某型渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)動力性分析【優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文含開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+外文翻譯】

某型渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)動力性分析【優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文含開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+外文翻譯】,渦輪,增壓,柴油發(fā)動機(jī),動力,分析,優(yōu)秀,優(yōu)良,畢業(yè),課程設(shè)計(jì),論文,開題,報(bào)告,講演,呈文,文獻(xiàn),綜述,外文,翻譯 1 譯文標(biāo)題 汽車動態(tài)控制結(jié)構(gòu) 原文標(biāo)題 者 名 羅徹斯特 國 籍 美國 原文出處 (摘要： 車輛包括多個(gè)子系統(tǒng)和用于在其上實(shí)現(xiàn)正?？刂频南鄳?yīng)控制器。 車輛還包括車輛動態(tài)控制器，用于為子系統(tǒng)控制提供高優(yōu)先級子系統(tǒng)命令，以實(shí)現(xiàn)車輛動態(tài)增強(qiáng)。 車輛動態(tài)控制器包括多個(gè)可獨(dú)立分解和可重新配置的 軟件組件或?qū)雍涂稍L問的層間總線結(jié)構(gòu) 。 關(guān)鍵詞： 汽車動力 改進(jìn) 控制器 技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明總體上涉及車輛動力學(xué)控制。 更具體地，本發(fā)明涉及車輛動態(tài)控制系統(tǒng)架構(gòu)。 背景技術(shù) 車輛穩(wěn)定性控制已經(jīng)從基于制動和牽引力控制（制動和動力系轉(zhuǎn)矩管理）技術(shù)的第一代系統(tǒng)發(fā)展到包括制動器，動力系，轉(zhuǎn)向和懸架阻尼子系統(tǒng)的獨(dú)立和協(xié)調(diào)控制的更近的系統(tǒng)。通常，分布式控制模塊用于與相應(yīng)的致動器直接接口以實(shí)現(xiàn)期望的子系統(tǒng)控制。這種子系統(tǒng)控制的協(xié)調(diào)和權(quán)限可以通過監(jiān)督控制來處理。 除了車輛穩(wěn)定性控制的復(fù)雜性和復(fù)雜性之外，受影響的車輛子系統(tǒng)具有高 度集成和重疊，最顯著的是在用于實(shí)現(xiàn)期望的車輛穩(wěn)定性的各種子系統(tǒng)控制中利用的車輛級別參數(shù)的共性增強(qiáng)。車輛級的參數(shù)共性表明處理器利用率，通信帶寬消耗，多平臺應(yīng)用和軟件靈活性的效率和其他機(jī)會。這在通過與相應(yīng)子系統(tǒng)控制（例如轉(zhuǎn)向，制動，動力系扭矩，懸架阻尼）相關(guān)聯(lián)的各種分布式控制模塊來影響穩(wěn)定性增強(qiáng)的車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)中甚至可能更加尖銳，其中協(xié)調(diào)和權(quán)限通過中央監(jiān)督控制。 軟件組件的系統(tǒng)重用促進(jìn)了低成本，快速上市和廣泛可用的車輛系統(tǒng)。顯著的優(yōu)點(diǎn)直接來自應(yīng)用程序開發(fā)成本，時(shí)間，驗(yàn)證，可維護(hù)性和靈活性等優(yōu)勢，這些常見軟件 資產(chǎn)提供。 因此，期望車輛動態(tài)系統(tǒng)的特征在于高度的軟件組件可用性和訪問以實(shí)現(xiàn)和促進(jìn)重用，可維護(hù)性，公共驗(yàn)證和開發(fā)，成本和時(shí)間節(jié)省以及多平臺利用。 發(fā)明內(nèi)容 本發(fā)明是一種新穎的車輛動態(tài)控制系統(tǒng)，包括至少一個(gè)車輛子系統(tǒng)，其通常根據(jù) 2 由至少一個(gè)相應(yīng)子系統(tǒng)控制器確定的子系統(tǒng)控制來控制。 該系統(tǒng)還包括車輛動態(tài)控制器，用于提供高優(yōu)先級子系統(tǒng)命令以由至少一個(gè)相應(yīng)子系統(tǒng)控制器實(shí)現(xiàn)。 車輛動態(tài)控制器還包括多層軟件組件和層間總線，由此分解和重組車輛動態(tài)控制器的所選多層軟件組件，而不影響所述車輛動態(tài)特性的多層軟件組件中的其他多個(gè)軟 件組件 控制器和對車輛動態(tài)控制器的層間總線中所選擇的層的訪問。 本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)和特征將從以下描述，權(quán)利要求和附圖中變得顯而易見。 具體實(shí)施方式 在圖 1 中示意性地示出了車輛動態(tài)控制系統(tǒng) 12。與各種車輛子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)致動器 13 對車輛 11 施加各種力以增強(qiáng)穩(wěn)定性并且響應(yīng)于諸如方向盤角度，車輛速度等的輸入維持預(yù)期路徑。車輪速度和車輛橫擺率。例如，在主動前轉(zhuǎn)向（ 統(tǒng)中，前車輪的轉(zhuǎn)向角受到命令實(shí)現(xiàn)期望的車輛穩(wěn)定性增強(qiáng)的轉(zhuǎn)向致動器系統(tǒng)的影響。在制動 /動力系車輛穩(wěn)定性增強(qiáng)（ 統(tǒng)中，單獨(dú)的車輪制動和 動力系扭矩可以通過各種技術(shù)（例如，火花正時(shí)，氣缸停用，發(fā)動機(jī)加燃料等）通過調(diào)制的液壓制動壓力和發(fā)動機(jī)輸出扭矩控制來影響。等等。）。在半主動懸架系統(tǒng)中，懸架阻尼特性可以以實(shí)現(xiàn)期望的車輛穩(wěn)定性增強(qiáng)的方式改變。其它系統(tǒng)，包括但不限于其中彈簧剛度可改變的主動懸架，以及后輪轉(zhuǎn)向角可改變的主動輪轉(zhuǎn)向，同樣在本發(fā)明的應(yīng)用范圍內(nèi)。 每個(gè)這樣的車輛子系統(tǒng)具有與其相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)控制模塊 中與特定子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的每個(gè)控制單元通過命令控制子系統(tǒng)致動器 樣的 正?？刂乒δ芡ǔ２慌c車輛動力學(xué)控制相關(guān)。例如，動力系控制器負(fù)責(zé)響應(yīng)于操作者需求而實(shí)現(xiàn)一定量的輸出扭矩，并且負(fù)責(zé)在多速比自動變速器的速比換檔期間進(jìn)行扭矩管理。動力系控制器通常還執(zhí)行可能涉及火花正時(shí)，氣缸停用，發(fā)動機(jī)加燃料等的排放臨界和燃料經(jīng)濟(jì)性關(guān)鍵功能。轉(zhuǎn)向控制器負(fù)責(zé)可變輔助 - 在低速和停車操縱期間減小轉(zhuǎn)向力，并逐漸增加轉(zhuǎn)向力隨著車速的增加。四輪轉(zhuǎn)向控制還負(fù)責(zé)在低車速下在與前輪相反的方向上控制后輪的轉(zhuǎn)向角，并且在較高車速下在相同方向上控制后輪的轉(zhuǎn)向角。懸架控制器同樣負(fù)責(zé)根據(jù)車輛速度來調(diào)整車輛的行駛特性，主要 是通過在低車輛速度下減小阻尼來為操作者提供舒適感，并且通過在較高車輛速度下增加阻尼來改善高速公路感覺。 車輛 11，子系統(tǒng)致動器 13 和子系統(tǒng)控制器 14 都向車輛動態(tài)控制器 10 提供各種輸入信號 16，用于在車輛動態(tài)控制程序中使用。車輛輸入可以包括例如偏航速率，橫向加速度和車輛速度。致動器輸入可以包括例如阻尼器位置和行車輪角度。子系統(tǒng)控制器輸入可以包括例如單獨(dú)制動轉(zhuǎn)角致動超控，制動系統(tǒng)混合項(xiàng)，沖擊阻尼值超馳， 向致動器超控或額外轉(zhuǎn)向角。車輛 11，子系統(tǒng)致動器 13 和子系 3 統(tǒng)控制器 14 輸入信號優(yōu)選地通過控制器局域網(wǎng)（ 線提供，但是可以采取離散傳感器信號輸入，串行通信線路等的形式。車輛動態(tài)控制器 10 轉(zhuǎn)向提供高優(yōu)先級控制命令 18，用于超越，修改或適應(yīng)子系統(tǒng)控制器 14 的正?？刂?，以便實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)各個(gè)子系統(tǒng)致動器 13 的控制的車輛動態(tài)性。 車輛動態(tài)控制器 10 包括適于實(shí)現(xiàn)促進(jìn)軟件組件的再使用，應(yīng)用開發(fā)時(shí)間和成本降低，可維護(hù)性和多個(gè)車輛平臺適配等的期望目標(biāo)的各種結(jié)構(gòu)化處理層。重要的是，本發(fā)明不僅提高了大規(guī)模控制應(yīng)用軟件組件的可重用性，而且提高了車輛接口，信號調(diào)節(jié)，內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)和輸出處理的可重用性。 從圖 1 中的車輛動力學(xué)控制器 10 的左側(cè)開始，在圖 1 中，示出了信號處理層 15與來自車輛 11，子系統(tǒng)致動器 13和子系統(tǒng)控制器 14的各種輸入信號 16接口連接。信號處理層 15 經(jīng)由內(nèi)部傳感器總線 22 通信耦合到過程輸入層 17。輸入層 17 還經(jīng)由內(nèi)部車輛動態(tài)性總線 26 通信耦合到車輛動力學(xué) /駕駛員意圖層 19，這兩者在下文中描述。過程輸入層 17 又經(jīng)由內(nèi)部輸入總線 24 與車輛動力學(xué) /駕駛員意圖層 19通信耦合。車輛動力學(xué) /駕駛員意圖層 19 還經(jīng)由內(nèi)部傳感器總線 22 與信號處理層15 通信耦合。車輛動力學(xué) /駕駛員意圖層 19 又經(jīng)由內(nèi)部車輛動態(tài)性總線 26 耦合到控制系統(tǒng)層 1 還經(jīng)由內(nèi)部傳感器總線 22 通信耦合到信號處理層15 并經(jīng)由內(nèi)部輸入總線 24 處理輸入層 17。系統(tǒng)層 21 又通過內(nèi)部控制總線 28 與處理輸出層 23 通信耦合。處理輸出層 23 還通過內(nèi)部輸入總線 24 與處理輸入層 17通信耦合。處理輸出層 23 進(jìn)而通信耦合到命令處理層 令處理層 25 又經(jīng)由 線 20 通信耦合到各個(gè)子系統(tǒng)控制器 14，以提供先前描述的控制命令18。 從車輛動態(tài)控制器 10 的先前描述可以理解，所描述的層提供軟件劃分，包括在車輛接口，信號調(diào)節(jié)，內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)和輸出處理，以提供上述優(yōu)點(diǎn)。層獨(dú)立性允許用 于開發(fā)和維護(hù)的一個(gè)或多個(gè)層或軟件組件的期望的模塊化和分解 /重組，而對任何剩余的層或軟件組件沒有實(shí)質(zhì)影響。層間總線提供對在開發(fā)（例如用于調(diào)試和儀器）中有用的不同級別的輸入和輸出信號以及在車輛動態(tài)控制器內(nèi)部和外部的不同程度的改進(jìn)數(shù)據(jù)的精確利用的期望訪問。圖 1 的車輛動力學(xué)控制器的總體級分解的可用性 10以及如此構(gòu)造的經(jīng)由內(nèi)部總線的結(jié)構(gòu)化層間訪問實(shí)現(xiàn)和促進(jìn)軟件組件重用，應(yīng)用開發(fā)時(shí)間和成本降低，可維護(hù)性和多個(gè)車輛平臺適配的目標(biāo)。 關(guān)于參考圖 1 描述的車輛動態(tài)控制器 10 的各個(gè)層和層間通信的附加細(xì)節(jié)?，F(xiàn)在將參考其余的附圖來闡 述圖 1。 2 開始。如圖 2 所示，信號處理層 15 包括功能塊 31，用于從包括來自車輛 11，致動器 13 和子系統(tǒng)控制器 14 的傳感器或派生物讀取基于 信號。塊 31 通過內(nèi)部接收通信耦合到 3 線 1 和 33 讀取信號，通過適當(dāng)?shù)碾娖皆\斷確保準(zhǔn)確性和魯棒性，并將 號轉(zhuǎn)換為工程單位原始輸入以供后續(xù)層使用。塊 33 通信耦合到內(nèi)部傳感器總線 22，用于將輸入與過程輸入層 17，車輛動力學(xué) /駕駛員意圖層 19 和控制系統(tǒng)層 21 通 4 信。 圖。圖 3 更詳細(xì)地示出了過程輸入層 17，包括用于過濾內(nèi)部 傳感器總線 22 上的輸入的功能塊 35，從而將輸入過濾集中到公共軟件組件。從塊 35，經(jīng)由內(nèi)部濾波的輸入總線 34，將濾波的輸入提供給功能塊 37，用于調(diào)整輸入，例如，重心調(diào)整以用于偏移運(yùn)動傳感器放置的感測的運(yùn)動。從框 37，通過內(nèi)部調(diào)整的輸入總線 36，將調(diào)整的輸入提供給功能塊 39，用于使輸入居中 - 例如，去除傳感器偏置。還對車輛動態(tài)性總線 26 上提供的數(shù)據(jù)執(zhí)行定心功能。從框 39，通過內(nèi)部中心輸入總線 38，將中心輸入提供給功能塊 41，用于仲裁多個(gè)（即冗余）相關(guān)輸入，提供例如有效性確定，健全性檢查諸如輸入量值和最終確定來 自多個(gè)相關(guān)輸入的單個(gè)有效輸入的事物。還對在車輛動力總線 26 上提供的數(shù)據(jù)執(zhí)行仲裁功能。功能塊 43 被提供用于從內(nèi)部傳感器總線 22 上的輸入導(dǎo)出附加輸入，例如一階導(dǎo)數(shù)操作以從車輛橫擺率輸入提供車輛偏航加速度。從功能塊 43 和 41，這樣的導(dǎo)出和仲裁輸入分別是通信耦合到內(nèi)部輸入總線 24，用于將輸入與車輛動態(tài) /驅(qū)動意圖層 19，控制系統(tǒng)層 21 和過程輸出層 23 通信。 圖 4 更詳細(xì)地示出了包括多個(gè)示例性功能塊的車輛動力學(xué) /駕駛員意圖層 19，用于確定車輛動力學(xué)控制器 10 的控制系統(tǒng)層 21 在確定用于實(shí)現(xiàn)的期望性和執(zhí)行命令時(shí)所需的各種參數(shù) ，主動車輛動力學(xué)控制。所示的功能塊當(dāng)然是各種參數(shù)確定的非窮盡性示例，包括：建模函數(shù) ;以及計(jì)算，檢測，估計(jì)，預(yù)測或以其它方式確定的速率，限制，能力，條件，數(shù)量，誤差和狀態(tài)。如圖 1 中最佳地示出。如圖 1 所示，車輛動力學(xué) /駕駛員意圖層 19 分別從內(nèi)部輸入總線24 和內(nèi)部傳感器總線 22 接收輸入和信號，并且經(jīng)由內(nèi)部車輛動態(tài)性總線 26 向控制系統(tǒng)層 21提供參數(shù)輸入。 圖 5 更詳細(xì)地示出了包括車輛動態(tài)控制器 10 的控制系統(tǒng)層 21 的雙層監(jiān)控控制方面的控制系統(tǒng)層 5 經(jīng)由內(nèi)部傳感器總線 22 從信號處理層 15 接收原始輸入， 通過內(nèi)部輸入總線 24 來自過程輸入層 17 的輸入，以及經(jīng)由內(nèi)部車輛動態(tài)總線 26 來自車輛動力學(xué) /駕駛員意圖層 19 的參數(shù)輸入。車輛運(yùn)動監(jiān)視器 45 通信耦合到制動和推進(jìn)監(jiān)視器 47，轉(zhuǎn)向監(jiān)視器 49 和懸架管理器并且監(jiān)督各種車輛動態(tài)控制子系統(tǒng)監(jiān)控器 47,49 和 51 的協(xié)調(diào)。這些車輛動態(tài)控制子系統(tǒng)監(jiān)控器中的每一個(gè)還經(jīng)由內(nèi)部傳感器總線 22 從信號處理層 15接收原始輸入，導(dǎo)出和仲裁的輸入從過程輸入層 17 經(jīng)由內(nèi)部輸入總線 24，以及來自車輛動力學(xué) /駕駛員意圖層 19 的參數(shù)輸入。車輛動態(tài)控制子系統(tǒng)監(jiān)視器 47,49 和 51 由車輛運(yùn)動監(jiān)視器 45 并且 經(jīng)由內(nèi)部控制總線 28 向過程輸出層 23 提供相應(yīng)的高優(yōu)先級控制命令輸入，最終用于超控，修改或適配子系統(tǒng)控制器 14 的正常控制，以實(shí)現(xiàn)車輛動態(tài)增強(qiáng)各種子系統(tǒng)控制的控制，系統(tǒng)致動器 13。 過程輸出層 23 通過內(nèi)部控制總線 28 接收來自控制系統(tǒng)層 21 的高優(yōu)先級控制命令輸入以及通過內(nèi)部輸入總線 24 從過程輸入層 17 導(dǎo)出和仲裁的輸入。過程輸出層 23 提供命令輸入以及導(dǎo)出和仲裁的輸入命令處理層 開發(fā)期間，出于儀器目的，可以經(jīng)由輸出總線 30 訪問命令輸入以及導(dǎo)出和仲裁的輸入，包括軟件調(diào)試和實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 圖。圖 6 更詳細(xì)地示出了命 令處理層 25，包括車輛動態(tài)控制器 10 的命令轉(zhuǎn)換和傳輸功能。命令處理層 25 包括功能塊 53，用于將輸入的工程單元轉(zhuǎn)換成適合于通過 線傳輸?shù)?5 號。另外，用于診斷目的的校驗(yàn)和和滾動計(jì)數(shù)在命令處理層 25 的功能塊 53 中計(jì)算。塊 53 經(jīng)由內(nèi)部傳輸 線 40 被通信耦合到傳輸 動器功能塊 5 管理高優(yōu)先級用于超控，修改或適應(yīng)子系統(tǒng)控制器 14 的正?？刂频目刂泼?18，以便實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)各個(gè)子系統(tǒng)致動器 13 的控制的車輛動力學(xué)。 已經(jīng)關(guān)于某些示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離如所附權(quán)利要求所限定 的本發(fā)明的范圍的情況下，本發(fā)明的各種修改和替代實(shí)施方式。 外文文獻(xiàn) ［ 1］ D 982 6 附錄： A a of a to a of or he is to to F to of to to of be by of a of is a of 7 of in of at in of be in a of a of by it is a be by a of to F he is a at in by at a by at of of of of of to of of of F 2 is 1 1 0. A of 3 1 to an in to as in an of is by of a is to In a be by of a of . In a be in a to a to is of of or 4. in a a 8 is by of 3. to in a a is an of in to an of a A is as A is of in at in at A is of in at at 1, 3 4 6 to 0 in or 1, 3 4 a of 0 in 8 or of 4 in of of 3. 0 a of to of of of of at of 0 1, 5 is 6 1, 3 4. 5 is to 7 2. 7 is to 9 6, of 7 is in to 9 4. 9 is to 5 2. 9 is in to 1 6. 1 is to 5 2 to 7 4. 1 is in to 3 8. 3 is to 7 4. 3 is in to 5 0. 5 is in to 4 AN 0 to 8. 9 of 0, it be at to of or or or to of in of of of of of 10, of of to of 0 in 1 be to 22, 5 1 AN or 1, 3 4. 1 is AN 3 AN 2. 1 3 AN to in 3 is to 2 7, 9 1. 3 7 in 5 on 2, to a 5, 4, to 7 of to an 7, 6, to 9 of is 6. 9, 8, to 1 of as of a of is 6. 3 is of on 2— to 3 1, to 4 9, 1 3. 4 9 in a of a of by 1 of 0 in of of or As 1, 9 4 2, to 1 via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(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析 ................................................. 15 油門開度為 60%時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析 ................................................. 18 油門開度為 70%時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及分析 ............................................. 21 油門開度為 80%時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及分析 ............................................. 24 油門開度為 90%時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及分析 ................................................. 27 油門開度為 100%時(shí)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 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(shí)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 過 了一個(gè)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(gè)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?，F(xiàn)如今，渦輪增 壓技術(shù)已經(jīng)深深地融入整個(gè)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(cuò)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(shí)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)?，F(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(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)的工作溫度應(yīng)在一個(gè)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(gè)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(shí)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(shí)，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(gè)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(shí)，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(jià)、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(shí)，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(gè)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(shí)外殼擺動角度時(shí)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(jià)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(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)動機(jī)驅(qū)動轉(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(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(lì)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(shí)對應(yīng)該工況所消耗的燃料量。同時(shí)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(shí)間間隔內(nèi)所消耗的燃油量，由此計(jì)算出每小時(shí)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(shí)，通過消耗一定容積的燃油所需要的時(shí)間后，按式計(jì)算出每小時(shí)燃油消耗量。公式如下： 式中 B—— 每小時(shí)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(shí)，通過測功器和轉(zhuǎn)速表同時(shí)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(shí)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(shí)間 t 后，按公式計(jì)算每小時(shí)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(jià)，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(gè)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(gè)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?，F(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(shí)才可以進(jìn)行。特性曲線的測量點(diǎn)數(shù)多為 10 個(gè)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(shí)，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(shí)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(shí)關(guān)閉。 3、 試驗(yàn)時(shí)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(shí)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(shí)間 ? ，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(shí)，波動較大的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)及時(shí)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?jiǎng)t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(gè)實(shí)驗(yàn)工況運(yùn)行時(shí)間不應(yīng)該少于 1分鐘）。 4、 在測量發(fā)動機(jī)外特性時(shí)，發(fā)動機(jī)的最大功率工況屬于時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)范圍，不能長時(shí)間運(yùn)行，否則對發(fā)動機(jī)壽命影響甚大，因此這時(shí)的測量要求迅速、準(zhǔn)確，盡量縮短其運(yùn) 行時(shí)間。 5、 試驗(yàn)時(shí)，因時(shí)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(shí)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(shí)分析排除。 7、 當(dāng)完成所有試驗(yàn)時(shí)，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(shí)，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(shí)， ????=. 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(shí)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(shí)，油耗率 00 到 1500（ r/間有個(gè)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/，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(shí)，功率 00 到 1500（ r/間出現(xiàn)了第一個(gè)最大值 應(yīng)的轉(zhuǎn)速 403（ r/在隨后 1500到 2500（ r/間功率 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/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(shí)，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/ ,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/，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/，扭矩 達(dá)到最大值，同時(shí)在轉(zhuǎn)速 202（ r/，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(shí)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(shí)，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/，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(gè)曲線的最大值出現(xiàn)在最低轉(zhuǎn)速 94（ r/，此時(shí)，油耗率 280.4[g/(h)]。 功率 圖 4油門開度為 60%時(shí)，功率 且在轉(zhuǎn)速 n 為 2396（ r/，功率 隨后，功率 個(gè)曲線的最小值出現(xiàn)在轉(zhuǎn)速 n 為 794（ r/，此時(shí)，功率 30 002202402602803003203403603804000 500 1000 1500 2000 2500 3000油耗率be[g/(轉(zhuǎn)速 n（ r/ 油耗率 6 3 102030405060700 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 20 轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速 圖 4油門開度為 60%時(shí)，扭矩 的曲線在轉(zhuǎn)速為 800到 1000（ r/間急速上升，并且在轉(zhuǎn)速 004（ r/ ,扭矩 達(dá)到了最大值 N ? m）。之后，隨轉(zhuǎn)速 n 的增加， 扭矩 先下降，再稍微增加，在達(dá)到功率 396（ r/，開始明顯下降，直到到達(dá)額定轉(zhuǎn)速 798（ r/，扭矩 達(dá)到最小值 184（ 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 004（ r/，扭矩 達(dá)到最大值。同時(shí)油耗率 該轉(zhuǎn)速之后變化較為平穩(wěn)，在轉(zhuǎn)速 r/，油耗率 功率 396（ r/84 001201401601802002202402602803000 500 1000 1500 2000 2500 3000轉(zhuǎn)矩速 n（ r/ 轉(zhuǎn)矩 501001502002503000501001502002503003504000 500 1000 1500 2000 2500 3000油耗率be[g/(轉(zhuǎn)矩功率PE（速 n（ r/ 油門開度 60% 轉(zhuǎn)矩 率 耗率 華航天工業(yè)學(xué)院 21 時(shí)達(dá)到最大值。 油門開度為 70%時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及分析 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 2800 91 336 603 99 328 401 06 315 199 310