CN111579247A - 一种发动机自动扫点测试系统及其测试方法 - Google Patents

一种发动机自动扫点测试系统及其测试方法 Download PDF

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CN111579247A
CN111579247A CN202010574083.0A CN202010574083A CN111579247A CN 111579247 A CN111579247 A CN 111579247A CN 202010574083 A CN202010574083 A CN 202010574083A CN 111579247 A CN111579247 A CN 111579247A
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control system
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automatic
calibration
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杨名名
黄志强
刘依敏
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Shanghai Motor Vehicle Inspection Certification and Tech Innovation Center Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00Testing of engines
    • G01M15/02Details or accessories of testing apparatus
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01M15/04Testing internal-combustion engines
    • G01M15/05Testing internal-combustion engines by combined monitoring of two or more different engine parameters

Abstract

本发明涉及一种发动机自动扫点测试系统及其测试方法。该发动机自动扫点测试系统包括台架控制系统;测功机,藉由联轴器与发动机连接,台架控制系统通过测功机实现对发动机的转速和扭矩的控制;进气空调和中冷器,与发动机连接,用于实现对发动机的进气状态的控制;水冷单元,与发动机连接,用于控制发动机的冷却液温度及出水温度;数据测量系统和燃烧分析仪,用于监控发动机的运行状态,并将发动机的运行状态参数发送到台架控制系统;油耗仪,用于调节发动机的进回油温度和压力,并向台架控制系统发送发动机的瞬态油耗流量。本发明提出了一种发动机自动扫点测试系统,能够完成发动机的自动扫点试验,有效降低成本。

Description

一种发动机自动扫点测试系统及其测试方法
技术领域
本发明涉及车辆发动机的台架测试技术领域,尤其涉及一种发动机自动扫点测试系统及其测试方法。
背景技术
为了满足既定的设计目标修改设计参数需要大量的试验来实现,在多次的试验过程中寻找合乎既定目标的设计方案。为了减少试验的次数,结合数学优化设计的方法,许多标定试验通过Design of Experiment(DOE)试验设计方法。通过对试验样本空间分布的合理设计和试验过程合理规划进一步减少建模所需的试验数据,提高试验效率,并且获得了理想的试验结果。自动标定试验包括工况设计、自动扫点、建立模型、参数优化和优化结果验证。自动标定软件在汽油机及柴油机的标定优化试验得到推广使用,节约了试验成本和提升了试验效率。目前国内外拥有自动标定功能的商业软件有AVL公司CAMEO软件、和ETAS公司的ASCMO软件。
此外,具有自动标定功能的商业软件还有horiba公司的商业软件STASRS中的Calibrate(Automap)option for STARS Workstation。该商业化软件采用上文描述控制原理可实现试验自动化、DOE设计、实时控制电控MAP、DOE建模和DOE在线优化等自动标定试验。现有技术方案存在以下特点:
1.商业化软件的使用对象具有预设性,该方案在调试时由供应商预先将所需更改的所有电控MAP储存于软件内,作为数据库使用。不同电控厂家的发动机对于某些电控MAP设定(包含MAP名称和横纵行列数)不一致时,使用方无法对其进行实时控制,也无法完成自动扫点试验,必须由供应商进行修改。
2.自动标定模块在商业化软件处于收费阶段、外企垄断状态,安装调试报价高,维护成本高。每个报价仅适用于单个实验室台架。举例来说,对于horiba公司的发动机排放性能试验台架,单个试验台架的安装调试报价在22万元以上。
发明内容
针对现有技术的上述问题,本发明提出了一种发动机自动扫点测试系统及其测试方法,能够完成发动机的自动扫点试验,替代目前的商业化软件,有效降低成本。
具体地,本发明提出了一种发动机自动扫点测试系统,包括,
台架控制系统;
测功机,藉由联轴器与发动机连接,所述台架控制系统通过所述测功机实现对所述发动机的转速和扭矩的控制;
进气空调和中冷器,与所述发动机连接,用于实现对所述发动机的进气状态的控制;
水冷单元,与所述发动机连接,用于控制所述发动机的冷却液温度及出水温度;
数据测量系统和燃烧分析仪,用于监控所述发动机的运行状态,并将所述发动机的运行状态参数发送到所述台架控制系统;
油耗仪,用于调节所述发动机的进回油温度和压力,并向所述台架控制系统发送所述发动机的瞬态油耗流量;
排放分析仪,与所述发动机连接,用于向所述台架控制系统发送所述发动机的气态排放污染物的浓度;
滤纸式烟度计,测量所述发动机的稳态烟度并发送给所述台架控制系统;
标定电脑和标定装置,所述标定电脑通过所述标定装置连接到所述发动机,所述标定电脑连接所述台架控制系统,所述标定电脑根据所述台架控制系统的指令来调整所述发动机的电控参数。
根据本发明的一个实施例,所述台架控制系统为Horiba公司的STARS系统。
根据本发明的一个实施例,所述标定装置的型号为ETAS592,所述标定电脑上运行的标定软件为ETAS公司的INCA。
根据本发明的一个实施例,所述台架控制系统通过ASAP协议与所述标定电脑实时通信,所述标定装置采用ETK/CCP协议与所述发动机的ECU通信。
根据本发明的一个实施例,所述台架控制系统通过CAN总线与测功机、数据测量系统实现通信;所述台架控制系统通过网线与燃烧分析仪、排放分析仪、标定电脑、水冷单元及油耗仪实现通信;所述台架控制系统通过串口RS232与滤纸式烟度计实现通信。
本发明还提供了一种发动机自动扫描测试方法,利用前述的发动机自动扫描测试系统,包括,
步骤S1,在所述台架控制系统上设置所述发动机的多个试验工况点;
步骤S2,顺序执行多个所述试验工况点的测试。
根据本发明的一个实施例,在步骤S1中每个所述试验工况点的设置包括设定总时间、发动机转速设定值、扭矩设定值、油门设定值、排气烟度时间、数据记录时间和台架报警限值。
根据本发明的一个实施例,在步骤S2中,所述台架控制系统向测功机发出当前试验工况点的发动机转速和扭矩,以使所述发动机调整其转速和扭矩;
所述台架控制系统向标定电脑发出更改电控参数的命令,通过所述标定装置对发动机的ECU进行控制;
将所述台架控制系统接收的所述发动机的运行状态参数与台架报警限值进行比较,若超出所述台架报警限值,则自动转入下一个试验工况点;若未超出所述台架报警限值,则向所述滤纸式烟度计发出测量命令,待得到稳态烟度值后,由所述台架控制系统记录试验数据,所述试验数据包括发动机转速、扭矩、运行状态参数、瞬态油耗流量、气态排放污染物的浓度和电控参数。
根据本发明的一个实施例,在步骤S1之前,对所述发动机自动扫点测试系统进行测试,以保证所有设备热机及通讯连接完成。
根据本发明的一个实施例,在步骤S2之后,根据所述试验数据自动生成试验报告。
本发明提供的一种发动机自动扫点测试系统及其测试方法,构建完善的发动机自动扫点测试系统,能实时控制电控参数以完成发动机的自动扫点试验,能完全替代目前的商业化软件,节约试验成本,提升试验效率。
应当理解,本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的,并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
附图说明
包括附图是为提供对本发明进一步的理解,它们被收录并构成本申请的一部分,附图示出了本发明的实施例,并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。
附图中:
图1示出了本发明一个实施例的发动机自动扫点测试系统的结构示意图。
图2示出了本发明一个实施例的发动机自动扫点测试方法的流程框图。
图3示出了本发明一个实施例的发动机自动扫点测试方法中的测试循环的流程框图。
其中,上述附图包括以下附图标记:
发动机自动扫点测试系统 100 台架控制系统 101
测功机 102 进气空调 103
中冷器 104 水冷单元 105
数据测量系统 106 燃烧分析仪 107
油耗仪 108 排放分析仪 109
滤纸式烟度计 110 标定电脑 111
标定装置 112 发动机 113
发动机自动扫点测试方法 200
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中,需要理解的是,方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,在未作相反说明的情况下,这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请保护范围的限制;方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等,用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是,空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的器件被倒置,则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而,示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位),并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外,需要说明的是,使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件,仅仅是为了便于对相应零部件进行区别,如没有另行声明,上述词语并没有特殊含义,因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外,尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的,但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的,其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外,要求不仅仅通过所使用的实际术语,而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。
图1示出了本发明一个实施例的发动机自动扫点测试系统的结构示意图。如图所示,一种发动机自动扫点测试系统100主要包括台架控制系统101、测功机102、进气空调103、中冷器104、水冷单元105、数据测量系统106、燃烧分析仪107、油耗仪108、排放分析仪109、滤纸式烟度计110、标定电脑111和标定装置112。
其中,测功机102藉由联轴器与发动机113连接。台架控制系统101向测功机102发出控制命令,以实现对发动机113运行过程中的转速和扭矩的控制。
进气空调103、中冷器104和水冷单元105用于在试验过程中对发动机113的边界条件进行控制。具体来说,进气空调103用于实现对发动机113进气状态(包括进气温度和湿度)的控制,保证在一个稳定试验环境下完成发动机113测试试验。中冷器104用于模拟整车运行状态下发动机113的增压中冷器104,根据发动机厂家的要求控制,在额定转速全油门状态下控制发动机113中冷后温度及中冷前后压差,后固定中冷器104冷却水阀开度和中冷压差阀开度。水冷单元105用于发动机113冷却液的温度控制,根据发动机厂家要求控制发动机113的出水温度。
发动机状态监控主要由数据测量系统106、燃烧分析仪107、油耗仪108、排放分析仪109和滤纸式烟度计110来完成。数据测量系统106监控发动机状态。燃烧分析仪107用于监控发动机113运行状态,向台架控制系统101发送发动机113运转过程的状态参数,包括发动机113进气温度、湿度、冷却液温度、中冷前后温度和压力、排气温度和压力、气缸燃烧压力等实时数据。油耗仪108用于调节发动机进回油温度和压力,向台架控制系统101发送发动机瞬态油耗流量。排气分析仪用于实时测量发动机113气态排放污染物的浓度,并发送给台架控制系统101。滤纸式烟度计110用于测量发动机113稳态烟度,并发送给台架控制系统101。容易理解的,所有的数据记录由台架控制系统101完成。
标定电脑111通过标定装置112连接到发动机113。标定电脑111连接台架控制系统101。标定电脑111根据台架控制系统101的指令来调整发动机113的电控参数。
较佳地,台架控制系统101为Horiba公司的STARS系统。
较佳地,标定装置112的型号为ETAS592,标定电脑111上运行的标定软件为ETAS公司的INCA。
较佳地,台架控制系统101通过ASAP协议与标定电脑111实时通信。标定装置112采用ETK/CCP协议与发动机113的ECU通信。在试验过程中,标定电脑111根据台架控制系统101的指令来调整发动机113的电控参数。
较佳地,台架控制系统101通过CAN总线与测功机102、数据测量系统106实现通信。台架控制系统101通过网线与燃烧分析仪107、排放分析仪109、标定电脑111、水冷单元105及油耗仪108实现通信。台架控制系统101通过串口RS232与滤纸式烟度计110实现通信。
本发明还提供了一种发动机自动扫点测试方法200,利用前述任一的发动机自动扫点测试系统100。图2示出了本发明一个实施例的发动机自动扫点测试方法的流程框图。图3示出了本发明一个实施例的发动机自动扫点测试方法200中的测试循环的流程框图。如图所示,发动机自动扫点测试方法200包括:
步骤S1,在台架控制系统101上设置发动机113的多个试验工况点,即在试验前需要预先设定好自动扫点的试验循环中的每一个试验工况点。
步骤S2,顺序执行多个试验工况点的测试。
较佳地,在步骤S1中每个试验工况点的设置包括设定总时间(ModelTime)、转速设定值(DemandSpeed)、扭矩设定值(DemandTorque)、油门设定值(DemandThrottle)、排气烟度时间(MeasureTime)、数据记录时间(SampleTime)和台架报警限值。参考表1预设试验工况点列表,包含部分试验工况点的设置内容。
表1
ModelTime RailpSetPoint InjCrvphiMI1 Map3Number RampTime MeasureTime SampleTime DemandModeType DemandSpeed DemandTorque
s Integer Real Real s s s Integer rev/min Nm
120 1100000 6 5 50 20 2 1000 3200
120 1400000 10 5 50 20 2 1000 3200
120 1400000 6 5 50 20 2 1000 3200
120 800000 10 5 50 20 2 1000 3200
120 950000 6 5 50 20 2 1000 3200
120 1250000 2 5 50 20 2 1000 3200
120 1250000 8 5 50 20 2 1000 3200
120 1100000 6 5 50 20 2 1000 3200
120 1400000 4 5 50 20 2 1000 3200
120 1100000 2 5 50 20 2 1000 3200
120 1250000 6 5 50 20 2 1000 3200
120 950000 2 5 50 20 2 1000 3200
120 1100000 6 5 50 20 2 1000 3200
120 950000 4 5 50 20 2 1000 3200
120 1100000 6 5 50 20 2 1000 3200
120 800000 8 5 50 20 2 1000 3200
120 800000 4 5 50 20 2 1000 3200
120 1100000 10 5 50 20 2 1000 3200
120 1400000 2 5 50 20 2 1000 3200
120 800000 2 5 50 20 2 1000 3200
120 1100000 8 5 50 20 2 1000 3200
120 1100000 6 5 50 20 2 1000 3200
120 1100000 5 5 50 20 2 1000 2560
120 1400000 9 5 50 20 2 1000 2560
120 1400000 5 5 50 20 2 1000 2560
120 800000 9 5 50 20 2 1000 2560
120 950000 5 5 50 20 2 1000 2560
120 1250000 1 5 50 20 2 1000 2560
较佳地,在步骤S2中,台架控制系统101向测功机102发出当前试验工况点的发动机转速和扭矩,以使发动机113调整其转速和扭矩。接着,台架控制系统101向标定电脑111发出更改电控参数的命令。标定电脑111通过标定装置112对发动机113的ECU进行控制,更改电控参数。
待发动机113状态稳定之后,将台架控制系统101接收的来自数据测量系统106和燃烧分析仪107传输过来的发动机113的运行状态参数与设定的台架报警限值进行比较,若超出台架报警限值,则自动转入下一个试验工况点。需要说明的是,每个试验工况点可单独设置不同的报警限值。如果在某个试验工况电,发动机113的气缸压力和排气温度任一实际值超过该试验工况点的台架报警限制,则自动跳到下一试验工况点。台架控制系统101向测功机102发出下一个试验工况点的发动机转速和扭矩,以使发动机113调整其转速和扭矩重新开始上述循环,从而以该方式遍历所有试验工况点。若台架控制系统101接收的运行状态参数与设定的台架报警限值进行比较,未超出台架报警限值,则向滤纸式烟度计110发出测量命令,待得到稳态烟度值后,由台架控制系统101记录试验数据。试验数据包括当前的发动机转速、扭矩、运行状态参数、瞬态油耗流量、气态排放污染物的浓度、稳态烟度和电控参数。
以下结合图3详细描述发动机自动扫点测试方法200的具体过程。
N为试验设定的所有试验工况点的总数,M为当前已测试运行过的试验工况点的计数。在每次试验开始后,初始工况点的计数都被定义为0。在顺序执行每个试验工况点的过程中M加1,通过M与N的比较,来判断所有的试验工况点是否执行完毕。
在每一个试验工况点,包括步骤:
台架控制系统101向测功机102发出发动机转速和扭矩命令,控制发动机113的转速和负荷。
再由台架控制系统101向标定电脑111发出更改电控参数的命令,进一步通过标定装置112对发动机113的ECU进行控制。
发动机113状态稳定之后,以数据测量系统106和燃烧分析仪107发送到台架控制系统101的发动机状态参数与预设工况点列表内的台架报警限值进行比较。每个试验工况点单独设置不同的报警限值。若超过台架报警限制,自动跳到下一试验工况点,重新开始下一个试验工况点的操作步骤。
若未超过台架报警限制,台架控制系统101向滤纸式烟度计110发出测量命令,待得到稳态烟度值后,台架控制系统101自动记录试验数据,包括发动机转速、扭矩、瞬态油耗流量等发动机性能数据以及电控参数
重复上述步骤,直至M=N,试验结束。台架控制系统101在每个试验工况点的所记录的数据,以用于后续标定工程师数据处理及研究。
较佳地,在步骤S1之前,对发动机自动扫点测试系统100进行测试,以保证所有设备热机及通讯连接完成。具体来说,依照实验室管理规范,安装发动机113及附图1所示各个测试设备,构建发动机自动扫点测试系统100。合理布置发动机113及各个传感器,确保发动机台架符合试验要求。如发动机进气温度和湿度、进回水温度、中冷前后温度和压力、排气温度和压力、气缸燃烧压力等。基于Horiba台架控制系统101连接自动扫点试验所需试验设备,台架测控系统通过CAN总线与测功机102、数据测量系统106实现通讯。台架测控系统通过网线与排放分析仪109、标定电脑111、水冷单元105、油耗仪108等实现通信。台架测控系统通过串口RS232与滤纸式烟度计110实现通信。在试验开始前确认所有设备热机及通信连接完成。
较佳地,在步骤S2之后,根据试验数据自动生成试验报告。
本发明提供的发动机自动扫点测试系统及其测试方法具有以下特点:
1、简化试验操作,提高了工作效率,节约了人工成本。
2、同一个方案在经过微调之后便可满足不同电控厂家的试验要求,具有很大的实用性。
3、节约购买供应商的自动化软件的成本以及维护成本。
本领域技术人员可显见,可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此,旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (10)

1.一种发动机自动扫点测试系统,包括,
台架控制系统;
测功机,藉由联轴器与发动机连接,所述台架控制系统通过所述测功机实现对所述发动机的转速和扭矩的控制;
进气空调和中冷器,与所述发动机连接,用于实现对所述发动机的进气状态的控制;
水冷单元,与所述发动机连接,用于控制所述发动机的冷却液温度及出水温度;
数据测量系统和燃烧分析仪,用于监控所述发动机的运行状态,并将所述发动机的运行状态参数发送到所述台架控制系统;
油耗仪,用于调节所述发动机的进回油温度和压力,并向所述台架控制系统发送所述发动机的瞬态油耗流量;
排放分析仪,与所述发动机连接,用于向所述台架控制系统发送所述发动机的气态排放污染物的浓度;
滤纸式烟度计,测量所述发动机的稳态烟度并发送给所述台架控制系统;
标定电脑和标定装置,所述标定电脑通过所述标定装置连接到所述发动机,所述标定电脑连接所述台架控制系统,所述标定电脑根据所述台架控制系统的指令来调整所述发动机的电控参数。
2.如权利要求1所述的发动机自动扫点测试系统,其特征在于,所述台架控制系统为Horiba公司的STARS系统。
3.如权利要求2所述的发动机自动扫点测试系统,其特征在于,所述标定装置的型号为ETAS592,所述标定电脑上运行的标定软件为ETAS公司的INCA。
4.如权利要求3所述的发动机自动扫点测试系统,其特征在于,所述台架控制系统通过ASAP协议与所述标定电脑实时通信,所述标定装置采用ETK/CCP协议与所述发动机的ECU通信。
5.如权利要求4所述的发动机自动扫点测试系统,其特征在于,所述台架控制系统通过CAN总线与测功机、数据测量系统实现通信;所述台架控制系统通过网线与燃烧分析仪、排放分析仪、标定电脑、水冷单元及油耗仪实现通信;所述台架控制系统通过串口RS232与滤纸式烟度计实现通信。
6.一种发动机自动扫点测试方法,其特征在于,利用权利要求1至5任一所述的发动机自动扫点测试系统,包括,
步骤S1,在所述台架控制系统上设置所述发动机的多个试验工况点;
步骤S2,顺序执行多个所述试验工况点的测试。
7.如权利要求6所述的发动机自动扫点测试方法,其特征在于,在步骤S1中每个所述试验工况点的设置包括设定总时间、发动机转速设定值、扭矩设定值、油门设定值、排气烟度时间、数据记录时间和台架报警限值。
8.如权利要求7所述的发动机自动扫点测试方法,其特征在于,在步骤S2中,所述台架控制系统向测功机发出当前试验工况点的发动机转速和扭矩,以使所述发动机调整其转速和扭矩;
所述台架控制系统向标定电脑发出更改电控参数的命令,通过所述标定装置对发动机的ECU进行控制;
将所述台架控制系统接收的所述发动机的运行状态参数与台架报警限值进行比较,若超出所述台架报警限值,则自动转入下一个试验工况点;若未超出所述台架报警限值,则向所述滤纸式烟度计发出测量命令,待得到稳态烟度值后,由所述台架控制系统记录试验数据,所述试验数据包括发动机转速、扭矩、运行状态参数、瞬态油耗流量、气态排放污染物的浓度和电控参数。
9.如权利要求6所述的发动机自动扫点测试方法,其特征在于,在步骤S1之前,对所述发动机自动扫点测试系统进行测试,以保证所有设备热机及通讯连接完成。
10.如权利要求6所述的发动机自动扫点测试方法,其特征在于,在步骤S2之后,根据所述试验数据自动生成试验报告。
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