一、試驗項目與依據
1．1主要試驗項目
l發動機起動性能試驗
l發動機空載穩定轉速試驗
l發動機負荷特性試驗
l發動機速度特性試驗
l發動機可靠性試驗
l發動機耐久性臺架試驗
1．2依據標準
1. GB/T 6702（1、4、6、7）-2000 往復式內燃機 性能
2. ISO 3046 往復式內燃機 性能
3. ISO 1585—1992 道路車輛—發動機試驗規程—凈功率
4. SAEJ 1312—1995 柴油和火花點火發動機性能規程
5. SAE 1995—1995 發動機功率測試規程
6. ISO 2534—1998 道路車輛—發動機試驗規程—總功率
7. ISO/TR 14396—1996 往復式內燃機 發動機功率的測試方法
8. ISO 2288—1989拖拉機和農用機械—發動機試驗規程（臺架試驗）—凈功率
二、系統組成及性能
實驗室柴油發動機試驗臺架主要由發動機試驗臺架、發動機、電渦流測功機、發動機自動測試控制系統組成。發動機自動測試控制系統包含：測控儀、智能油耗儀、油門執行器、數據采集系統、轉速傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、尾氣排放分析儀、工控機及測控系統軟件等。
該系統具有如下*特性：
l采用了*的SMART-3000開放型現場總線控制技術，系統具有網絡特性；
l采用模塊化設計技術，保證維護的方便、快捷；
l采用了數字增量控制方式，保證了無擾動切換；
l采用全數字PID調節方式，提高了控制穩定性；
l采用全數字標定方式，軟件線性化處理，減小了人為的標定誤差；
l異常情況下的報警、保護處理和人為干預，保護功能完善的報警系統；
l系統錯誤的自診斷功能；
l功能完善的測控軟件；
1、發動機安裝支架 發動機安裝支架按照用戶方需求設計制造設計，以適應不同型號的發動機試驗。 2、測控儀 測控儀用于實現測量和控制發動機的轉速、扭矩，該測控儀與傳統的控制儀相比具有下列特點： l液晶顯示發動機轉速、扭矩、功率、油門開度、水門開度（勵磁電流）、油耗、進水溫度、出水溫度、機油壓力排氣溫度。 l采用數字PID控制，轉速、扭矩，控制穩定、快速。 l具有多種控制方式，各種控制方式切換無擾動。 l高精度數字電位器及數字增量方式調整，電位器無磨損，控制設定快捷自如。 l采用數字標定和自穩零技術，使數據測量更加穩定、可靠。 l所有測量參數具有三級報警（報警、保護、緊急處理），各級報警值可任意設定。 l采用總線通信技術，使它與上位機或網絡上的其他節點的數據傳輸更加方便、快捷、可靠。 3、數據采集系統 使用LWN-E系列智能節點進行數據采集和控制。能夠將所有采集的數據處理后，通過通訊適配器傳送給上位機顯示、存盤、打印、報警、測試過程控制設置等。采用數字化技術，簡單、快捷。高智能化，豐富的自檢、提示和參數設置功能，模塊化設計使結構簡化，可靠性提高，可維護性好。 4、油門、勵磁驅動單元 該單元由油門、勵磁兩個驅動模塊組成，可與各種電渦流測功機、油門執行器配套使用，能方便地實現對測功機，發動機的油門的手動（或程控）加載或卸載，采用PWM輸出，輸入、輸出光電隔離。面板上安排有模擬表頭，利用面板上的開關切換可以看到測功機的勵磁電流和給定勵磁電流（或油門位置和給定油門位置）的開度，面板上還安排有“程控/手動”切換開關，可以對測功機的勵磁（或油門執行器的開度）實現程控或手動控制。 5、智能油耗儀簡介 智能油耗儀主要用于測量各種汽油機，柴油機的燃油消耗。它采用一體化設計技術，油耗測量變送器和顯示儀表集于一體，可以獨立的完成發動機燃油消耗的測量。該油耗儀采用*的總線技術，可使多臺測試儀器聯網，同時保留了標準的RS232/485串行接口，可方便的與通用微型計算機或其它智能儀表組成更高級的測試系統，或實現遠程控制。 l采用一體化設計技術，集傳感器和二次儀表于一體，是一個獨立而完整的油耗測量儀器，并可根據用戶要求配置隔室測量、控制儀表。 l兼有平均油耗和瞬時油耗測量的雙重功能； l平均油耗時間可任意設置，并有掉電保護功能； l任何油面都可進入測量，而不必每次測量前先充油，縮短了測量準備時間，減少了電磁閥動作次數，從而延長了電磁閥使用壽命； l可保存次平均油耗量測量數據，用鍵盤可方便的翻閱，便于對照； l采用*的數字標定技術，使儀器的標定十分方便而簡單； l設有標定密碼，在無的情況下不能任意修改，保證參數的準確性； l全密封設計，燃油不會溢出，保證使用的安全性。 6、電噴回油處理器 在電噴柴油發動機研制和生產的過程中，燃油消耗的經濟性是一項至關重要的指標，用傳統的重量法油耗儀測量電噴柴油發動機的油耗時，由于氣泡過多，測量數據不準確，重復性能差，難以衡量電噴發動機的燃油經濟性能。電噴發動機回油處理器與油耗測量儀配套使用測量油耗，油耗測試精度高，重復性能好，且工作安全可靠，經久耐用，穩定性好，維護方便。 電噴發動機回油處理器工作的基本原理是：來自電噴發動機回油管道內的高溫回油，經過電噴發動機回油處理器內置冷凝器冷卻，使高溫回油降溫，從而保障了燃油溫度的穩定性。當電噴發動機回油處理器內的傳感器一旦檢測到回油內有微小的油氣泡時，便自動打開閥門，及時釋放油氣泡，油氣泡釋放完后關閉閥門，這樣就及時地排放掉回油內的氣泡。柴油控制范圍：38±5℃。
7、油門執行器
油門執行器是發動機自動測試控制系統中的一個執行機構，它的主要用途是與測控儀或普聯測器開發的其它型號的發動機自動控制儀器，水力、電渦流測功機配套，用于控制發動機的油門開度，完成發動機的各種特性試驗。
油門執行器與它的同類產品相比較具有以下優點：
l信號傳輸速度快，距離遠，便于隔室控制；
l動作靈敏度高，伺服精度也高
l輸出力矩大；
l動態反應速度快，滿量程動作時間0.4秒；
l全密封設計可適應惡劣的現場環境。
8、壓力變送器
壓力傳感器主要用于檢測氣缸負壓、大氣壓、渦輪發動機的升壓比、氣缸內壓、油壓等。吸氣負壓式傳感器主要用于吸氣壓、負壓、油壓檢測。汽車用壓力傳感器應用較多的有電容式、壓阻式、差動變壓器式（LVDT）、表面彈性波式（SAW）。
電容式壓力傳感器主要用于檢測負壓、液壓、氣壓，測量范圍20～100kPa，具有輸入能量高，動態響應特性好、環境適應性 好等特點；壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大，需要另設溫度補償電路，但適應于大量生產；LVDT式壓力傳感器有較大的輸出，易于數字輸出，但抗干擾性差；SAW式壓力傳感器具有體積小、質量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨率高、數字輸出等特點，用于汽車吸氣閥壓力檢測，能在高溫下穩定地工作，是一種較為理想的傳感器。
試驗臺架用壓力變送器一般采用硅壓阻變送器，該類型的變送器（如5700系列）一般采用全不銹鋼結構，*的硅技術隔離部件與數字補償技術，全范圍進行溫度補償與線性校正，產品工作穩定可靠，可廣泛地應用于發動機機油壓力，進氣壓力、增壓器壓力、大氣壓力、排氣壓力、曲軸箱壓力等的測量。如果是燃氣發動機，這種類型的變送器還可用于對氣體壓力的測量，比如減壓閥的幾級壓力等。
需要說明的是，大氣壓力變送器和排氣壓力變送器均要求為壓力變送器；排氣壓力變送器需要采用高溫型的，并在變送器接口部分做降溫處理（就變送器的溫度范圍而言，目前的承受溫度均低于250℃，而發動機的排氣溫度可達到800℃左右）；
9、電渦流測功機
電渦流測功機主要用于測量各種動力旋轉機械的性能和特性。經過二十多年的技術消化、發展和改進，產品已日臻完善，非常適合各種中小功率型電機、汽車、內燃機、工程機械等動力設備的性能試驗，也可作為其它動力設備的吸功裝置。它具有測試精度高、動態反映快、制動力矩大、穩定性好等特點，并能符合自動、半自動隔室操作控制的需要，是國內外普遍推廣使用的*的測功設備。與其它類型的電渦流測功機相比，它的冷卻水道設計的比較大，因而冷卻面積較大，冷卻效果好，在同等的使用環境下，使用時間較長,而且即使在輕微結垢的情況下也可以正常使用，對水質要求不高等顯著優點。由于使用脂潤滑，使用和維護都非常方便。
技術參數和指標：本軟件運行于win98- win2000平臺，適用于發動機臺架性能試驗。可由操作人員設置測量參數的名稱、單位、量程、報警值等內容。實時顯示各項測量參數值；啟動油耗測量，測量結束后顯示油耗量和油耗率。
10、發動機機油溫度控制系統
發動機開機前由來自高溫水箱的水對熱交換器中的機油進行加熱，使交換器內機油保持一定的溫度，減少發動機預熱時間。待發動機機油溫度達到設定值后溫控系統將自動關閉加熱水。
機油循環泵從發動機油底殼抽取高溫機油，經恒溫冷卻器冷卻后送回油底殼。恒溫冷卻器的冷卻介質為常溫的自來水。溫控系統根據發動機油底殼的機油溫度控制電動調節閥開度，改變冷卻水的流量，從而達到對機油溫度恒溫控制的目的。
當循環冷卻水入口在常溫≤35℃時，發動機機油溫度控制調節范圍在70-130℃，機油溫度控制精度±2℃
11、發動機冷卻液溫度控制、冷熱沖擊系統
在作冷熱沖擊試驗時，氣動三通閥、氣動比例閥和溫控儀均接受計算機的指令工作，所有試驗工況都受到計算機的控制，包括發動機的啟動、運行工況、停車。
試驗時系統閥門1關閉，閥門2開啟，系統冷卻水選擇7℃冷卻水，當然，如果要求的冷卻水溫度高于常溫5℃，也可以選擇常溫冷卻水，此時閥門1開啟，閥門2關閉。
在試驗工況1時系統自動啟動發動機通過控制系統將發動機的工況控制到需要的額定轉速（全負荷），此時，發動機在凈功率的轉速下運行。發動機出水經膨脹水箱和管道泵加壓后，通過三通換向閥直接回到發動機（相當于系統小循環），發動機冷卻液溫度迅速上升到378K-385K，冷卻液沸騰并產生大量的水蒸氣，冷卻系統內壓力急劇上升，當其壓力上升至150KPa-190 KPa（該控制值可人工設定），安裝在膨脹水箱上的電接點壓力表信號輸出控制到排氣電磁閥，系統自動開啟排氣通道。當然，你也可以使用手動漏斗下的閥門來排氣（在運行熱沖擊工況時請注意安全）。在溫度到達的設定值時，系統進入第二工況，計算機自動控制發動機，使其在5S內均勻回到怠速并運行10S；系統進入第三工況，發動機自動停車，時間15S在23工況時，發動機冷卻液溫度自然上升。在第三工況結束后，發動機進入第四工況，計算機自動啟動發動機，切換發動機冷卻液到換熱器，并將溫度控制值寫入溫度控制儀的控制內存；然后，均勻的控制發動機的轉速到高怠速（或額定轉速，0負荷），此時，安裝在發動機出口處溫度傳感器將信號傳輸給溫度調節儀，溫度調節儀根據測量的溫度與設定溫度放入偏差自動調節氣動比例閥開度，使其降溫達到工況4所需溫度311K-315K。整個循環四個工況總的運行時間為360S。
在第四工況運行結束后，計算機將控制發動機直接運行到工況，進行下一個循環，循環次數，冷熱沖擊溫度、運行時間、轉速、負荷等在試驗開始運行均可人工設定。
當冷卻水常溫在≤35℃時，發動機冷卻液溫度控制范圍在30~125℃，冷卻液溫度控制精度±2℃，響應速度≤10s。
其性能與特點：
l精度高，響應快，穩定性好；
l外形美觀，體積小，可移動，安裝使用方便；
l管路排氣方便；
l具備自動故障報警功能；
l高的可靠性；
l可作發動機冷熱沖擊試驗系統；
l溫度設定簡單方便，可與測控儀同步顯示
1、 平板式換熱器
2、 氣動三通閥
3、 氣動比例調節閥
4、 水泵
5、 電接點壓力表
6、 排氣電磁閥
7、 多個閥門
8、 膨脹水箱
9、 PHD溫控表
10、控制箱
11、溫度傳感器PT100
12、機架、管道
系統設計了緊急停車保護系統，在出現異常時切斷發動機的點火電源以保護發動機和測功機不被損壞。緊急停車系統包含人工控制和自動控制：
l人工控制：通過人工按下緊急停車開關實現緊停；緊急停車開關可根據需要布置在測試臺架的每一個角落，以方便操作人員在任何時候都能以的速度進行控制，避免造成發動機和測功機的損壞。
l自動控制：系統根據采集的數據進行控制，一旦有需要保護的參數達到保護條件（包括機油溫度、出水溫度、轉速超過設定值，機油壓力低于設定值等），系統將自動切斷發動機和測功機的電源，以實現保護功能。
12、測控軟件
本軟件運行于WIN2000-WINXP平臺，適用于發動機臺架性能試驗,可由操作人員設置測量參數的名稱、單位、量程、報警值等內容。實時顯示各項測量參數值；起動油耗測量，測量結束后顯示油耗量和油耗率。自動測試控制系統采用SMART-3000開放性的架構，整合功能強大，如總線方式遵循開放的標準MODBUS協議。系統組網靈活，在現場資料采集方面，可以采用不同的通訊模塊搭建遠程從站，又可通過以太網控制總線構建大型的集散控制系統。編程語言豐富，符合IEC61131-3的國際標準，有6種編程語言，均可個別使用或相互調用，方便用戶選擇。
測控軟件系統包含參數設置模塊、實時測控模塊、數據處理模塊共3個部分。系統使用組態王軟件編寫，具有簡單組態特性，可由用戶自行增添和刪除測試參數，可以滿足大多數用戶的測試要求。其主要功能和技術特點包括：
采用動態數據交換技術，實現軟件與硬件的模塊化分離；
l利用基于元件開發的技術，實現由用戶增刪測量參數、編輯測量參數、調整參數顯示界面等功能；
l實時采集并顯示扭矩、轉速、功率、溫度、壓力等各項測量參數值；
l可進行油耗測量和煙度測量；
l可實時繪制轉速、扭矩、功率和排溫的變化趨勢曲線；
l具有單點控制功能，按設定的控制方式和設定值控制發動機工況；
l具有程序控制功能，按預設的步驟自動完成負荷特性、速度特性等試驗；
l參數越報警并保護，記錄報警保護的時間和狀態；
l按國標規定的修正算法公式進行修正運算；
l對試驗數據可進行查閱、修改；
l可靈活生成和打印試驗數據報表，報表分標準和自定義兩種；
l自動生成各種試驗特性曲線并打印輸出；
l可靈活繪制并打印萬有特性曲線;
l對重要操作進行了處理，保證了軟件的安全性。
