发动机台架测试技术
浅谈发动机台架试验-验证性能与可靠性
验证性能与可靠性浅谈发动机台架试验[汽车之家技术] 发动机台架试验是发动机研制阶段中的重要一环，它不仅用来检验发动机整体以及相关零部件的可靠性，同时还用来验证发动机的性能是否达到了最初的设计指标，所以一台发动机在成功量产前离不开大量的台架试验。
此文借以展示的台架试验设备来自长安汽车发动机研发部门，虽然具体到每个厂商的台架试验室会略有不同，但是台架试验的目的、构成、试验方法等都大同小异。
●台架试验的目的按照台架试验的目的，可将台架试验分为性能试验和可靠性试验。
其中性能试验是为了评定发动机的动力性、经济性及其它重要性能；可靠性试验是通过对发动机及相关零部件施加各种负荷以考验其可靠性。
应该说，发动机台架试验可以为发动机及相关零部件提供测试、验证以及改进的技术支持。
●台架试验对外界环境的要求所谓的台架其实是一整套用于验证发动机性能和可靠性的设备，由于在进行台架试验时会产生很大的振动，而这种振动足以破坏机件和房屋的结构强度，从而对相应的仪器仪表的正常工作造成影响。
为了保证试验工作的正常，就必须对试验台的基础进行减振和隔振处理，同时要避免试验台的基础与发动机产生共振现象，而且要将试验台基础的振动控制在一定范围内。
这个台架试验室的四周墙壁和屋顶都覆盖了用于吸音降噪的特殊材料，这主要是为了减小试验的噪音对试验人员造成的疲劳伤害。
而屋顶的灯管也进行了相应的保护，可以防止振动和噪音对其造成破坏。
可见，台架试验所产生的“副产品”具有极大的破坏力。
●发动机台架的组成通过上图可以看到，台架主要由测量控制系统、试验对象（发动机或者相关零部件）以及相关的辅助系统构成。
测量控制系统主要就是测功机，通过它来读取发动机的动力输出数值，同时通过测量控制系统来对发动机施加相应的负荷，包括交变应力、交变热负荷等来模拟发动机在实际状况下可能遇到的情况，从而检验其可靠性。
在进行整机的台架试验时，发动机是没有附带水箱散热器、油箱等部件的，所以就需要辅助系统来代替这些部件，使得发动机可以进行完整的水循环、燃料系统的供应等。
AMT台架试验方法研究
AMT台架试验方法研究AMT台架是一种精密的试验设备，可用于测试各种汽车和机械设备的性能和质量。
本文将探讨AMT台架的试验方法研究。
首先，AMT台架的测试方法包括静态测试和动态测试。
静态测试主要测试汽车或机械设备的静止状态下的性能，如制动力、驱动力、悬挂性能等。
动态测试则测试动态条件下的性能，如加速性能、转弯性能、燃油经济性等。
对于静态测试，AMT台架可以进行多种试验方法，如刹车试验、发动机输出功率测试、车辆耗油量测试等。
其中，刹车试验是最常见的静态测试方法之一，可以测试车辆在紧急情况下的刹车距离和刹车效果。
发动机输出功率测试可以测试发动机在不同负载下的输出功率，以评估其性能。
车辆耗油量测试可以测量车辆在不同运行条件下的燃油经济性。
对于动态测试，AMT台架的试验方法主要包括加速试验、转弯试验和行驶循迹试验。
加速试验可以测试汽车或机械设备在不同速度下的加速性能。
转弯试验可以测试车辆在不同转弯半径下的转弯性能，以评估其车辆稳定性。
行驶循迹试验可以模拟各种路况下的行驶条件，以测试汽车或机械设备的悬挂性能和车轮跟踪性能等。
在进行AMT台架测试前，需要进行准备工作，包括确保设备和传感器的正确安装和校准，准备各种测试工具和测试设备，如测量仪器、计算机等。
在测试过程中，需要保证测试环境和条件的一致性，以确保测试结果的准确性和可比性。
除此之外，AMT台架试验方法还包括数据采集和分析。
在测试过程中，AMT台架会自动记录各种参数的数据，如车速、转速、功率、温度等，这些数据需要经过处理和分析，以便对车辆或机械设备的性能进行评估。
总之，AMT台架试验方法是一种先进的汽车和机械设备性能测试技术，可用于评估各种不同类型的车辆和设备的性能和质量。
通过对AMT台架试验方法的研究和应用，我们可以不断提高一系列设备和汽车的性能和质量，为各行各业的发展做出贡献。
AMT台架在国际上是比较先进的设备之一，其测试方法广泛应用于汽车、航空、机械、工程、电子等领域。
发动机台架试验
昆明理工大学交通工程学院学生实验报告实验课程名称：发动机试验技术目录一、试验目的二、试验内容1.试验依据2.试验条件3.试验仪器设备4.试验样机5.试验内容与方案（1）交变负荷试验（2）混合负荷试验（3）全速负荷试验（4）冷热冲击试验（5）活塞机械疲劳试验（6）活塞热疲劳试验三、试验进度安排四、试验结果的提供摘要国外在可靠性试验方面己做了许多有益的研究工作，但到目前为止尚未形成统一的试验方法，而且考虑到该试验的非普遍性及技术保密性，将来也不可能形成统一的试验规范。
相对于热疲劳研究状况来讲，国内对机械疲劳的研究还比较少。
为适应发动机比功率和排放法规日益提高的苛刻要求，发动机面临着更高机械负荷和热负荷的严峻考验。
国内高强化发动机最大爆发压力已超过22 Mpa。
活塞的机械疲劳损伤主要体现在销孔、环岸等部位。
活塞环岸、销座及燃烧室等部位由于在较高的工作温度下承受着高频冲击作用的爆发压力，润滑状况较差，摩擦磨损，其他破坏可靠性的腐蚀磨损(缸套一环换向区、排气门/排气门座锥面等)、疲劳磨损(挺杆、轴瓦、齿轮表面等)、微动磨蚀(轴瓦钢背、飞轮压紧处、飞轮壳压紧处、湿缸套止口处等)、电蚀(火花塞电极等)和穴蚀(水泵叶轮等)这些都是可靠性试验的主要目标，也是实施可靠性设计、试验研究的重点部位。
众所周知，在内燃机整机上进行零部件可靠性试验成本昂贵。
本文将参照原有的可靠性试验方法，通过看一些关于可靠性的零部件加速寿命实验技术制定一种评价内燃机可靠性的考核规范，包括活塞机械疲劳试验和活塞热疲劳试验，可迅速做出其可靠性恰当的评价，可以降低研发成本、缩短研发时间。
一、试验目的1通过理解内燃机可靠性评估，评定发动机的可靠性。
1.1了解评估的多种理论方法，如数学模型法、上下限法、相似设备法、蒙特卡洛法、故障分析( 包括故障模式影响分析和故障树分析) 等。
并掌握故障分析法。
1.2学会可靠性试验评估，为进行可靠性设计奠定基础理论，为发动机及相关零部件提供测试、验证以及改进的技术支持。
汽车及发动机测试系统台架
重型车排放标准
ESC还包含一个动态烟度测试（ELR），在ABC三个转速下由10 ％油门突然加到最大，用透光式烟度计测量这个过程的烟度最大 值。
重型车排放标准
欧洲3(ETC) – 对于使用排气后处理技术的重型车用柴油机和气体燃料发动 机，欧洲3标准中还要加试一个欧洲瞬态循环以检验排气后处 理系统的性能。
数据采集
德国WAGO
美国NI 台湾研华
发动机台架试验测控系统
通讯接口
RS232
RS485 GPIB CAN LAN
发动机台架试验测控系统
测控软件
系统维护 测试设备定义 测量通道标定 试验模板定义 试验模块 性能试验 排放试验 可靠性试验 ECU匹配标定试验
1992 1995．10 2000 2005
2．72 2．2 2．3 1．0
轻型车排放法规
欧洲排放法规 – ECE+EUDC
日本排放法规 – 10.15工况
轻型车排放法规
欧Ⅱ和欧Ⅲ的主要区别 加严了排放测试方法。常温排放试验(I型试验)的测试方法中删除 了冷启动后的40s怠速时间；汽油车的蒸发排放试验(1V型试验)的 昼间呼吸试验时间从原来的1 h变为24 h，更真实地模拟汽车经过 一昼夜的温度变化而产生的油气蒸发。 加严了汽车排放限值。CO、HC的排放数值降低，且将HC和N0x分开 规定 增加VI型试验，即低温试验，用于检测车辆在冷起动之后低温情 况下的CO和HC平均排放水平，试验在低温（-7℃）环境下进行， 只进行城市循环工况的测试，排放限值为CO≤15g/km， HC≤1.8g/km。 增加OBD试验，要求车辆装备了OBD系统。
本标准适用于乘用车、商用车的水冷发动机，其中 包括点燃机和压燃机；二冲程机及四冲程机；非增 压机及增压机；适用于燃用汽油、柴油、天然气、 液化石油气和醇类等燃料的发动机。
发动机台架试验报告
发动机台架试验报告一、引言发动机台架试验是探究发动机性能的重要手段之一。
本报告旨在介绍发动机台架试验的基本原理、试验方法、试验过程和结果分析。
二、发动机台架试验基本原理1. 发动机台架试验的目的是测试发动机在各种工作条件下的性能参数，包括功率、扭矩、燃油消耗量等。
2. 台架试验通过模拟实际工作条件，使得发动机在不同转速和负载下工作，从而获得不同工况下的性能数据。
3. 发动机台架试验需要使用专门的测试设备，包括测功仪、转速表、温度计等。
三、发动机台架试验方法1. 准备工作：确定测试目标和参数，选择合适的测试设备，检查并调整设备状态。
2. 安装：将待测发动机安装到台架上，并进行必要的连接和调整。
3. 测试前校准：对所有测试设备进行校准以确保精度和准确性。
4. 正式测试：按照预定方案进行正式测试，并记录相关数据。
5. 数据处理与分析：对收集到的数据进行处理和分析，并生成相应报告。
四、发动机台架试验过程1. 安装：将待测发动机安装到台架上，并进行必要的连接和调整。
2. 调整：对测试设备进行校准和调整，以确保测试精度和准确性。
3. 预热：在测试前对发动机进行预热，使其达到稳定状态。
4. 测试：按照预定方案进行正式测试，记录相关数据。
5. 数据处理：对收集到的数据进行处理和分析，生成相应报告。
五、发动机台架试验结果分析1. 功率与转速关系：通过绘制功率与转速曲线图，可以了解发动机在不同转速下的输出功率情况。
2. 扭矩与转速关系：通过绘制扭矩与转速曲线图，可以了解发动机在不同负载下的输出扭矩情况。
3. 燃油消耗量与负载关系：通过绘制燃油消耗量与负载曲线图，可以了解发动机在不同工况下的油耗情况。
4. 温度变化情况：通过记录进气温度、排气温度等参数变化情况，可以了解发动机在不同工作条件下的温度变化情况。
六、结论通过发动机台架试验，可以全面了解发动机在不同工作条件下的性能表现，为进一步优化发动机设计和改进工艺提供了重要依据。
台架试验类型
台架试验台架试验是指产品出厂前，一般还要进行某些模拟台架试验，包括一些发动机试验，通过之后方能投入使用。
主要台架试验有1)汽油发动机台架试验：汽油发动机台架试验结果是确定汽油机油质量等级的依据。
①MSⅡD发动机试验：用来评定汽车在低温和短途行驶条件下的润滑油对阀组防锈蚀或腐蚀的能力，用以评定API SE、SF、SG级汽油机油。
中国标准试验方法有SH/T0512汽油机油低温锈蚀评定法(MS程序ⅡD法)。
国外标准试验方法有MSⅡD ASTM STP 351H-I。
②MSⅢD发动机试验：用来评定润滑油高温氧化、增稠、油泥及漆膜沉积、发动机磨损的能力，用以评定API SE、SF级汽油机油。
中国标准试验方法有SH/T0513-92汽油机油高温氧化和磨损评定法(MS程序ⅢD法)。
国外标准试验方法有MSⅢD ASTM STP315H-Ⅱ。
③MSⅢE发动机试验：用来评定发动机润滑油的高温氧化、增稠、油泥及漆膜沉积、发动机磨损的能力，以评定API SG、SH、SJ级汽油机油。
国外标准试验方法有MSⅢE ASTM STP 315H-Ⅱ。
④MS VD发动机试验：用来评定发动机润滑油抗油泥、漆膜沉积和阀组磨损的能力，以评定API SE、SF级汽油机油。
中国标准试验方法有SH/T 0514-92汽油机油低温沉积物评定法(MS程序ⅤD法)。
国外标准试验方法有MS VD ASTM STP315H-Ⅲ。
⑤MS VE发动机试验：用来评定发动机润滑油抗油泥、漆膜沉积和阀组磨损的能力，以评定API SG、SH、SJ级汽油机油。
国外标准试验方法有MS VE ASTM STP315H-Ⅲ。
(2)柴油发动机台架试验：柴油发动机台架试验结果是确定柴油机油质量等级的依据。
①Caterpillar1H2发动机试验：用来评定润滑油的环粘结、环和气缸磨损、活塞沉积物生成倾向，以评定API CC级柴油机油。
中国标准试验方法有GB/T9932内燃机油性能评定法(卡特皮勒1H2法)。
发动机台架对比试验实施步骤
发动机台架对比试验实施步骤一．发动机磨合1、磨合前准备（1）发动机按出厂要求将分散购置的进排气歧管、飞轮壳、启动马达、发电机、喷嘴及油轨、空滤器、ECU及线束等组件以及进气真空度、水温、机油温度及压力、发动机转速、排气氧等传感器安装到发动机主体总成上。
（2）按国家汽车行业标准QC/T524－1999汽车发动机性能试验方法中总功率试验要求，发动机应带附件：空滤器总成、发电机组件以及曲轴箱强制通风装置。
（3）将装配完毕的发动机安装在发动机台架上，连接测功器、外置的润滑系统、冷却系统、排气系统、燃油系统以及油门机构控制系统。
（4）将试验用燃油辛烷值RON93号无铅汽油加灌燃油箱。
（5）打开汽缸盖罩上的加油口盖加入 3.5升10W/40SF机油，并调整油底壳机油油面高度位于油标尺的上下刻线内。
（6）开机试运转（I）检查各系统连接的密封及运行情况：燃油管路、冷却液管路、外置的润滑系统和发动机的机油密封处是否有漏油及漏水的痕迹。
（II）检查试验台所有测试仪表运行是否正常。
（7）试运转结束，发动机熄火10min后，抽出机油标尺检查机油油面高度，应在上下线之间。
2、磨合过程（1）按工厂制定的发动机台架磨合规范进行磨合，磨合规范见表。
（2）磨合规范中试验循环说明：1阶段2000rpm 运行时间30min（0.5h）负荷为02～7阶段2000～4500rpm 每阶段运行时间30min（6个阶段共3h）负荷为135×1/4＝33.8N〃m8～14阶段2000～5000rpm 每阶段运行时间30min（7个阶段共3.5h）负荷为135×1/2＝67.5N〃m15～21阶段2500～5500rpm每阶段运行时间30min（7个阶段共3.5h）负荷为135×3/4＝101.3N〃m22～30阶段2500～5800rpm每阶段运行时间30min（9个阶段共4.5h）负荷为全负荷＝135N〃m试验循环共分30个阶段，总磨合时间为15h。
发动机台架试验工作原理讲解
３、耗油率的测量
1）容积法
充油
6
测量
7
测量消耗容积v的燃油所用时间t
8
燃油消耗量按下式计算
小时耗油量 耗油率
B be 1000 Pe
B 3.6
v f t
式中 V—球泡容积（mL） Pe —发动机有效功率（kW）
ρ f —燃油密度（g/mL）
t—消耗容积V的燃油所用时间（s）
9
2）质量法
20
实验注意事项
实验时，负荷调整要平稳，避免负荷大起 大落。 实验时要注意安全。
21
22
六、汽油机负荷特性实验数据及数据处理表格
23
三、汽油机速度特性实验
24
1、实验目的
熟悉测定汽油机速度特性的仪器设 备及实验方法。 根据测得的汽油机部分负荷速度特 性，分析汽油机的性能。
25
2、实验原理
油 箱 供 油
10
充油
11
测量
12
燃油消耗量按下式计算
m B 3 .6 t
B be 1000 Pe
式中 t——消耗m（g）燃油所需时间（s）
Pe——消耗m（g）燃油时测量的有效功率（kW）
B——小时耗油量（kg/h）
be——有效燃油消耗率[g/（kW· h ）]
13
二、汽油机负荷特性实验
﹡ ﹡﹡
绘制特性曲线
以转速为横坐标，以Ttq、be、Pe等为纵坐标，绘制特性曲线。
分析计算
标定功率、最大扭矩、最大扭矩转速、扭矩储备系数、最低油耗等参
数。
30
五、实验注意事项
Hale Waihona Puke 注意安全，尤其注意尽量避开联轴节位 置。 测定每一工况时必须稳定运转2—3分钟， 以保证测量精度。 整个测量过程中保证节气门开度不变。
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s
dR dx
kt
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。
dR
A(dl ld)
A2
ldA
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。
• 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。
性能指标 动力性 经济性 排放 振动与噪声
动力系统 汽油机 柴油机 LPG&NG 纯电动 内燃机混合动力 燃料电池混合动力
动力系统
稳态台架
动态台架
Torque [%]
Speed [% ]
LoadRoad
C0
C1
v
Cw
A
ρ 2
v2
LoadVeh
– 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
功率测量
水力测功器 – 特点及应用
–结构简单，价格相对比较便宜 –主要应用于产品出厂检测和耐久性试验
功率测量
电涡流测功器 – 工作原理
– 制动器由定子和转子组成， 可以自由摆动的定子外壳伸 出力臂以测量扭矩
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 k1x 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，
–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 R1[1 (t2 t1)] R1(1t)
式中：R1为温度t1时的电阻值；α为金属材料温度系
数；
t。 t2 t1
功率测量
• Pe=Tt×n/9550
Pe –有效功率kW Tt –输出扭矩N.m n –输出轴转速r/min
功率测量
测功器 在发动机台架试验中作为负载，实现测定工况 的调节。由制动器，测力机构，测速装置和控 制系统组成。
基础知识
被测量获取的基本概念
被测量 传感器
测量电路
显示记录 装置
观察者
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。
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Байду номын сангаас住。发动机 的驱动力矩即可通过测力机构测出。
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
– 发动机台架测试系统 – 排放法规及排放测试系统
概述
试验技术 发动机台架试验 整车转鼓试验 整车道路试验
– 直流电通过励磁绕阻产生磁 通，感应子旋转时涡流环相 应部位磁通不断变化，在涡 流环表面产生感应电势而形 成涡电流，阻止磁通的变化， 从而引起感应子的制动作用
– 制动器吸收的功率全部转化 成热量，通过冷却水带走
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
m
dv dt
m g sinarctan1R0G0
测试技术的发展
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
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:
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： R l A
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