基于新型測試系統的發動機匹配測試方法

屈大勇，楊信剛，武玉臣，梁成奇

(濰柴動力股份有限公司，山東濰坊261001)

隨著發動機與整車匹配工作的不斷深入，發動機外圍系統與發動機的匹配測試越來越受到各整車廠的重視。

筆者主要介紹空濾器、中冷器、消音器、散熱器及其匹配管路在整車實際運行時的匹配測試方法以及先進測試設備的應用。根據發動機外圍附件的性能對發動機性能的影響工況不同，將以標定點和最大扭矩點2個工況來進行分析;根據其考察點的不同，又將以壓力降和散熱能力2個方面來評價。

1 各系統對發動機性能的影響及匹配要求

以濰柴WP10.336柴油機為例，在試驗臺架上測試空濾器、中冷器、消音器、散熱器的性能對發動機動力性的影響結果如圖1［1］:

圖1 各參數對發動機性能影響關系Fig.1 Relationship between parameters and engine performance

由圖1可以看出，柴油機隨著空濾器阻力增大、中冷前后壓差增大、中冷后溫度升高及排氣背壓的增大，均出現功率下降、油耗上升的趨勢。

空濾器阻力從0到15 kPa，阻力每升高1 kPa，功率下降0.52 kW，油耗升高0.36 g/(kW·h);中冷前后壓差從5 kPa到53 kPa，每升高1 kPa功率下降0.13 kW，油耗升高0.13 g/(kW·h);中冷后溫度從50℃到80℃，每升高1℃，功率下降0.07 kW，油耗升高0.05 g/(kW·h);排氣背壓從4 kPa到25 kPa，每升高1 kPa，功率下降0.25 kW，油耗升高0.24 g/(kW·h)。

由于空濾器通常自身阻力為3 kPa，考慮整車設計時進氣管路的阻力(上限1 kPa)，匹配測試時進氣系統阻力規定為4 kPa以內;對于消音器，目前整車噪聲的限制較嚴格，參考過去國Ⅱ發動機排氣系統允許阻力為6 kPa，根據圖1(d)中影響曲線排氣背壓在6～10 kPa時，功率及油耗損失的變化趨勢較緩，故排氣系統阻力規定為10 kPa;同樣由于中冷散熱的需求，中冷器產生相應的阻力即壓力差，壓力差越大，冷卻效果越好，參考圖1(b)中冷壓差對功率及油耗的影響曲線，12 kPa以內時變化趨勢較緩，故規定中冷壓降為12 kPa。因此，參考臺架試驗的結果與濰柴動力技術中心規定的技術條件，以及發動機對進氣量、散熱量的需求，對濰柴WP10/WP12系列國Ⅲ發動機空濾器、中冷器、消音器、散熱器的匹配技術要求如表1。

表1 發動機匹配技術要求Tab.1 Technical criterion of engine

(續表1)

極限環境使用溫度計算公式［2］:

式中:Tmax為最高允許出水溫度;ΔT為柴油機進出水溫差;Ttest為測量得到的最高穩定出水溫度;Tambient為試驗時的環境溫度。

2 匹配測試方法

對于表1中空濾器、中冷器、消音器、散熱器的性能考察限值，主要從2個工況進行測試。對于進氣系統和排氣系統的阻力，由于在發動機標定點工況時進氣量及排氣量最大，故選用標定點工況進行測試;對于中冷器及散熱器的散熱能力，由于大扭矩點工況時發動機轉速較低(風扇、水泵的轉速相應較低)，但發動機散熱量較大，工作條件最為惡劣，故選用大扭矩點工況進行測試。具體測試方法規定如下［2］。

2.1 標定點工況(最大功率點)測試

對于客車，以最高車速(即最高擋油門到底)或最高擋加速狀態為評價依據。對于卡車，采用拖車試驗［3］。為了防止負荷拖車的發動機轉速過高，拖車應與試驗車同擋位或高出試驗車一個擋位。試驗車油門到底，負荷拖車采用排氣制動和剎車共同配合對試驗車施加負荷，使試驗車發動機轉速穩定在標定點，通常試驗車使用2擋或3擋，拖車使用3擋或4擋［4］。如果不能使用負荷拖車，則使用客車測試方法。當整車達到穩定狀態，即發動機各項指標(如表2)在2 min內基本恒定不變時，采集數據。

表2 測試參數Tab.2 Testing parameters

2.2 大扭矩點工況測試

對于客車，最好在較長上坡路段進行最高車速(即可掛最高擋油門到底)測試。對于卡車，采用拖車試驗。試驗車及拖車的控制方法與標定點工況相同，使試驗車發動機工作于大扭矩點轉速。如果卡車不能使用負荷拖車，可采用爬坡試驗。爬坡時，試驗車油門到底，通過選擇檔位將發動機轉速控制在大扭矩點轉速，直至坡路結束。當整車達到穩定狀態，即發動機各項指標(如表2)在2 min內基本恒定不變時，采集數據。

3 新測試設備介紹

使用德國引進的集成測控系統來進行匹配測試。系統由busDAQ采集器和CANSAS模塊組成，CAN總線通訊方式［5］，支持ECU通訊協議，可無線PC獨立觸發測量并記錄數據。

可采集的傳感器信號包括:壓力信號、溫度信號、光電式轉速信號、GPS地理坐標、雷達車速計信號、同步讀取的ECU信息。

基于以前的測試設備，使用的先進技術如下:

1)即插即量，無需重新設置測試方案，可觸發開始;

2)實時數據處理，如:統計、雨流計數等;

3)CAN總線界面，支持ECU協議;

4)靈活可靠的數據存儲:內置硬盤、CF卡、PC或網絡硬盤;

5)無線PC，可獨立運行;

6)同步記錄GPS地理坐標;

7)對ECU發送CAN信息;

8)多種數字量、模擬量、頻率信號同步采集處理。

為解決工程機械及船舶測試時操作空間窄小問題，正在引進更先進的無線傳輸測試系統。該系統除具有上述先進性外，更能通過WiFi無線局域網進行遠程數據監控及設備操作，更加方便于窄小機械的路面測試［6］。

WiFi是一種可以將個人電腦、手持設備(如PDA、手機)等終端以無線方式互相連接的技術。目的是改善基于IEEE 802.11標準的無線網路產品之間的互通性。應用此技術進行測試數據的傳輸及設備的遠程控制，也將是未來整車測試的發展趨勢。

4 應用新測試設備實例

根據本文介紹的匹配測試方法和技術要求，以濰柴 WP10.375發動機匹配金華青年客車JNP6121F車型為例，應用本文介紹的測試設備對其進行匹配測試。

4.1 測試傳感器的安裝

參照表3中描述的傳感器安裝位置，將傳感器安裝［5］。

表3 傳感器安裝位置Tab.3 Fixed location of sensor

4.2 硬件連接

主機:數據采集設備(busDAQ)、設備電源、通訊電纜(適用于PC機和數據采集設備點對點連接)。

總線系統:CANSAS模塊(CANSAS-UNI8，CANSAS-ENC4等)、CANSAS模塊電源、CAN-cable(CAN串行總線，兩端必須帶有終端Terminal)等。

連接硬件:連接傳感器并連接至CANSAS模塊，將CANSAS模塊通過CAN-cable連接至busDAQ上，確認數據采集設備電源是否打開，將設備主機用網線連接至PC機。

4.3 軟件設置

在軟件中集成各個測量模塊，使之保持良好通訊。對模塊的各個測量通道進行標定，設置數據采集頻率及存儲位置。檢查配置無誤后，便可以進行測量，采集數據［7］。

4.4 數據分析

應用FAMOS分析軟件，對測試數據進行處理，分析發動機達到熱平衡時的穩定數據并給出試驗結論。被測車輛的空濾器、中冷器、散熱器及消音器的測試結果如表 4［8］。

表4 測試結果分析Tab.4 Result analysis

(續表4)

5 結論

本次試驗應用新型測試設備，同步采集了試驗車輛空濾器、中冷器、散熱器及消音器等被測附件相應測點的壓力、溫度等信號，實時進行試驗數據分析，并準確地得到了測試結果(表4)。由結果可見，被測附件空濾器、中冷器、散熱器及消音器的各項指標均符合技術要求值。

在發動機匹配測試中，應用先進的測試設備，提高數據的準確性、多樣性，是測試工作的發展趨勢。在使用越來越先進的測試設備得到數據后，提高對測試數據的分析能力，并針對數據的實用性對測試方法進行不斷的提高，更是測試工作之根本。

［1］GB/T 18297—2001汽車發動機性能試驗方法［S］.北京:中國標準出版社，2001.

［2］GB/T 12542—2009汽車熱平衡能力道路試驗方法［S］.北京:中國標準出版社，2009.

［3］GB/T 12534—1990汽車道路試驗方法通則［S］.北京:中國標準出版社，1990.

［4］GB 7258—2004機動車運行安全技術條件［S］.北京:中國標準出版社，2004.

［5］任賀英.CAN總線在發動機測試系統中的應用［J］.中國新技術新產品，2009(4):74.REN He-ying.The application of CAN bus in ICE measure system［J］.China New Technologies and Products，2009(4):74.

［6］馬明建，周長城.數據采集與處理技術［M］.西安:西安交通大學出版社，1998:1-59.

［7］周龍保.內燃機學［M］.北京:機械工業出版社，1999:1-200.

［8］李呈劍.裝載機載荷譜分析與應用［J］.柴油機設計與制造，2009，16(4):44-46.LI Cheng-jian.Analysis of load spectrum and application of wheel loader［J］.Design and Manufacture of Diesel Engine，2009，16(4):44-46.