发动机热平衡试验方法

１２ 发动机输出总功率
Ｐｅ
１３ 燃油消耗量
Ｇｆ
单位
计算公式
说明与备注
ｋＪ／ｓ Ｑ 总＝Ｇ 燃油×Ｈｕ
计算
ｋＪ／ｓ Ｑｅ＝Ｐｅ
计算
ｋＪ／ｓ Ｑ 排气＝Ｇ 排气×（Ｔ 蜗轮出口－Ｔ 环）×Ｃｐ 排气
计算
ｋＪ／ｓ Ｑ 冷却液＝Ｇ 冷却液／６０×（Ｔ 出水－Ｔ 进水）×Ｃｐ 冷却液 计算
３．１ 需要测量的试验参数和对测量精度的要求
表 2 需要测量的试验参数和对测量精度的要求
序号
参数
符号
单位
１ 燃油消耗量
Ｇｆ
ｋｇ／ｈ
２ 发动机进气质量流量
Ｇ 进气
ｋｇ／ｓ
３ 冷却液流量 ４ 环境温度 ５ 中冷器进口处进气温度 ６ 中冷器出口处进气温度 ７ 发动机出水温度 ８ 发动机进水温度 ９ 涡轮出口排气温度
编号：
柴油机热平衡试验方法
单位 ：
发动机部
编制 ：
李建华
日期 ： ２００５ 年 ９ 月 ２６ 日
审核 ：
日期 ：
批准 ：
日期 ：
东风汽车有限公司商用车研发中心
１ 发动机热平衡试验的作用
发动机的热平衡试验是分析进入发动机的燃油燃烧产生的总热量的去向。其作用主要有： ａ． 根据发动机的有效输出功率，评价发动机的热效率。 ｂ． 评价发动机冷却系统设计、制造水平。 ｃ． 评价发动机冷却系统主要参数。如水泵的流量，发动机冷却液进口和出口温度等。 ｄ． 为整车冷却系统主要参数的选定提供依据。如散热器的散热面积，冷却管路的截面积，风扇直径、风量 等参数。
计算
％ ｑ 中冷＝（Ｑ 中冷／Ｑ 总）×１００％
计算
％ ｑ 残余＝（Ｑ 残余／Ｑ 总）×１００％
计算
ｋＷ
实测
ｋｇ／ｈ
实测
１４ 燃油质量流量 １５ 燃料低热值 １６ 排气流量 １７ 涡轮出口排气温度 １８ 环境温度 １９ 排气的比定压热容 ２０ 冷却液流量 ２１ 发动机出水温度 ２２ 发动机进水温度 ２３ 冷却液的比定压热容 ２４ 发动机进气质量流量 ２５ 中冷器进口处进气温度 ２６ 中冷器出口处进气温度 ２７ 进气的比定压热容
℃
Ｔ 中冷前
℃
Ｑ 总 Ｑｅ Ｑ 排气 Ｑ 冷却液 Ｑ 中冷 Ｑ 残余
ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ
额定点的有效热效率分别是 ％和 ％。 ｃ． 冷却液带走的热量 Ｑ 冷却液为 ｋＪ／ｓ，进气中冷带走的热量 Ｑ 中冷为 ｋＪ／ｓ。
ｑ 残余应不超过 ５％。否则，说明测量的参数不准确，或试验条件控制有问题，应解决问题后重新测量、计算。
４ 试验报告
按 ＧＢ／Ｔ １８２９７－２００１《汽车发动机性能试验方法》推荐的内容和格式编制试验报告。
４．１ 试验结果
推荐按表 ３ 给出的格式汇总试验结果。
表 3 热平衡试验结果汇总表
ｎ
６ 残余热量
Ｑ 残余
７ Ｑｅ 占燃料总热量 Ｑ 总的百分比
ｑｅ
８ Ｑ 排气占燃料总热量 Ｑ 总的百分比 ｑ 排气
９ Ｑ 冷却液占燃料总热量 Ｑ 总的百分比 ｑ 冷却液
１０ Ｑ 中冷占燃料总热量 Ｑ 总的百分比 ｑ 中冷
１１ Ｑ 残余占燃料总热量 Ｑ 总的百分比 ｑ 残余
ｑｅ
％
ｑ 排气
％
ｑ 冷却液
％
ｑ 中冷
％
ｑ 残余
％
４．２ 试验结论 在试验结论中，至少要有以下内容： ａ． 残余热量 Ｑ 残余占燃料总热量 Ｑ 总的百分比 ｑ 残余≤５％，试验结果可信。 ｂ． 转化为有效功的热量 Ｑｅ 占燃料总热量 Ｑ 总的百分比 ｑｅ 反映发动机的有效热效率。该发动机最大扭矩点和
Ｇ 冷却液 Ｔ 环
Ｔ 中冷前 Ｔ 中冷后 Ｔ 出水 Ｔ 进水 Ｔ 涡轮出口
Ｌ／ｍｉｎ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃
测量精度要求 ±０．１２％ 流量＞０．１ｋｇ／ｓ 时，±２．４％ 流量≤０．１ｋｇ／ｓ 时，±５％ ±２．５Ｌ／ｍｉｎ
±０．１３℃
３．２ 对试验一般条件的控制 试验条件的控制和试验时发动机所带的附件，按 ＧＢ／Ｔ １８２９７－２００１ 《汽车发动机性能试验方法》中总功率
Ｑ排气
图 １ 燃烧产生的总热量 Ｑ 总的去向分布图
２．３ 热平衡方程中各项的含义
表 １ 名称、符号、单位及计算公式
序号
参数
符号
１ 燃油燃烧产生的热量
Ｑ 总
２ 转化为有效功的热量
Ｑｅ
３ 排气排出的热量
Ｑ 排气
４ 冷却液带走的热量
Ｑ 冷却液
５ 进气中冷带走的热量
Ｑ 中冷
ｒ／ｍｉｎ
Ｐｅ
ｋＷ
Ｇｆ
ｋｇ／ｈ
Ｇ 进气
ｋｇ／ｓ
Ｇ 冷却液
Ｌ／ｍｉｎ
பைடு நூலகம்
Ｔ 出水－Ｔ 进水
℃
Ｔ 环
℃
Ｔ 蜗轮出口
℃
Ｔ 中冷后
试验执行。
小循环管 散热器 加水管
３．３ 试验方法 按 ＧＢ／Ｔ １８２９７－２００１ 《汽车发动机性能试验方法》进
行总功率试验。除了正常测量记录的数据外，必须测量表 ２ 中列出的需要实测的值。
在每个试验工况，必须在发动机达到热平衡以后才能测 量数据。发动机进、出水温度差值 Ｔ 出水－Ｔ 进水的波动不超过 ０．１℃／ｍｉｎ 时，认为发动机达到了热平衡。
３ 热平衡试验方法
Ｇ 燃油
ｋｇ／ｓ Ｇ 燃油＝Ｇｆ／３６００
Ｈｕ ｋＪ／ｋｇ 参考值：４２７８０
Ｇ 排气
ｋｇ／ｓ Ｇ 排气＝Ｇ 进气＋Ｇ 燃油
Ｔ 涡轮出口
℃
Ｔ 环
℃
Ｃｐ 排气 ｋＪ／（ｋｇ·℃） 参考值：１．０９９２４
Ｇ 冷却液 Ｌ／ｍｉｎ
Ｔ 出水
ｋＪ／ｓ Ｑ 中冷＝Ｇ 进气×（Ｔ 中冷前－Ｔ 中冷后）×Ｃｐ 进气
计算
ｋＪ／ｓ Ｑ 残余＝Ｑ 总－（Ｑｅ＋Ｑ 排气＋Ｑ 冷却液＋Ｑ 中冷）
计算
％ ｑｅ＝（Ｑｅ／Ｑ 总）×１００％
计算
％ ｑ 排气＝（Ｑ 排气／Ｑ 总）×１００％
计算
％ ｑ 冷却液＝（Ｑ 冷却液／Ｑ 总）×１００％
℃
Ｔ 进水
℃
Ｃｐ 冷却液 ｋＪ／（Ｌ·℃） 参考值：３．６７０
Ｇ 进气
ｋｇ／ｓ
Ｔ 中冷前
℃
Ｔ 中冷后
℃
Ｃｐ 进气 ｋＪ／（ｋｇ·℃） 参考值：１．０００
计算 常数 计算 实测 实测 常数 实测 实测 实测 常数 实测 实测 实测 常数
２ 进入发动机的燃油燃烧产生的热量的去向
２．１ 燃烧产生的总热量 Ｑ 总的去向分布
图 １ 是进入发动机的燃油燃烧产生的总热量 Ｑ 总的去向分布
图。对于增压中冷发动机，Ｑ 总的去向有五个部分： l 转化为有效功的热量 Ｑｅ
Ｑ中冷
Ｑ残余
l 排气排出的热量 Ｑ 排气
l 冷却液带走的热量 Ｑ 冷却液
在测量发动机冷却液流量时，要考虑除气管（见图 ２）
中冷器
气缸盖 气缸体
节温器
Ｐ
发动机
机油冷却器
水泵
图２ 热平衡试验台架布置图
除气管 除气管
膨胀水箱
的流量。测量时应关闭所有除气管通路。 ３．４ 热平衡的数据计算
按照表 １ 列出的计算公式进行数据计算。推荐用已经编好的 Ｅｘｃｅｌ 文件“热平衡试验数据计算”。 ３．５ 热平衡试验结果的判定
Ｑｅ
l 进气中冷带走的热量 Ｑ 中冷
Ｑ冷却液
l 残余热量 Ｑ 残余
２．２ 发动机热平衡方程 发动机热平衡方程：
Ｑ 总＝Ｑｅ＋Ｑ 排气＋Ｑ 冷却液＋Ｑ 中冷＋Ｑ 残余 热平衡方程中的各项，用占燃料燃烧产生的总热量 Ｑ 总的百
分比表示，则有： ｑｅ＋ｑ 排气＋ｑ 冷却液＋ｑ 中冷＋ｑ 残余＝１００％