汽油机负荷特性试验报告.docx
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汽油机负荷特性试验报告
重庆大学研究生专业实验教学
实验报告书
实验课程名称：
汽油机负荷特性试验
实验指导教师：
学院：
专业及类别：
学号：
姓名：
实验日期：
成绩：
重庆大学研究生院
2.1试验目的
⑴掌握汽油发动机负荷特性的试验方法。
⑵掌握汽油发动机负荷特性试验结果的计算整理、曲线制作和分析方法。
2.2试验要求
（1）了解和掌握汽油发动机负荷特性的试验方法，理解负荷特性试验的目的和意义，深刻理解负荷特性试验与速度特性试验的相同点和不同点。
（2）试验前，复习发动机原理和构造熟悉掌握与本内容相关的发动机性能指标。
（3）试验中，按指导老师的要求操作仪器设备正确观测和记录数据步骤进行试验。
（4）试验后要求认真撰写报告，正确处理数据并规范列出试验数据和计算结果表格，绘制有关的速度特性曲线，结合原理对试验结果和试验特性曲线进行分析和讨论。
（5）严格遵守实验室管理规则（安全、仪器操作试验流程等安全、仪器操作试验流程等）。
2.3主要试验设备主要试验设备
系统组成：
被测件（柴油/汽油发动机（H15TGDI））、测功机部分（DW250kW电涡流测功机，最高转速10000rpm、转动惯量0.231kg•m2、扭矩测量精度±0.4%FS、转速测量精度±1rpm；6通道低温采集模块、8通道高温采集模块、8通道压力采集模块、温度传感器PT100精度±1℃，高温传感器K型精度±5℃）、试验保障系统试验保障系统（发动机水温恒系统、机油恒温系统、燃油恒温系统等）、机械部分（平台、支架、联轴器等）、测试软件（ET2000发动机控制系统）。
2.4发动机台架系统装置
图A2-1汽油发动机台架试验系统示意图
2.5发动机参数
实验用缸内直喷汽油机，参数种类如表A1-1所示。
表A1-1缸内直喷汽油机参数
发动机形式
直列四缸
燃料及标号
97#汽油
发动机型号
H15TGDI
点火顺序
1-3-4-2
缸径*行程/mm
76x82.6
额定功率（kW）/转速（r/min）
125/5500
总排量
1.5L
最大扭矩（N.M）/转速（r/min）
230/4000
压缩比
10:
1
连杆长度/mm
133
进气形式
增压
供油方式
直喷
2.6实验标准及方法
1.实验标准
发动机试验条件，按国家标准GB/T18297-2001《汽车发动机性能试验方法》的规定进行控制。
测量仪表精度及测量部位应符合GB/T18297-2001的规定。
2.试验方法
（1）按国家标准GB/T18297-2001《汽车发动机性能试验方法》进行。
（2）测量数据时发动机运行转速与选定转速相差不应超过1%或±10r/min，发动机运行状态稳定1min后，方可进行试验测量。
（3）利用发动机转速控制采用测功机恒转速、油门调节方式（n/P）和（n/M）模式结合使用，调节旋钮，使在试验转速下运行。
（4）试验中由于汽油机燃油易挥发，相同的工况最少测量3次，以其平均值作为该工况的燃油消耗量数据。
2.7试验步骤及内容
（1）检查发动机安装是否正确、安全、可靠。
打开燃油开关、冷却水阀门及各测试系统开关，如发动机测控仪等，启动发动机，检查运转时有无明显不稳定现象。
无问题则进行发动机预热及试验前的其他准备工作。
（2）当发动机达到预热要求后，选取某一转速、变化油门位置进行发动机负荷特性试验，适当选择8各以上测量点。
试验中发动机转速控制采用测功机恒转速、油门调节方式（n/P）和（n/M）模式结合使用。
（3）此次试验的负荷特性转速为x（r/min），转速确定后保持转速不变，通过改变节气门位置改变发动机负荷，逐点进行试验。
负荷选择由最低扭矩值开始，依次升高，直至节气门位置最大时结束。
试验中要求做出空燃比值改变的拐点。
（4）试验时发动机水温、机油温度应尽量保持恒定，每个试验工况点在保持稳定后，记录相关试验数据，试验数据表格如表2所示。
（5）试验过程中需同步绘制以扭矩、空燃比和比油耗为主要参数的性能监督曲线，从曲线中可直接看出试验过程是否异常，以决定试验是否需补点或重做。
2.8试验数据整理及总结分析试验数据整理及总结分析
（1）将试验测结果和计算数据填写到表A2-1
表A2-1发动机负荷特性试验记录表
发动机型号：
H15TGDI测功机型号：
DW250节气门开度：
100%
燃油规格：
97#汽油大气压力：
97.4kPa大气温度：
21~27℃
实验地点：
汽车内燃机实验室实验组别：
第一组实验日期：
2017.1.12
（2）画出负荷特性能曲线，主要有功率与燃油消耗、空燃比、增压（或过量空气系数）、工质温度压力等的相关性特性曲线，要求全面反应测试数据，满足对试验结果进行分析和评价的需要进行分析和评价的需要。
转速
扭矩
功率
油耗量
修正系数
修正扭矩
修正功率
油耗率
机油温度
机油压力
2400
10.6
2.65
1.7
1.02
10.77
2.71
640.04
92.6
377.8
2400
19.9
5
2.18
1.011
20.1
5.05
437.2
90.9
379.6
2400
30
7.53
2.69
1.009
30.24
7.6
357.35
90.5
378.9
2400
39.9
10.03
3.17
1.019
40.65
10.22
315.65
91
376
2400
50.4
12.68
3.66
1.02
51.46
12.93
288.57
91.5
374
2400
60
15.07
4.12
1.021
61.24
15.39
273.84
92.1
372.1
2400
69.6
17.5
4.66
1.012
70.45
17.71
266.33
93.5
369.9
2400
80.2
20.17
5.22
1.017
81.6
20.51
259.11
93.2
368.2
2400
89.8
22.56
5.76
1.019
91.45
22.98
255.28
93.7
366.8
2400
100.4
25.22
6.4
1.02
102.38
25.73
253.77
94.1
366.1
2400
110.5
27.76
7.01
1.022
112.86
28.37
252.51
95.2
360.7
2400
121
30.43
7.59
1.022
123.82
31.12
249.59
95.7
359.2
2400
130.8
32.82
8.21
1.023
133.63
33.58
249.76
96.2
357.8
2400
140.6
35.36
8.79
1.024
144.04
36.2
249.11
96.9
356.4
2400
149.9
37.67
9.6
1.021
153.07
38.47
254.98
98
354.9
2400
159.8
40.15
10.48
1.017
162.5
40.84
260.67
98.7
353.2
2400
170.5
42.86
11.13
1.013
172.73
43.41
259.75
99.3
351.1
2400
179.9
45.22
11.75
1.012
182.13
45.77
259.88
99.6
350.4
2400
191.3
48.08
12.98
1.016
194.41
48.86
270
99.7
352.8
2400
199.9
50.22
13.6
1.02
203.71
51.2
271.08
100.5
350.9
2400
210.6
52.93
15.24
1.022
215.16
54.08
287.92
101.4
349
2400
221.2
55.58
16.41
1.023
226.36
56.89
295.08
102.3
346
进水温度
进水压力
出水温
出水压力
大气温度
大气湿度
大气压力
进气温度
进气歧管温度
87
241.1
90
98.18
23
39.1
98.2
24
37.7
87
241.4
90.1
98.19
19
49.1
98.2
20
35.8
86
240.5
90.2
98.2
18
53.5
98.2
19
32.9
86
240.5
90
98.22
22
45.7
98.2
23
31.9
86
239.8
89.8
98.22
23
43.7
98.2
23
32.4
86
240.5
90.4
98.22
23
42
98.2
24
32.8
86
240.3
90.4
98.22
19
48.7
98.2
20
31
85
238.8
89.7
98.22
21
47.4
98.2
22
30.8
86
239.3
90.2
98.23
22
44.9
98.2
23
30.6
86
240.4
90.5
98.23
23
43.1
98.2
23
30.5
85
239.1
90.4
98.23
24
41.2
98.2
24
30.5
86
239.1
90.6
98.23
24
40.3
98.2
25
30.7
86
239.5
90.2
98.22
24
39.4
98.2
25
30.9
85
238
89.8
98.22
25
38.7
98.2
25
31.4
84
237.3
89.9
98.22
24
39.2
98.2
24
31.7
85
238.1
90.1
98.22
22
42.2
98.2
23
31.7
84
237.2
90.2
98.22
20
48.2
98.2
21
32
84
236.7
90.2
98.22
20
50
98.2
20
32
84
237.4
90.2
98.22
21
48.5
98.2
22
32.3
84
237.3
90.4
98.22
23
45
98.2
23
33.2
84
236.8
90.4
98.22
24
42.3
98.2
24
34.2
84
237.1
90.1
98.22
24
40.2
98.2
25
35.2
进气歧管压力
曲轴箱压力
涡前温度
涡前压力
中冷前温度
中冷前压力
中冷后温度
中冷后压力
一缸进气温度
二缸进气温度
31
98.1
525
2.6
35.8
99.8
21.9
99.6
53
54
39
98.1
515
3.4
32.8
100.3
18
100.1
52
53.7
45.6
98.1
546
5.4
32.6
102.1
16.8
101.9
45
46.2
52
97.8
575
7.6
36.6
104.5
19.1
104.2
43
43.3
62.2
97.3
595
10
39
107.3
19.6
107
48
49.8
73.5
96.9
614
13.3
42.5
110.7
20
110.3
55
55.1
76.2
96.9
644
16.3
44.5
114.1
18
113.7
45
46
81.8
96.6
665
20.3
49
118.7
19
118.2
39
39.3
87.7
96.5
684
24.1
53.7
123
19.8
122.5
36
35.9
93.6
97.3
702
28.3
58.2
127.4
20.5
126.8
34
33.9
99.1
98.2
722
31.8
62.4
130.6
21.4
129.9
34
32.7
105.3
97.9
737
35.1
65.5
133.7
22
132.8
33
32.1
111.7
97.8
756
38.3
68.3
136.3
22.6
135.4
33
31.8
117.4
97.7
769
41
70.6
138.4
23.1
137.4
33
31.6
126
97.6
804
46.2
72.3
142.9
23.2
141.7
33
31.8
133.5
97.5
836
50.3
72.9
145.9
23.1
144.6
33
32.2
139.7
97.4
850
54.2
73.8
148.4
23.2
146.9
33
32.4
145.3
97.3
865
57.2
74.5
149.5
23.6
147.8
33
32.6
152.2
97.1
897
65.7
80.4
154.1
25.1
152.1
33
32
159.6
97
912
73.8
87.8
161.7
26.6
159.6
34
33
165.8
96.9
896
80.1
94.1
167.8
27.9
165.6
35
34.1
174.9
96.8
897
90
102.8
177
29.4
174.7
36
35.7
三缸进气温度
四缸进气温度
一缸排气温度
二缸排气温度
三缸排气温度
四缸排气温度
涡后排温
涡后排压
λ
56
53
528
513
485
514
383
1.3
1.01
57
54
522
516
501
518
387
1.2
1
49
46
548
549
522
545
409
1.3
1
45
43
572
579
547
560
443
1.9
1
51
49
580
590
568
568
460
2.1
1
56
56
586
598
579
576
479
2.3
1
48
45
610
628
609
611
514
2.3
1
41
39
630
656
629
626
530
2.7
1
38
36
643
675
646
639
546
3
1
36
34
658
693
662
654
563
3.4
1
35
33
673
716
682
670
579
3.5
1
35
33
684
728
695
679
590
4
1
35
33
696
743
712
693
607
5.1
0.99
34
33
708
756
724
703
619
5.7
0.99
35
33
737
781
754
727
649
6.5
1
35
33
757
809
784
753
681
7.5
1
35
33
765
821
797
763
703
8.3
1
35
33
773
831
810
773
718
9
1
34
32
784
852
837
791
747
10.9
0.99
35
33
796
866
852
805
754
11.8
0.99
36
34
805
859
842
801
739
12.3
0.92
37
35
809
861
843
803
732
13.2
0.9
图A2-12400r/min燃油消耗率曲线
图A2-22400r/min排气温度曲线
图A2-32400r/min过量空气系数曲线
图A2-42400r/min空燃比曲线
图A2-52400r/min增压比曲线
（3）根据所学发动机原理知识，对试验结果进行分析，回答下列问题。
①负荷特性曲线呈鱼钩状的原因。
答：
之所以负荷特性曲线呈鱼钩状，与试验方法及发动机工作原理有关。
启动发动机后逐渐开启节气门，直至最大，同时调节载荷使发动机保持某一转速稳定运行，测定此工况下发动机输出功率及燃油消耗量。
然后再关小节气门，调整载荷使发动机保持转速不变再测定。
如此依次进行下去，直到发动机能保持稳定工作的最小节气门开度，得到不同负荷和转速下的燃油消耗量。
不同转速下的发动机负荷特性曲线变化的趋势是差不多，只是具体数值的不同。
普通汽油机负荷特性曲线的特征，开始启动时油耗率最大（此时需要浓混合气），但随节气门逐渐开启负荷增大而油耗率减少直至最低点，此时节气门接近全开。
继续开大节气门，油耗率又会开始上升，曲线呈现一条内凹抛物线，即所说的鱼钩状。
曲线的最小油耗率值越低越好，同时油耗率随负荷的变化越平缓，发动机在不同负荷下工作的经济牲越好。
从曲线的形状，可以分析出哪一个负荷区域是最经济的。
②结合功率与A/F曲线，说明曲线上各点空燃比标定的理由。
进一步讨论空燃比标定值对油耗率及曲线走势的影响。
答：
从图A2-4可以看出，除去开始和结尾阶段，发动机的功率与空燃比曲线大致呈稳定趋势，中间只有极小的波动，说明在整个试验过程中，发动机的空燃比处于稳定趋势，因此，对曲线上各点空燃比标定是希望通过标定获得发动机的理想燃烧状态，使发动机工作在较为理想的工作区间，以此降低燃油消耗率，提高燃油经济性并且极大降低尾气中的污染物。
空燃比的标定可以使油耗率呈一定的下降趋势，即有效提高燃油经济性，同时也会使曲线走势更加平稳，即发动机处于较为理想的燃烧状态。
③结合功率与A/F曲线，讨论负荷加大受限制的原因，并讨论如何根据动力性、经济性的要求确定外特性的最大扭矩点、额定功率点。
答：
负荷加大，需要较浓的油气混合物，需要进气歧管提供更多的空气，燃油喷射系统提供更多的燃油，而由于管路等的限制，二者的提供速度并非可以无限增长，因此，在负荷持续加大时，功率与A/F就会受到限制。
通过作图分析，按照动力性要求从图中选取所需要的最大扭矩点，同时也要积极关注功率点，使得在动力性满足的同时，尽可能使发动机工作在额定功率点以内，并且尽可能靠近额定功率点，使得发动机的工作状态保持较优。
④分析负荷特性曲线的增压比数据的变化趋势，说明其控制理由和控制的措施。
答：
根据图A2-5可以看出，发动机的增压比是随着功率的增加而呈现逐渐增加的趋势，这就意味着，发动机提供的功率越大，其增压比越大。
之所以对其标定，是希望通过控制增压比处于一定范围，既不过低，保证发动机的燃油经济性，同时有不过高，保证发动机在工作过程中不会出现爆燃、爆震等不正常工作现象。
⑤哪些测试数据可用于发动机各缸工作不均匀性的参考评价？
答：
试验获取数据中可用于评价发动机铬钢工作不均匀性的参数有发动机各缸的进气和排气温度共八组数据，如果温度差异较大，则说明发动机存在较为严重的工作不均匀性，需要注意。
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