柴油机台架测试实验指导

目
录
实验一 柴油机台架实验常用参数测试 ...............................................................................2 实验二 柴油机性能指标测量 .............................................................................................16 实验三 柴油机示功图测录 .................................................................................................17 实验四 柴油机充量系数测定 .............................................................................................19 实验五 柴油机排放测录 .....................................................................................................21 实验六 柴油机机械效率测定 .............................................................................................27 实验七 柴油机特性试验 .....................................................................................................29 实验八 燃烧过量空气系数测定 .........................................................................................30 实验九 柴油机排放仪器标定及测录 .................................................................................31 实验十 柴油机微粒排放测试 .............................................................................................35 实验十一 柴油机噪声测量 .................................................................................................37 实验十二 内燃机工况监测与故障诊断 .............................................................................41
实验一 柴油机台架实验常用参数测试
一．温度测量 温度测量是发动机测试的主要项目之一，在发动机中，进排气温度、燃烧气 体温度以及冷却水温度、润滑油温度等都是影响发动机性能的重要参数。要提高 发动机的工作性能，准确控制过程工况，就必须对发动机的工作介质和工作环境 的温度进行测量。 此外， 随着发动机的不断强化， 零件承载热负荷强度日益突出， 因而零件温度的测量也越来越重要。因此，温度测量在发动机科研和生产以及使 用中都是不可缺少的测试项目。 (1)稳定的或变化缓慢的流体温度测量，如大气温度、冷却水温度、机油温 度等。 (2)高速脉动气流的温度测量，如排气的平均温度和瞬时温度的测量。 (3)发动机气缸内燃烧火焰温度的测量。 (4)零件温度的测量，如活塞、气阀等零件的表面温度或温度场的测量。 由于在发动机测试中所遇到的温度测量是多种多样的， 故要求采用不同的测 试方法和仪表。测温仪表按其作用原理可分为： ·利用液体或固体受热膨胀的性质的膨胀式温度计。 、 · 利用封闭在固定容积中的某种气体或液体的饱和蒸汽受热体积膨胀或压力 变化的性质的压力表式温度计。 ·利用导体或半导体受热后电阻值变化的性质的热电阻温度计。 ·利用物体热电性质的热电偶温度计和利用物体热辐射性质的辐射高温计。 测温仪表按测温方法可分成接触式测温仪表和非接触式温仪表； 按读数的方 式又可分为指示式、记录式和远距离测量式三种。下面只介绍最简单几个温度测 量仪
。应该注
值除和工作液重度γ及工作液柱高 h 有关外，尚和两管中的介
质重度，及测压点到 U 形管标尺零点的高度 H 有关。这在精密测量中应根据情况
予以考虑。 压力计的标尺是在仪表的标准状态(标准大气压，20℃)下刻度的， 而水和水银的重度却分别是在标准重力加速度条件下，4℃和 0℃时的值，同时， 实际测量时的环境条件(温度、大气压力、重力加速度等)不可能也无法与要求的 标准状态一致，为便于进行统一的计算与比较，就要在当时当地所得到的压力计 读数换算到标淮状态。其公式为：
(一)热电偶温度计 热电偶温度计常用于较高温度的测量，而且能够实现连续测量，所以它常用 于发动机的温度测量中。 热电偶温度计的测温原理：将 A、B 两种不同的导体组成闭合回路，若二连 接点温度(T，To)不同，则在回路中就产生热电势形成热电流，这种现象叫做热
电效应。把 A、B 二导体的组合称为热电偶，A、B 称为热电极，接触热场的 T 端称为工作端或热端，另一端 To 称为自由端或冷端。T 与 To 的温差愈大，热电 偶的输出电势愈大。因此，可用热电势的大小衡量温度的大小。热电偶温度计就 是根据热电效应原理来测量温度的。 表：热电偶技术数据
另一种液体式温度计为液体－弹簧温度计， 它由温度传感器、钢制毛细管、 弹性测量弯管和指示器组成。绝大多数使用压力为 10～5MPa 的水银作测量液 体，传感器的温度上升时，水银膨胀，弹性弯管变形，从而使指针偏转。此温度 计的使用范围是—35～600℃。测量传感器、毛细管和弹性测 量弯管构成一个整体，不能改变管子长度。毛细管大多数用 金属编织网保护。为避免额外静压产生的测量误差，毛 细管应水平放置。在不可能水平放置的地方，必须对指示值 按高度差进行校正。 （三）干湿球式温度计 干湿球式温度计是用于测量大气温湿度的设备，温度计 使用的水应是蒸馏水或纯净水，加水量以盛水容器的三分之 二为宜。湿式温度计（即湿球）感温部位覆盖着潮湿的纱布， 由于水的蒸发吸热而温度较低，感温部位不覆盖着潮湿的纱 布的温度计（即干球）测量常态温度；根据干湿球温度之差，即可读取当时的相 对湿度。 温度测量范围：-10～50℃ 相对湿度测量范围：10%～100% RH 相对湿度示值误差：±3% RH 例干球 18℃，湿球 15℃；其温度差 3℃，在 3 的纵栏与湿球 15℃的横栏交叉处 68℃
热电偶 名称 分度 号 热电极材料 极性 识别 20℃时 电阻率 平均电阻系 数 1/K 20～1600℃： 1.4×10￣³ 20～1600℃： 3.1×10￣³ 镍铬－ 镍硅 20～1000℃： 0.27×10￣³ 20～1000℃： 0.27×10￣³ 镍铬－ 考铜 20～1000℃： 0.27×10￣³ 20～600℃： 0.05×10￣³ 热电势 E(0,100 ℃)mv 实用温 度范围 ℃ 允许误差 ℃ 温度范 围 误差
Ω•m ㎡/m 0.193 0.17 ≈0.72 ≈0.27 ≈0.72 ≈0.49
铂铑
1o－铂
LB－3
＋ －
较硬
0.643
0～ 1300
≤600 ＞600
±3 ±0.5%t
较软
EU－2
＋ －
不亲磁
4.10
0～ 1000
≤400 ＞400
稍亲磁±3 ± 0.75Fra bibliotekt ±4 ±1%t
EA－2
＋ －
色较暗
中的大气压力、温度、湿度等参数，以便将所测量的发动机功率、油耗等换算为 标准大气状况下的数值。常用的大气压力计如图 玻璃管上端封闭并保持真空，大容器底部为皮囊，利用调整螺栓可使皮囊作 上下移动，以保证容器内水银液面在测取读数时刚好接触针尖。移动游标对准玻 璃管内液柱上液面，便可获得大气压力的数值。
／℃，玻璃为 0．000008／℃)；
t。
——工作液规定的标准温度(水为 4℃，水 银为 0℃)。
上 纬度及
式包括了对环境温度变化的修正和对地理 高度不同的修正。 （2） ． 水银大气压力计(即定槽式单管水银
气压计) 力有直 意义的 在
由于绝对压力，表压力真空度都和大气压 接关系，准确地测得大气压力就成为很有 一项工作。 发动机台架实验中，必须同时测录实验室
的玻璃管中，充以工作液体(如水、水银等)，其 重度为 Y，被测介质的重度为 Yl，根据液体静力 学原理， 当在一根管上通以被测压力 A 则有如下 关系式
当 时， 灵敏度
将②管通大气时，液柱高 h 是被测介质的表压力；将②管亦接通被测介 质的某一压力，则液柱高 意，被测压力
2，即代表两测量点处的压力差
6.95
0～600
≤400 ＞400
银白色
(二)玻璃管温度计和压力式温度计 应用最普遍的是液体玻璃管温度计，通常采用水银、酒精、甲苯、石油醚、 戊烷或其它液体作为工作液。在发动机测量中，绝大多数采用水银温度计，它的 使用范围在-30~750℃。 ·当被测介质的温度在 460℃以下时，采用耶那玻璃；高 于 460~E 时，采用石英玻璃。
式中： ——换算成标准状态后的液柱高度； ——当测量地点温度为 t℃时，仪表指示的液柱面 ——测量地点的重力加速度 ——标淮重力加速度其值为 980．665 厘米/秒；
β ——工作地接近 20℃时的平均膨胀系数(水银为 0.00018／℃，水为
0.00021／℃，乙醇为 0.0011/℃)
α——标尺所用材料的线膨胀系数(黄铜为 0．000019／℃，钢为 0．0000l2
值。它等于 1．0336 公斤力/厘米²。物理大气压常用 atm 表示。 工程上为了方便，把 1 公斤力的力垂直作用在 1 平方厘米面积上所产生的压 强，称为 1 个工程大气压。它的单位是公斤力/厘米，常用 at 表示。 1969 年第十四届国际权度大会通过以 “帕斯卡” (Pascal 简写为 Pa)简称 “帕” 作为 M•K•S 制的国际压力单位。 Pa 这个单位是指在每平方米的面积上均匀分布 1 牛顿的力，即 1 帕＝1 牛顿/米²。实践中常以千帕(帕斯卡的一千倍)为单位。因 为 1 公斤力＝9．80665 牛顿，所以 l 公斤力/厘米²＝98．0685 千帕，1 大气压 力＝101 千帕。 另外 1948 年第九届国际权度大会通过以“巴”(bar)作为 C·G·S 制的国 际压力单位。每平方厘米的面积上均匀分布 1 达因的力，称为微巴。千倍的微巴 称为毫巴，气象中常以毫巴为计量单位。1 巴＝10 毫巴＝10 微巴。1 标准大气压 力＝33．9 毫巴。 2． 液体和气体介质中的压力测量 液柱式压力计是利用工作液的液柱高度所产生的压力与被测介质的压力相 平衡的原理而制造的测压仪表。这种压力计结构简单，使用方便，可测微小的压 力，且测量精度亦较高，所以目前应用得比较广 泛。 （1） ．U 形管压力计 如右图所示，在 U 形