CN101526408A - 公交车发动机测功器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种公交车发动机测功器，用于检测大修后的公交车发动机和在用车的公交车的发动机，其包括公交车车用电涡流缓速器、输出轴、限量刻度供油装置、冷却水箱、气压表、可变电源、控制台和显示台，本发明的集发动机稳态测功的测试结果精确、重复性好，动态测功的使用方便性于一体，在设计思路及理念上给人以耳目一新的感觉。其仅选用公交车车用电涡流缓速器作为其加载源，即此电涡流缓速器在报废的公交车上拆一个下来即可；采用风冷散热方式，结构上非常简单，安装费用非常低，使用非常方便；设计费用较低，其对操作人员的素质要求不高，普通的检验人员就可以胜任，其非常适合于公交运输企业使用。

Description

公交车发动机测功器

技术领域

本发明涉及测功器，更具体地说，涉及一种公交车发动机测功器。

背景技术

发动机的有效功率是曲轴对外输出的功率，是一个综合性评价指标。通过该指标可以定性地确定发动机的技术状况，并定量地获得发动机的动力性。检测发动机有效功率的方法分为稳态测功和动态测功两种。

一.发动机稳态测功(负荷测功或有外载测功)

稳态测功是指发动机在节气门开度一定、转速一定和其他参数保持不变的稳定状态下，在测功器上测定功率的一种方法。常见的测功器有水力测功器、电力测功器和电涡流测功器等。测功器可测出发动机的转速和转矩，然后通过计算得出功率。稳态测功时，不论发动机的工作行程数和形式如何，其有效功率Pe(kw)、有效转矩Me和转速n均具有下列关系。

$\mathrm{Pe}=\frac{\mathrm{Me}\·n}{9550}...\left(1\right)$

式中：Pe——发动机有效功率，kw；

Me——发动机有效转矩，N·m；

n——发动机转速，r/min。

稳态测定发动机最大有效功率是在节气门全开情况下，由测功器给发动机施加一定负荷，测出额定转速以及相应转矩，即可由式(1)计算出功率。稳态测功的结果比较准确可靠，但该方法测功需要大型、固定安装的测功器，费时费力且成本较高，故多用于发动机设计、制造及大专院校和科研部门做性能试验，而一般运输、维修企业和检测站中采用不多。由于稳态测功时，需由测功器对发动机施加外部负荷，故也称为有负荷测功或有外载测功。

二.动态测功(无负荷测功或无外载测功)

动态测功是指发动机在节气门开度和转速等均为变动的状态下，测定其功率的一种方法。动态测功时，无需发动机施加外部负荷，故又称为无负荷测功或无外载测功。

动态测功的基本方法是：当发动机在怠速或处于空载某一低速运转时，突然全开节气门，使发动机克服惯性和内部阻力而加速运转，用其加速性能的好坏直接反映最大功率的大小。因此，只要测出加速过程中的某一参数，就可得出相应的最大功率。由于动态测功时不加负荷，又不需要大型设备，既可以在台架上进行，也可以就车进行，因而提高了检测的速度和方便性。虽然其测量精度较之稳态测功要差，但该方法特别适用于车用发动机的检测上，故一般运输企业、维修企业和检测站采用较多。

测加速时间及发动机转速：

扭距与加速度的关系为：

$M=\mathrm{J\ω}=J2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dt}}$

式中：J——转动惯量；

ω——角加速度

将Me——代入式(1)得：

$P=\frac{2\mathrm{\πJ}}{9550}n\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dt}}$

令： $C=\frac{2\mathrm{\πJ}}{9550}$

则： $P=\mathrm{Cn}\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dt}}...\left(2\right)$

按某指定范围内的平均功率，可将(2)式进行积分简化可得：

$P=C({n_2}^2-{n_1}^2)\·\frac{1}{T}...\left(3\right)$

由(3)式可以看出，发动机平均功率与加速时间成反比，即节气门突然全开时，发动机由n₁加速到n₂的时间越长，表明发动机功率越小；反之，加速时间越短；表明发动机功率愈大。

对于同种型号的发动机而言，其转动惯量为一定值，故(3)式在理论上是完全成立的。但在实际工作中，n₂及加速时间T的检测精度难以保证，检测值误差大、重复性差。检测结果的误差达20％以上，而这种数据在实际工作中是完全没用的。动态测功(无负荷测功或无外载测功)，在实际工作中能得到应用，在于它的使用方便，测试结果完全取决于测试人员的经验积累，而这一点却不是一般车辆维修及检验人员可以达到的。因缺乏令人信服的测量数据，在实际工作中，极易与驾驶员发生争议。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的对公交车发动机测功需要大型、固定安装的测功器，费时费力且成本较高；动态测功的测试结果完全取决于测试人员的经验积累，而这一点却不是一般车辆维修及检验人员可以达到的，因缺乏令人信服的测量数据，在实际工作中，极易与驾驶员发生争议，以及缺少对发动机的动力性能测试以及发动机燃油消耗率测试这两个十分重要的项目，导致这两个测试项目在发动机装车之前无法认定是否达标。只能把发动机装车之后再由检验员进行路试来评估发动机的动力性能，单靠检验员经验判断，不存在实际测试数据，当发现问题需要检修的时候，将重新卸载发动机，给维修工作带来严重不便，影响生产效率等缺陷，提供一种公交车发动机测功器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种公交车发动机测功器，用于检测大修后的公交车发动机和在用车的公交车的发动机，其包括：

公交车车用电涡流缓速器，用于检测发动机的动力性能；

输出轴，其由变速器一轴和联接轴组成，以用于连接发动机和公交车车用电涡流缓速器，从而将发动机的输出动力发送到公交车车用电涡流缓速器，所述联接轴由车用传动轴与轮毂加工而成；

限量刻度供油装置，用于实时检测发动机的油耗；

冷却水箱，用于冷却发动机，在所述冷却水箱上设置有水温传感器，用于检测当前的冷却水箱的水温；

气压表，用于与发动机的储气筒连接，以检测储气压力；

可变电源，用于为公交车车用电涡流缓速器提供可变电流，以调节公交车车用电涡流缓速器的束缚扭矩；

控制台，用于控制发动机和公交车车用电涡流缓速器，并调节其运行参数；

显示台，用于显示所述公交车发动机测功器的检测参数；

其中，在所述控制台上设置有发动机油门操作杆、用于调节公交车车用电涡流缓速器扭矩的旋钮、可变电源开关、发动机启动开关、总电源开关和电瓶开关；在所述显示台上设置有发动机液压油开关、储气筒压力开关、气压表、计数表、转数表、机油压力表、冷却水箱温度表、时间表和发动机油压力表。

在本发明所述的公交车发动机测功器中，还包括安装支架，用于承载发动机和公交车车用电涡流缓速器。

在本发明所述的公交车发动机测功器中，在所述安装支架上设置有可移动的支撑架，其用于安装发动机。

在本发明所述的公交车发动机测功器中，在所述控制台上还设置有用于驱动所述支撑架的摇杆和开关。

在本发明所述的公交车发动机测功器中，在发动机的排气管上设置消声器。

在本发明所述的公交车发动机测功器中，所述发动机是欧III发动机或普通柴油发动机。

在本发明所述的公交车发动机测功器中，所述发动机与所述车桥半轴可拆卸地连接，所述公交车车用电涡流缓速器与所述轮毂连接。

在本发明所述的公交车发动机测功器中，在所述公交车车用电涡流缓速器上设置有转速探头，以用于检测发动机当前的运转速度。

在本发明所述的公交车发动机测功器中，还包括：

第一气温传感器，用于检测公交车车用电涡流缓速器的当前工作温度；

第二气温传感器，用于检测环境温度。

实施本发明的公交车发动机测功器，具有以下有益效果：其工作原理及选材、设计、制作而言，目前在全国的公交系统中尚属首创，集发动机稳态测功(负荷测功或有外载测功)的测试结果精确、重复性好，动态测功(无负荷测功或无外载测功)的使用方便性于一体，在设计思路及理念上给人以耳目一新的感觉。BFQ发动机测功器与现有的水力测功器(目前已经淘汰)、电力测功器(因价格昂贵一台电力测功器为普通电涡流测功器的20倍，目前国内使用较少)因工作原理上的不同，无法进行比较。与电涡流测功器相比较，电涡流测功器其结构非常复杂，而在本发明的技术方案中，仅选用公交车车用电涡流缓速器作为其加载源，即此电涡流缓速器在报废的公交车上拆一个下来即可。水冷电涡流测功器采用水冷散热方式，其易漏水，轴承机件锈蚀，容易漏磁，恒速控制精度差，且体积重量大，需要一套供水冷却循环系统及涡流机内部润滑系统，使用很不方便。而本发明采用风冷散热方式，结构上非常简单，使用时只要保证测试房的通风即可，使用效果较好。水冷电涡流测功器的设备安装需非常坚实的地基，土建工程量大，设备的安装费用高。而本发明的测功器，其设备及被测发动机皆安装在支架上，而支架只需放置在平面地上直接使用，地面无需作特别处理，安装费用非常低。水冷电涡流测功器因被测发动机需坚固的支架，故安装被测发动机的准备工作较多，工作量大。而本发明的测功器其发动机支架有一联动装置由电机带动，发动机支撑架可沿轨道滑出测试室外，由行车直接吊上发动机支撑架，非常方便。水冷电涡流测功器市面价为15～25万左右(含所有配件及附件即可以使用)。而本发明的测功器的制作成本约4万左右(含所有配件及附件即可以使用)。水冷电涡流测功器要求测量精度高、测量项目多、发动机在全负荷状态下工作、发动机测试前的准备工作复杂、测量结果的计算复杂等，故其设备操作人员的素质要求非常高。而本发明的测功器测试项目不多、发动机并非在全负荷状态下工作、发动机测试前的准备工作也不复杂、测量结果可直接从显示台上显示，故其设备操作人员的素质要求不高，普通的检验人员就可以胜任，其非常适合于运输企业使用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明公交车发动机测功器的原理框图；

图2A是图1所示的公交车车用电涡流缓速器的结构示意图；

图2B是图2A所示的公交车车用电涡流缓速器的侧视图；

图2C是图2A所示的公交车车用电涡流缓速器的接线图；

图2D是图2C所示的公交车车用电涡流缓速器的接线电路原理图；

图3是图1所示的公交车车用电涡流缓速器的通电电流与输出扭矩之间的关系示意图。

具体实施方式

本发明的技术方案是针对目前只能把公交车发动机装车之后，再由动检进行路试来评估发动机的动力性能，经过路试才发观发动机动力不足的情况需要检修的时候，由于就车作业强度增大和问题的涉及面广两大原因，将会给检修工作带来严重不便，影响生产效率。并且，采用路试来检测发动机动力性也缺少一个标准，路试检验员与车辆司机的驾车操作不同将会出现对动力性能有所争议的情况。另外，就是装上车的发动机测试只能说是整辆车的动力性，底盘部分(包括变速器，离合器，刹车系统)、车身重量等等多方面对车辆的行使动力性能都有所影响，说明路试不能准确地反映出车辆动力性能不达标是否完全属于发动机的原因导致。

因此本发明的技术方案分别能够测试发动机在设定的各级负荷工况下的动力性能和发动机在带负荷模拟行驶工况时的燃油消耗率，发现测试不达标的发动机在装车之前进行检修，这将方便维修工进行检修作业。

本发明申请的公交车发动机测功器非常适合于发动机大修后的质量检测及在用车的发动机输出功率的检测，也可进行发动机冷磨及热试，也可进行发动机耗油量的测试，并且该公交车发动机测功器同时兼容欧III发动机及普通柴油发动机的检测，具有前瞻性。

如图1所示，在本发明的公交车发动机测功器中，其主要包括公交车车用电涡流缓速器、输出轴、限量刻度供油装置、冷却水箱、气压表、可变电源、控制台和显示台；在工作中，控制台上设置有各种开关部件和调节旋钮，从而可对发动机和公交车车用电涡流缓速器进行开启或关闭，以及调节各种装置的参数，利用公交车车用电涡流缓速器对被测试的发动机输出的动力加负荷，进行模拟行使工况，根据发动机在电涡流产生的负荷下运转状况来判断发动机的动力性能。

在具体设计时，选择合适的变速器一轴，车用传动轴与轮毂加工成联接轴，在检测过程中，发动机的动力输出到该输出轴上，将公交车车用电涡流缓速器与输出轴上的轮毂连接，而联接轴与发动机连接部分则是活动的，用螺丝安装固定，从而不同型号的发动机可通用地连接到该输出轴上，增强了该公交车发动机测功器的兼容性。在一优选实施例中，发动机输出最大扭矩约为1100N·M，根据实际需要选用最大扭矩的公交车车用电涡流缓速器(在报废车中选用)，保证该缓速器工作时产生的束缚扭矩与车辆运行中对发动机的束缚扭矩相一致，从而可判断发动机的动力性能。利用限量刻度供油装置供油，测试发动机在额定供油量的情况下，在同样设定负荷的运行时间；或者测试发动机在额定时间内，发动机在设定的负荷下的燃油消耗量，从而判断发动机的油耗性能。对于冷却水箱，制作固定架固定于发动机支撑架末端，连接循环水管，在水箱下水管处加装水温传感器，测量冷却水温。另外，将发动机的储气筒连接气压表，测量储气压力，并安装可变电源给公交车车用电涡流缓速器供电，以调节该公交车车用电涡流缓速器可变电流，使测功功率可以按需调节。该公交车发动机测功器还配有相应的仪表和控制装置，例如时间表、测功温度表、水箱温度表、室内温度表、转速表、计数、扭力表、电流表、油压表、气压表、油压开关、气压开关，加油装置、支撑架移动操作杆各两套，以分别与发动机和公交车车用电涡流缓速器。在控制台上设置、发动机托架进出摇杆、调节缓速器扭矩旋钮、变频器电源开关、发动机托架开关、发动机启动开关、总电源开关和电瓶开关；在显示台上设置有发动机液压油开关、储气筒压力开关、气压表、计数表、转数表、扭矩表、机油压力表、仪表总成、水箱温度表、测功温度表、时间表和发动机油压力表。

检测过程中，通过时间计算器来测量时间；通过安装在公交车车用电涡流缓速器上的转速探头检测发动机当前的运转速度；通过数字电流表显示电涡流的工作电流；通过扭矩表显示当前测功仪输出的扭矩大小；通过安装在冷却水箱下水管的水温传感器来检测当前的水箱温度；通过安装在公交车车用电涡流缓速器上的第一气温传感器来检测当前的测功温度；通过安装在检测房内的第二气温传感器来检测当前的房内温度；通过将警报指示灯线路与测功温度传感器线路相连，对当前测功温度过高发出警报产及闪烁红灯警示，保护测功器安全。通过限量刻度供油装置进行检测发动机的燃油消耗性能；通过控制台上安装油门操纵装置对发动机进行油门远程控制。

如图2A～2D所示，为公交车车用电涡流缓速器结构图，其有8个电磁线圈，主要由电磁铁11、定子外壳12以及转子盘13构成。如图2B～2D所示，该公交车车用电涡流缓速器上设置有接地端14、用于连接4根接线的接线盒15、引线盒17以及8个线圈16，在实施时，将该公交车车用电涡流缓速器上的1、2、3、4接线柱并接到一起，就可得到图3所示的公交车车用电涡流缓速器通电电流与输出扭矩之间的线性关系，其控制电流非常简单，故在实际操作时，非常方便。即测试发动机的动力性能可以根据电涡流缓速器扭矩的可调性来实现不同工况下的检测，根据电涡流装置的工作原理可见，其工作时所产生的束缚扭矩的可变性主要是控制电涡流装置的通电电流，通电电流越大，其产生的束缚扭矩就越大，反之则越小。只要控制电涡流的工作电源就可以完全控制其产生的束缚扭矩，能够满足测试时所需要的不同扭矩来实观发动机模拟各工况下工作的状态，再根据发动机所达到的转速来判断其动力性能。

在实施中，还设置安装支架，用于承载发动机和公交车车用电涡流缓速器，并在安装支架上设置有可移动的支撑架，其用于安装发动机。在设计时，可采用电机驱动，利用电机驱动力带动发动机支撑架的齿条，从而实现测试发动机支撑架从设定的轨道进出测试房。驱动齿与齿条为上下啮合，采用千斤顶及钢丝绳制作支撑架升降机构，发动机支撑架与其底座有巧妙的升降功能，当千斤顶起升时，支撑架从其底座升起，同时支撑架的三个移动轮在相应的轮轨上支撑受力，支撑架上的齿条随支撑架的升起与驱动齿轮啮合，从而达到被驱动的作用，在驱动轮正反驱动的情况下，发动机支撑架托住被检测的发动机进出检测房。在发动机进入检测房并到达支撑架底座合适位置时，电机在限位开关的作用下断电，此时，便可把千斤顶松下，即可将发动机支撑架平稳落在底座上，同时支撑架上的齿条与驱动齿轮分离。

发动机测试过程为：

1.将发动机支撑架部分顶起，使该支撑架的齿条与上方的驱动齿轮相啮合；

2.检查周边无障碍物，开启电机驱动开关，将发动机支撑架从测试房内移到房外；

3.将发动机安装到支撑架上(根据发动机型的不同，使用不同发动机机脚支承座)，开启电机驱动开关，将支撑架移到测试房内；

4.将发动机支撑架落下，用输出轴连接发动机与公交车车用电涡流缓速器；

5.按要求连接发动机上的电线、排气管、水管及油管，并加足机油和冷却液；

6.打开发动机电源开关，按下启动按钮运转发动机；

7.发动机起动后，先热机3～5分钟，观察发动机运转是否正常；

8.确认发动机运转正常后，开启公交车车用电涡流缓速器电源，控制公交车车用电涡流缓速器的旋转式功率(电流)调节开关，顺时针方向逐渐旋转缓慢提高公交车车用电涡流缓速器的输入电流；

9.显示台上如实显示的功率为公交车车用电涡流缓速器产生的扭矩，根据不同功率测试选择所需的公交车车用电涡流缓速器功率。

10.以发动机的外特性图作为参考，将发动机设定在达到不同功率的转速下，将测功仪功率调到与发动机在当前转速下同样的功率，检测发动机的动力性能是否达标。

对于测试过程中的标准值，采用新发动机的测试值，即根据厂家提供的发动机外特性曲线，按发动机最大输出功率的80％测定(发动机油门踏板在全开80％的位置)，此时发动机的输出扭矩为测试仪电涡流的扭矩，此时可得到发动机的一转速值。此值为该发动机在确定的电涡流缓速器扭矩值和发动机的80％的输出功率的情况下所相对应的发动机转速值，以确定为标准转速值。按此方法测试不同机型的发动机，可得不同机型的发动机标准转速值，从而可用大修后的发动机或在用发动机测试的结果与标准值进行比较。可确定发动机的技术性能。

根据公式(1)：可得出

$\frac{\mathrm{Pe}}{\mathrm{Pe}1}=\frac{N}{N1}$

式中：

Pe——为标准发动机输出功率；

Pe1——为被测发动机的输出功率；

N——为标准发动机转速；

N1——为被测发动机的转速；

当被测发动机的转速低于标准转速的80％时，则确定为被测发动机技术性能差。当被测发动机的转速高于标准转速的80％时，则确定为被测发动机技术性好。

同理，发动机的耗油量也是根据此原理，进行测定。

本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (9)

1、一种公交车发动机测功器，用于检测大修后的公交车发动机和在用车的公交车的发动机，其特征在于，包括：

公交车车用电涡流缓速器，用于检测发动机的动力性能；

输出轴，其由变速器一轴和联接轴组成，以用于连接发动机和公交车车用电涡流缓速器，从而将发动机的输出动力发送到公交车车用电涡流缓速器，所述联接轴由车用传动轴与轮毂加工而成；

限量刻度供油装置，用于实时检测发动机的油耗；

冷却水箱，用于冷却发动机，在所述冷却水箱上设置有水温传感器，用于检测当前的冷却水箱的水温；

气压表，用于与发动机的储气筒连接，以检测储气压力；

可变电源，用于为公交车车用电涡流缓速器提供可变电流，以调节公交车车用电涡流缓速器的束缚扭矩；

控制台，用于控制发动机和公交车车用电涡流缓速器，并调节其运行参数；

显示台，用于显示所述公交车发动机测功器的检测参数；

其中，在所述控制台上设置有发动机油门操作杆、用于调节公交车车用电涡流缓速器扭矩的旋钮、可变电源开关、发动机启动开关、总电源开关和电瓶开关；在所述显示台上设置有发动机液压油开关、储气筒压力开关、气压表、计数表、转数表、机油压力表、冷却水箱温度表、时间表和发动机油压力表。

2、根据权利要求1所述的公交车发动机测功器，其特征在于，还包括安装支架，用于承载发动机和公交车车用电涡流缓速器。

3、根据权利要求1所述的公交车发动机测功器，其特征在于，在所述安装支架上设置有可移动的支撑架，其用于安装发动机。

4、根据权利要求3所述的公交车发动机测功器，其特征在于，在所述控制台上还设置有用于驱动所述支撑架的摇杆和开关。

5、根据权利要求1～4任一所述的公交车发动机测功器，其特征在于，在发动机的排气管上设置消声器。

6、根据权利要求1～4任一所述的公交车发动机测功器，其特征在于，所述发动机是欧III发动机或普通柴油发动机。

7、根据权利要求1～4任一所述的公交车发动机测功器，其特征在于，所述发动机与所述变速器一轴可拆卸地连接，所述公交车车用电涡流缓速器与所述联接轴连接。

8、根据权利要求1～4任一所述的公交车发动机测功器，其特征在于，在所述公交车车用电涡流缓速器上设置有转速探头，以用于检测发动机当前的运转速度。

9、根据权利要求1～4任一所述的公交车发动机测功器，其特征在于，还包括：

第一气温传感器，用于检测公交车车用电涡流缓速器的当前工作温度；

第二气温传感器，用于检测环境温度。

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