柴油机试验开发概述
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• 目的：评价发动机曲轴箱串气量水平。 评价发动机曲轴箱串气带出的润滑油量（油气分离 器的效率）。
4）配气系统功能开发
• 目的：测试和评价动态气门升程。 评价气门的运动特性（反跳，加速度水平等）。 评价实际使用条件下凸轮轴和摇臂间的接触应力。
5）冷拉缸试验
• 目的：检查活塞、活塞环和气缸套在恶劣的润滑条件下抗 拉缸、抗磨损的能力。
目的：使发动机的功率、扭矩、比燃油耗、排放等各项指标达到设计要求。 主要的试验内容有： 1）增压器匹配 2）燃烧室匹配 3）喷油器匹配 4）凸轮轴匹配 5）气道的匹配 6）高压油管匹配 7）EGR及后处理的标定 8）敏感性试验 9）排放测试实验 10）冷起动试验
1）增压器的匹配
目的：使发动机在各工况下都能够为发动机提供足够的空气， 且损耗较低的能量，同时有较快的相应速度。
80
0 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300
功能开发试验
1）冷却系统功能开发 2）润滑系统功能开发 3）呼吸系统功能开发 4）配气系统功能开发 5）冷拉缸试验 6）热拉缸试验 7）机油耗试验 8）倾斜试验
0
关注和对比的参数
5）气道的匹配
• 涡流比、流量系数（进排气道） • Ricardo涡流比、FEV涡流比
250 240
比油耗
10 9 8
烟度（FSN）
比油耗（g/kW.h）
排气烟度（FSN）
230 220 210 200 190 600 700 800 900 1000 1100 1200 发动机转速（rpm）
• EGR率 • SCR喷射量和转换效率
8）敏感性试验
• 一机多增压器、一增压器多机 • 喷油器凸出高度敏感性 • 气道敏感性
9）排放测试
ETC循环排放水平（用于气体机、欧四发动机等） ELR循环
商用车排放限值
0.16 0.14
PM (g/kWh)
Euro 2
0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0
可靠性开发
典型试验： 1）冷热冲击。 2）超负荷试验。 3）超速试验（或选定某速度试验）。 4）变负荷试验（根据路谱数据确定或经验标准）。 5）起停试验。 6）附件振动疲劳试验。
1）冷热冲击。
• 目的：考察零部件低周疲劳寿命长度、零部件抗冷热变形 能力、抗老化的耐久性。 • 主要考核件：缸盖、排气管、缸垫、活塞、排气管垫等零 件。 • 工况：温差70摄氏度以上。 循环5000次以上。
1000 800 600 400 200 0 600 700 800 900 1000 1100 1200 转速rpm 1300 1400 1500 1549
150
100
50
SF3 SF4 600 700 800 900 1000 1100 1200 转速rpm 1300 1400 1500 1549
6）热拉缸试验
• 目的：考察活塞、活塞环和气缸套高温下变形协调及抗拉 缸、抗磨损的能力。
7）机油耗试验
• 目的：评价发动机的机油耗水平。 • 工况：24h标定工况或指定工况机油耗。 • 难点：机油质量的称量。
8）倾斜试验
• 目的：模拟发动机在上坡、下坡、颠簸、加速、减速等条 件下，发动机冷却系统、润滑系统是否能够满足要求。 • 评价：倾斜前后机油压力、温度基本没有变化。 倾斜前后进出水温差基本没有变化，不会出现开锅、 出水温度骤升等情况。
比油耗（g/kW.h）
250 200 150 100 50 0 600 700 800 900 1000 1100 1200 转速rpm 1300 1400 1500 1549 SF3 SF4
NOX排放对比 1600 1400 250
中冷前压力对比
NOX排放（ppm）
1200
200
压力（kPa）
SF3 SF4
2）超负荷试验。
• 超负荷试验是考虑制造一致性的一种安全系数试验。也是 一种在开发前期能够提前发现发动机缺陷的一种方法。 • 一般超7-10%负荷。 • 试验时间长短取决于所处开发的阶段及发动机的用途。
3）超速试验（或选定某速度试验） 。
• 目的：考核发动机在超速或某选定速度的使用条件下的耐 久性。 • 有超速风险：如经常要下长坡的发动机。 • 选定速度：如凸轮轴赫兹应力在某速度下比较大，或者该 转速条件下润滑条件较差。
注：喷油器匹配一般和燃烧室匹配试验同时进行。
喷油器定型前一般会进行喷油规律测试
爆压测试
4）凸轮轴匹配
目的：综合照顾转速范围内的性能。 影响的性能： 进气流量、过量空气系 数、充量系数、比油耗
关注和对比的参数
烟度对比 12 10
300 400 350 比油耗对比
烟度（FSN ）
8 6 4 2 0 600 700 800 900 1000 1100 1200 转速rpm 1300 1400 1500 1549 SF3 SF4
Thank you for your attendance!
Euro 5 Euro 4 Euro 3
1
2
3
4
5
6
7
8
NOx (g/kwh)
10）冷起动试验
燃烧开发报告及输出内容
• 燃烧系统各部件图号及参数：油泵凸轮轴、增压器、喷油 器、燃烧室、高压油管、配气凸轮轴、气道、EGR等。 • 燃烧开发标定MAP（轨压、喷油量、提前角、EGR、后处 理、VNT）。 • 燃烧开发试验结果和目标比较：油耗、颗粒、NOX、排气 温度、排气背压等。 • 万有特性图 • 爆压，压力升高率，涡前后排气温度，发动机效率等关系 后期开发的参数。
万有特性图
YC6A260-41（A0500）万有特性曲线图
Me (Nm) 1050 1000 194g/kWh 950 207 900 196 850 800 750 700 650 600 140 550 500 450 212 400 350 300 250 200 150 100 50 362 432 312 20 282 40 232 222 100 207 891 120 810 729 648 567 486 252 60 405 324 243 162 81 0 n (r/min) 202 160 198 212 1458 1377 194kW 1296 180 1215 1134 1053 972 1539 Pe (kPa) 1701 1620
增压器匹配的发动机性能对比
增压器与发动机匹配---外特性
带阀增压器
• 带阀增压器工作原理
VNT工作原理
2）燃烧室匹配
涉及参数： 1）燃烧室类型（浅盆型、ω型） 2）压缩比 3）喉口缸径比
3）喷油器匹配
• • • • • 喷油器流量 孔数 喷油器油束夹角 喷油器凸出高度 喷油器开启压力
1300
1400
1500
6）高压油管的匹配
• 由于柴油是液体，可以压缩和产生压力波。高压油管处在 油轨（油泵）和喷油器之间，是有害容积。 • 匹配的目的是在有限的选择范围内选出最优。 • 关注参数：（与普通性能试验一样）
考察试验
• 泵嘴端压力测试（一般与喷油规律一起进行）。
7） EGR或SCR后处理的标定
• •
性能、功能、耐久开发的关系
• 功能开发可以在性能开发的初始阶段就开始进行 如冷却、润滑、冷热拉缸等。 • 性能开发的好坏会影响功能开发和发动机耐久 如增压比、排气温度、碳烟和机油耗等。 • 功能开发可以提升发动机的性能。 如摩擦分析、功耗分析可以提升燃油经济性 • 耐久试验发现的问题有可能会导致性能和排放试验重新进 行或确认。 如活塞的可靠性问题导致燃油系统、增压器、甚至缸盖的 更改等。
1200 1100 1000 900 800 700 600 700 800 900 1000 1100 1200 发动机转速（rpm） 1300 1400 1500 2.1 2.3
涡前排气温度（℃）
NOX（ppm）
2.1 2.3
600
700
800
900
1000 1100 1200 发动机转速（rpm）
1）冷却系统功能开发试验
• 目的：评价发动机冷却系统以及系统部件是否满足发动机 的开发目标及使用要求。
冷却系统功能典型试验
• • • • 水泵试验台试验 节温器升程与温度关系试验 冷却系统压力分布试验 水泵气蚀试验
1900r/min进水流量
500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 60 70
6）附件振动疲劳试验
• 试验目的：对外围零部件的振动疲劳可靠性进行考察。 • 步骤：测试外围零部件在转速范围内的共振转速 在共振转速上运行发动机，实现1千万次的振动。
环境适应性试验
• 高寒、高海拔、高温 冷启动特性、管路材料低温性能、预热装置的有效性 和可靠性、增压器工作的效率、整车蓄电池性能及可靠性 、起动策略及标定、其它材料在低温下的性能及可靠性。 热平衡 在高温条件下发动机的冷却系统是否满足使用需求。 盐雾试验 发动机（特别是船用发动机）是否能满足海上使用条 件要求。
流量L/min
方案1 方案3 方案5 方案8 方案10
方案2 方案4 方案6 方案9 方案11
80 转速r/min
90
100
110
2）润滑系统功能试验
• 目的：评价发动机润滑系统以及系统部件是否能够提供适 当的润滑需求。
典型的润滑系统试验
• 油压分布试验。 • 油压建立试验。
3）呼吸系统功能开发
柴油机试验开发概述
Simon Li,李志敏
Piston Engineering
发动机的研发
1.发动机的设计 决定了发动机的先天条件---俗说把孩子生下来 概念设计 详细设计 2.发动机的开发 决定了发动机的后天发育---俗说把孩子养大
性能开发 功能开发 可靠性开发 NVH的开发 环境适应性试验
性能开发
NOX（ppm）
7 6 5 4 3 2 1 0 2.1 2.3
2.1 来自百度文库.3
1300
1400
1500
600
700
800
900
1000 1100 1200 发动机转速（rpm）
涡前排气温度（℃）
1300
1400
1500
1500 1400 1300
650 630 610 590 570 550 530 510 490 470 450
4）变负荷试验（根据路谱数据确定或经验标准） ---模拟车子在道路运行状态的加速试验。
• 采集路谱，或从经验推测发动机的路谱。 • 根据路谱编制发动机的试验工况及试验时间。 • 一般仍然会超负荷进行试验。
5）起停试验。
• 目的：考察发动机运动副的使用耐久性。 原因：起动前运动副由于没有润滑油膜，发动机起动时的 磨损量很大程度上决定了发动机的寿命。 工况：模拟冷机起动，起动的次数决定于发动机应用的车型。
4）配气系统功能开发
• 目的：测试和评价动态气门升程。 评价气门的运动特性（反跳，加速度水平等）。 评价实际使用条件下凸轮轴和摇臂间的接触应力。
5）冷拉缸试验
• 目的：检查活塞、活塞环和气缸套在恶劣的润滑条件下抗 拉缸、抗磨损的能力。
目的：使发动机的功率、扭矩、比燃油耗、排放等各项指标达到设计要求。 主要的试验内容有： 1）增压器匹配 2）燃烧室匹配 3）喷油器匹配 4）凸轮轴匹配 5）气道的匹配 6）高压油管匹配 7）EGR及后处理的标定 8）敏感性试验 9）排放测试实验 10）冷起动试验
1）增压器的匹配
目的：使发动机在各工况下都能够为发动机提供足够的空气， 且损耗较低的能量，同时有较快的相应速度。
80
0 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300
功能开发试验
1）冷却系统功能开发 2）润滑系统功能开发 3）呼吸系统功能开发 4）配气系统功能开发 5）冷拉缸试验 6）热拉缸试验 7）机油耗试验 8）倾斜试验
0
关注和对比的参数
5）气道的匹配
• 涡流比、流量系数（进排气道） • Ricardo涡流比、FEV涡流比
250 240
比油耗
10 9 8
烟度（FSN）
比油耗（g/kW.h）
排气烟度（FSN）
230 220 210 200 190 600 700 800 900 1000 1100 1200 发动机转速（rpm）
• EGR率 • SCR喷射量和转换效率
8）敏感性试验
• 一机多增压器、一增压器多机 • 喷油器凸出高度敏感性 • 气道敏感性
9）排放测试
ETC循环排放水平（用于气体机、欧四发动机等） ELR循环
商用车排放限值
0.16 0.14
PM (g/kWh)
Euro 2
0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0
可靠性开发
典型试验： 1）冷热冲击。 2）超负荷试验。 3）超速试验（或选定某速度试验）。 4）变负荷试验（根据路谱数据确定或经验标准）。 5）起停试验。 6）附件振动疲劳试验。
1）冷热冲击。
• 目的：考察零部件低周疲劳寿命长度、零部件抗冷热变形 能力、抗老化的耐久性。 • 主要考核件：缸盖、排气管、缸垫、活塞、排气管垫等零 件。 • 工况：温差70摄氏度以上。 循环5000次以上。
1000 800 600 400 200 0 600 700 800 900 1000 1100 1200 转速rpm 1300 1400 1500 1549
150
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SF3 SF4 600 700 800 900 1000 1100 1200 转速rpm 1300 1400 1500 1549
6）热拉缸试验
• 目的：考察活塞、活塞环和气缸套高温下变形协调及抗拉 缸、抗磨损的能力。
7）机油耗试验
• 目的：评价发动机的机油耗水平。 • 工况：24h标定工况或指定工况机油耗。 • 难点：机油质量的称量。
8）倾斜试验
• 目的：模拟发动机在上坡、下坡、颠簸、加速、减速等条 件下，发动机冷却系统、润滑系统是否能够满足要求。 • 评价：倾斜前后机油压力、温度基本没有变化。 倾斜前后进出水温差基本没有变化，不会出现开锅、 出水温度骤升等情况。
比油耗（g/kW.h）
250 200 150 100 50 0 600 700 800 900 1000 1100 1200 转速rpm 1300 1400 1500 1549 SF3 SF4
NOX排放对比 1600 1400 250
中冷前压力对比
NOX排放（ppm）
1200
200
压力（kPa）
SF3 SF4
2）超负荷试验。
• 超负荷试验是考虑制造一致性的一种安全系数试验。也是 一种在开发前期能够提前发现发动机缺陷的一种方法。 • 一般超7-10%负荷。 • 试验时间长短取决于所处开发的阶段及发动机的用途。
3）超速试验（或选定某速度试验） 。
• 目的：考核发动机在超速或某选定速度的使用条件下的耐 久性。 • 有超速风险：如经常要下长坡的发动机。 • 选定速度：如凸轮轴赫兹应力在某速度下比较大，或者该 转速条件下润滑条件较差。
注：喷油器匹配一般和燃烧室匹配试验同时进行。
喷油器定型前一般会进行喷油规律测试
爆压测试
4）凸轮轴匹配
目的：综合照顾转速范围内的性能。 影响的性能： 进气流量、过量空气系 数、充量系数、比油耗
关注和对比的参数
烟度对比 12 10
300 400 350 比油耗对比
烟度（FSN ）
8 6 4 2 0 600 700 800 900 1000 1100 1200 转速rpm 1300 1400 1500 1549 SF3 SF4
Thank you for your attendance!
Euro 5 Euro 4 Euro 3
1
2
3
4
5
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7
8
NOx (g/kwh)
10）冷起动试验
燃烧开发报告及输出内容
• 燃烧系统各部件图号及参数：油泵凸轮轴、增压器、喷油 器、燃烧室、高压油管、配气凸轮轴、气道、EGR等。 • 燃烧开发标定MAP（轨压、喷油量、提前角、EGR、后处 理、VNT）。 • 燃烧开发试验结果和目标比较：油耗、颗粒、NOX、排气 温度、排气背压等。 • 万有特性图 • 爆压，压力升高率，涡前后排气温度，发动机效率等关系 后期开发的参数。
万有特性图
YC6A260-41（A0500）万有特性曲线图
Me (Nm) 1050 1000 194g/kWh 950 207 900 196 850 800 750 700 650 600 140 550 500 450 212 400 350 300 250 200 150 100 50 362 432 312 20 282 40 232 222 100 207 891 120 810 729 648 567 486 252 60 405 324 243 162 81 0 n (r/min) 202 160 198 212 1458 1377 194kW 1296 180 1215 1134 1053 972 1539 Pe (kPa) 1701 1620
增压器匹配的发动机性能对比
增压器与发动机匹配---外特性
带阀增压器
• 带阀增压器工作原理
VNT工作原理
2）燃烧室匹配
涉及参数： 1）燃烧室类型（浅盆型、ω型） 2）压缩比 3）喉口缸径比
3）喷油器匹配
• • • • • 喷油器流量 孔数 喷油器油束夹角 喷油器凸出高度 喷油器开启压力
1300
1400
1500
6）高压油管的匹配
• 由于柴油是液体，可以压缩和产生压力波。高压油管处在 油轨（油泵）和喷油器之间，是有害容积。 • 匹配的目的是在有限的选择范围内选出最优。 • 关注参数：（与普通性能试验一样）
考察试验
• 泵嘴端压力测试（一般与喷油规律一起进行）。
7） EGR或SCR后处理的标定
• •
性能、功能、耐久开发的关系
• 功能开发可以在性能开发的初始阶段就开始进行 如冷却、润滑、冷热拉缸等。 • 性能开发的好坏会影响功能开发和发动机耐久 如增压比、排气温度、碳烟和机油耗等。 • 功能开发可以提升发动机的性能。 如摩擦分析、功耗分析可以提升燃油经济性 • 耐久试验发现的问题有可能会导致性能和排放试验重新进 行或确认。 如活塞的可靠性问题导致燃油系统、增压器、甚至缸盖的 更改等。
1200 1100 1000 900 800 700 600 700 800 900 1000 1100 1200 发动机转速（rpm） 1300 1400 1500 2.1 2.3
涡前排气温度（℃）
NOX（ppm）
2.1 2.3
600
700
800
900
1000 1100 1200 发动机转速（rpm）
1）冷却系统功能开发试验
• 目的：评价发动机冷却系统以及系统部件是否满足发动机 的开发目标及使用要求。
冷却系统功能典型试验
• • • • 水泵试验台试验 节温器升程与温度关系试验 冷却系统压力分布试验 水泵气蚀试验
1900r/min进水流量
500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 60 70
6）附件振动疲劳试验
• 试验目的：对外围零部件的振动疲劳可靠性进行考察。 • 步骤：测试外围零部件在转速范围内的共振转速 在共振转速上运行发动机，实现1千万次的振动。
环境适应性试验
• 高寒、高海拔、高温 冷启动特性、管路材料低温性能、预热装置的有效性 和可靠性、增压器工作的效率、整车蓄电池性能及可靠性 、起动策略及标定、其它材料在低温下的性能及可靠性。 热平衡 在高温条件下发动机的冷却系统是否满足使用需求。 盐雾试验 发动机（特别是船用发动机）是否能满足海上使用条 件要求。
流量L/min
方案1 方案3 方案5 方案8 方案10
方案2 方案4 方案6 方案9 方案11
80 转速r/min
90
100
110
2）润滑系统功能试验
• 目的：评价发动机润滑系统以及系统部件是否能够提供适 当的润滑需求。
典型的润滑系统试验
• 油压分布试验。 • 油压建立试验。
3）呼吸系统功能开发
柴油机试验开发概述
Simon Li,李志敏
Piston Engineering
发动机的研发
1.发动机的设计 决定了发动机的先天条件---俗说把孩子生下来 概念设计 详细设计 2.发动机的开发 决定了发动机的后天发育---俗说把孩子养大
性能开发 功能开发 可靠性开发 NVH的开发 环境适应性试验
性能开发
NOX（ppm）
7 6 5 4 3 2 1 0 2.1 2.3
2.1 来自百度文库.3
1300
1400
1500
600
700
800
900
1000 1100 1200 发动机转速（rpm）
涡前排气温度（℃）
1300
1400
1500
1500 1400 1300
650 630 610 590 570 550 530 510 490 470 450
4）变负荷试验（根据路谱数据确定或经验标准） ---模拟车子在道路运行状态的加速试验。
• 采集路谱，或从经验推测发动机的路谱。 • 根据路谱编制发动机的试验工况及试验时间。 • 一般仍然会超负荷进行试验。
5）起停试验。
• 目的：考察发动机运动副的使用耐久性。 原因：起动前运动副由于没有润滑油膜，发动机起动时的 磨损量很大程度上决定了发动机的寿命。 工况：模拟冷机起动，起动的次数决定于发动机应用的车型。