汽車及發(fā)動機測試系統(tǒng)-臺架

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1、汽車及發(fā)動機測試系統(tǒng) 清華大學(xué)汽車工程系 金振華 汽車及發(fā)動機測試 發(fā)動機臺架試驗 整車轉(zhuǎn)鼓試驗 整車道路試驗 試驗方法 性能指標(biāo) 動力性 經(jīng)濟性 排放 振動與噪聲 汽車及發(fā)動機測試 經(jīng)過多年的積累，汽車發(fā)動機行業(yè)已建立了比 較完整的試驗準(zhǔn)體系，包括性能試驗、可靠性 試驗、排放試驗等專項試驗標(biāo)準(zhǔn)。隨著技術(shù)引 進(jìn)和技術(shù)交流的開展，我國大部分的試驗標(biāo)準(zhǔn) 已采用了國際標(biāo)準(zhǔn)。 汽車及發(fā)動機測試 發(fā)動機臺架試驗 穩(wěn)態(tài)試驗 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)簡介 臺架測試系統(tǒng) 動態(tài)試驗 動態(tài)測試系統(tǒng) 發(fā)動機臺架試驗 GB/T 18297-2001 汽車發(fā)動機性能試驗方法 規(guī)定了汽車用發(fā)動機性能臺架試驗方法，包括各 種負(fù)荷下的動力性

2、及經(jīng)濟性試驗方法，無負(fù)荷下 的起動、怠速、機械損失功率試驗方法以及有關(guān) 氣缸密封性的活塞漏氣量及機油消耗量試驗方法。 對主要測試儀表的精度要求 扭矩：誤差不大于所測發(fā)動機最大扭矩的 1% 轉(zhuǎn)速：誤差不大于所測值的 0.5% 燃油消耗量：誤差不大于所測值的 1% GB/T 18297-2001 汽車發(fā)動機性能試驗方法 主要測量參數(shù) 扭矩 轉(zhuǎn)速 燃油消耗量 溫度 冷卻水溫、機油溫、排氣溫、燃油溫 壓力 進(jìn)氣管真空度、進(jìn)氣連接管壓力、增壓器壓 氣機進(jìn)出口壓力、排氣背壓、機油壓力、氣 缸壓縮壓力、曲軸箱壓力 點火及噴油提前角 發(fā)動機進(jìn)氣狀態(tài) 進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣濕度 發(fā)動機空氣消耗量 活塞漏氣量

3、GB/T 18297-2001 汽車發(fā)動機性能試驗方法 主要計算參數(shù) 實測有效功率 校正有效扭矩 校正有效功率 燃油消耗率 實測平均有效壓力 充氣系數(shù) 機械效率 GB/T 18297-2001 汽車發(fā)動機性能試驗方法 十項性能試驗方法 起動試驗 怠速試驗 功率試驗 負(fù)荷特性試驗 萬有特性試驗 柴油機調(diào)速特性試驗 機械損失功率試驗 各缸工作均勻性試驗 機油消耗量試驗 活塞漏氣量試驗 標(biāo)準(zhǔn)對試驗條件、試驗 方法、測量項目及數(shù)據(jù)整 理進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。 發(fā)動機臺架試驗 GB/T 19055-2003 汽車發(fā)動機可靠性試驗方法 GB/T19055-2003 標(biāo)準(zhǔn)是汽車發(fā)動機在臺架上整機 的一般可靠性試

4、驗方法，其中包括負(fù)荷試驗規(guī)范 （如交變負(fù)荷、混合負(fù)荷和全速全負(fù)荷）、冷熱沖 擊試驗規(guī)范及可靠性評定方法。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于乘用車、商用車的水冷發(fā)動機，其中 包括點燃機和壓燃機；二沖程機及四沖程機；非增 壓機及增壓機；適用于燃用汽油、柴油、天然氣、 液化石油氣和醇類等燃料的發(fā)動機。 新設(shè)計或重大改進(jìn)的汽車發(fā)動機定型、轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)的 發(fā)動機認(rèn)證以及現(xiàn)生產(chǎn)的發(fā)動機質(zhì)量檢驗均可按本 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行試驗。 GB/T 19055-2003 汽車發(fā)動機可靠性試驗方法 可靠性試驗臺架的基本要求 滿足被試發(fā)動機的功率：所選測功機應(yīng)留有 30 的功率、扭矩余量（發(fā)動機額定功率轉(zhuǎn)速，最大 扭矩轉(zhuǎn)速時）。 具有自動控制能

5、力：測功機控制、油門控制，發(fā) 動機出水溫度控制等裝置，能按試驗要求的設(shè)定 值自動變化，能夠按試驗程序連續(xù)可靠的工作。 具有自動測量、數(shù)據(jù)采集，以及安全保護(hù)功能： 選用可靠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，合理的設(shè)置安全保護(hù)。 GB/T 19055-2003 汽車發(fā)動機可靠性試驗方法 合理選用和設(shè)計條件配套裝置：包括冷卻水溫控、 機油溫控、燃油溫控、中冷模擬、起動點火電源， 緊急停機、發(fā)電機加載，空壓機加載，冷熱沖擊、 活塞漏氣量監(jiān)測等條件配套裝置。 留有一定的擴展空間：根據(jù)國外廠家近幾年可靠性 試驗實際情況看，把排放測量也作為可靠性試驗的 測量參數(shù)，進(jìn)行考核，如：不透光煙度、氣體排放、 顆粒排放等，這些參數(shù)要求

6、與試驗臺架進(jìn)行數(shù)據(jù)通 訊；電噴、電控、共軌發(fā)動機在試驗中要提供的電 源和控制信號。 GB/T 19055-2003 汽車發(fā)動機可靠性試驗方法 交變負(fù)荷試驗 ,混合負(fù)荷試驗 GB/T 19055-2003 汽車發(fā)動機可靠性試驗方法 冷熱沖擊試驗 GB/T 19055-2003 汽車發(fā)動機可靠性試驗方法 測量參數(shù) 測量參數(shù)如下： a 功率 b 扭矩 c 溫度 d 壓力 e 油耗 GB/T 19055-2003 汽車發(fā)動機可靠性試驗方法 可靠性試驗條件要求 燃油溫度： 汽油溫度在 298K 5K(25 5 ) 柴油溫度在 311K 5K(38 5 ） 機油溫度： 363 398K(90 125 )

7、冷卻液溫度： 361 383K(88 110 ) 冷熱沖擊時水溫控制的規(guī)定 散熱器蓋在絕對壓力 150kPa 放氣時，冷卻水溫升至 378K 2K(105 2) 散熱器蓋在絕對壓力 190kPa 放氣時，冷卻水溫升至 385K 2K(112 2) 冷工況時冷卻水溫降至 311K 4K(38 4) 發(fā)動機臺架試驗 發(fā)動機臺架試驗 穩(wěn)態(tài)試驗 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)簡介 臺架測試系統(tǒng) 動態(tài)試驗 動態(tài)測試系統(tǒng) 發(fā)動機臺架試驗測控系統(tǒng) 主控計算機 測功機控制器 測功器 -發(fā)動機 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 測試設(shè)備 發(fā)動機臺架試驗測控系統(tǒng) 系統(tǒng)集成 測功機 油耗儀 排放分析儀 顆粒分析儀 煙度計 發(fā)動機臺架試驗測控系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集

8、德國 WAGO 美國 NI 臺灣研華 發(fā)動機臺架試驗測控系統(tǒng) 通訊接口 RS232 RS485 GPIB CAN LAN 發(fā)動機臺架試驗測控系統(tǒng) 測控軟件 系統(tǒng)維護(hù) 測試設(shè)備定義 測量通道標(biāo)定 試驗?zāi)０宥x 試驗?zāi)K 性能試驗 排放試驗 可靠性試驗 ECU匹配標(biāo)定試驗 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)檢索 打印表格 打印曲線 三維圖 數(shù)據(jù)輸出 測控系統(tǒng)軟件 數(shù)據(jù)處理 測控系統(tǒng)軟件 數(shù)據(jù)處理 測控系統(tǒng)軟件 數(shù)據(jù)處理 發(fā)動機臺架試驗 發(fā)動機臺架試驗 穩(wěn)態(tài)試驗 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)簡介 臺架測試系統(tǒng) 動態(tài)試驗 動態(tài)測試系統(tǒng) 發(fā)動機臺架試驗 Inertia Simulation and Control 在高動態(tài)臺架上進(jìn)行駕駛員模擬

9、和整車工況 模擬。 發(fā)動機臺架試驗 ISAC是集成于 PUMA系統(tǒng)中的一個軟件包 發(fā)動機臺架試驗 動態(tài)試驗臺的應(yīng)用 模擬整車道路試驗?？梢阅M法規(guī)中的滿載和空載滑行試驗、直 接檔加速試驗、換檔加速試驗、最高車速試驗、等速燃油消耗量 試驗、多工況燃料消耗量試驗等汽車動力性和經(jīng)濟性試驗。 模擬整車底盤測功機試驗?？梢阅M各國排放法規(guī)中規(guī)定的各種 標(biāo)準(zhǔn)測試循環(huán)，如歐洲的 ECE EUDC， 美國的 FTP-75等。 在發(fā)動機動態(tài)試驗臺上可以進(jìn)行汽車動力傳動系統(tǒng)的匹配優(yōu)化。 通過對發(fā)動機動態(tài)試驗臺上車輛模型和道路阻力模型中參數(shù)的改 變，研究整車各部件參數(shù)對汽車動力性、經(jīng)濟性和排放特性的影 響規(guī)律，為汽

10、車動力傳動系統(tǒng)的匹配優(yōu)化提供參考依據(jù)。 發(fā)動機動態(tài)試驗臺可以使用在新型汽車動力系統(tǒng)，如電動汽車、 混合動力汽車和燃料電池汽車的開發(fā)過程中。 發(fā)動機臺架試驗 動態(tài)試驗臺的優(yōu)點 由于不需要整車 ， 所以可以在汽車動力系統(tǒng)的開發(fā)早期對汽車動 力系統(tǒng)除了發(fā)動機以外的部分進(jìn)行模擬 ， 從而研究內(nèi)燃機的動態(tài) 性能 ， 便于新型發(fā)動機的開發(fā) 。 發(fā)動機動態(tài)試驗臺為汽車動力傳動系統(tǒng)的優(yōu)化匹配提供了一種很 方便的試驗手段 。 發(fā)動機動態(tài)試驗臺上的試驗重復(fù)性好 。 發(fā)動機動態(tài)試驗臺可以使用多種測量方法 ， 而且可以使用道路試 驗和轉(zhuǎn)鼓試驗不適用的精度更高的 、 采樣頻率更快的測試設(shè)備 ， 使測試技術(shù)水平得到明顯提

11、高 。 發(fā)動機臺架試驗 道路阻力模型： 發(fā)動機臺架試驗 慣量模擬 發(fā)動機臺架試驗 車速控制器 發(fā)動機臺架試驗 控制方式 RG/Alfa RG/V 排放測試 排放測試法規(guī) 工況法：將若干個汽車常用工況組合成一個或 若干個測試循環(huán)，試驗時測取汽車在整個測試 循環(huán)中的排放水平。工況法可以比較全面的反 映汽車排放水平。 排放限值：工況法檢測排放限值分為兩類，型 式認(rèn)證和產(chǎn)品一致性試驗限值。型式認(rèn)證是對 新設(shè)計車型的認(rèn)證試驗；產(chǎn)品一致性試驗是對 批量生產(chǎn)車的試驗，要求從批量生產(chǎn)車中任意 抽取若干量進(jìn)行試驗。 排放測試 輕型車與重型車 工況法根據(jù)輕型車與重型車采取不同的試驗方法。 一般將總質(zhì)量在 400

12、3500kg范圍內(nèi)，成員 9 12 人以下的車輛作為輕型車。 輕型車排放檢測要求在底盤測功機上進(jìn)行，被檢車 輛按規(guī)定的測試循環(huán)運轉(zhuǎn)，試驗結(jié)果用單位里程排 放質(zhì)量表示（ g/km）。 重型車排放檢測要求在發(fā)動機臺架上進(jìn)行，結(jié)果用 發(fā)動機比排放量表示（ g/kWh）。 輕型車排放法規(guī) 美國排放法規(guī) FTP-75工況 0 505s冷啟動 506 1372s穩(wěn)定段 10min停車 0 505s熱啟動 輕型車排放法規(guī) 歐洲排放法規(guī) 法規(guī) 生效日期 汽油車 CO HC NOx 歐洲 1 1992 2 72 0 97 歐洲 2 1995 10 2 2 0 5 歐洲 3 2000 2 3 0 2 0 15 歐

13、洲 4 2005 1 0 0 1 0 08 輕型車排放法規(guī) 歐洲排放法規(guī) ECE+EUDC 日本排放法規(guī) 10.15工況 輕型車排放法規(guī) 歐 和歐 的 主要區(qū)別 加嚴(yán)了排放測試方法。常溫排放試驗 (I型試驗 )的測試方法中刪除 了冷啟動后的 40s怠速時間；汽油車的蒸發(fā)排放試驗 (1V型試驗 )的 晝間呼吸試驗時間從原來的 1 h變?yōu)?24 h， 更真實地模擬汽車經(jīng)過 一晝夜的溫度變化而產(chǎn)生的油氣蒸發(fā)。 加嚴(yán)了汽車排放限值。 CO、 HC的排放數(shù)值降低，且將 HC和 N0 x分開 規(guī)定 增加 VI型試驗，即低溫試驗，用于檢測車輛在冷起動之后低溫情 況下的 CO和 HC平均排放水平，試驗在低溫（

14、 -7 ）環(huán)境下進(jìn)行， 只進(jìn)行城市循環(huán)工況的測試，排放限值為 CO15g/km， HC1.8g/km。 增加 OBD試驗，要求車輛裝備了 OBD系統(tǒng)。 輕型車排放測試 輕型車排放測試 -數(shù)據(jù)計算 輕型車排放測試 - CVS結(jié)果表格 輕型車排放測試 -模態(tài)計算結(jié)果表格 輕型車排放測試 -司機助 重型車排放標(biāo)準(zhǔn) 汽油機 9工況（ GB17691-2001) 重型車排放標(biāo)準(zhǔn) 柴油機 13工況 (GB14762-2002) 重型車排放標(biāo)準(zhǔn) 歐洲 III ESC測試循環(huán) 2000年實施的歐洲 3法規(guī)對 13工況做了若干修正，稱為歐洲穩(wěn) 態(tài)標(biāo)準(zhǔn)測試循環(huán) 重型車排放標(biāo)準(zhǔn) ESC還包含一個動態(tài)煙度測試（ EL

15、R）， 在 ABC三個轉(zhuǎn)速下由 10 油門突然加到最大，用透光式煙度計測量這個過程的煙度最大 值。 重型車排放標(biāo)準(zhǔn) 歐洲 3(ETC) 對于使用排氣后處理技術(shù)的重型車用柴油機和氣體燃料發(fā)動 機，歐洲 3標(biāo)準(zhǔn)中還要加試一個歐洲瞬態(tài)循環(huán)以檢驗排氣后處 理系統(tǒng)的性能。 重型車排放標(biāo)準(zhǔn) RB Dilution Air Micro Tunnel system Full Tunnel system Exhaust GAS P RB 常規(guī)的顆粒測量一般使用全流稀釋系統(tǒng) . 部分流測量顆粒：指通過稀釋一部分發(fā)動機尾氣 . 即：從發(fā)動機的總排氣中按固定比例采集一部分的排氣，用于分析 顆粒取樣 重型車排放標(biāo)準(zhǔn) 重型車排放標(biāo)準(zhǔn) 重型車排放測試 END THANKS