涡轮6V81柴油机毕设Word格式.docx
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4.2.5电源/点火启动单元18
4.3辅助设备18
4.3.1冷却液恒温/热冲击装置18
4.3.2燃油恒温装置20
4.3.3中冷进气恒温装置20
4.3.4弹性联轴器及保护罩21
4.3.5发动机安装支架21
4.3.6悬臂及集线器22
5内燃机排气系统22
6内燃机进气系统22
6.1双纽线流量管23
6.2双纽线流量管的型线设计23
参考文献25
致谢26
附录一:
27
附录二:
28
摘要
为了更好地对涡轮增压式6V81车用柴油机的性能进行研究,此次搭建了涡轮增压式6V81车用柴油机性能试验台,可对涡轮增压式6V81车用柴油机的性能进行试验研究。
对于乘用车和商务车用发动机产品,在其开发和提升过程中的整机性能试验研究;
对各类发动机产品在其结构、工艺、材料不断完算过程中的整机可靠性试验研究;
对其最大功率和最大扭矩分别不超过240kW和450N.m的汽油机、柴油机及其增压机型以及天然气发动机产品开发过程中的性能试验研究;
对各类发动机排气净化的试验研究。
涡轮增压式车用发动机性能试验台的主要输入和输出参数的代号、量程及其测试精度。
测功器的结构形式、分类及其工作特性曲线,用功率匹配曲线图详细说明发动机与测功器的匹配原则及其安全性,用系统框图说明涡轮增压式发动机性能试验台的主要组成部分、相互关联及其主要职能,用C语言编制发动机进气流量测量管进口段内壁曲面的设计计算程序,用“AutoCAD”绘制进气流量测量管的、符合国家标准的机械加工工程图。
关键词:
试验台;
结构形式;
测功器;
测量管
6V81turbochargedstyleofthetestbedofdesignfortheengineperformance
Abstract
InordertobettertoturbochargedstyleV816vehiclestudyonthepropertiesofdieselengine,thebuiltturbochargedstyleV81vehicledieselenginetestbenchsixperformance,mayto6V81turbochargedstyleofthedieselenginevehicleperformanceweretested.Forpassengercarsandcommercialuseengineproduct,initsdevelopmentandimprovetheperformancetestintheprocessofresearch;
Forallkindsofengineproductsinitsstructure,processandmaterialintheprocessofthewholemachineisconstantlythereliabilitytestresearch;
Themaximumpowerandthemaximumtorquewerenotmorethan240kWand450ofthegasolineengine,thedieselengineanditsN.mturbochargedaircraftandnaturalgasengineproductsintheprocessofdevelopingtheperformancetestresearch;
Forallkindsofengineexhausttheexperimentalstudyofpurification.Turbochargedengineperformancetestvehicletypeofthemaininputandoutputparametersofthecode,therangeandaccuracyofthetest.Thedynamometer'
sstructure,classificationandworkcharacteristiccurve,withpowermatchthegraphdetailengineandthedynamometermatchingprincipleanditssafety,withthesystemframethatturbochargedengineperformancetestofthemainpartanditsmajorfunctions,associatedwithClanguageoftheengineintakeofflowmeasurementfortheimportofwallsurfacedesigncalculationprocedures,theuseof"
AutoCAD"
drawairflowmeasurementofthetube,andconformtothestatestandardsofmechanicalprocessingengineeringdrawings..
KeyWords:
Teststand;
Structureform;
Thedynamometer;
Soundingpipe
1绪论
1.1选题目的
1.2选题意义
对各类发动机的新产品开发、老产品改进过程中整机、总成和零部件等,进行各种性能的验证、分析、考核、对比性试验研究,通过不断的改进、试验、研究、评估,达到不断提升整机、总成和零、部件各种性能,不断创新的目的。
1.3研究背景
随着汽车保有量日益增加、能源供给日渐紧张、油价持续上涨、节能减排的要求越来越高,摆在我们面前的任务也就越来越繁重。
有关资料显示,目前我国汽车的汽油耗量已占整个耗量的75.5%,每辆车年均耗油2.28吨,远高于日本1.1吨的水平。
到2020年,我国汽车的保有量将达到1.3亿辆,届时,石油的年需求量将达4.5亿吨。
因此,能源与环保已成为制约我国汽车工业发展的主要瓶颈。
为了抑制、抚平这种瓶颈效应,必须在已有的研究成果基础上,尽快研制出更多高效、环保的新能源产品来投放市场,以满足市场需求、缓解汽车工业发展所面临的压力。
新技术、新产品的陆续出台,必须通过车用发动机的性能测试(台架试验)来验证其动力性、经济性、环保性和可靠性是否符合用户的要求。
特别是在新技术、新产品的研发阶段,各种设计方案除了需在计算机上进行分析、对比外,更为重要的是,需要通过专业试验、测试,得到准确的测试数据来加以验证。
这就需要将我们的产品样本提供给安装在专用试验台架上的发动机,进行各种运转试验、测试对比、数据分析,从而认定其最佳方案。
1.4方案设计依据
所提供试验设备的设计、制造、安装,原则上以ISO标准为依据。
设备的功能、测量控制精度、响应速度满足以下标准要求:
1)GB/T18297-2001《汽车发动机性能试验方法》
2)GB/T19055-2003《汽车发动机可靠性试验方法》
2研究内容与研究方法
2.1试验间条件(台架公用系统)
6V81车用柴油机的动力指标:
排量2.4L
最大功率136kW/4000r/min
最大扭矩396N·
m/2000r/min
环境温度:
5~40℃
环境湿度:
≤85%
冷却水:
(循环水系统使用冷却塔装置)水质要求:
软化水
压力≥0.25MPa温度≤35℃流量≥15T/H
电源:
AC220V±
10%50Hz30A
AC380V±
10%50Hz150A
燃油供应:
压力≥0.02~0.05MPa流量≥100kg/h
压缩空气压力:
0.6MPa±
10%
2.2系统可完成的试验内容
总功率试验常规试验,自动工况控制。
净功率试验常规试验,自动工况控制。
怠速试验常规试验。
负荷特性试验
常规试验:
为整车动力配套时的重要依据,自动工况控制。
万有特性试验
常规试验,为整车动力配套时的重要依据,试验方法与负荷特性类似。
交变负荷试验常规试验,自动工况控制
活塞漏气量试验常规试验,自动工况控制。
2.3输入与输出参数
涡轮增压式车用发动机性能试验台的主要输入和输出参数的代号、量程及其测试精度;
序号
名称
单位
量程范围
精度±
%FS
传感器
01
转速
r/min
0-10000
±
1r/min
霍尔转速传感器
02
扭矩
N.m
0-600
0.2
拉压力传感器
03
实测功率
kW
0-160
计算
04
校正功率
0-
05
油耗量
kg/h
0~80
0.3
油耗仪
06
比油耗
g/kW.h
0-999
07
机油压力
MPa
0-1
0.5
压力变送器
08
机油温度
℃
0-200
PT100
09
排气温度
0-1000
K分度热电偶
10
排气背压
kPa
0-20
1
11
冷却水进温
12
冷却水出温
13
冷却水进力
14
冷却水出力
15
燃油温度
0-80
温度传感器
16
燃油压力
17
进气压力
-100~0
18
进气管真空度
-30~+30
19
曲轴箱压力
-15~+5
20
环境温湿度
21
大气压力
5~120
22
活塞漏气量
L/min
0~150
活塞漏气量仪
23
其他
预留7个压力测量通道及2个低温7个高温测量通道备用
3测功器
3.1测功器的结构形式、分类及其工作特性曲线
在内燃机的试验台架系统中,测功器的合理选用是非常重要的。
如果不能正确的选择测功器,不仅给实验研究工作增加难度,有时甚至根本无法完成实验任务。
目前,国内外内燃机试验台架上在用的测功器可以分为水利测功器、电涡流测功器、直流电力测功器、交流异步测功器和静夜压单元测功器等。
3.1.1水利测功器
主体是水力制动器。
带有转子和联轴器法兰的转轴位于壳体中的滚动轴承里,并且壳体在支座弹簧里摆动。
这个壳体支承在一个测力机构的杠杆上。
这个壳体带动转子两侧的定子和中间隔墙,这个隔墙在定子外侧与壳体构成了环流室、中间腔室和导入腔室。
控制阀门受直流电机操纵。
在制动器的转子和外壳之间充以既是冷却工质,又是工作工质的水,水流由入流均匀的环状腔室供给。
工作时,与内燃机连接的转子转动,且带动水运动,通过水的涡流使之获得动量矩,并传给外壳,用装在外壳上的测力装置测得动量矩。
通过调节腔内水层的厚度来调节阻力矩。
内燃机的输出功率以水分子之间的摩擦而产生的热量的形式由水带走。
3.1.2电涡流测功器
电涡流测功器的制动器由定子和转子组成。
当直流电流通过励磁绕组时,就会在定子与转子之间的一个闭合磁路中产生静态磁通,这个磁场在锯齿形的极性圆盘的凹凸处的磁通密度不同,当极性圆盘旋转时涡流环的磁通密度不断变化,因而在涡流环表面形成涡电流,以阻止磁通的变化。
一个摆动的壳体罩住了一个锯齿形的圆盘。
在此壳体里有一个励磁线圈和循环水冷却室。
直流电流一通过励磁线圈就会产生磁场。
这个磁场在锯齿形的圆盘的齿里是稳定的,也就是说它随锯齿形的圆盘一起旋转,且指向圆盘的冷却室壁面,并与齿数同频率脉动。
因此在壁面会产生电涡流,这个电涡流产生一个相反的磁场,并由此把制动效果加到转子上。
同时制动的能量转化为冷却室内水的热量。
磁力线在齿里指向轴心。
3.1.3直流电力测功器
直流电力测功器都采用复式激励的直流电机,测功器被内燃机拖动转动时,电枢绕组切割定子绕组所产生的磁场的磁力线,在电枢绕组中感应电动势,当电枢回路中加上负载电阻时,便在回路中出现电流。
在电磁力的作用下产生与转动相反的制动力矩(做发电机用)或转向相同的驱动力矩(即作为电动机用),力矩与定子的磁场强度和电枢的电流成正比,也即与磁场强度的平方成正比,与负载电阻成反比,可以通过可以自由摆动的定子进行力矩测量。
3.1.4交流异步电力测功器
其基本原理是内燃机直接驱动三相交流发电机。
3.1.5静夜压单元测功器
在壳体中,与驱动轴平行、环形的分布9个柱塞。
柱塞在套筒内运动,套筒有弹簧与驱动轴连接,柱塞底部为球形活节,支承在滑动的金属包头上,再通过相应的机械零部件作用在可调平面上。
当由泵驱动的驱动轴转动时,套筒、套用底部以及柱塞和滑动的金属包头一起转动。
因为柱塞越过滑动的金属包头支撑在低的平面上,所以,当驱动轴转动时,在套筒内的柱塞出现运动。
液体的进、出和控制由固定在壳体上的控制挡板内的腰形缝隙来实施。
当泵驱动时,柱塞一侧通过控制缝隙与低压侧相联。
另一些柱塞通过控制缝隙与高压侧相联,柱塞在套筒内移动时挤压液体,从而建立起压力。
挡盘根据调节杠杆可以左右摆动15°
。
摆动的角度确定了柱塞的位移,摆动角度越大,压缩容积也越大,当挡盘与驱动轴垂直时,压缩容积为零。
从液压原理中可以了解到,初级装置产生推动工作机械的液力能量,而次级装置即为测功器。
静夜压单元测功器采用“次级调节”方式,及根据实验程序,将工况参数转换为压缩容积的变化。
由次级装置产生的高压保持在高压侧的压力不变。
挡盘的摆动角度有液压调节装置来调节,而液压调节装置由电-液伺服阀来控制,伺服阀根据台架控制系统的指令来控制液体的流量,从而改变负载。
高压侧的液体从次级装置流回到初级装置。
由于内燃机将功率传给次级装置,所以次级装置如同一个电动机带动与之联接的交流电机转动,而将能量转换为电能并入电网。
如果交流电机作为电动机使用,则可通过次级装置拖动内燃机运转。
3.2发动机与测功器的匹配原则及其安全性
设计功率包括扭矩、转速和功率,一般来说,最大功率选择没有太大的问题,主要是事先确定台架的试验机型。
所选择的测功器一般要有余量,内燃机的最大功率通常为测功器最大功率的75%~80%。
国外的测功器本身就可以在短期内允许超载150%,内燃机的最大功率可以更接近测功器功率。
选用合适的测功器,不仅只考虑最大功率的选择,而且还要特别注意测功器特性的选择。
要注意的是测功器的工作范围,内燃机的外特性曲线必须落在测功器的工作范围内。
对于柴油机和车用内燃机而言,低速扭矩较大,所以低速时内燃机的外特性曲线必须要在OA线以下。
电涡流测功器的低速特性最好,近似于对数关系
电力测功器为线性关系
水力测功器为二次方关系,低速时的扭矩(功率)特性限制了水力测功器的使用范围。
3.3.1测功机型号及性能参数:
CW160-3000/10000
b.CW系列电涡流测功机性能参数
型号
额定吸
收功率
(kW)
最大
扭矩
(N·
m)
满量程
转速
满量程(r/min)
转动
惯量
(kgm2)
平均
耗水量
(L/h)
满功率
耗电
(A)
重量
(kg)
CW160-3000/10000
160
522
600
10000
0.231
1350
4.0
其中:
平均耗水量按出、入口水温温差32℃计算,单位功率耗水量qs按40升/千瓦·
时计算。
●额定吸收功率:
160kW
●最大扭矩:
592N.M
●最高转速:
10000rpm
●转动惯量:
0.231kgm2
●平均耗水量:
4.32T/h
●满功率耗电:
AC4A
●重量:
600kg
性能指标:
●系统扭矩测量精度:
不大于±
0.3%FSR;
●扭矩测量灵敏度:
0.1%FSR;
●转速测量误差:
0.1%±
1个字;
●恒转速控制误差:
5r/min;
●恒扭矩控制误差:
0.2%FSR。
图四
测功机一般每半年应静校一次,以防精度下降。
测功机在拆除、修理、安装后也要进行静校。
标定装置包括校正臂、托盘、挂钩及标准砝码等。
3.3.3测功机焊接垫座
调整测功机中心高度到660mm,以满足发动机的曲轴中心高度。
4.涡轮增压式发动机性能试验台的主要组成部分、相互关联及其主要职能
图五系统结构框图
4.1涡轮增压式发动机性能试验台的主要组成部分
车用发动试验室的主要设备包括:
测功器、联轴器、操控装置、试验控制台、数据采集及分析系统、燃油消耗测量仪、燃油供给及温控装置、润滑油温控装置、冷却液温控装置、排气成分测量仪、发动机的辅助冷却设备、FST3发动机数控试验台、油门执行器、油耗仪、燃油恒温装置、冷却液恒温装置、机油恒温装置、大屏幕显示仪、测试平板、发动机支架及其它非标配套设备等。
图中所能看见的是,吸收发动机功率的测功器、用以联接发动机的联轴器、发动机操控装置及数据采集系统,发动机将安装在联轴器的前端。
测功器的功用就是作为发动机的负载(吸收功率),其运行范围由两者的同轴转速和所吸收的扭矩来界定。
发动机的最大功率和最高转速,必须被涵盖在测功器的工作范围以内,否则,两者无法匹配运行。
为了保证测功器的测试精度满足标定的等级,发动机的输出功率也不能处在测功器吸收范围的最底层。
4.2主要设备
4.2.1测量控制单元具有以下功能
控制系统的核心是测量控制单元。
它的主要工作是利用数字双回路PID控制技术,快速、稳定地实现对CW电涡流测功机的控制,并通过电磁式油门执行器实现自动完成对发动机的工况控制任务。
完成低温、高温、压力信号的调理放大,将各种采集信号变换为0~5V的标准信号,采用485总线结构。
●将扭矩信号变换为0~5V的标准信号。
●将霍尔传感器输出的转速信号调理为脉冲信号。
●将0~45度油门开度位置信号变换为0~5V的标准信号。
使用DSPIC高性能16位数字信号处理控制器(DSC),研制开发的全数字化、开放式内燃机试验台架。
系统具有电涡流测功机数字测控、CAN总线网络化、无线数字传输、无线数据发送、无线试验数据联网等功能,可组成110多主多点区域采集网络,方便地实现无线数据传送和远程诊断及监控。
是一种满足内燃机试验所有要求的多功能、全数字化,具备全方位现代先进技术,高性能的开放式内燃机试验、检测控制台架系统。
在上位机的控制下可以实现对试验数据的采集,处理和修正、打印输出试验报表、绘制试验曲线(含万有特性曲线)和贮存试验数据。
同时能将专用仪器仪表、热冲击试验,燃油恒温,冷却液恒温,机油恒温装置等和主控系统连接,共同组成功能齐全、自动化程度高的开放式数控发动机试验台架系统。
主要功能有:
1、全数字自动化:
可通过下拉菜单,进行数字采集、数字处理、数字操作、数字显示、数字PID闭环控制;
能进行数字调零、最大值标定、扭矩最大值、调零设定、量程标定、系数设定和转速齿数、运行监控、超速报警的设定和运行监控、超速报警、测功机型号配套等;
2、触摸屏设定、显示,界面友好,方便灵活;
3、PWM控制,大功率IGBT功率输出;
4、具有自动校零功能;
5、全数字控制实现自然特性控制、恒转速控制、恒扭矩控制。
在任意转速下可以不停机进行控制方式的转换。
6、具有发动机参数的采集功能,标准配置传感器为4路低温、1路高温、1路压力和具有发动机参数的采集功能,并可任意添加扩展。
7、可随时查询显示发动机各采集量,显示扭矩、转速及油门开度的实时采集量;
8、报警功能:
1)、发动机参数的警告、报警门限及报警处理可任意设定;
2)、可对测功机参数的转速、涡流环温、出水口温、水压、润滑油泵及油面、运行监控、超速报警、油面等能实现三级报警。
具有急停、超速报警功能,能自动切断励磁,油门回零。
9、CAN总线通信接口,可组成110个节点的多主多点开放式台架系统。
实现台架数据网络化。
10、具有DTU数传功能,能够实现台架无线试验数据联网传输,具有远程控制及远程诊断功能。
达到设备、发动机试验程序和试验数据网络化,方便对数据进行网络保存、建档、数据校核、分析、现场指导。
11、具有射频(RF)收、发功能,能够完成台架试验数据的无线数据传送。
可将设备、发动机试验程序和试验数据发送到检验、设计等相关部门的终端,以便对数据进行上传保存、建档、数据校核、分析,监控,摆脱空间和电缆的束缚,使设备朝便携式,移动式方向发展。
基本配置:
1计算机CPU:
PⅣ2.5G;
HD:
250G;
RAM:
≥1G,显示器:
19″液晶;
光驱CD-ROM:
≥48倍;
显卡3D/128MB支持双显示器输出;
键盘:
US-ASCⅡ鼠标、网卡
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- 关 键 词:
- 涡轮 V81 柴油机