CN110763480A - 一种柴油机摩擦及附件损失测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柴油机摩擦及附件损失测量方法，属于发动机摩擦损失检测技术领域，主要解决的是现有检测方式精度差的技术问题，所述方法具体如下：控制柴油机的进气压力并倒拖柴油机运行使柴油机模拟正常工作，得到倒拖功率；实时测量所述柴油机运行时进气和排气过程的缸内压力；若所述缸内压力大于阈值，则根据热力学多变方程计算纯压缩和纯膨胀过程的指示功率；否则，根据所述缸内压力得到进气和排气过程的缸压曲线，并对所述缸压曲线进行积分得到泵气损失功率；倒拖功率‑泵气损失功率+指示功率得到摩擦及附件损失功率，根据摩擦及附件损失功率换算得到FMEP。本发明还公开了一种柴油机摩擦及附件损失测量装置。本发明可以提高测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及发动机摩擦损失检测技术领域，更具体地说，它涉及一种柴油机摩擦及附件损失测量方法及装置。
背景技术
在柴油机开发中，由于柴油机功率扭矩受排量的影响显著，为了在相同排量的前排下研究柴油机的性能，通常将有效输出功率转换为单位排量下的平均压力，即BMEP(Brake mean effective pressure)。对于本专利关注的柴油机摩擦及附件损失功率，也可以相应的转换为单位排量下的平均压力，即FMEP(Friction mean effective pressure)。
电力测功机台架倒拖是获取FMEP最原始的办法，操作过程简单，但倒拖功包含发动机泵气过程的损失，因此得到的FMEP是偏大的，目前这个方法求解FMEP已经很少使用。研究发现柴油机的FMEP与爆压和转速有关。如图1所示为某柴油机的FMEP随转速和爆压的变化关系曲线：爆压增加，曲轴受力会增加，摩擦损失会加大；发动机转速升高，附件(水泵机油泵等)的转速也随之升高，附件耗功会增加，同时，发动机轴系的摩擦损失也会随转速增加而增加。为了获取柴油机的FMEP，现在通常采用测量发动机正常工作状态下，一个工作循环内的压力曲线进行求解。如图2所示为典型柴油机工作循环的缸压曲线，整个工作循环分为四个阶段：进气-压缩-燃烧及膨胀做功-排气。通过热力学公式可知，对压力(Y轴)和容积(X轴)积分，可得到装置做功的数值。对一个工作循环下的缸压-容积(P-V)曲线(图2所示)进行积分，得到发动机的指示功，经换算可得到平均指示压力(IMEP)。在台架上测量柴油机的实际输出功率，并换算得到柴油机平均有效压力(BMEP)。缸内的指示压力(IMEP)减去平均有效压力(BMEP)，即得到该工况下的FMEP。这就是目前最常采用的柴油机摩擦及附件损失测量办法。
由于柴油机工作压力变化范围大，通常在0～200bar范围内变化，而且有一半的工作时间处于2～4bar低压区域。目前，柴油机领域通常采用奇石乐公司的高响应高压传感器测量缸内压力，测量范围在0～300bar，根据经验，它偏向于测量50bar以上的高压压力，在5bar以下的压力测量精度差。因此，目前的装置无法精确测量整个工作区域的缸压曲线，在图2中也看出，在低压阶段，缸压曲线呈现出明显的波动，这会影响到最终对缸压曲线的积分结果，也就是影响到最终功率的计算。
另外，柴油机燃烧比较粗暴，而且燃烧是一个很复杂的化学反应过程，且具有很强的随机性，这会使柴油机的工作循环波动很大。如图3所示为某柴油机在250个连续的工作循环下的最大缸内压力的波动曲线，平均值为125bar，但实际上，由于燃烧的不稳定性，导致最大爆发压力上下波动3bar左右。工作循环的波动，会对缸压采集带来很大的困难，通常做法是，将这250个循环的缸压进行平均处理，作为该工况下的缸内压力曲线，但这不可避免的带来了误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供一种可以提高测量精度的柴油机摩擦及附件损失测量方法。
本发明的目的二是提供一种可以提高测量精度的柴油机摩擦及附件损失测量装置。
为了实现上述目的一，本发明提供一种柴油机摩擦及附件损失测量方法，该方法具体如下：
控制柴油机的进气压力并倒拖所述柴油机运行使所述柴油机模拟正常工作，得到倒拖功率；
实时测量所述柴油机运行时进气和排气过程的缸内压力；
若所述缸内压力大于阈值，则根据热力学多变方程计算纯压缩和纯膨胀过程的指示功率；否则，根据所述缸内压力得到进气和排气过程的缸压曲线，并对所述缸压曲线进行积分得到泵气损失功率；
倒拖功率-泵气损失功率+指示功率得到摩擦及附件损失功率，根据摩擦及附件损失功率换算得到FMEP。
作为进一步地改进，通过电力测功机倒拖所述柴油机运行，通过瞬态压力传感器实时测量所述柴油机运行时进气和排气过程的缸内压力。
进一步地，所述进气压力的范围为4.5～5bar。
进一步地，所述阈值为4.5bar。
进一步地，所述瞬态压力传感器测量的范围为0～5bar，测量误差小于0.02bar。
进一步地，加热所述柴油机的机油至所述柴油机正常工作下的机油温度。
为了实现上述目的二，本发明提供一种柴油机摩擦及附件损失测量装置，包括用于安装柴油机的试验台架、用于倒拖所述柴油机运行的电力测功机以及电性连接所述试验台架、电力测功机的电脑，还包括瞬态压力传感器、外部增压装置、机油加热装置，所述瞬态压力传感器安装于所述柴油机的气缸体，所述瞬态压力传感器的信号端电性连接所述电脑，所述外部增压装置连接所述柴油机的进气管，所述机油加热装置连接所述柴油机的机油回油管、机油出油管；所述电脑根据试验台架的数据、电力测功机反馈的倒拖功率、瞬态压力传感器反馈的缸内压力计算到得FMEP。
作为进一步地改进，所述机油加热装置包括储油箱，所述储油箱底部设有加热模块，所述储油箱的一侧壁分别设有用于连接所述机油回油管的回油接头、用于连接所述机油出油管的出油接头，所述储油箱的另一侧壁设有散热风扇以及用于安装所述散热风扇的安装架，所述储油箱的另一侧壁还设有散热翅片。
进一步地，所述外部增压装置包括涡轮泵以及连接所述涡轮泵的电机。
进一步地，所述外部增压装置的输出端设有调压阀。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有的优点为：本发明通过进气加压的方式，提高柴油机的气缸爆发压力，并通过电力测功机倒拖柴油机运行可以有效模拟柴油机真实工作情况下的轴系受力情况，没有燃烧过程，消除了由于燃烧不稳定性带来的循环波动；在低压时利用低量程压力传感器可以有效提高泵气过程压力曲线的测量精度，从而提高由压力曲线积分得到的泵气损失功率的精度；在高压时通过热力学上的多变方程计算纯压缩和纯膨胀过程的指示功率，可以避免处理最大缸内压力的波动曲线带来的误差；最后根据倒拖功率、泵气损失功率、指示功率得到换算得到FMEP，可以有效提高测量精度；通过控制不同的倒拖转速及进气压力便可得到不同转速、不同柴油机爆发压力下的摩擦及附件损失FMEP。
附图说明
图1为柴油机的FMEP随转速和爆压的变化曲线图；
图2为柴油机工作的缸压-容积曲线图；
图3为柴油机工作循环内气缸最大压力的变化图；
图4为本发明的结构示意图；
图5为本发明中机油加热装置的结构示意图。
其中：1-柴油机、2-电力测功机、3-瞬态压力传感器、4-电脑、5-外部增压装置、6-机油加热装置、7-气缸体、8-进气管、9-机油回油管、10-机油出油管、11-储油箱、12-加热模块、13-散热风扇、14-安装架、15-散热翅片。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅图4、5，一种柴油机摩擦及附件损失测量方法，该方法具体如下：
控制柴油机1的进气压力并倒拖柴油机1运行使柴油机1模拟正常工作，得到倒拖功率，进气压力的范围为4.5～5bar；
实时测量柴油机1运行时进气和排气过程的缸内压力；
若缸内压力大于阈值，则根据热力学多变方程计算纯压缩和纯膨胀过程的指示功率；否则，根据缸内压力得到进气和排气过程的缸压曲线，并对缸压曲线进行积分得到泵气损失功率；阈值为4.5bar；
倒拖功率-泵气损失功率+指示功率得到摩擦及附件损失功率，根据摩擦及附件损失功率换算得到FMEP。根据以上方法通过控制不同的倒拖转速及进气压力便可得到不同转速、不同柴油机爆发压力下的摩擦及附件损失FMEP。
在本实施例中，在台架上通过电力测功机2倒拖柴油机1运行，通过瞬态压力传感器3实时测量柴油机1运行时进气和排气过程的缸内压力。瞬态压力传感器3测量的范围为0～5bar，测量误差小于0.02bar。可以选用型号为4049B05的小量程压力传感器，测量的范围为0～5bar，测量误差在-0.015bar～0.015bar，在低压段可以有效提高泵气过程压力曲线的测量精度，从而提高由压力曲线积分得到的泵气损失功率的精度。
根据热力学闭口系统的多变方程，P2/P1＝(V1/V2)^n，对于柴油机纯压缩过程，n＝1.34。最初的压力P1和容积V1可通过低压瞬态传感器3测量得到，由于柴油机气缸容积的随曲轴转角的变化是规律性的，可通过计算出来的，即可以根据曲轴转角得到容积V2，根据多变方程，即可求解压力P2。再通过热力学方程计算出纯压缩和纯膨胀过程的指示功率。
加热柴油机1的机油至柴油机1正常工作下的机油温度，机油温度维持在90～110℃，保证柴油机1内部运动件处于正常的润滑条件下运动，更符合实际，从而保证测量精度。
一种柴油机摩擦及附件损失测量装置可以实现上述测量方法，包括用于安装柴油机1的试验台架、用于倒拖柴油机1运行的电力测功机2以及电性连接试验台架、电力测功机2的电脑4，还包括瞬态压力传感器3、外部增压装置5、机油加热装置6，瞬态压力传感器3安装于柴油机1的气缸体7，瞬态压力传感器3的信号端电性连接电脑4，外部增压装置5连接柴油机1的进气管8，机油加热装置6连接柴油机1的机油回油管9、机油出油管10；电脑4根据试验台架的数据、电力测功机2反馈的倒拖功率、瞬态压力传感器反馈的缸内压力计算到得FMEP。
在本实施例中，机油加热装置6包括储油箱11，储油箱11底部设有加热模块12，储油箱11的一侧壁分别设有用于连接机油回油管9的回油接头、用于连接机油出油管10的出油接头。加热模块12包括加热丝、温度传感器和连接加热丝、温度传感器的温度控制器。储油箱11的另一侧壁设有散热风扇13以及用于安装散热风扇13的安装架14。当机油温度过高时，散热风扇13可以对机油进行快速冷却，配合加热模块12可以有效控制机油加热温度范围。储油箱11的另一侧壁还设有散热翅片15，可以进一步加快冷却速度，也可以提高储油箱11的强度。
在本实施例中，外部增压装置5包括涡轮泵以及连接涡轮泵的电机，电机驱动涡轮泵实现对进气进行增压。外部增压装置5的输出端设有调压阀，可以方便调节出气压力。
本发明通过进气加压的方式，提高柴油机的气缸爆发压力，并通过电力测功机倒拖柴油机运行可以有效模拟柴油机真实工作情况下的轴系受力情况，没有燃烧过程，消除了由于燃烧不稳定性带来的循环波动；在低压时利用低量程压力传感器可以有效提高泵气过程压力曲线的测量精度，从而提高由压力曲线积分得到的泵气损失功率的精度；在高压时通过热力学上的多变方程计算纯压缩和纯膨胀过程的指示功率，可以避免处理最大缸内压力的波动曲线带来的误差；最后根据倒拖功率、泵气损失功率、指示功率得到换算得到FMEP，可以有效提高测量精度；通过控制不同的倒拖转速及进气压力便可得到不同转速、不同柴油机爆发压力下的摩擦及附件损失FMEP。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (10)
1.一种柴油机摩擦及附件损失测量方法，其特征在于，该方法具体如下：
控制柴油机(1)的进气压力并倒拖所述柴油机(1)运行使所述柴油机(1)模拟正常工作，得到倒拖功率；
实时测量所述柴油机(1)运行时进气和排气过程的缸内压力；
若所述缸内压力大于阈值，则根据热力学多变方程计算纯压缩和纯膨胀过程的指示功率；否则，根据所述缸内压力得到进气和排气过程的缸压曲线，并对所述缸压曲线进行积分得到泵气损失功率；
倒拖功率-泵气损失功率+指示功率得到摩擦及附件损失功率，根据摩擦及附件损失功率换算得到FMEP。
2.根据权利要求1所述的一种柴油机摩擦及附件损失测量方法，其特征在于，通过电力测功机(2)倒拖所述柴油机(1)运行，通过瞬态压力传感器(3)实时测量所述柴油机(1)运行时进气和排气过程的缸内压力。
3.根据权利要求1所述的一种柴油机摩擦及附件损失测量方法，其特征在于，所述进气压力的范围为4.5～5bar。
4.根据权利要求1所述的一种柴油机摩擦及附件损失测量方法，其特征在于，所述阈值为4.5bar。
5.根据权利要求2所述的一种柴油机摩擦及附件损失测量方法，其特征在于，所述瞬态压力传感器(3)测量的范围为0～5bar，测量误差小于0.02bar。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种柴油机摩擦及附件损失测量方法，其特征在于，加热所述柴油机(1)的机油至所述柴油机(1)正常工作下的机油温度。
7.一种柴油机摩擦及附件损失测量装置，包括用于安装柴油机(1)的试验台架、用于倒拖所述柴油机(1)运行的电力测功机(2)以及电性连接所述试验台架、电力测功机(2)的电脑(4)，其特征在于，还包括瞬态压力传感器(3)、外部增压装置(5)、机油加热装置(6)，所述瞬态压力传感器(3)安装于所述柴油机(1)的气缸体(7)，所述瞬态压力传感器(3)的信号端电性连接所述电脑(4)，所述外部增压装置(5)连接所述柴油机(1)的进气管(8)，所述机油加热装置(6)连接所述柴油机(1)的机油回油管(9)、机油出油管(10)；所述电脑(4)根据试验台架的数据、电力测功机(2)反馈的倒拖功率、瞬态压力传感器反馈的缸内压力计算到得FMEP。
8.根据权利要求7所述的一种柴油机摩擦及附件损失测量装置，其特征在于，所述机油加热装置(6)包括储油箱(11)，所述储油箱(11)底部设有加热模块(12)，所述储油箱(11)的一侧壁分别设有用于连接所述机油回油管(9)的回油接头、用于连接所述机油出油管(10)的出油接头，所述储油箱(11)的另一侧壁设有散热风扇(13)以及用于安装所述散热风扇(13)的安装架(14)，所述储油箱(11)的另一侧壁还设有散热翅片(15)。
9.根据权利要求7或8所述的一种柴油机摩擦及附件损失测量装置，其特征在于，所述外部增压装置(5)包括涡轮泵以及连接所述涡轮泵的电机。
10.根据权利要求9所述的一种柴油机摩擦及附件损失测量装置，其特征在于，所述外部增压装置(5)的输出端设有调压阀。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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