淺談汽車發動機無負荷測功的原理

李 嵐

(黑龍江省農墾總局交通運輸局)

發動機的功率直接反映發動機動力性的好壞，所以在檢驗時，往往要對發動機的功率進行檢測，以便確定發動機的技術狀況。

發動機功率檢測分為穩態測功和動態測功兩類。

穩態測功亦稱有負荷測功，是指在發動機節氣門開度一定、轉速一定和其他參數保持不變的穩定狀態下，在水力測功器、電力測功器或電渦流測功器上通過給發動機加一定的模擬負載，來測量發動機轉速、扭矩和功率的方法。采用該方法測功，不論發動機的工作行程和形式如何，發動機有效功率Pe為

式中：Pe為發動機有效功率，kW;Me為發動機轉矩，N·m;n為發動機轉速，r/min。

穩態測功的結果準確可靠，通常多為汽車制造廠、高等院校和科研部門進行性能試驗所采用。但測功一次需要吊裝發動機，費時費力成本高，且需要在專門的試驗臺中進行，需安裝固定的水力測功器、電力測功器或電渦流測功器，建主測功試驗臺。因此，汽車維修企業和道路運政管理機構通常不采用該方法。

動態測功也叫無負荷測功或無外載測功，是指發動機在不帶負荷的情況下，突然開大節氣門，使發動機克服慣性和摩擦阻力而加速運轉，通過測量發動機的加速性能來測量所發出瞬時功率的方法。這種測功方法操作簡單，不需要大型設備，可就車進行，所用儀器設備輕便，測功速度快，但精度較低。汽車維修廠家和交通管理部門多使用這種方法。

可以把發動機的所有運動部件等效地看作一個繞曲軸中心旋轉的回轉體。當發動機在怠速情況下突然加大油門時，它所發出的扭矩除了克服各種機械阻力外，其有效扭矩將使發動機加速運轉，通過測量發動機的角加速度，或者測量從低速到高速所用的時間，就可以計算出發動機所發出的功率。

(1)通過測量速度和加速度計算發動機的瞬時功率

根據剛體定軸轉動微分方程，發動機有效轉矩與角加速度的關系為

式中：Me為發動機有效轉矩，N·m;J為發動機運動部件對曲軸中心線的當量轉動慣量，kg·m，可由手冊資料或者經過試驗得到;n為發動機轉速，r/min;為曲軸角加速度，rad/s2;警為曲軸轉速變化率，r/s2;ω為曲軸的角速度，rad/s。

將式(2)代入式(1)，可以得到發動機有效功率Pe為

在變工況條件下測試發動機功率時，其有效功率比穩態測試時的功率小，因此引入修正系數K對式(3)進行修正，即

由式(4)可以看出，發動機在加速過程中所發出的瞬時功率，與轉速和轉速變化率的乘積成正比。因此，只要能夠測量出發動機的轉速和轉速變化率，就可以計算出發動機的瞬時功率。例如，要測量升速曲線上A點的瞬時功率，只要知道A點瞬時速度n和該點速度的變化率(該點曲線的斜率)即可。

(2)通過測量加速時間來計算發動機的平均功率

在實用中，通常不是測量某一轉速下的瞬時功率，而往往是測量加速過程中某段時間內的平均功率。我們計算轉速從n1～n2的平均功率。

首先將式(4)寫成平均值形式，即

由上式可知，發動機發出的平均功率Pav與從n。n2所需時間成反比，即節氣門突然全開時，發動機由轉速n1加速到n2的時間越長，表明發動機功率越小;反之加速時間越短，表明發動機功率越大。實際測量時，n1和n2是給定的，所以只要測量時間AT，就可以計算出平均功率。