丰富的高次谐波，若频率特性不合适，会造成波形失真2、传感器体积要小，易于布置安装（无冷水的传感器体积小、但抗热冲击性能差）零漂小，热冲击性能好3、合理安装传感器，尽量缩短连接通道，传感器冷却性要好。4、合理安装转角信号传感器。5、精确标定活塞上止点位置光栅盘应尽量靠近所测气缸，且扭转刚度和支撑刚度强。不能使用发动机上的标记，该标记精度太差，仅供维修使用一般用倒拖法，灭缸后最大压缩压力前 角为上止点。 角称作热力损失角，其大小与发动机的散热量、漏气量有关。其值大体上与散热量和漏气量成正比，但因为漏气量和散热量的确切数值目前也无法准确的确定，不同机器,甚至同一机器不同时刻的散热及漏气量也会不一样。该值凭经验确定