機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)論文--- 發(fā)動(dòng)機(jī)與起動(dòng)機(jī)性能匹配測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　1 緒論3</b></p><p>　　1.1 選題的意義3</p><p>　　

2、1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)述與結(jié)構(gòu)4</p><p>　　1.3測(cè)功機(jī)-轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器5</p><p>　　1.3.1 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器簡(jiǎn)介5</p><p>　　1.3.2電渦流測(cè)功機(jī)工作原理7</p><p>　　1.4動(dòng)力性指標(biāo)8</p><p><b>　　1.4.1扭矩8</b>&l

3、t;/p><p><b>　　1.4.2轉(zhuǎn)速8</b></p><p>　　1.4.3 功率8</p><p>　　1.5 機(jī)械振動(dòng)的來(lái)源9</p><p>　　1.6國(guó)內(nèi)常用機(jī)型比較10</p><p>　　1.7 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展方向10</p><p>　

4、　1.8 本章小結(jié)10</p><p>　　2 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體方案選擇11</p><p>　　2.1 測(cè)試方法11</p><p>　　2.2總體方案設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)12</p><p>　　2.2.2設(shè)計(jì)的整體方案12</p><p>　　2.3

5、 本章小結(jié)13</p><p>　　3. 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇和分析14</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇與分析14</p><p>　　3.2地板螺栓的選擇14</p><p>　　3.3支架的微調(diào)裝置16</p><p>　　3.4全螺紋螺柱17</p><p>　　3

6、.5支架零件校核19</p><p>　　3.5.1剪切力分析校核19</p><p>　　3.5.2縱向壓力分析19</p><p>　　3.6切應(yīng)力變形分析20</p><p>　　3.7支架的振動(dòng)分析21</p><p>　　3.8聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)與分析22</p><p>　　3

7、.9測(cè)功機(jī)支架選擇與分析23</p><p>　　3.10 本章小結(jié)24</p><p>　　4 測(cè)試系統(tǒng)的安裝與使用25</p><p><b>　　5 總結(jié)27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　譯

8、文30</b></p><p><b>　　原文說(shuō)明37</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著近年來(lái)家用車輛的激增，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試設(shè)備的需求量越來(lái)越大，要求越來(lái)越高，使國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試設(shè)備企業(yè)也得到了較快的發(fā)展。但與國(guó)外先進(jìn)水平比，設(shè)備的性能、精度和質(zhì)量水平還較低，成套

9、設(shè)備配套使用的可靠性較差，難以商品化，無(wú)法滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)發(fā)展的需要，因此研發(fā)一套成熟的系統(tǒng)是十分必要的。動(dòng)力性指標(biāo)是表征發(fā)動(dòng)機(jī)做功能力大小的指標(biāo)，一般用發(fā)動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。而主要的指標(biāo)就是轉(zhuǎn)速和扭矩。</p><p>　　本課題是關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)與起動(dòng)機(jī)性能匹配測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此系統(tǒng)有良好的擴(kuò)展性，不僅可以測(cè)試各種汽車的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)亦可測(cè)試柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)展即可測(cè)試其他動(dòng)力

10、性能參數(shù)。而且此系統(tǒng)還可以快速組裝、測(cè)試，無(wú)需尋找指定的測(cè)試系統(tǒng)，有廣泛的用途。由于使用了大量的標(biāo)準(zhǔn)件，關(guān)鍵零件大部分也由板材加工而成，使得成本大為減少。</p><p>　　關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)， 起動(dòng)機(jī)， 性能測(cè)試系統(tǒng)， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 轉(zhuǎn)速， 扭矩</p><p>　　The Design Of Internal Combustion Engine Test System</p>

11、<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the surge in vehicles, the test of enginee is great needed with its level of standards growing, as a result, the test equipment manufacturer in country d

12、eveloped obviously. With international test equipment manufactuing , our national’s quality is not comparable as production’s stabilization hasn’t reach the commercial standard turns out to not an optional of industry.

13、To be a alteration, matured both in stabilization and commercial is essential. The index of combustion engine is Round Per</p><p>　　This article is about the design of combust engine test system. From the su

14、pporting system, the joining system, according to the actual requirements to calculate the final draw to meet the test requirements of engine. As the most of parts are standardlization, further more, the un-standardlizat

15、ion parts are made by plant steel or iron, the price of this test equipment been reduced obviously. The extendable of this system is outstanding, after alter four parts only and quick adjustment it became </p><

16、;p>　　Key words: combust engine test system，RPM，torque</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)與起動(dòng)機(jī)性能匹配測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　蒙卓 011107207</p><p><b>　　1 緒論 </b></p><p><b>　　1.1 選題的

17、意義</b></p><p>　　2007年中國(guó)汽車銷售879.16萬(wàn)輛，2010年汽車銷售規(guī)模達(dá)到1800萬(wàn)輛。汽車起動(dòng)機(jī)市場(chǎng)也隨之蘊(yùn)含著巨大商機(jī)。目前，我國(guó)汽車起動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)及其主要零部件產(chǎn)品的制造企業(yè)在600家以上，其中具有整機(jī)生產(chǎn)能力的約300家。隨著競(jìng)爭(zhēng)的加劇，業(yè)內(nèi)市場(chǎng)分割日趨明朗，國(guó)產(chǎn)汽車起動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)內(nèi)配套市場(chǎng)覆蓋率達(dá)到99%以上，包括國(guó)產(chǎn)乘用車、微型車、輕型車、客車、載貨汽車、各類

18、工程及農(nóng)用機(jī)械、船舶等。其中外商獨(dú)資以及外資企業(yè)合資企業(yè)，市場(chǎng)擴(kuò)張迅速，逐漸成為我國(guó)乘用車、商用車行業(yè)配套機(jī)器的主力供應(yīng)商。相對(duì)固定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局使行業(yè)原有生產(chǎn)能力得到基本釋放，可以預(yù)測(cè)，行業(yè)內(nèi)新一輪大規(guī)模的投資即將興起。2000年～2006年，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的產(chǎn)銷率均在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)值96%以上。隨著國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)量的快速增加和技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試設(shè)備的需求量越來(lái)越大，要求越來(lái)越高，使國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試設(shè)備企業(yè)也得到了較快的發(fā)展。通過(guò)技術(shù)引進(jìn)和

19、自主開(kāi)發(fā)，江蘇啟測(cè)測(cè)功器有限公司、河南洛陽(yáng)南峰機(jī)械廠、70研究所、杭州奕科機(jī)電技術(shù)有限公司、杭州中成測(cè)試設(shè)備有限公司、江蘇南通常通測(cè)試設(shè)備有限公司等企業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力都有了較大的提高，</p><p>　　1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)述與結(jié)構(gòu)</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)（Engine），又稱為引擎，是一種能夠把一種形式的能轉(zhuǎn)化為另一種更有用的能的機(jī)器，通常是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。（把電能轉(zhuǎn)化為

20、機(jī)器能的稱謂電動(dòng)機(jī)）有時(shí)它既適用于動(dòng)力發(fā)生裝置，也可指包括動(dòng)力裝置的整個(gè)機(jī)器，比如汽油發(fā)動(dòng)機(jī),航空發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)最早誕生在英國(guó)，所以，發(fā)動(dòng)機(jī)的概念也源于英語(yǔ)，它的本義是指那種“產(chǎn)生動(dòng)力的機(jī)械裝置”。 內(nèi)燃機(jī)，這一類型的發(fā)動(dòng)機(jī)與外燃機(jī)的最大不同在于它的燃料在其內(nèi)部燃燒。內(nèi)燃機(jī)的種類十分繁多，我們常見(jiàn)的汽油機(jī)、柴油機(jī)是典型的內(nèi)燃機(jī)。我們不常見(jiàn)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)上裝配的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)也屬于內(nèi)燃機(jī)。不過(guò)，由于動(dòng)力輸出方式不同，前兩者和后兩者又存在

21、著巨大的差異。一般地，在地面上使用的多是前者，在空中使用的多是后者。當(dāng)然有些汽車制造者出于創(chuàng)造世界汽車車速新紀(jì)錄的目的，也在汽車上裝用過(guò)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，但這總是很特殊的例子，并不存在批量生產(chǎn)的適用性。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體是構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架，是發(fā)動(dòng)機(jī)各機(jī)構(gòu)和各系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)，其內(nèi)、外安裝著發(fā)動(dòng)機(jī)的所有主要零件和附件，承受各種載荷。因此，機(jī)體必須要有足夠的強(qiáng)度和剛度。機(jī)體組主要由氣缸體、汽缸套、氣缸蓋、氣缸墊和輸出軸等零件組成。</p>

22、<p>　　1.3測(cè)功機(jī)-轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器</p><p>　　1.3.1 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器簡(jiǎn)介</p><p>　　轉(zhuǎn)矩傳感器主要由扭力軸、磁檢測(cè)器，轉(zhuǎn)筒及殼體等四部分組成。磁檢測(cè)器包括配對(duì)的兩組內(nèi)、外齒輪，永久磁鋼和感應(yīng)線圈。外齒輪安裝載扭力軸測(cè)量段的兩端； 內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)筒內(nèi),和外齒輪相對(duì)，永久磁鋼緊接內(nèi)齒輪安裝在轉(zhuǎn)筒內(nèi)。永久磁鋼，內(nèi)外齒輪構(gòu)成環(huán)狀閉合磁路,感應(yīng)線圈固定在殼體的兩端蓋

23、內(nèi)。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)下， 內(nèi)齒輪隨同轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)。內(nèi)外齒輪是變位齒輪，并不齒合，齒頂六由工作氣隙，內(nèi)外齒輪的齒頂相對(duì)時(shí)氣隙最窄，齒頂和齒槽相對(duì)時(shí)，氣隙最寬。內(nèi)外齒輪在相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，齒頂與齒槽交 替相對(duì)，相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒位時(shí),工作氣隙發(fā)生一個(gè)周期的變化,磁路的磁阻和磁通隨之相應(yīng)作周期變化,因此線圈中感應(yīng)出近似正弦波的電壓訊號(hào),訊號(hào)電壓瞬時(shí)值 的變化和內(nèi)外齒輪的相對(duì)位置的變化是一致的。測(cè)功機(jī)也稱測(cè)功器，主要用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，也可作為齒輪箱、減

24、速機(jī)、變速箱的加載設(shè)備，用于測(cè)試它們的傳遞功率。主要分為水力測(cè)功機(jī)、電渦流測(cè)功 機(jī)、電力測(cè)功機(jī)。電力測(cè)功機(jī)利用電機(jī)測(cè)量各種動(dòng)力機(jī)械軸上輸出的轉(zhuǎn)矩，并結(jié)合轉(zhuǎn)速以確定功率的設(shè)備。因?yàn)楸粶y(cè)量的動(dòng)力機(jī)械可能有不同轉(zhuǎn)速，所以用作電力測(cè) 功機(jī)的電機(jī)必須是可以平滑調(diào)速的電機(jī)。目前用得較多的是直流測(cè)功機(jī)、交</p><p>　　交流測(cè)功機(jī) 通常由一臺(tái)三相交流換向器電動(dòng)機(jī)和測(cè)力計(jì)、測(cè)速發(fā)電機(jī)組合而成。 它的測(cè)功原理與直流測(cè)功機(jī)相同

25、。</p><p>　　渦流測(cè)功機(jī) 利用渦流產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)測(cè)量機(jī)械轉(zhuǎn)矩的裝置。它由電磁滑差離合器（見(jiàn)電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)）、測(cè)力計(jì)和測(cè)速發(fā)電機(jī)組成。被測(cè)動(dòng)力機(jī)械與電磁滑差離合器的輸入 軸連接，帶動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)，磁極則被安裝其上的測(cè)力臂掣住,只能在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)一角度,配合測(cè)力計(jì)就可以由此擺動(dòng)角直接讀出電樞與磁極間作用的電磁轉(zhuǎn)矩。略 去風(fēng)摩損耗等測(cè)量誤差時(shí)，此電磁轉(zhuǎn)矩就等于被測(cè)動(dòng)力機(jī)械的輸出轉(zhuǎn)矩。渦流測(cè)功機(jī)只能產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)

26、矩，不能作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。一般用于測(cè)量轉(zhuǎn)速上升而轉(zhuǎn)矩下降， 或轉(zhuǎn)矩變化而轉(zhuǎn)速基本不變的動(dòng)力機(jī)械。</p><p>　　1.3.2電渦流測(cè)功機(jī)工作原理</p><p>　　由電渦流測(cè)功機(jī)結(jié)構(gòu)圖可知，感應(yīng)子主要由旋轉(zhuǎn)部分和擺動(dòng)部分（電樞和勵(lì)磁線圈）組成。轉(zhuǎn)子軸上的感應(yīng)子形狀猶如齒輪，與轉(zhuǎn)子同軸裝有一個(gè)直流勵(lì)磁線 圈。當(dāng)勵(lì)磁線圈組通以直流電流時(shí)，其周圍便有磁場(chǎng)存在，那么圍繞勵(lì)磁組就產(chǎn)生一閉合磁通。

27、很明顯，位于繞組左側(cè)的感應(yīng)子具有一個(gè)極性，右側(cè)具有相反的極 性。旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于磁密值的周期性變化而產(chǎn)生渦流，此渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)同產(chǎn)生它的磁場(chǎng)相互作用，從而產(chǎn)生與被試機(jī)反向的制動(dòng)力矩，使電樞擺動(dòng)，通過(guò)電樞上的力臂，將制動(dòng)力傳給測(cè)量裝置。轉(zhuǎn)速測(cè)量采用非接觸式磁電轉(zhuǎn)速傳感器和裝于主軸的60齒牙盤，將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。</p><p><b>　　1.4動(dòng)力性指標(biāo) </b></p>

28、<p>　　動(dòng)力性指標(biāo)是表征發(fā)動(dòng)機(jī)做功能力大小的指標(biāo)，一般用發(fā)動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。</p><p><b>　　1.4.1扭矩</b></p><p>　　扭矩表示使物體加速轉(zhuǎn)動(dòng)的能力。一般來(lái)講，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的馬力大通常扭矩也大。如果用扭矩來(lái)表示功率，可以寫(xiě)成式（1.1）：</p><p>　　N=Mw

29、…………………………………………………………（1.1）</p><p><b>　　N為扭力</b></p><p><b>　　M是扭矩</b></p><p><b>　　w是轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度</b></p><p>　　也就是說(shuō)，剛才我們說(shuō)扭矩大馬力也大的前提是轉(zhuǎn)速相同。如果

30、在馬力相同的情況下，扭矩與轉(zhuǎn)速就成反比，轉(zhuǎn)速高的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩就會(huì)比較小。</p><p><b>　　1.4.2轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)稱為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，用n表示，單位為r/min。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低，關(guān)系到單位時(shí)間內(nèi)作功次數(shù)的多少或發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的大小，即發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率隨轉(zhuǎn)速的不同而改變。因此，在說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的大小時(shí)，必須同時(shí)指明

31、其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　1.4.3 功率</b></p><p>　　是單位時(shí)間內(nèi)做功的大小或能量轉(zhuǎn)換的大小。若令ΔW是在Δt時(shí)間內(nèi)所做的功，則這段時(shí)間內(nèi)的平均功率 Pavg 由式(1.2)給出：</p><p>　　………………………………………………………………………( 1.2) </p><p>

32、;　　瞬時(shí)功率是指時(shí)間 Δt 趨近于0時(shí)的平均功率，如式(1.3)所示：</p><p>　　………………………………………………………( 1.3)</p><p>　　1.5 機(jī)械振動(dòng)的來(lái)源</p><p>　　機(jī)械振動(dòng)是指表示機(jī)械設(shè)備在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)上某觀測(cè)點(diǎn)的位移量圍繞其均值或相對(duì)基準(zhǔn)隨時(shí)間不斷變化的過(guò)程。與信號(hào)的分類類似，機(jī)械振動(dòng)根據(jù)振動(dòng)規(guī)律可以

33、分成兩大類：穩(wěn)態(tài)振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)。振動(dòng)的幅值、頻率和相位是振動(dòng)的三個(gè)基本參數(shù)，稱為振動(dòng)三要素。只要測(cè)定這三個(gè)要素，也就決定了整個(gè)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。幅值是振動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)志，它可以用峰值、有效值、平均值等不同的方法表示。不同的頻率成分反映系統(tǒng)內(nèi)不同的振源。通過(guò)頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而尋找振源，采取相應(yīng)的措施。振動(dòng)信號(hào)的相位信息十分重要，如利用相位關(guān)系確定共振點(diǎn)、測(cè)量振型、旋轉(zhuǎn)件動(dòng)平衡、有源振動(dòng)控制、降噪等。對(duì)于復(fù)雜振動(dòng)的波形分析，

34、各諧波的相位關(guān)系是不可缺少的。</p><p>　　簡(jiǎn)諧振動(dòng)是最基本的周期運(yùn)動(dòng)，各種不同的周期運(yùn)動(dòng)都可以用無(wú)窮個(gè)不同頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的組合來(lái)表示。本節(jié)討論最為簡(jiǎn)單的單自由度系統(tǒng)在兩種不同激勵(lì)下的響應(yīng)(即單自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)): </p><p>　　以利于正確理解和掌握機(jī)械振動(dòng)測(cè)試及分析技術(shù)的有關(guān)概念。</p><p>　　在振動(dòng)測(cè)量時(shí)，應(yīng)合理選擇測(cè)量參數(shù)。如振動(dòng)位

35、移是研究強(qiáng)度和變形的重要依據(jù)；振動(dòng)加速度與作用 力或載荷成正比，是研究動(dòng)力強(qiáng)度和疲勞的重要依據(jù)；振動(dòng)速度決定了噪聲的高低，人對(duì)機(jī)械振動(dòng)的敏感程度在很大頻率范圍內(nèi)是由振動(dòng)速度決定的，振動(dòng)速度又與 能量和功率有關(guān)，并決定了力的動(dòng)量。</p><p>　　1.6國(guó)內(nèi)常用機(jī)型比較</p><p>　　雖然國(guó)內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)多種多樣，但是表1.1中四種型號(hào)共占據(jù)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的63%左右，有較大的研究?jī)r(jià)值

36、。</p><p>　　1.7 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展方向</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試需要測(cè)試的項(xiàng)目繁多，如扭矩（力）、轉(zhuǎn)速、壓力、溫度、流量、流速、噪聲、位置和位移等，涉及的測(cè)試技術(shù)、測(cè)試設(shè)備和測(cè)試方法也多種多樣。  </p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試分為性能試驗(yàn)和專項(xiàng)試驗(yàn)，性能試驗(yàn)包括動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和耐久性等，專項(xiàng)試驗(yàn)是為特定目的進(jìn)行的試驗(yàn)，

37、如熱沖擊試驗(yàn)、排放試驗(yàn)、溫度場(chǎng)試驗(yàn)、熱平衡試驗(yàn)等。</p><p><b>　　1.8 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章論述了選題的意義及發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的意義，對(duì)國(guó)內(nèi)外此方面的研究做了研究，并對(duì)未來(lái)測(cè)試系統(tǒng)的研究方向做出展望。</p><p>　　2 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體方案選擇</p><p><b>　　

38、2.1 測(cè)試方法</b></p><p>　　將測(cè)功機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行連接后，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，由測(cè)功機(jī)讀出轉(zhuǎn)速和扭矩等參數(shù)，方便而且直觀地獲得發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速和扭矩等重要性能參數(shù)的數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能測(cè)試</p><p>　　兩組蓄電池串聯(lián)，在其內(nèi)部溶液溫度達(dá)到箱內(nèi)溫度電壓不低于24V時(shí)開(kāi)始起動(dòng)，起動(dòng)機(jī)起動(dòng)后拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)如

39、果在15s拖動(dòng)時(shí)間內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)著火并自行運(yùn)轉(zhuǎn)，即為起動(dòng)成功，若超過(guò)15s未能自行起動(dòng),其間無(wú)斷續(xù)著火聲即為起動(dòng)失敗，若其間有斷續(xù)著火聲并伴隨著冒黑煙。允許繼續(xù)接通15s，若能自行運(yùn)轉(zhuǎn)亦為起動(dòng)成功，然后根據(jù)特性曲線確定起動(dòng)成功所需的時(shí)間，即起動(dòng)時(shí)間。</p><p>　　起動(dòng)成功后，緊接著做發(fā)動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)試驗(yàn)，此時(shí)不給發(fā)動(dòng)機(jī)供油，讓起動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)的成功起動(dòng)轉(zhuǎn)速，即起動(dòng)轉(zhuǎn)速。根據(jù)起動(dòng)時(shí)間和起動(dòng)轉(zhuǎn)速，可判斷

40、出與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配性能最好的起動(dòng)機(jī)。</p><p>　　2.1.2發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)阻力矩測(cè)試</p><p>　　使用整流電源給起動(dòng)機(jī)供電，讓起動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)10s獲取發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)阻力矩。</p><p>　　2.1.3發(fā)動(dòng)機(jī)靜態(tài)阻力矩測(cè)試</p><p>　　人工輕微轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪10次，每次間的角度相差30°取每次的最大阻力矩。&l

41、t;/p><p><b>　　2.1.4怠速試驗(yàn)</b></p><p>　　將發(fā)動(dòng)機(jī)油門松開(kāi)，在低速空轉(zhuǎn)的狀態(tài)下運(yùn)行5min后進(jìn)行測(cè)量,每隔20s測(cè)一次,共測(cè)10次,最后計(jì)算平均轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速變化率,以評(píng)定怠速功耗及其穩(wěn)定性。</p><p><b>　　2.2總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><

42、;b>　　2.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)如下:</b></p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)能夠放置不同型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以在水平面的兩個(gè)方向和豎直方向調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)位置，使它能與其它部分配合，以便準(zhǔn)確地測(cè)試。</p><p>　　轉(zhuǎn)速： 0～3000RPM</p><p&g

43、t;　　精度：優(yōu)于0.1％ 誤差小于5轉(zhuǎn)/分</p><p>　　扭矩：0～100 N.m 誤差：±1.5％</p><p>　　2.2.2設(shè)計(jì)的整體方案</p><p><b>　　總體布置設(shè)計(jì)如下：</b></p><p>　　基礎(chǔ)應(yīng)該有足夠的重量，測(cè)功器不應(yīng)與發(fā)動(dòng)機(jī)支架同裝于一塊底板上；采用行

44、業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)底板設(shè)計(jì)，可以減少振動(dòng)和成本。</p><p>　　臺(tái)架基礎(chǔ)置于開(kāi)放環(huán)境中，可進(jìn)行微調(diào)，方便操作。</p><p>　　可以測(cè)試多種引擎，只需調(diào)節(jié)最少量得零件。</p><p>　　由于測(cè)試的功率不大，所以對(duì)于內(nèi)燃機(jī)各缸周期性的慣性力和力矩引起的受迫振動(dòng)采用橡膠墊減震。</p><p>　　盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件并減少零件數(shù)。</p

45、><p>　　總裝圖如圖2.1所示</p><p><b>　　圖2.1總裝示意圖</b></p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章論述了如何確定總體方案并擬定了設(shè)計(jì)思路，為接下來(lái)的設(shè)計(jì)提供了方向。</p><p>　　3. 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

46、選擇和分析</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇與分析 </p><p>　　測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)參數(shù)是由被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)決定的，如表中所示的發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸。</p><p>　　底板根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)大小、測(cè)功機(jī)規(guī)格推算出大致的底板長(zhǎng)度和寬度如式(3.1)與式(3.2)所示：</p><p>　　………………………………………………（3.1）</p&g

47、t;<p>　　…………………………………………………………(3.2)</p><p>　　B(l/w)：地板長(zhǎng)/寬</p><p>　　M(l/w)最大的發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)/寬</p><p>　　所以單塊平臺(tái)尺寸：長(zhǎng)×寬×厚=3000mm×1446mm×100mm</p><p>　　由于不需要

48、承擔(dān)橫向力與剪切力，因此挑選了較小的M12 T型槽螺母與650標(biāo)準(zhǔn)的T型槽作為支架與地板的聯(lián)接件。</p><p>　　3.2地板螺栓的選擇</p><p>　　地板與引擎支架之間的鏈接如圖3.1所示</p><p>　　圖3.1 地板與引擎支架間的鏈接孔</p><p>　　根據(jù)CFM — ITBONA公司提供的標(biāo)準(zhǔn)，直徑M12的孔深H應(yīng)為

49、24mm，孔寬b應(yīng)為23.2mm。加上支架底高15mm和螺母12mm，所以應(yīng)選用由此才能對(duì)應(yīng)T槽專用的螺栓 GB/T 37-1988 M12×50。</p><p>　　地板使用M48地腳螺栓安裝固緊、M36調(diào)整螺釘調(diào)平，其間距設(shè)置為橫向1000mm、縱向500mm；設(shè)有吊裝孔及接地螺孔（不小于M12）（根據(jù)行業(yè)規(guī)則，以上參數(shù)無(wú)需在工程圖中畫(huà)出，由地板生產(chǎn)廠商設(shè)計(jì)）。</p><p&

50、gt;　　臺(tái)架支架其高度由最大可測(cè)試的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)大小計(jì)算，單支架尺寸：長(zhǎng)×寬×厚=226mm×224mm×750mm。使用HT200鑄造臺(tái)架支架，減震效果很好，但是成本高；因此需要使用減震性能較好但價(jià)格便宜的材料進(jìn)行制造。10mm熱軋鋼板（牌號(hào): 08F）價(jià)格較便宜，易于加工，因此成了較好的選擇。</p><p>　　08F的材料性能如下：</p><p

51、>　　拉延級(jí)別|Z|抗拉強(qiáng)度:275～365MPa</p><p>　　拉延級(jí)別|S和P|抗拉強(qiáng)度:275～380Mpa</p><p>　　3.3支架的微調(diào)裝置</p><p>　　因?yàn)檎籽b置的安裝是需要吊車的，因此是不太容易使用吊車進(jìn)行精確的安裝，但是測(cè)功機(jī)對(duì)于精度的要求還是非常高的。所以一套能微量調(diào)節(jié)的裝置是很有必要的。垂直方向上的調(diào)節(jié)可以使用螺桿與螺

52、母調(diào)節(jié)。由于各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的重量不一，因此要挑選最大的，并給予一定的安全系數(shù)，本設(shè)計(jì)中為0.7。</p><p>　　如表3.1所示，各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的重量不是很高，根據(jù)最大扭矩和安全系數(shù)計(jì)算最大的壓力如式（3.3）所示：</p><p>　　…………………………………………………( 3.3）</p><p><b>　　其中：</b></p>

53、;<p><b>　　P為最大壓力</b></p><p><b>　　Wg為發(fā)動(dòng)機(jī)重量</b></p><p><b>　　R 為最小軸半徑</b></p><p><b>　　Tmax為最大扭矩</b></p><p><b>

54、　　S為安全系數(shù)</b></p><p>　　最后得出P=(180*10+100/0.025)x1.7= 9860 N</p><p>　　由上面的需求可以得出調(diào)節(jié)上下的全螺紋螺柱最小直徑設(shè)計(jì)規(guī)格</p><p>　　工作載荷 　 Fc = 10 kN </p><p>　　殘余預(yù)緊力系數(shù)　K = 1.6</p>

55、<p>　　總載荷　 　 F0 = 26.00 kN </p><p>　　相對(duì)剛度　 　λ = 0.25</p><p>　　預(yù)緊力　 　 Fp = 23.50 kN </p><p>　　螺栓機(jī)械性能等級(jí) = 6.8</p><p>　　螺栓屈服強(qiáng)度 σs = 480 MPa</p><p&g

56、t;　　安全系數(shù) Ss1 = 3</p><p>　　螺栓許用應(yīng)力 [σ] = 160.00 MPa</p><p><b>　　材料種類 = 碳鋼</b></p><p>　　螺栓公稱尺寸　 = M20</p><p>　　螺栓小徑 d1 = 17.294 mm</p><p><b>

57、;　　3.4全螺紋螺柱</b></p><p>　　挑選了M30x750 GB/T 9125-2003，如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 全螺紋螺柱</p><p>　　雖然此產(chǎn)品是用于與管法蘭標(biāo)準(zhǔn)配套使用的連接件標(biāo)準(zhǔn)，是管法蘭系列標(biāo)準(zhǔn)之一。但是其工作環(huán)境和受力方式相似，并沒(méi)有劇烈受力變化循環(huán)，并配給了金屬墊片，而且通過(guò)上節(jié)的計(jì)算，得知螺

58、桿的公稱直徑只需M20即可，為保證安全使用M30，可以這此使用。</p><p>　　支架的引擎連接螺栓設(shè)計(jì)與分析：</p><p>　　表1中的發(fā)動(dòng)機(jī)均使用M10螺栓作為緊固件（共8個(gè)），由于連接部分需要承受剪切力（橫向），因此其設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮其強(qiáng)度，校核如下：受橫向力10000/8 N，既1250 N</p><p>　　工作載荷 　 Fc = 1.25 k

59、N </p><p>　　殘余預(yù)緊力系數(shù)　K = 1.6</p><p>　　總載荷　 　 F0 = 3.25 kN </p><p>　　相對(duì)剛度　 　λ = 0.25</p><p>　　預(yù)緊力　 　 Fp = 2.94 kN </p><p>　　螺栓機(jī)械性能等級(jí) = 6.8</p>

60、<p>　　螺栓屈服強(qiáng)度 σs = 480 MPa</p><p>　　安全系數(shù) Ss1 = 4</p><p>　　螺栓許用應(yīng)力 [σ] = 120.00 MPa</p><p>　　材料種類 = 合金鋼</p><p>　　螺栓公稱直徑 Md = M10</p><p>　　螺栓小徑　d1 = 8.376

61、 mm</p><p>　　螺栓計(jì)算應(yīng)力 σ = 76.92 MPa</p><p>　　校核計(jì)算結(jié)果： σ≤[σ] 滿足</p><p>　　為統(tǒng)一支架上的螺栓外徑，方便使用，所有支架上支撐用螺栓均為M10。</p><p><b>　　3.5支架零件校核</b></p><p>　　3.5.

62、1剪切力分析校核</p><p>　　為加工方便，使用了與支架加工相同的板材——10mm熱軋鋼板，由于零件需要承受橫向剪切力如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 支架零件受剪力圖</p><p>　　因此需要校核。校核如下：</p><p>　　τ=7104Pa << 275Mpa [安全]</p><

63、;p>　　3.5.2縱向壓力分析</p><p>　　支架零件所受壓力如圖3.4所示</p><p>　　圖3.4 支架零件所受壓力圖</p><p><b>　　校核結(jié)果：</b></p><p>　　σ=7014Pa << 275Mpa [安全]</p><p>　　3.6切

64、應(yīng)力變形分析</p><p>　　金屬在彈性范圍內(nèi)，外力和變形成比例地增長(zhǎng)，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比例關(guān)系時(shí)（符合虎克定律），這個(gè)比例系數(shù)就稱為彈性模數(shù)或彈性模量。根據(jù)應(yīng)力，應(yīng)變的性質(zhì)通常又分為：正彈性模數(shù)（E）和剪切彈性模數(shù)（G），彈性模數(shù)的大小，相當(dāng)于引起物體單位變形時(shí)所需應(yīng)力之大小，所以，它在工程技術(shù)上是衡量材料剛度的指標(biāo)，彈性模數(shù)愈大，剛度也愈大，亦即在一定應(yīng)力作用下，發(fā)生的彈性變形愈小。對(duì)于支架零件的校核如式

65、（3.4）所示，示意圖如圖3.5所示。</p><p>　　τ=15671 Pa</p><p>　　G=7.83 GPa</p><p>　　圖3.5 切應(yīng)變示意圖</p><p>　　………………………………………………………………（3.4）</p><p>　　由此計(jì)算出應(yīng)變?yōu)棣?0.002mm < [γ]

66、 安全</p><p>　　3.7支架的振動(dòng)分析</p><p>　　傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)采用彈性支承降低振動(dòng)，隔振裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，性能可靠。橡膠支承一般安裝在車架上，根據(jù)受力情況分為壓縮型， 剪切型和壓縮-剪切復(fù)合型等。壓縮型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛，且由于自振頻率較高，一般限于垂直方向上使用。剪切型自振頻率較低，但強(qiáng)度不高。壓縮-剪切復(fù)合型綜合了前面兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)可以滿足耐 久性和可

67、靠性要求。這是目前國(guó)內(nèi)外最廣泛采用的。為了使隔振橡膠支承系統(tǒng)具有較好的減振性能參數(shù)求一具方向的彈簧常數(shù)不變，其他方向剛度加強(qiáng)的情況下，可采取在橡膠中間加入鋼板來(lái)改變縮剪切的彈簧常數(shù)。這樣也可使旬形尺寸減小。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中也使用順丁橡膠墊來(lái)隔絕振動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，順丁橡膠的性能如下：</p><p><b>　　強(qiáng)度: C級(jí)</b></p>&l

68、t;p><b>　　耐磨: AB級(jí)</b></p><p><b>　　防振: A級(jí)</b></p><p>　　由于橡膠墊安裝后除壓力和振動(dòng)外無(wú)需承受其他力，因此強(qiáng)度無(wú)需考慮。而且采用了HT200制造的地板來(lái)減少振動(dòng)。</p><p>　　3.8聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)與分析</p><p>　　根據(jù)最

69、大的扭矩和安全系數(shù)，如下式3.5計(jì)算：</p><p>　　………………………………………………（3.5）</p><p><b>　　其中：為許用扭矩</b></p><p><b>　　為最大扭矩</b></p><p>　　S為安全系數(shù)，此取0.2</p><p>　　

70、得出聯(lián)軸器可選擇型號(hào):GY4,GYS4,GYH4 (GB/T 5843-2003),如圖3.6所示</p><p>　　圖3.6 GY4,GYS4,GYH4型聯(lián)軸器</p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)如下：</b></p><p>　　公稱轉(zhuǎn)矩Tn/(N·m): 224</p><p>　　許用轉(zhuǎn)速[

71、n]/(r/min): 9000</p><p>　　軸孔直徑d1、d2: 25mm</p><p>　　3.9測(cè)功機(jī)支架選擇與分析</p><p>　　測(cè)功機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇，最后通過(guò)對(duì)比選擇了海安航成機(jī)電制造有限公司的ZJ-20型，最高轉(zhuǎn)速4000RPM，最大扭矩200Nm。如圖3.7所示</p><p>　　圖3.7.測(cè)功機(jī)

72、外形示意圖</p><p>　　測(cè)功機(jī)的詳細(xì)精度參數(shù)如下：</p><p>　　靜標(biāo)精度:在標(biāo)定傳感器系數(shù)的相同環(huán)境溫度下（不相同時(shí)按溫度系數(shù)修正），靜標(biāo)定誤差應(yīng)不超過(guò)±0.2%。</p><p>　　在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，套筒固定在任意位置時(shí)，不同轉(zhuǎn)速下扭矩測(cè)量讀數(shù)變化應(yīng)不大于±0.2%。</p><p>　　傳感器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)

73、動(dòng),中間套筒在不同位置時(shí),讀數(shù)誤差應(yīng)不超過(guò)±0.2%;或者中間套筒轉(zhuǎn)動(dòng)（啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)），軸在不同位置時(shí)，讀數(shù)誤差應(yīng)不超過(guò)±0.2%。</p><p>　　測(cè)量精度:傳感器與TR-1配合,其測(cè)量誤差不超過(guò)±0.5%。</p><p>　　允許測(cè)量的最大扭矩：120%額定值。</p><p>　　輸出電壓信號(hào)幅度：不小于0.7V有效值。&l

74、t;/p><p>　　工作時(shí)間：可連續(xù)運(yùn)行。</p><p>　　可見(jiàn)是滿足設(shè)計(jì)要求的，因此無(wú)需再進(jìn)行選型。</p><p>　　由于此公司提供了減震片及附件，所以不需要進(jìn)行測(cè)功機(jī)附件的設(shè)計(jì)，僅需要設(shè)計(jì)其支架。根據(jù)測(cè)功機(jī)規(guī)格，推算出支架規(guī)格：</p><p>　　長(zhǎng)×寬×厚=370mm×210mm×300m

75、m。</p><p>　　由此，測(cè)功機(jī)構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試系統(tǒng)，如圖3.8所示</p><p>　　圖3.8 測(cè)試系統(tǒng)示意圖</p><p><b>　　3.10 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章論述了如何確定發(fā)動(dòng)機(jī)與起動(dòng)機(jī)性能匹配測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中零件的參數(shù)及進(jìn)行校對(duì)。</p><p>　

76、　4 測(cè)試系統(tǒng)的安裝與使用</p><p>　　安裝大致方向是使用吊車將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸與測(cè)功機(jī)對(duì)齊，使用微調(diào)系統(tǒng)將兩者用聯(lián)軸器連接。示例安裝視圖如圖4.1所示，</p><p>　　圖4.1 最后安裝完畢后示意圖</p><p>　　由于支架和測(cè)功機(jī)在XY平面上有2個(gè)自由度，因此引擎的位置并不固定，所以可以視用戶的需求調(diào)整兩者之一達(dá)到調(diào)整目的。</p>

77、<p><b>　　安裝完整順序：</b></p><p>　　首先將4個(gè)地板用螺栓放入槽內(nèi)，測(cè)功機(jī)底盤對(duì)正螺栓，并放置于地板上，使其中心能對(duì)正地板的槽線，并使用地板螺栓將其固定于地板上。如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 測(cè)功機(jī)底盤安裝示意</p><p>　　測(cè)功機(jī)的安裝參照測(cè)功機(jī)生產(chǎn)廠商的說(shuō)明。</p>

78、<p>　　放入4個(gè)地板用螺栓以便安裝引擎支架，將引擎支架按附中的裝配圖2安裝完畢后將其底部的四個(gè)槽對(duì)其地板上的螺栓；至少需要如此安裝四個(gè)引擎支架。</p><p>　　分別為引擎輸出軸和測(cè)功機(jī)輸入軸裝上聯(lián)軸器，但不連接。</p><p>　　將引擎輸出軸吊裝至與測(cè)功機(jī)水平，同時(shí)將引擎支架移動(dòng)至固定位置將引擎固定，連接聯(lián)軸器后即可使用。</p><p>

79、　　支架后蓋是作為調(diào)整單元的支撐部分，必須安裝，同時(shí)，后蓋還可以提供一定的保護(hù)作用。為了減少振動(dòng)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的影響，其他需要連接的部分應(yīng)使用非剛性連接。</p><p>　　為使系統(tǒng)處于最佳的狀態(tài)，應(yīng)盡量減少拆裝。</p><p><b>　　5 總結(jié)</b></p><p>　　本文完成了“發(fā)動(dòng)機(jī)與起動(dòng)機(jī)性能匹配測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”的構(gòu)建，針對(duì)汽

80、車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、扭矩不高等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了與其配套的測(cè)試機(jī)構(gòu)，由于大量使用標(biāo)準(zhǔn)件及沖壓鋼材，使得此測(cè)試機(jī)構(gòu)的可以方便擴(kuò)展、價(jià)格廉價(jià)、實(shí)用性強(qiáng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了導(dǎo)師的大力支持，在此表示感謝。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 柯常忠，黃曉波.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與起動(dòng)機(jī)性能匹配的計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)[J]. 汽車科技，2004（5）</p&

81、gt;<p>　　[2] 伍東升.小型高速汽油機(jī)燃燒測(cè)試平臺(tái)的研究和應(yīng)用[D].重慶大學(xué)碩士 學(xué)位論文，2007.4</p><p>　　[3]馬凡華，許忠厚．內(nèi)燃機(jī)的光學(xué)測(cè)試方法川．車用發(fā)動(dòng)機(jī)，1999，6(124)</p><p>　　[4]林洪樺．動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)處理[M]．北京理工大學(xué)出版社，1995</p><p>　　[5]嚴(yán)兆大等．熱能與動(dòng)力

82、機(jī)械測(cè)試技術(shù)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，1999</p><p>　　[6]梁德沛．機(jī)械參量動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)[M]．重慶大學(xué)出版社，1987</p><p>　　[7]吳光夏．內(nèi)燃機(jī)測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展叨．車用發(fā)動(dòng)機(jī)，1994(6)</p><p>　　[8]馬元驥，施潤(rùn)昌．內(nèi)燃機(jī)測(cè)試技術(shù)[M]．浙江大學(xué)出版社，1986</p><p>　　[9]M

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84、t,MI,USA</p><p>　　[10]P3．Bryanston-CrossHigh,K．S．Chana,T．V Jones．Bandwidth Heat Transfer and Opfical Mcasurncnts in An Instrumented Spark Ignition Internal Combustion Engine．Combustion＆Flow Diagnostics(Part

85、A&B)，SAE 2002 World Congress＆Exhibition,March 2002，Detroit,MLUSA</p><p>　　[11]Ferraro CV,et a1．Knock-limit Measurement in Hight Speed S．I．Engine．SAE paper 850127，1985</p><p>　　[12]吳光夏．內(nèi)燃機(jī)測(cè)試技

86、術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[M]．車用發(fā)動(dòng)機(jī)，1994(6)</p><p>　　[13]范萌等．發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試分析系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)明[M]．內(nèi)燃機(jī)工程，1993，14(4)</p><p>　　[14]王吉華．內(nèi)燃機(jī)數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)研究川[M]．內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，1999，17(4)，p391—396</p><p>　　[15]小野測(cè)試株式會(huì)杜．CB--466多通道發(fā)動(dòng)機(jī)分析儀使用

87、說(shuō)明書(shū)[M]．1985</p><p>　　[16]吳波，劉建偉．內(nèi)燃機(jī)示功圖測(cè)量與分析技術(shù)的發(fā)展陰．山東內(nèi)燃機(jī)，2000，(1)</p><p>　　[l7]吳光夏．內(nèi)燃機(jī)測(cè)試設(shè)備發(fā)展的嶄新階段們[M]．車用發(fā)動(dòng)機(jī)，1999，(1)</p><p>　　[18] 胡軍軍，閻小俊，周龍寶，曾科，潘克煜．內(nèi)燃機(jī)燃燒分析儀的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J]．西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，

88、35(3)</p><p>　　[19] 熊仕濤，張騖．發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒分析系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化研制叨[J]．內(nèi)燃機(jī)．2000，(6)</p><p>　　[20] 史紹熙．內(nèi)燃機(jī)燃燒研究的現(xiàn)狀和動(dòng)向[J]．西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，28(5) </p><p><b>　　譯文</b></p><p>　　柴油機(jī)引擎發(fā)展和耐久性

89、</p><p>　　先進(jìn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和后處理技術(shù)的發(fā)展，第2級(jí)排放。</p><p>　　Rakesh Aneja 底特律柴油機(jī)公司</p><p>　　Brian Bolton 底特律柴油機(jī)公司</p><p>　　Adedejo Bukky Oladipo 底特律柴油機(jī)公司</p><p>　　Zornit

90、za Pavlova MacKinnon， 底特律柴油機(jī)公司</p><p>　　Amr Radwan 底特律柴油機(jī)公司</p><p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　先進(jìn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和后處理技術(shù)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，用于多種發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛平臺(tái)。第2代（ 2007年及以后）的排放水平已證明了輕型貨車車輛超過(guò)75個(gè)試驗(yàn)周期對(duì)車輛底

91、盤式功率機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在得到了這些低尾氣排放水平的，同時(shí)又保留了燃油經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。</p><p>　　通過(guò)將原型后處理系統(tǒng)與先進(jìn)的燃燒方式（潔凈燃燒）結(jié)合，性能和排放取得了不少成果。潔凈燃燒在綜合處理之后控制部分種類廢氣，同時(shí)達(dá)到氮氧化物和PM降低的目的。啟用引擎的分析工具能夠使子系統(tǒng)發(fā)展和系統(tǒng)整合。實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)方法，利用各種設(shè)施，以簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)的最終解決方案，包括利用穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)機(jī)的測(cè)試床，模擬底盤機(jī)的測(cè)試周

92、期。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，第2級(jí)，可控硅，后處理，排放，燃燒</p><p><b>　　【導(dǎo)言】</b></p><p>　　在20世紀(jì)90年代后期，燃料的使用規(guī)劃已對(duì)未來(lái)的運(yùn)輸要求作好準(zhǔn)備。展望未來(lái)，從2000至2020年汽車能源的使用是相對(duì)穩(wěn)定的，而第三至第八類卡車（重型機(jī)器類型車輛）卻被認(rèn)為在這20年時(shí)間里將有微

93、弱的增長(zhǎng)。然而，一個(gè)顯著的上升主要出現(xiàn)在第1類至第2類車（皮卡，面包車和多功能車）。在某些情況下，這些都是用在商業(yè)上，但是增加的主要的來(lái)源被視為是客車市場(chǎng)用于個(gè)人的運(yùn)輸?shù)娜找嬖鲩L(zhǎng)的一部分。汽車使用的增加后來(lái)將主要增加能源的使用，從而帶動(dòng)每天數(shù)百萬(wàn)桶的原油消費(fèi)，從20世紀(jì)90年代后期的大約800萬(wàn)桶增加至2020年的12.5-13萬(wàn)桶[ 1,2 ]。</p><p>　　有人預(yù)測(cè)，到那時(shí)，汽車的柴油機(jī)使用率，開(kāi)始主

94、要是第一類及第二類輕型卡車的柴油機(jī)使用率在美國(guó)的交通能源的使用中將有顯著的減少。 不過(guò)，很多人質(zhì)疑柴油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)行次級(jí)排放的能力是否會(huì)影響其可行性。而那些認(rèn)為可以掃除排放的障礙的人又質(zhì)疑所有的氮氧化物減排技術(shù)應(yīng)用和燃油效率降低之后，燃料經(jīng)濟(jì)的改進(jìn)將是怎樣。</p><p>　　為應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題，一系列的同能源部的合作項(xiàng)目已經(jīng)開(kāi)展，包括三角洲計(jì)劃以及后來(lái)的底特律柴油公司的“領(lǐng)導(dǎo)者”計(jì)劃。這些計(jì)劃的目的是研究達(dá)到次級(jí)排放

95、標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)可行性以及對(duì)燃料經(jīng)濟(jì)性可能產(chǎn)生的影響。底特律柴油公司所采用的方案是一套綜合分析和應(yīng)用的方案，該方案利用這個(gè)項(xiàng)目早期階段的模擬來(lái)發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和策略發(fā)展需要的觀念。</p><p>　　圖1 ： "柴油"的汽車的使用，使美國(guó)運(yùn)輸能源使用顯著減少。</p><p><b>　　方法及結(jié)果</b></p><p>　　控

96、制系統(tǒng)與引擎控制系統(tǒng)用適中有效的方法綜合在一起，這種方法使得在保持柴油機(jī)對(duì)汽油機(jī)固有的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的總體排放特性也有明顯的提升。最初，廣泛的仿真指引著人們?nèi)ピO(shè)計(jì)一個(gè)清潔的單缸引擎。這個(gè)模型，以實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)以及做好穩(wěn)定狀態(tài)模態(tài)的發(fā)展得到了驗(yàn)證。這方面的努力使該模型變得適用并且使得在穩(wěn)定模式下的工作有質(zhì)量保證。一旦這種實(shí)驗(yàn)得到校準(zhǔn)和完善，引擎工況水平穩(wěn)定，它將被用于預(yù)測(cè)瞬時(shí)的引擎工作性能，又仍處在穩(wěn)定狀態(tài)類型中。與分析的

97、工具結(jié)合在高度被控制的一種穩(wěn)定的狀態(tài)測(cè)試，然后再在一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)中測(cè)試運(yùn)行。這就回答了如何在空氣系統(tǒng)，EGR系統(tǒng)和提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的燃燒系統(tǒng)間找到平衡的問(wèn)題。 </p><p>　　伴隨穩(wěn)定狀態(tài)的發(fā)展，這些工作和理論被暫態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功計(jì)驗(yàn)證，這個(gè)測(cè)功機(jī)位于發(fā)動(dòng)機(jī)能夠進(jìn)行暫態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)類型工作的位置。同時(shí)，車輛綜合在預(yù)報(bào)和車輛噴射類型的的推動(dòng)的周期，諸如聯(lián)邦城市的驅(qū)車周期，F(xiàn)TP-75，US06，而公路燃料經(jīng)濟(jì)測(cè)試方式被編入

98、瞬時(shí)的引擎測(cè)力計(jì)。這些可以在一個(gè)非?？刂圃O(shè)置下運(yùn)行，從而允許為控制系統(tǒng)和校準(zhǔn)得到改進(jìn)。</p><p>　　伴隨著馬力測(cè)力計(jì)系統(tǒng)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)被用來(lái)帶動(dòng)一系列商用輕型卡車：道奇杜蘭戈，道奇Dakota ，也是世界第1類戴姆勒克萊斯勒霓虹客車車輛，并且部分驗(yàn)證控制系統(tǒng)發(fā)展校準(zhǔn)已制定。這種車輛綜合后，再往回到仿真領(lǐng)域中發(fā)展高保真控制系統(tǒng)和校準(zhǔn)發(fā)展。這是一條線索，通過(guò)一個(gè)迭代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)動(dòng)機(jī)和后處理的發(fā)展。至于第二，第三和

99、第四次迭代，通過(guò)這樣的循環(huán)，后處理日益一體化。</p><p>　　圖2 ：達(dá)科他輕型卡車平臺(tái)</p><p>　　如圖2所示，該平臺(tái)也可用于該計(jì)劃中，為第2級(jí)示范的是戴姆勒克萊斯勒道奇Dakota輕型卡車平臺(tái)。搭載的是一臺(tái)加強(qiáng)4升V6發(fā)動(dòng)機(jī)[ 3,4 ] 。這種發(fā)動(dòng)機(jī)采用可變幾何渦輪充電時(shí)，共軌燃油噴射，獨(dú)特的高壓力回路，冷卻EGR系統(tǒng)，創(chuàng)造了235馬力， 4000 rpm優(yōu)越性能表現(xiàn)，

100、并在2002年展示，，并參加了2002年在圣迭戈的乘坐和駕駛展示。在項(xiàng)目早期，一個(gè)綜合性的減排路線被開(kāi)發(fā)為輕型卡車和SUV的平臺(tái)，如圖3所示。它是基于與FTP - 75廢氣排放性，并它在兩個(gè)領(lǐng)域得以體現(xiàn)。第一個(gè)領(lǐng)域是利用清潔燃燒的引擎控制策略和進(jìn)步來(lái)確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放。這個(gè)項(xiàng)目專利性和先進(jìn)性的燃燒技術(shù)在顯著減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放的同時(shí)，對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性沒(méi)有重大的影響，事實(shí)上，對(duì)瞬態(tài)燃油經(jīng)濟(jì)性沒(méi)有任何切實(shí)的影響。</p><p>

101、;　　圖3 ：輕型卡車/越野車平臺(tái)綜合排放削減路線 </p><p>　　一旦這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)外排放是既定的，那么第二個(gè)目標(biāo)就確定了：排氣管排放通過(guò)后處理顯示這個(gè)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略的綜合性。發(fā)動(dòng)機(jī)外排放的目標(biāo)是在第2級(jí)10個(gè)等級(jí)，然后逐年下降非常接近第2級(jí)的9級(jí)水平，這是有針對(duì)性的，其最終目標(biāo)是達(dá)到2級(jí)的5級(jí)的最終的目標(biāo)。</p><p>　　在2002DEER會(huì)議，初步的結(jié)果被顯示發(fā)動(dòng)機(jī)在第2

102、級(jí)的10水平且沒(méi)有后處理[5]的外排放 。這有重要意義，因?yàn)樗谌〉昧朔浅５偷陌l(fā)動(dòng)機(jī)排放的同時(shí)保持了非常高的燃油經(jīng)濟(jì)性，比以汽油機(jī)作動(dòng)力的車高出50%。加入催化的煙塵過(guò)濾器，尿素為基礎(chǔ)的可控硅技術(shù)和相關(guān)的管制措施，氮氧化物和粉塵減少，并且在FTP-75無(wú)任何氨滑移的情況下實(shí)現(xiàn)第2級(jí)6水平的排放。同汽油機(jī)相比，這種排放效益要高45%。</p><p>　　自2002年DEER會(huì)議以來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)外排放有了很大的提高，如

103、圖4所示。非常接近第2級(jí)9水平的排放，在沒(méi)有活躍的氮氧化物后處理情況下實(shí)現(xiàn)。氮氧化物的? 0.3克每英里很低的微粒。這超過(guò)了在初期階段的計(jì)劃路線確立的目標(biāo)。通過(guò)把以尿素為基礎(chǔ)的SCR技術(shù)添加到發(fā)動(dòng)機(jī)中，F(xiàn)TP-75實(shí)現(xiàn)了第2類第3級(jí)排放 ，同時(shí)與汽油機(jī)相比，燃油效益高出40%。再次，這些排放水平是在FPT-5周期無(wú)任何氨滑移的情況下取得的。此外， US06水平也是第2級(jí)排放水平在利用催化的煙塵過(guò)濾器和以尿素為基礎(chǔ)的SCR技術(shù)的情況下取得

104、的。</p><p>　　圖4 ： NOx還原經(jīng)燃燒和后處理發(fā)展輕型卡車/越野車平臺(tái)</p><p>　　用以顯示這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的好處的一種方法是將氮氧化物減少原因的歸類，可分為由于燃燒或者發(fā)動(dòng)機(jī)不同，以及通過(guò)比較FTP-75汽車的外氮氧化物排放量和FTP-75發(fā)動(dòng)機(jī)的外排放量對(duì)后處理綜合性能的影響。在FTP-75放入循環(huán)中，后處理效率通常在80%-95%。對(duì)于低溫的FTP-75循環(huán)來(lái)說(shuō)，這

105、些是相當(dāng)高水平的氮氧化物減少量。這個(gè)項(xiàng)目顯示，去年，通過(guò)進(jìn)一步利用清潔燃燒技術(shù)，提升檢查和控制策略，發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物外排量有了顯著的降低。發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物外排量減少了一半以上。而且，F(xiàn)TP-75循環(huán)氮氧化物排放減少技術(shù)有意義的提高表現(xiàn)在從去年的85%上升到今年的90%。這是通過(guò)充分開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)和先進(jìn)的復(fù)合模式燃燒的潛能實(shí)現(xiàn)的。這些充分表現(xiàn)了先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)和后處理綜合技術(shù)，這些是這些技術(shù)和項(xiàng)目?jī)?nèi)在的要求，尤其當(dāng)你考慮從模擬反復(fù)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)穩(wěn)態(tài)，瞬

106、態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)，最終到達(dá)汽車使用階段。我們經(jīng)歷的那種循環(huán)越多，我們就越能通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制和先進(jìn)的潛能將后處理與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合。</p><p>　　圖5 ： NOx還原經(jīng)燃燒和后處理的發(fā)展輕型卡車/越野車平臺(tái)</p><p>　　而實(shí)現(xiàn)第二級(jí)，尤其當(dāng)破壞傳統(tǒng)的NOx折衷方案曲線時(shí)，找出這種氮氧化物權(quán)衡曲線仍然停留在上述每個(gè)單獨(dú)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)顯得很重要。氮氧化物/燃油經(jīng)濟(jì)性權(quán)衡曲線仍然以同樣的方式

107、存在。我們可以在曲線上標(biāo)出氮氧化物從7級(jí)到3級(jí)的變化情況，以顯示出：當(dāng)?shù)趸餃p少時(shí)FTP-75的燃油經(jīng)濟(jì)性也減少到同樣的水平。內(nèi)在的燃油經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇潛力的確認(rèn)是很重要的。在發(fā)展思路的每一步，燃油經(jīng)濟(jì)性下降的原因都被確認(rèn)，并且記錄在下面的循環(huán)中。</p><p>　　因此，對(duì)于2002年第2級(jí)6級(jí)水平，F(xiàn)TP - 75 的燃油經(jīng)濟(jì)性為：輕型卡車每加侖行駛20英里。在2003年，雖然我們有燃油經(jīng)濟(jì)性和氮氧化物的綜合，但

108、我們現(xiàn)在可以在沒(méi)加侖同樣里程數(shù)的情況下達(dá)到第2類第5級(jí)的水平。這表明在同樣的燃油經(jīng)濟(jì)性條件下，氮氧化物的排放量比以前減少了55%。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果我們保持相同的氮氧化物，以2003年確定的排放標(biāo)準(zhǔn)，燃油經(jīng)濟(jì)性可以增長(zhǎng)到?jīng)]加侖行駛20.5英里?；蛘?，我們可以將氮氧化物的排放量有效的減少到第2類第3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，這相當(dāng)于在燃油經(jīng)濟(jì)性減少最少的基礎(chǔ)上將氮氧化物排放量減少了70%以上。有這樣一個(gè)信息：經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)不斷的發(fā)展，燃油經(jīng)濟(jì)性不斷的提高，因此進(jìn)一

109、步減少氮氧化物的排放量不會(huì)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生多大不利的影響。如果我們把乘用車平臺(tái)作比較，這些結(jié)果可以被進(jìn)一步說(shuō)明，前面的結(jié)果已經(jīng)有所呈現(xiàn)。我們有和輕卡相類似的路線圖，區(qū)分兩種體制：一種是發(fā)動(dòng)機(jī)具有氮氧化物外排和FTP-75粉末的，另一種是與瞄準(zhǔn)第2類第5級(jí)的后處理系統(tǒng)相結(jié)合的。在這種情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)外輪廓在沒(méi)有后處理的情況下被提煉到一個(gè)更加清潔的水平：氮氧化物0.4g/mi和0.5g/mi。通過(guò)一個(gè)煙塵催化過(guò)</p><

110、p>　　這個(gè)項(xiàng)目顯示了燃油經(jīng)濟(jì)性隨著發(fā)展思路的提升而產(chǎn)生的重大進(jìn)步，同時(shí)在燃油經(jīng)濟(jì)性不受損害的情況下氮氧化物排放量有初步降低。第2類第5級(jí)結(jié)果是在67mpg的混合經(jīng)濟(jì)，這是FTP-75和高速路燃油經(jīng)濟(jì)的結(jié)合。這清晰的顯示出當(dāng)利用合成分析和實(shí)驗(yàn)方法時(shí)，燃油經(jīng)濟(jì)如何得以提高。</p><p>　　圖6 ：客運(yùn)車平臺(tái)的綜合排放削減路線</p><p><b>　　總結(jié)和結(jié)論<

111、;/b></p><p>　　總之，這個(gè)項(xiàng)目利用綜合柴油機(jī)和具有含SCR系統(tǒng)的催化過(guò)濾器后處理及技術(shù)來(lái)說(shuō)明輕卡SUV和乘用車平臺(tái)的第2類第3級(jí)排放。第2類用來(lái)說(shuō)明超過(guò)US06循環(huán)的輕卡平臺(tái)和FTP-75結(jié)果。用同樣的汽車做測(cè)試，這比輕型汽油機(jī)卡車高出41%的燃油經(jīng)濟(jì)性。排放量的減少首先歸功于先進(jìn)的燃燒技術(shù)，并且通過(guò)在沒(méi)有活躍的氮氧化物后處理的情況下實(shí)現(xiàn)第9級(jí)氮氧化物排放和PM水平實(shí)現(xiàn)的。尿素噴射控制策略是取

112、得良好排放的首要原因，它在最大程度減小氨滑移的同時(shí)最大程度的減小了氮氧化物排放量。</p><p>　　同時(shí)，概括地說(shuō)，強(qiáng)調(diào)綜合測(cè)試和分析的發(fā)展策略是短時(shí)間內(nèi)輕卡和乘用車實(shí)現(xiàn)第2類第3級(jí)排放的核心原因。考慮到司機(jī)們都看重一項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)潛能，要過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)后處理綜合來(lái)降低后處理系統(tǒng)的復(fù)雜性就必須使這項(xiàng)技術(shù)有更大范圍的實(shí)用性?？紤]到復(fù)合模式的燃燒策略，并且把尿素還原劑噴射策略和過(guò)濾器換代策略融合在一個(gè)ECU中，我們需要精

113、密的控制技術(shù)。這是該項(xiàng)目發(fā)展的一個(gè)重大障礙。。</p><p>　　我們需要一些諸如在15PPM水平以下的必需的低硫燃料和SCR尿素還原劑。我們相信尿素還原劑將被用于重工作領(lǐng)域，而這又將為輕工作的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。測(cè)量技術(shù)和第2類水平的排放多樣性是需要重點(diǎn)考慮的。后處理的有效壽命和設(shè)備多樣性，以及這兩者的結(jié)合在預(yù)言長(zhǎng)期排放中起著重要作用。處理低排放發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)果時(shí)數(shù)據(jù)分析是很必要的。</p><p&

114、gt;　　最后，由于資源有限，短期性和高風(fēng)險(xiǎn)，綜合分析和實(shí)驗(yàn)方法是很有用，也是絕對(duì)必要的?；A(chǔ)的動(dòng)力數(shù)據(jù)也是很關(guān)鍵的，因?yàn)樗鼘⑦@些工具與理論結(jié)合，并且將發(fā)動(dòng)機(jī)與后處理技術(shù)結(jié)合。因此，暫態(tài)時(shí)的后處理設(shè)備對(duì)整合設(shè)備和進(jìn)一步簡(jiǎn)化它們起著重要作用。</p><p><b>　　認(rèn)知</b></p><p>　　我們真誠(chéng)地感謝FreedomCar汽車技術(shù)辦公室，以及DDC輕卡項(xiàng)