发动机性能实验室的设计与建设

[摘 要]随着中国改革与发展中的中国，和国家政策的支持，汽车工业研究与开发投资与日俱增，为了汽车车辆工程专业的发展，提高教育教学水平，提高科研能力，培养学生的综合素质能力为出发点，进行了发动机性能实验室自主设计与建设，根据作者完成发动机性能实验室的实践经验，主要阐述了发动机性能实验室设计与建设的要点。

[关键词]车辆工程；科研；实验室

中图分类号：F276.42 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0009-01

为了促进车辆工程专业的发展，提高内燃机学科的教学、科研水平，发动机性能实验室引进了1台电涡流测功机，是凯迈机电生产的电涡流测功机。本实验室主要用于发动机的研究、设计及教学，它能测试汽车发动机性能数据，主要针对应用型大学本科实验教学及检测而建立的。根据实验室相关的技术要求，本着实验的安全和经济型，实验室设计合理、建设规范、设备使用可靠、自动化程度高，能开出内燃机的相关实验的角度，实验室建成并投入使用。以下介绍发动机性能实验室的设计与建设。

1.实验室的设计与建设

测功机实验室对实验用房的要求较高，设计建设时要注意以下几个方面。

发动机工作时噪声很大，为了不影响人们的生活、工作和学习，实验用房必须选择在较偏僻的地方。测功机主机室应有有良好的消音系统， 减少噪音和废气对发动机测功的影响以及对人身健康的危害，墙面和顶面应装多孔性吸声材料，门窗应为双层，观察窗应采用防弹玻璃。测功机实验室用消音坑降低发动机排气噪声。实验室用循环水冷却发动机和测功机，因此在实验室的设计与建设时要同时考虑室外的水槽。主机室的面积不要太小，高度不要过低，要顾及到教学需要及其他设备的安装，如油箱、天吊 ，通风机等。要考虑实验室的安全，特别要防止火灾的发生，要考虑救灾措施，如配灭火器，电源总闸应在显要处等。

2.实验用房及台架基础的设计与建设

发动机在工作时是一个振动源。其振动通过地面传向四周，会对实验室内的其它仪器设备造成影响，使其测量不准确，甚至无法正常工作。特别是在长时间的耐久性试验中，更会对测试人员的生理和心理造成伤害，因此，设计台架基础时必须考虑隔震的问题。本实验室采用的是减震弹簧隔震。在螺旋弹簧的上方，安装一块铸铁平板，铸铁平板主要为发动机、测功机等提供基础实验平台，台架基础的重量较大，其自震频率就小，这样就远离了发动机的工作频率，在发动机工作时就不会有共震的危险。与传统的方法是采用橡胶隔震或地沟隔震相比，隔震效果较好，同时，为了避免发动机和连接件共震，在发动机和连接件之间安装橡胶隔震垫。

3.测功机装置布置

测功机的位置一旦确定以后，管道的布置和发动机的固定也就确定了，测功机应布置在便于观察的位置，并且保证传动轴和观察窗是平行的。要充分估算测功机中心线至基础平板的高度，过高与过低都不好。实验室现阶段采用ATK发动机作测试机。为适应不同的机型，通常发动机支架高度可调，通过更换不同的发动机与测功机连接件可实现固定不同发动机。

4.冷却系统设计与施工

测试时需对测功机、发动机冷却水、发动机油进行冷却。从实验室的结构角度考虑、采用循环水来冷却，根据测功机的结构考虑，要求是开式循环。在实验室房隔壁建有水箱，水箱安装在地面上方。采用水箱在地面上方这种方式要求使用两个循环的水泵，一个泵将水泵到测功机、冷却恒温装置、机油恒温装置，另一个水泵将水抽回水箱。采用开式循环，要保证进水和出水的量要一致，水泵的控制由小水箱的液位传感器控制。水道上设计安装了水压传感器，水压不足时会自动报警。测功机的排水应顺畅，排水的阻力应尽量小，因此水池内的水面应低于测功机出水管的平面且排水管路的弯道应尽量少。为了保证水不会倒流，在进回水管上要串接单向阀。同时，进入测功机的水要保持清洁，在进水口要安装滤网。发动机油的冷却是在机油滤加上一个短接，从发动机机油滤引出到进入油冷却器中冷却的，由一个专用油泵的作用下。可模拟发动机机油在汽车中的冷却环境。为了保证发动机冷却水足够，水恒温箱还具有自动补水功能。冷却系统的设计与施工是内燃机电涡流测功机实验室的重点和难点，必须高度重视，要求实验室冷却系统管道设计合理，施工规范。

5.进排气系统

进气系统采用自然吸气方式。为减小排气阻力，排气系统不允许安装消声器，但发动机排气噪声对环境有很大影响，必须加以处理。具体方法：废气经排气管道排入消音坑，使废气在排出过程中经多级膨胀，达到消音目的。排出的废气经过风道用鼓风机排出实验室。试验过程中在主机室内会产生一些燃油蒸汽和燃烧废气，从安全和卫生的角度考虑，实验室应有良好的通风设施。实验室的通风设计方案：新鲜空气从风道用鼓风机吹入实验室，自上而下经过发动机后，由实验室地下风道排到室外，从而形成良好的循环。

6.供油系统的设计

发动机燃油储藏在油箱中，油箱应牢固地固定在远离并高于发动机的地方，并且与油箱较近的棚顶不能安装灯，这样便于供油且不易发生火灾。必须使用铜管向发动机供油，接头处使用耐油胶管。在进油的位置安装汽油滤清器，保证进油清洁，不影响油耗仪的测量。

7.发动机控制系统的设计与装配

电涡流测功机的测控系统不仅能够对测功机主机进行控制，而且能控制发动机的油门、发动机的常火挡进行控制，因此，测控系统具有对发动机起动，停车，急停功能。发动机控制系统作为一个独立的单元，安装在测功机控制柜上，机柜安装在测功机操作室内，对整个实验进行控制。系统能够通过传感器测量发动机进气温度、油温度和压力、冷却水温度进行监测和调节，使发动机冷却水、油压力和温度保持在合理的范围之内。系统还具有报警指示灯和安全警报装置，可控制测功机紧急卸载，以确保安全。

8.实验室的管理

内燃机电涡流测功机系统比较复杂，是高精设备，因此日常的维护和管理非常重要。应该执行以下一些措施：

（1）必须要有专业人员管理和操作设备；

（2）发动机性能实验室必须防火；

（3）电控系统要定期通电；

（4）测试前，检要的紧固螺栓；

（5）正式测试，特别是发动机高速运转时，主机室不得有人，发动机怠速检查时，旋转件的侧面不要站人；

（6）测试时，必须严格按操作规程进行，如有异常情况时， 执行紧急停车，待故障排除后方能继续进行。

（7）根据试验规范，要对实验室的空气状况进行测量。因为发动机的进气温度、湿度、压力都对发动机功率构成影响，其测量值最后作为修正参数对发动机测试功率及油耗进行修正。

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徐云，李朝晖

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