• 测量参数多，如扭矩、转速、压力、温度、 流量、排放、噪声、位移等，涉及的测试 技术、测试设备和测试方法也多种多样。 • 试验项目多，包括动力性、经济性、排放 试验、可靠性、耐久性、热冲击试验、热 平衡试验等。
测试技术的发展
测试技术的发展
• 趋向于采用计算机控制和数据处理 的智能化测试。 • 试验台架的自动化和网络化。 • 从稳态测试向动态测试发展。
dR s= = kt dx
基础知识
电阻应变式传感器 当金属电阻丝受拉或受压时，电阻丝的长度和横 截面积将发生变化，且电阻丝的电阻率也发生变化 （这一现象称为压阻效应），因此导线的电阻值发生 变化。 A( ρdl + ldρ ) − ρldA dR = A2
基础知识
电阻应变式传感器 粘贴式金属丝应变片可用于应力分析，也可用作 为传感器。由于可测的电阻值变化要求导线长度很 长，因而要将导线按一定的形状（通常为栅状）曲折 地贴在由浸渍过绝缘材料的纸衬或合成树脂组成的载 体上。图中给出这种应变片的一种典型结构型式。
主要内容
概述
发动机测试的特点 测试技术的发展
测量参数及测试设备
动力性 经济性 排放
数据采集及虚拟仪器技术 测试系统
发动机台架测试系统 排放法规及排放测试系统
基础知识
被测量获取的基本概念
观察者 被测量 传感器 测量电路 显示记录 装置
基础知识
• 各部分功能 (1) 传感器：把非电物理量按一定的物理规律转换 成电量的装置。它包括敏感元件、传感元件及 转换元件。 敏感元件：感受被测物理量的变化； 传感元件：传递被测物理量的变化； 转换元件：把被测物理量转换成电量。
–制动器调节发动机的负载，把吸收功率转换为热能 或电能 –测力机构和测速装置测量发动机输出扭矩及输出轴 转速 –测功器带有自动调节和控制系统，实现转速和扭矩 的闭环控制
功率测量
测功器按通常按照制动器的工作原理 不同分类
水力测功器 电力测功器
电涡流测功器（EC） 直流电力测功器（DC） 交流电力测功器（AC）
R=
ρl
A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
式中：R为电阻，Ω；ρ为材料的电阻率，mm2/m； l为导体的长度，m；A为导体的截面积，mm2。
基础知识
电阻式传感器：直线位移型 图中触点C沿变阻器表面移动的距离x与A、C两点 间的电阻值R之间有如下关系： R = k1 x 式中：kt为单位长度中的电阻，当导线分 布均匀时为一常数，此时传感器的输出 （电阻）与输入（位移）间为线性关系， 传感器的灵敏度相应地为：
应变式转矩仪
• 测量原理: 转轴承受转矩时要产生切应力（变），最大切应力（变）发生于圆周，方 向为45度和135度。它与转矩成正比。应变式转矩仪在转轴这两个方向粘 贴应变片，用电桥测出其最大应变，从而测得转矩。 • 为了提高测量灵敏度，可用4个应变片，按承受的拉、压应力平均分配按 照上述原理的位置粘贴。这样可组成全桥回路，以保证测量值为纯扭矩。 • 电桥信号的输出方式基本上有滑环接触式和旋转变压器无接触感应式两种， 由应变仪测出平均应变值，也可采用遥测应变仪来测量扭矩。后者的测量 精度高，而采用滑环接触式的精度较低。
基础知识
半导体应变片的工作原理： 基于半导体材料的压阻效应。所谓的压阻效应 是指单晶半导体材料沿某一轴向受外力作用时，其 电阻随之发生变化。从半导体物理可知，单晶半导 体在外力作用下，原子点阵排列规律会发生变化， 导致载流子迁移率及载流子浓度产生变化，从而引 起电阻率的变化。
基础知识
电阻式温度计 纯金属及大多数合金的电阻率随温度的增加而 增加，即它们具有正的温度系数。这些金属及合金 的电阻值随温度的变化关系符合以下公式:
功率测量
电涡流测功器 – 特点及应用
– 低惯量，精度高，稳定性好 – 结构简单，维护方便，便于自动控制 – 多用于内燃机的开发与研究试验
功率测量
• 1.直流电力测功机 结构： 由转子，定子外壳（浮动于支座），测力机构（拉压力传感 器）构成。结构简图如下：
功率测量
直流电力测功机
• 测功机作发电机 发动机带动转子旋转，制动力矩与发动机的 驱动力矩平衡。制动力矩的反力矩作用于定子， 欲使定子转动，但被测力机构约束住。发动机 的驱动力矩即可通过测力机构测出。 • 测功机作电动机 电枢绕组内通入电流，在定子，励磁绕组的 磁场作用下，转子受到一个电磁驱动力矩的作 用而旋转（反拖），该驱动力矩的反力矩作用 于定子，通过测力机构测出。
光电式转矩仪
• 测量原理: a. 无转矩作用时，A、B光栅相互遮挡，光电管输出为零； b. 转矩T作用时，轴的A、B端扭转一个角度φ，A、B光栅也错开φ角 度，透过部分光线。T 越大，φ也越大，光电管的输出越大。 c. 转速对转矩的测量无影响
磁电式转矩仪
• 测量原理： • 弹性轴转动受扭后，相距L的2只外齿轮扭转一个角度，发出的两 列磁电脉冲信号产生相位差。 • 实际所得两列脉冲波形间的相位差，是由两列脉冲的初始相位差 与轴扭转角产生的相位差之和。所以扭矩仪应设有补偿初始相位 差的调零装置或者标定相应于初始相位差的计时脉冲数予以消除。
磁致伸缩式转矩仪
• 测量原理: 当轴受转矩作用时，轴上有应力分布，使轴表面的磁导率发生变化。 拉应力+σ使磁阻R1,R4减小，磁导率增加；压应力-σ使R2,R3增加， 磁导率减小，结果产生一个不平衡磁通，在感应线圈C,D中产生与轴 上所受转矩T1有关的电动势，根据标定得出的此电动势信号与转矩T1 的关系可测出转矩T1。原理图如下:
动力系统
稳态台架
动态台架
Torque
[%]
ρ Load Road = C 0 + C1 ⋅ v + C w ⋅ A ⋅ v 2 2
LoadVeh = m ⋅ dv RG + m ⋅ g ⋅ sin arctan dt 100
Speed [%]
发动机测试特点 发动机测试特点
功率测量
测功器的基本要求
– 在发动机工作转速和扭矩范围内形成稳定的 运转工况 – 能平顺而足够精细的调节负载 – 能足够准确的测定负载 – 操作简单安全可靠
功率测量
水力测功器 - 工作原理
– 制动器由转子和外壳组成， 外壳由滚动轴承支撑，可 以自由摆动 – 在制动器的转子和外壳之 间充满水，工作时水由转 子带动获得动量矩并传递 给外壳，并从测力机构指 示出力的大小 – 发动机输出功率以水分子 摩擦生热的形式带走 – 制动力矩的大小通过改变 水层厚度来调节
转速测量
• 电磁脉冲转速表 原理: 通过电磁感应和脉冲计数电路计数汽 油机的高压点火脉冲的频率，再根据汽油机 的冲程数和气缸数得到发动机每传一圈所发 出的点火脉冲数，由此可以计算出汽油机的 转速。 特点： 非接触测量 准确度高 体积小，使用 方便。
转速测量
采用基于振动和噪声的测量原理的转速传感器 • 采用了先进的数字滤波以及DSP算法技术 • 同时适合汽油机和柴油机 • 不需要校准和标定 • 使用十分方便，车内都可以测量 • 可提供数字输出以及LCD显示 • 配备RS-232C数字串行通信接口
测功器工作稳定性
要使发动机和测功机形成的系统正常工作，必须同时 满足下列两个条件： 发动机输出特性曲线与测功机制动特性曲线相交 当运行工况偏离交点时，系统应产生回复力矩
测功器扩大量程的方法
• 采用组合式测功器 • 采用变速器
测功器扭矩测量
• 拉压力传感器 • 扭矩法兰
测功机控制方式
Control Modes N/ Alpha T / Alpha N/T T/N Dyno Engine Speed Throttle Torque Throttle Speed Torque Torque Speed
选用测功机时应考虑下述要求。 1.工作范围 所选用的测功机必须能够覆盖被测 机械的工作范围。 2.测量精度 测功机测量精度应符合测量的要求， 在满足上述工作范围的情况下，应 优先选用满量程标定值较小的测功 机，通常应使被测最大功率与测功 机的最大功率之比不低于3：4。 3.响应速度 通常外形尺寸小的测功机响应速度 快，另外测功机的测力机构及其选 用的力传感器的动态特性要好，动 态误差要小，这样才能迅速，准确 地反映被测动力机械的性能。
功率测量
电力测功器 - 特点及应用
–响应速度块，测量精度高 –可工作在电动机状态，能进行倒拖试验 –所吸收的能量可以转换成电能并入电网 –可用于发动机的稳态和高动态试验
电力测功机
电力测功机
Automation system
BME/EMCON Power Cabinet
APA machine
测功器选型
基础知识
(2) 测量电路：对传感器输出信号进行放大、滤波、 转换等处理，使之能够被显示记录装置记录。 (3) 显示记录装置：以人能感知的方式，输出被测 量。如模拟表、数字表、显示器、示波器、磁 带机、计算机存储装置等。
基础知识
电阻式传感器 是将被测的量转变为电阻变化的 一种传感器。 工作原理 一个电导体的电阻值按如下的公式进行变化：
功率测量
交流电力测功机 • 常用的三相交流发电机组可以看作最简单的交流电力 测功机。由发电机的电压u、电流I、功率因数cosφ和 效率η可知发动机的有效功率为：
• 如果将电机的定子外壳用轴承浮动起来，使之可以绕 轴摆动，并在外壳与底座之间安装测力机构，则可直 接测量发动机转矩。 • 交流电力测功器可工作在电动机状态或发电机状态， 目前控制器多采用IGBT技术和电流矢量控制技术。
汽车发动机测试技术
清华大学汽车工程系 金振华 2005.12
主要内容
• 概述
– 发动机测试的特点 – 测试技术的发展
• 测量参数及测试设备
– 动力性 – 经济性 – 排放
• 数据采集及虚拟仪器技术 • 汽车发动机测试系统