发动机性能测试系统设计
随着我国汽车工业的不断发展，社会对发动机性能测试设备提出了越来越高的要求，因此发动机性能测试设备在市场需求的推动下也在不断进行技术研发。而传统的发动机测试设备已经不能很好的满足测试发动机参数的工作需要，常常需要在某种特定的情况下才能测量，不能实现室外等场合的需要，而且需要将发动机拆卸下来进行测量。因此，研究开发一套先进、实用、便携的发动机性能测试系统对当前汽车工业的发展有着重要意义。 本论文是在分析研究发动机性能测试要求及传统测试手段的基础上，利用现代计算机技术、传感技术、电子技术以及软件技术，搭建一套完整的车用发动机性能测试系统，通过测量扭矩，转速，并以此计算发动机的功率来得知发动机的性能。
关键词 发动机，性能，测试系统，设计
目 录
1 绪论1
1.1 课题来源 1
1.2 国外发动机性能检测技术发展概况2
1.3 国内发动机性能检测技术发展概况2
1.4发动机的性能测试及故障诊断方法3
1.5 课题研究内容4
2 发动机性能测试系统总体设计5
2.1 发动机转速测量5
2.2 发动机扭矩测量7
2.3 功率的计算10
2.4 数据采集及处理14
2.5 电涡流测功器的原理16
3 试验设计17
3.1 负荷特性试验17
结论22
致谢 23
参考文献24
1 绪论
1.1 课题来源
随着我国的经济的发展和汽车总体数量的快速增加,人们对汽车的经济性、动力性、安全性还有舒适性等要求不断增加,我国尾气排放法律也越来越严格,从而和汽车 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
连带的各项技术的研究与发展迫在眉睫。汽车检测技术是汽车工业中不可或缺的主要技术,对此进行研究具有非常重要的社会意义。
发动机综合性能检测就是在检测线上就汽车对发动机的各类系统的工作状态,如喷油、电控系统和进排气系统以及传感元件和机械部件工作形态的动态和静态参数进行分析[1],为发动机诊断故障和技术状态判断提供数据基础。但是国内的发动机发展仍然不完善，因发动机故障而出现的交通事故层出不穷，因此,基于当前发动机质量一定的情况下,发展发动机性能测试技术已经势在必得,以确保其运行更加安全、性能发挥更佳、并能得到及时、合理的维修。
车用汽油发动机的测试主要有无负荷测试和台架测试两种方法[2]。里面无负荷测试法大多数是用于机动车检修等场合，基本是一种定性的测试。但是台架试验法则可以对发动机进行相对较为准确的试验和检测。因此，发动机的综合实验室中大部分是通过不断升级台架试验法中所采用的仪器和设备来提高对发动机重要参数的准确测试。在发动机的台架试验中，所测量的参数大致可以总结为：扭矩、功率、转速、温度、燃油油耗、压力以及排放尾气的分析等[3]。由于发动机实际工作的过程中这些参数大多处于变化状态，因此，在测试的过程中需要对发动机的工作状态进行控制，可以尽可能的模拟实际运行的不同工况或工作点，并且能顺利完成发动机工作曲线测量。
现阶段发动机性能测试的自动化的水平总体较低，大多数采用手动检测和自动控制相结合的方法进行测试。以前在完成发动机台架试验时，需要对发动机的温度、扭矩、转速和压力这些指标进行人工的控制，从而可以得到测试结果。之后对这些参数进行计算及修改，得到发动机扭矩、转速、功率和燃油消耗等数据。运用人工检测的试验办法，一般是由人工手动负荷控制仪的给定值、调节油门来做到调节负荷和转速的目的。其缺点是：试验人员过多，数据采集的工作量大，人员操纵误差较大，测量精度不高，劳动强度大，在进行例如科研等需要精确控制的场合，人工控制的方法显 然不能很好胜任。
这几年来，电脑网络技术、微电子技术与计算机电子技术的迅速发展满足了测控系统向自动化、智能化和把计算机作为基础的研究方向拓展所需的条件，也保证了测控领域中的MC3(通信、测试、控制、计算机)技术应用的技术基础。MC3是自动化的一种新兴的设计理念，它的主要思想就是把信息处理技术做为核心,并以计算机网络技术为基础，通过实现测控仪表智能化做为手段，形成可以多个级数分布式的智能测控系统，通过将测控系统数字化、智能化任务发布在多级测控系统的各个级数上，成为集通信、测试、处理以及控制于一身的高精度、低价格、高可靠性、高效及可管理性，具有自由发展和具备升级能力的工业型自动化测量控制系统。
1.2 国外发动机性能检测技术发展概况
国外的汽车检测技术现在已经发展到了相对比较完善的地步，在汽车检测管理的方面也是有着优良的制度。早在20世纪50年代，英美德等工业发达国家就已成功研制一些以性能调试和故障诊断为主的单项检测诊断技术以及检测设备[4]，例如:汽车速度检测仪、发动机检测仪、排气分析仪等[5]。到了20世纪60年代，国外的汽车检测技术逐步从单项检测技术发展为电子检测技术，综合检测技术、机电一体化检测技术出现。国外20世纪70年代出现了检测控制自动化技术、数据采集自动化技术、数据自动处理的技术、测试的结果自动保存并且打印的技术和现代集成化的检测技术[6, 7]。20世纪80年代左右，发达国家的现代检测诊断技术已经到达了大量使用的阶段，不仅仅社会上的汽车检测站很多，而且在汽车生产厂装配线的终端和汽车维修公司的内部也都拥有汽车检测诊断线，给交通安全、节约能源、环境保护、提高运输能力和降低运输成本方面，带来了十分显著的经济利益和社会利益。
1.3 国内发动机性能检测技术发展概况
我国开始对汽车检测技术进行研究是20世纪60年代左右,当时只是研究了点火正时灯、发动机漏气量检测仪等简单仪器。到了大概20世纪70年代初，我国发动机检测与诊断技术有了长足的发展, 国家科委将汽车的不解体检测技术及设备做为开发应用项目,由国家交通部主持并且研发了发动机综合检测仪、反力滚筒式汽车制动试验台、惯性式汽车制动试验台、汽车性能的综合检验台等等检测设备[8]。到了20世纪80年代左右,大连市建立起了国内的首家结构功能完善的汽车检测与诊断站。到 了20世纪80年代的中期,公安部以在交通部建立的汽车检测站基础上发展建设了全国性的汽车检测网络。随着时代的发展,计算机技术、电子技术、机电及传感器技术、信息技术等的飞速发展,汽车检测设备更加自动化和智能化，数据更加精确,无线通讯技术得到更加深入和广泛的应用。总之,汽车检测正向自动化、简便化方向发展。现在我国已经能够独立生产整套汽车检测的设备,如四轮定位仪、汽车底盘测功机、悬挂检验台、发动机综合分析仪、灯光检验仪、制动检验台、排气分析仪等,拥有生产能力的厂家己多达60多家[9]。
1.4 发动机的性能测试及故障诊断方法
（1）利用激光散斑(speekle)效应测试发动机功率
它依靠从被测表面反射回来的与入射光束形成的散斑图形来工作。当被测表面回转时,在任意平面内观测到的散斑图形随着被测表面每转一转而精确地重复出现。用适当的光学传感器采集散斑图形可产生唯一的瞬时正比于空间分布于传感器的有效作用面积的总光强的周期信号。选用一定的光学线路,在一个循环周期内可采到数千个波动波形。为了计算时变的扭矩要二束独立的激光束照射在轴上,两个激光束相距一定的距离,每个周期性波形以数字量存在内存中。先对由传感器接收到的无载荷波形进行锁定。
激光散斑现象产生于激光束与反射表面反射回来的反射光束的干涉。一个反射表面所形成的散斑图样是确定的,并且散斑图样会随反射面运动而运动,特别是目标在回转运动时会产生一个周期性的散斑图样的变化[10]。随着激光散斑统计计量学的发展,目前已经可以利用激光散斑图样的特性开发出一套用来测量回转轴的动扭矩的仪器—激光扭矩仪。它是靠两个独的激光发射器输出激光信号,该信号被轴的圆周上两个不同截面反射从而形成散斑图样作为轴转动产生的散斑运动信号,这些信号用来测量轴的扭转变形也就是扭矩。
1 绪论1
1.1 课题来源 1
1.2 国外发动机性能检测技术发展概况2
1.3 国内发动机性能检测技术发展概况2
1.4发动机的性能测试及故障诊断方法3
1.5 课题研究内容4
2 发动机性能测试系统总体设计5
2.1 发动机转速测量5
2.2 发动机扭矩测量7
2.3 功率的计算10
2.4 数据采集及处理14
2.5 电涡流测功器的原理16
3 试验设计17
3.1 负荷特性试验17
结论22
致谢 23
参考文献24
1 绪论
1.1 课题来源
随着我国的经济的发展和汽车总体数量的快速增加,人们对汽车的经济性、动力性、安全性还有舒适性等要求不断增加,我国尾气排放法律也越来越严格,从而和汽车 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
连带的各项技术的研究与发展迫在眉睫。汽车检测技术是汽车工业中不可或缺的主要技术,对此进行研究具有非常重要的社会意义。
发动机综合性能检测就是在检测线上就汽车对发动机的各类系统的工作状态,如喷油、电控系统和进排气系统以及传感元件和机械部件工作形态的动态和静态参数进行分析[1],为发动机诊断故障和技术状态判断提供数据基础。但是国内的发动机发展仍然不完善，因发动机故障而出现的交通事故层出不穷，因此,基于当前发动机质量一定的情况下,发展发动机性能测试技术已经势在必得,以确保其运行更加安全、性能发挥更佳、并能得到及时、合理的维修。
车用汽油发动机的测试主要有无负荷测试和台架测试两种方法[2]。里面无负荷测试法大多数是用于机动车检修等场合，基本是一种定性的测试。但是台架试验法则可以对发动机进行相对较为准确的试验和检测。因此，发动机的综合实验室中大部分是通过不断升级台架试验法中所采用的仪器和设备来提高对发动机重要参数的准确测试。在发动机的台架试验中，所测量的参数大致可以总结为：扭矩、功率、转速、温度、燃油油耗、压力以及排放尾气的分析等[3]。由于发动机实际工作的过程中这些参数大多处于变化状态，因此，在测试的过程中需要对发动机的工作状态进行控制，可以尽可能的模拟实际运行的不同工况或工作点，并且能顺利完成发动机工作曲线测量。
现阶段发动机性能测试的自动化的水平总体较低，大多数采用手动检测和自动控制相结合的方法进行测试。以前在完成发动机台架试验时，需要对发动机的温度、扭矩、转速和压力这些指标进行人工的控制，从而可以得到测试结果。之后对这些参数进行计算及修改，得到发动机扭矩、转速、功率和燃油消耗等数据。运用人工检测的试验办法，一般是由人工手动负荷控制仪的给定值、调节油门来做到调节负荷和转速的目的。其缺点是：试验人员过多，数据采集的工作量大，人员操纵误差较大，测量精度不高，劳动强度大，在进行例如科研等需要精确控制的场合，人工控制的方法显 然不能很好胜任。
这几年来，电脑网络技术、微电子技术与计算机电子技术的迅速发展满足了测控系统向自动化、智能化和把计算机作为基础的研究方向拓展所需的条件，也保证了测控领域中的MC3(通信、测试、控制、计算机)技术应用的技术基础。MC3是自动化的一种新兴的设计理念，它的主要思想就是把信息处理技术做为核心,并以计算机网络技术为基础，通过实现测控仪表智能化做为手段，形成可以多个级数分布式的智能测控系统，通过将测控系统数字化、智能化任务发布在多级测控系统的各个级数上，成为集通信、测试、处理以及控制于一身的高精度、低价格、高可靠性、高效及可管理性，具有自由发展和具备升级能力的工业型自动化测量控制系统。
1.2 国外发动机性能检测技术发展概况
国外的汽车检测技术现在已经发展到了相对比较完善的地步，在汽车检测管理的方面也是有着优良的制度。早在20世纪50年代，英美德等工业发达国家就已成功研制一些以性能调试和故障诊断为主的单项检测诊断技术以及检测设备[4]，例如:汽车速度检测仪、发动机检测仪、排气分析仪等[5]。到了20世纪60年代，国外的汽车检测技术逐步从单项检测技术发展为电子检测技术，综合检测技术、机电一体化检测技术出现。国外20世纪70年代出现了检测控制自动化技术、数据采集自动化技术、数据自动处理的技术、测试的结果自动保存并且打印的技术和现代集成化的检测技术[6, 7]。20世纪80年代左右，发达国家的现代检测诊断技术已经到达了大量使用的阶段，不仅仅社会上的汽车检测站很多，而且在汽车生产厂装配线的终端和汽车维修公司的内部也都拥有汽车检测诊断线，给交通安全、节约能源、环境保护、提高运输能力和降低运输成本方面，带来了十分显著的经济利益和社会利益。
1.3 国内发动机性能检测技术发展概况
我国开始对汽车检测技术进行研究是20世纪60年代左右,当时只是研究了点火正时灯、发动机漏气量检测仪等简单仪器。到了大概20世纪70年代初，我国发动机检测与诊断技术有了长足的发展, 国家科委将汽车的不解体检测技术及设备做为开发应用项目,由国家交通部主持并且研发了发动机综合检测仪、反力滚筒式汽车制动试验台、惯性式汽车制动试验台、汽车性能的综合检验台等等检测设备[8]。到了20世纪80年代左右,大连市建立起了国内的首家结构功能完善的汽车检测与诊断站。到 了20世纪80年代的中期,公安部以在交通部建立的汽车检测站基础上发展建设了全国性的汽车检测网络。随着时代的发展,计算机技术、电子技术、机电及传感器技术、信息技术等的飞速发展,汽车检测设备更加自动化和智能化，数据更加精确,无线通讯技术得到更加深入和广泛的应用。总之,汽车检测正向自动化、简便化方向发展。现在我国已经能够独立生产整套汽车检测的设备,如四轮定位仪、汽车底盘测功机、悬挂检验台、发动机综合分析仪、灯光检验仪、制动检验台、排气分析仪等,拥有生产能力的厂家己多达60多家[9]。
1.4 发动机的性能测试及故障诊断方法
（1）利用激光散斑(speekle)效应测试发动机功率
它依靠从被测表面反射回来的与入射光束形成的散斑图形来工作。当被测表面回转时,在任意平面内观测到的散斑图形随着被测表面每转一转而精确地重复出现。用适当的光学传感器采集散斑图形可产生唯一的瞬时正比于空间分布于传感器的有效作用面积的总光强的周期信号。选用一定的光学线路,在一个循环周期内可采到数千个波动波形。为了计算时变的扭矩要二束独立的激光束照射在轴上,两个激光束相距一定的距离,每个周期性波形以数字量存在内存中。先对由传感器接收到的无载荷波形进行锁定。
激光散斑现象产生于激光束与反射表面反射回来的反射光束的干涉。一个反射表面所形成的散斑图样是确定的,并且散斑图样会随反射面运动而运动,特别是目标在回转运动时会产生一个周期性的散斑图样的变化[10]。随着激光散斑统计计量学的发展,目前已经可以利用激光散斑图样的特性开发出一套用来测量回转轴的动扭矩的仪器—激光扭矩仪。它是靠两个独的激光发射器输出激光信号,该信号被轴的圆周上两个不同截面反射从而形成散斑图样作为轴转动产生的散斑运动信号,这些信号用来测量轴的扭转变形也就是扭矩。
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