无负荷发动机动力性能测量方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术为动力机械功率测量的方法和装置，适合于测量发动机性能。测量装置是由外壳、传感器１、信号变换单元３、时基电路２、含有加速计时单元５的控制计算单元４、功率表２０及转速表２１组成。用主机１５代替含有加速计时单元５的控制计算单元４，其主机１５是由含有加速计量单元５和减速计时单元及熄火信号单元１６的微处理机１４、数据处理单元（贮存器）７、锁存器８组成。主机１５还有操作键盘１１、显示器１２、打印机１３。本发明专利技术能对大修过的发动机和使用较久的动力性磨损状况做出确切的判断。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于动力机械功率测量的方法和装置，特别适合于需大量、多次、定期、重复测量发动机的动力性能。为了测量发动机动力性能，经常需要将发动机从机座上卸下来安装到试验台架上，用水力测功器、电涡流测功器、直流电力测功器等装置测定发动机的有效功率。这些测功方法虽然可以精确地测量发动机功率，但费工费时，不适合现场检修的测功要求。为了适应现场检修的需要，近年研制了一种发动机加速测功仪，如济南无线电六厂生产的QFC-3型发动机测试仪，测试时无需将发动卸下，而只需断开离合器，测量发动机在无负荷状态下从某一转速n1加速到另一转速n2过程的加速时间△Tn1-n2来确定发动机的最大有效功率。其测量方法是一个不加负荷(比如断开离合器)的发动机，即启动机并使之加速，当达到某一转速n1时开始最大加速，当转速达到另一个速度n2时测量其转速从n1到n2的时间差△Tn1-n2，其平均有效功率Ne的测量满足以下公式Ne=C 1/(ΔTn1-n2) ，其中C是发动机的功率比例系数，它的大小取决于给定型号发动机的结构和选定的加速区间，对一特定的机型，C是不变的，只要用以上提及的，水力测功器、电涡流测功器，直流电力测功器等办法，测出一次，以后不再会改变。采用上述方法的QFC-3型发动机测试仪的工作原理图如附图说明图1，它是由外壳、传感器1、信号变换电路3、时基电路2、含有加速时的计时单元5的控制计算单元4、功率表20及转速表21组成。这种仪器只能测得发动机的有效功率，无法排除发动机本身机械磨擦损失的影响，因而在实际测功中会出现使用时间较久的旧机器功率比刚大修过的机器功率还大的现象，也无法测量与动力性能有关的其它参数，因此无法根据仪器所测得的功率对发动机动力性能与磨损情况做出确切的判断，进而失去仪器在现场的使用价值。本专利技术的目的是提供一种较简便、能排除发动机自身机械磨损造成的功率损失因素，能精确测量无负荷下发动机动力性能的方法及其设备，还能更全面的测量各种功率参数，以满足大量、多次、定期、重复测量的需要。本专利技术是在如下理论基础上建立的发动机从转速n1加速到转速n2的加速过程中，依动能定理应满足以下关系A=A动－A阻＝ 1/2 Jω22- 1/2 Jω21= (π2J)/(2×900) (n22-n21)(1)其中A-发动机加速时的有效功，亦为运动件的动能增量;A功-发动机加速时，燃料燃烧在气缸内所产生的指示功;A阻-发动机加速时消耗内部的机械损失功;J-发动机的运动件和附件相对曲轴中心线的当量时转动惯量;ω＝ (n)/30 n-曲轴角速度(n-曲轴转速)，ω1ω2分别相当于在发动机转速为n1n2时的曲轴角速度;发动机在加速过程的平均有效功率Nen1-n2= (A)/(ΔTn1-n2) ＝ (π2J)/(2×900) (n22-n21) 1/(ΔTn1-n2) (2)当发动机从转速n1加速到转速n2时使之立刻熄火，其转动动能用以克服内部运动件摩擦所产生的机械损失功，转速n2降至转速n1，依动能定理则有-A阻= 1/2 Jω22＝ (π2J)/(2×900) (n22-n21)(3)发动机在减速过程的平均损失功率Nmn2-n1= (A阻)/(ΔTn1-n2) ＝ (π2J)/(2×900) (n22-n21) 1/(ΔTn1-n2) (4)当曲轴转过Δθ角度时，摩擦阻尼矩所做的功dA＝Mn2-n1dθ (5)按功率的定义，可得瞬时的机械损失功率Nm n1-n2＝ (dA)/(dT) ＝Mn2-n1(dθ)/(dT) ＝Mn2-n1ω (6)根据积分求平均值公式，n2-n1过程的平均机械损失功率为Nmn2-n1=1ω1-ω2∫ω 2ω 1Mn2-n1ω dω =Mn2-n1ω1-ω2［12ω ］ω 1ω 2=Mn2-n12(ω1+ω2) (7)]]>同理可得n1-n2过程的平均机械损失功率为Nm n1-n2＝ (Mn2-n1)/2 (ω1+ω2)(8)为了计算方便，可以认为发动机在加速和减速过程的负荷、速度、温度影响的差异不大，故加速时的损耗功率和熄火且减速时的损耗功率相等或近似相当，即Nmn2-n1≈Nmn1-n2(9)时，则有Nm n1-n2=Nm n2-n1= (π2J)/(2×900) (n22-n21) 1/(△Tn2-n1) (10)利用合比定理可得(Ne n1-n2+Nm n1-n2)/(Ne n1-n2) = (△Tn1-n2+△Tn2-n1)/(△Tn2-n1) (11)因为Ni＝Ne+Nm所以Ni n1-n2= (△Tn1-n2+△Tn2-n1)/(△Tn2-n1) Nen1-n2(12)记为Ni (△Tn1-n2+△Tn2-n1)/(△Tn2-n1) Nen1-n2(13)发动机无负荷状态下加速时，在全加力条件下(如油门开到最大)，为使仪器结构简单可靠，满足使用要求，取加速区间占有特性历程的一定百分比，因此有常数关系C= (Nemax)/(Ne) (C为一常数)和Nemax=K 1/(Tn1-n2) (14)就是说Nemax是Ne的极限值，当△Tn1-n2→0，则Ne→Nemax，K对特定的机型的变化具有线性关系，其具有的相关线性可以由以上提及的水力测功器、电涡流测功器，直流电力测功器等对仪器标定，编制出Nemax-△Tn1-n2的关系曲线，如图3所示解放CA10B(C)型车Nemax-△Tn1-n2特性曲线，且有Nimax= (△Tn1-n2+△Tn2-n1)/(△Tn2-n1) Nemax(15)Nmmax＝Nimax-Nemax(16)由以上可知，本专利技术在方法上的特征是一个不加负荷的发动机，当加速时的损耗功率和熄火后减速时的损耗功率相等或近似相等时，其功率的测量方法是Nm n2-n1≈Nm n1-n2②(1)测量其全加力下，转速从n1加速到n2的时间差，(2)在转速到n2的同时切断该机的动力源(如汽油发动机的点火信号等)的同时，测量其转速从n2降到n1的时间差△Tn1-n2，(3)对各种满足上述条件的发动机，满足Nemax=K 1/(△Tn1-n2) ③K对特定的机型是个特定的线性常数，需事先用其他虽复杂，但精确的测功方法作出Nemax-△Tn1-n2特性曲线，(4)发动机的各种动力性能满足以下公式a)由Nemax-△Tn1-n2特性曲线求出相应的Nemax来;b)由Nimax= (△Tn1-n2+△Tn2-n1)/(△Tn2-n1) Nemax④求出的Nemax来;c)由Nmmax＝Nimax-Nemax⑤求出的Nmmax来;d)由η= (Nemax)/(Nimax) ⑥求出的η来;e)由Nexmax＝Nemax-N(e-x)max⑦求出的Nexmax来，以上各式中△Tn1-n2为测量出的转速从n1加速到n2所需时间差;△Tn1-n2为测量出的转速达到n2时，切断动力源后转速降到n1的时间差;Nemax为该机的最大有效功率;Nimax为该机的最大指示功率;Nmmax为该机的最大指示功率;η为该机的最大机械损失功率;Nexmax为多缸发动机第x型的最大有效功率;N(e-x)max为停止第x型工作时的测的发动机的最大有效功率。利用加速过程的时间差来计算发动机的功率，目前典本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个不加负荷（如断开高合器）的发动机动力性能的测量方法，可以这样进行：启动该机并使之最大地加速；测量其转速从ｎ↓［１］加速到ｎ↓［２］的时间差：△Ｔｎ↓［１］－ｎ↓［２］；其发动机的平均有效功率：Ｎｅ满足公式：＊＊＊①，其中Ｃ为功率比例级数，它的大小取决于给定型号发动机的结构和选定的加速区间，在测至△Ｔｎ↓［１］－ｎ↓［２］后，就可以得到Ｎｅ，其特征是：当加速时的损耗功率和熄火后减速时的损耗功率相等或近似相等时，其测量方法可是：Ｎｍｎ↓［２］－ｎ↓［１］≈Ｎｍｎ↓［１］－ｎ↓［２］②（１）测量其全力加下，转速从ｎ↓［１］加速到ｎ↓［２］的时间差，（２）在转速到ｎ↓［２］的同时切断该机的动力源的同时，测量其转速从ｎ↓［２］降到ｎ↓［１］的时间差△Ｔｎ↓［１］－ｎ↓［２］，（３）对于各种满足上述条件的发动机，满足：＊＊＊③Ｋ对特定的机型是个特定的线性常数，需事先用其他虽复杂，但精确的测功方法作为Ｎｅ↓［ｍａｘ］－△Ｔｎ↓［１］－ｎ↓［２］特性曲线。（４）发动机的各种动力性能满足以下公式：ａ）由Ｎｅ↓［ｍａｘ］－△Ｔｎ↓［１］－ｎ↓［２］特性曲线求出相应的Ｎｅ↓［ｍａｘ］来；ｂ）由＊＊＊⑥求出的Ｎｅ↓［ｍａｘ］来；ｃ）由Ｎｍ↓［ｍａｘ］＝Ｎｉ↓［ｍａｘ］－Ｎｅ↓［ｍａｘ］⑤求出的Ｎｍ↓［ｍａｘ］来；ｄ）由＊＊＊⑥求出的η来；ｅ）由Ｎｅｘ↓［ｍａｘ］＝Ｎｅ↓［ｍａｘ］－Ｎ（ｅ－ｘ）↓［ｍａｘ］⑦求出的Ｎｅｘ↓［ｍａｘ］来，以上各式中△Ｔｎ↓［１］－ｎ↓［２］为测量出的转速从ｎ↓［１］加速到ｎ↓［２］所需时间差；△Ｔｎ↓［１］－ｎ↓［２］为测量出的转速达到ｎ↓［２］后又降到ｎ↓［１］的时间差；Ｎｅ↓［ｍａｘ］为该机的最大有效功率；Ｎｉ↓［ｍａｘ］为该机的最大指示功率；Ｎｍ↓［ｍａｘ］为该机的最大指示功率；η为该机的最大机械损失功率；Ｎｅｘ↓［ｍａｘ］为多缸发转动机第ｘ缸的最大有效功率；Ｎ（ｅ－ｘ）↓［ｍａｘ］为停止第ｘ缸工作时的测的发动机的最大有效功率。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞，
申请(专利权)人：华北石油管理局第二采油厂，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]