发动机原理第十一章---内燃机试验

第十一章内燃机试验第一节：内燃机试验的分类：一、分类：定型试验、验证试验、可靠性试验、验收试验、出厂试验、抽样试验。定型试验：新产品、改进或变型产品，检验其性能指标是否达到设计或改进的要求，对其可靠性和耐久性进行试验。验证试验:对转厂生产的产品，检验其性能指标是否达到设计或改进的要求，对其可靠性和耐久性进行试验。可靠性试验：在试验台上进行满负荷、标定转速的连续运转，以考核发动机的动力性、经济性、稳定性及零件的耐用性。验收试验：验收单位检验发动机性能，是否复合技术文件规定的要求，而进行的试验。出厂试验：每台发动机出厂前进行的性能试验，以检验产品质量是否达到设计要求，确保出厂产品质量的合格性。抽样试验：批量生产的发动机，抽取一定数量的产品进行性能试验，检验是否达到技术要求。可同时进行可靠性和耐久性试验，以检验产品质量的稳定性。二、内燃机性能试验项目试验项目试验型定型验证抽查一般性起动试验△△柴油机怠速试验△△△汽油机怠速试验△△△总功率试验△△△净功率试验△△△负荷特性试验△△△万有特性试验△△柴油机调速特性试验△△△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△△△注：△表示应进行的试验内燃机试验所需的设备1、测功设备：测功器（水力测功器、电力测功器、电涡流测功器、液压测功器）、示功仪。2、转速的测量：转速表（电磁式、光电式、机械式）3、油耗的测量：油耗仪（容积式、质量式）秒表。4、温度的测量：热电偶测温计、水温表、进气温度表、环境温度表。5、控制系统：发动机试验综合控制试验台。6、附属设备：启动电机、离合器、冷磨合变速箱、油箱、水箱、冷却水池、排水管道、排烟管道、消音器、空调器、湿度计、气压表等。发动机进行各项试验时所带附件附件名称试验项目起动试验柴油机怠速试验汽油机怠速试验功率试验总功率功率试验净功率负荷特性试验万有特性试验柴油机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空气滤清器及管路△△△○△○△△×△△×自动阻风门、进气预热装置△△△××××××××○排气系△△△×△×△××△××散热器、风扇××××△×△×××××节温器△△△×△×△×××××发电机、调节器、蓄电池△△△△△△△△×○○○曲轴箱通风△△△△△△△△△×△×废气再循环△△△△△△△△△○△△催化反应器○△△×△×△××△××偶合器、变扭器○○○×××××××××①符号说明：×—表示不应带的附件：△—表示应带的附件：○—表示带或不带可以任选，但应在试验报告里注明。②电器部分：柴油机可不带蓄电池，汽油机所带蓄电池应处在充足状态第二节：功率与油耗的测量一、试验台安装的设备和仪器(一)基本设备：测功器，转速表、油耗测量装置。(二)监测仪器：冷却水温度计、机油温度计、机油压力计、湿度计等。(三)特殊设备：排气温度指示器、气压计、室内温度计、示功器、空气流量计、冷却水流量计、废气分析仪、烟度计、声级计、测振仪等。发动机试验台架二、有效功率的测量1．水力测功器1）结构与工作原理测功器由制动器和测力机构组成。由转子轴、转子、定子、联轴节、测速传感器及进排水孔等组成。外壳支承于轴承上，可以来回摆动。外壳与测力机构相连。转子经轴与由发动机带动转动。水进入转子与定子形成的涡壳室，转子旋转搅动壳体内的水旋转，水在壳与转子之间形成强烈的水涡流。由于水与外壳的冲击、摩擦作用，使外壳摆动。通过外壳上的拉臂带动偏心轮转动一角度，偏心轮带动扇形轮偏转，克服重锤的重力使指针偏转，指示数值。控制排水阀门开度可以调节水层厚度。水层愈厚，水与转子和外壳的摩擦力矩愈大，吸收功愈多，外壳的摆动角度也愈大。2）、水力测功器的特性OA—在满水层时，随转速变化所能吸收的最大功率。在OA线上以A点工作时转子承受的扭矩最大，A点表示了扭矩已达到转子扭矩强度所允许的限值扭矩。AB—最大扭矩下，随转速增加吸收的最大功率线。此时需要相应地减少测功器的水层厚度。BC—额定功率线。为不超过测功器最大容许排水温度的限制功率。水力测功器吸收的功率愈大，其排水温度愈高，测功器的最高排水温度不得超过70℃。否则，水层中会产生气泡，使测功器指针不稳定。CD—最大允许转速线。如果转速再加大，旋转部件的离心惯性力过大，可能引起损坏。OD—空载特性线。表示测功器中无水时，空转所吸收的功率。是转动的空气阻力、转子轴承的摩擦消耗功率。图形OABCDO所包围的面积是测功器的工作范围。若被测发动机的功率曲线在所选测功器的特性曲线范围内，则可进行试验。不同型号的水力测功器有不同的特性范围，应根据被测发动机与测功器的匹配情况，选用合适的水力测功器。水力测功器的缺点是测量精度低，不能进行反拖试验，试验中能量不能回收。但它具有价格便宜、结构简单、操作简便、便于维修、体积小等优点，因而得到广泛应用。2．电涡流测功器1）结构与工作原理：电涡流测功器由电涡流制动器、测力机构及控制柜组成。制动器由转子和定子组成，转子为齿状圆盘。定子由激磁绕组、涡流环(摆动体)、铁芯组成。电涡流测功器结构图1-转子；2-转子轴；3-连接盘；4-冷却水管；5-激磁绕组；6-外壳；7-冷却水腔；8-转速传感器；9-底座；10-轴承座；11-进水管工作原理：当激磁线圈中通直流电时，产生通过外壳、涡流环、空气隙和转子的磁力线。发动机带动转子旋转。因转子外圆齿槽的存在，空气隙发生变化，则磁通密度发生变化。在转子齿顶处的磁通密度大，齿根处磁通密度小，在涡流环内产生感应电动势而形成涡电流。此电流产生的磁场形成一定的电磁力矩，使涡流环(摆动体）偏转一定角度，由测力机构可测出力矩数值调节激磁电流大小，可调节电涡流强度，从而调节吸收负荷的能力。涡流制动器把吸收的功率转换成热能，由冷却水流动带走，以保证正常运行。电涡流测功器操作简便，结构紧凑，运转平稳，精度较高，但不能反拖发动机，能量不能回收，价格较高。已得到广泛应用。2）测功器的特性OA—达到额定功率前所能吸收的功率。AB—允许吸收的最大功率（额定功率）。BC—为允许的最高转速线。CO—为空转吸收功率线，即激磁电流为零时的吸收功率线。OD—达到额定功率前的最大扭矩曲线。DE—为允许的最大扭矩曲线。n0—达到额定吸收功率时的转速。曲线OABCO的范围是测功机所能吸收的功率范围。凡是发动机的特性曲线落在该范围内的都能被测试。测功器的选用必须根据发动机的特性曲线进行，其次还要考虑测量范围的合理选择以保证测量精度。如图中曲线I、Ⅱ、Ⅲ为三种不同发动机的特性曲线，曲线Ⅱ发动机的选用是正确的，曲线I、Ⅲ发动机的选用是不合适的，该测功器无法测试。三、油耗的测量（一）容积法：燃油由油箱经开关、滤清器到三通阀，向发动机供油并可向量瓶充油。试验时操作如下：(1)打开油箱开关，三通阀置于A位置，发动机由油箱供油。(2)测量前将三通阀置于B位置，油箱同时向发动机和量瓶供油。(3)测量开始时，将三通阀转至C位置，发动机由量瓶供油。记录燃油流过所选球泡(一般由50、100、200mL三种串连在一起)上、下刻线所用时间，。(4)测量完毕，将三通再次转回B位置，向量瓶充油，准备下次测量。容积式数字油耗仪是在球瓶细颈刻线的一侧设有电光源，另一侧有光电管，每对光源与光电管置于同一水平面上，若球瓶充满燃油，光源的光穿过球瓶细颈时，由于燃油对光线的折射作用，光不能照在光电管上；当球瓶细颈无油时，光可穿过细颈射到光电管上，使光电管通电，通过电路控制电动三通阀和计数器工作，实现时间和油耗量的自动显示。(二)重量法油箱向发动机供油并向量杯充油，量杯放在天平上。操作如下：(1)打开油箱开关，将三通阀置于A位置，油箱向发动机供袖。(2)三通阀转置B位置，油箱向发动机供油并向量杯充油。当量杯内燃油比天平另一端砝码稍重后，将三通转置A位置。(3)测量时，将三通置于C位置，柴油机用量杯内油，当天平指针指零瞬间，起动秒表，然后取下一定质量的砝码。(4)当天平指针再次到零位瞬时，停止秒表，记录用去的燃油量m克和相应的时间‘秒。(5)将取下的砝码放回天平上，将三通置于B位置，当量杯充好油后，将三通转至A位置，准备下次测量。第三节：转速的测量：一、机械离心式转速表：利用离心力与转速之间的关系，将转速转换成相应的位移量指示转速。结构简单，成本低，使用方便；但转动惯性大，动态特性差，位移和转速间呈非线性关系，测量范围30～24000r/min，误差±1～2％。。二、磁电式转速表由永久磁铁、线圈、齿轮等组成。磁铁的磁场通过齿轮构成闭合回路，当齿轮旋转时，间隙发生变化（磁阻变化）使磁通量变化，线圈产生交流电压，电压的频率与转速成正比，电压频率为：ƒ=nz/60式中：n－转速（r/min)ƒ－频率（Hz);Z—齿数；当Z=60时ƒ＝n三、光电式转速表有反射式和投射式两种。反光式是将光源的光经反射片反射到光敏管，测量单位时间内的反射次数，即脉冲数可得转速。无附加力矩，结构简单，工作可靠，分辨率高；但安装调整复杂，且受污染、自然光的影响。四、透射式转速表:光源和光敏管在转盘的两侧，当光源经光孔照射到光敏管上时，得到1个电脉冲信号，记录单位时间内的脉冲数可得转速。当光盘上的光孔越多时，精度越高。第四节：试验规划与数据整理一：试验的准备与规划包括：制定试验大纲、准备试验对象、准备测量仪器、准备技术文件、组织训练试验人员等。（一）、测量仪器精度的选择：直接测量参数：据该参数的允许误差选定仪表精度。间接测量参数：按误差分配原则确定仪表精度。间接测量误差分配：1、根据规定确定间接测量误差范围。2、按等作用原则计算各直接测量参数误差。按等作用原则分配误差时，若某项允许误差难以实现时，可将该项误差扩大，将误差易实现项缩小，使总误差小于给定的允许误差。(二）、选择仪表时应注意的问题：•根据测量参数的使用范围确定仪表的量程。测量的最大值接近仪表的量程的2/3为好。•校正仪表的误差应为测量仪表误差的1／３～１／１０．•例题：现有1.5级精度，量程0～1100℃和2.5级精度，量程0～600℃的热电温度计各一只，测500℃的排气温度，求用两只温度计的误差。•解：1、用1.5级温度计时：δ1＝1.5％×1100/500＝3.3％。•2、用2.5级温度计时：δ2＝2.5％×600/500＝3％。•测动态参数时，选择仪器除考虑仪器的精度和灵敏度外，还应考虑动态特性，要满足要求。二、发动机的准备1、检查、调试发动机的气门间隙、点火提前角、供油提前角，喷油压力。记录有关技术参数，检查测量仪表。2、试验前，应对发动机进行预热，水温为80℃±5℃，机油温度为85℃±5℃。2、新发动机要进行磨合。磨合时间59h.其中，冷磨合3h,热磨合四个循环，每循环12h。三、组织试验时应注意的问题：1、所有试验应按照国家有关规定要求进行，确保试验结果的可靠性。2、为保证试验结果的可比性，试验应在转速、扭矩、排温稳定1min后测量，且转速、扭矩、油耗同时测量，并尽可能短的时间内完成。3、每种试验条件下需2～3次的重复试验。4、至少选择6个测点，一般8～10个。注意选择有代表性的点。5、十三工况测定法：0、5％、25％、50％、75％、100％、110％：100％、75％、50％、25％、5％、0。三、试验大纲的编写：试验的目的和任务、试验内容、试验方法、试验用仪器和设备、对试验工况的要求、数据处理的方法。