屈大勇，楊信剛，武玉臣，梁成奇

(濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東濰坊261001)

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配工作的不斷深入，發(fā)動(dòng)機(jī)外圍系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配測(cè)試越來(lái)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(shí)際運(yùn)行時(shí)的匹配測(cè)試方法以及先進(jìn)測(cè)試設(shè)備的應(yīng)用。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)外圍附件的性能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響工況不同，將以標(biāo)定點(diǎn)和最大扭矩點(diǎn)2個(gè)工況來(lái)進(jìn)行分析;根據(jù)其考察點(diǎn)的不同，又將以壓力降和散熱能力2個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)。

1 各系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響及匹配要求

以濰柴WP10.336柴油機(jī)為例，在試驗(yàn)臺(tái)架上測(cè)試空濾器、中冷器、消音器、散熱器的性能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的影響結(jié)果如圖1［1］:

圖1 各參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響關(guān)系Fig.1 Relationship between parameters and engine performance

由圖1可以看出，柴油機(jī)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(xiàn)功率下降、油耗上升的趨勢(shì)。

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(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)氣管路的阻力(上限1 kPa)，匹配測(cè)試時(shí)進(jìn)氣系統(tǒng)阻力規(guī)定為4 kPa以內(nèi);對(duì)于消音器，目前整車噪聲的限制較嚴(yán)格，參考過(guò)去國(guó)Ⅱ發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)允許阻力為6 kPa，根據(jù)圖1(d)中影響曲線排氣背壓在6～10 kPa時(shí)，功率及油耗損失的變化趨勢(shì)較緩，故排氣系統(tǒng)阻力規(guī)定為10 kPa;同樣由于中冷散熱的需求，中冷器產(chǎn)生相應(yīng)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(duì)功率及油耗的影響曲線，12 kPa以內(nèi)時(shí)變化趨勢(shì)較緩，故規(guī)定中冷壓降為12 kPa。因此，參考臺(tái)架試驗(yàn)的結(jié)果與濰柴動(dòng)力技術(shù)中心規(guī)定的技術(shù)條件，以及發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)氣量、散熱量的需求，對(duì)濰柴WP10/WP12系列國(guó)Ⅲ發(fā)動(dòng)機(jī)空濾器、中冷器、消音器、散熱器的匹配技術(shù)要求如表1。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)匹配技術(shù)要求Tab.1 Technical criterion of engine

(續(xù)表1)

極限環(huán)境使用溫度計(jì)算公式［2］:

式中:Tmax為最高允許出水溫度;ΔT為柴油機(jī)進(jìn)出水溫差;Ttest為測(cè)量得到的最高穩(wěn)定出水溫度;Tambient為試驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度。

2 匹配測(cè)試方法

對(duì)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(gè)工況進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的阻力，由于在發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定點(diǎn)工況時(shí)進(jìn)氣量及排氣量最大，故選用標(biāo)定點(diǎn)工況進(jìn)行測(cè)試;對(duì)于中冷器及散熱器的散熱能力，由于大扭矩點(diǎn)工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低(風(fēng)扇、水泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)較低)，但發(fā)動(dòng)機(jī)散熱量較大，工作條件最為惡劣，故選用大扭矩點(diǎn)工況進(jìn)行測(cè)試。具體測(cè)試方法規(guī)定如下［2］。

2.1 標(biāo)定點(diǎn)工況(最大功率點(diǎn))測(cè)試

對(duì)于客車，以最高車速(即最高擋油門到底)或最高擋加速狀態(tài)為評(píng)價(jià)依據(jù)。對(duì)于卡車，采用拖車試驗(yàn)［3］。為了防止負(fù)荷拖車的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高，拖車應(yīng)與試驗(yàn)車同擋位或高出試驗(yàn)車一個(gè)擋位。試驗(yàn)車油門到底，負(fù)荷拖車采用排氣制動(dòng)和剎車共同配合對(duì)試驗(yàn)車施加負(fù)荷，使試驗(yàn)車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在標(biāo)定點(diǎn)，通常試驗(yàn)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(fù)荷拖車，則使用客車測(cè)試方法。當(dāng)整車達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)(如表2)在2 min內(nèi)基本恒定不變時(shí)，采集數(shù)據(jù)。

表2 測(cè)試參數(shù)Tab.2 Testing parameters

2.2 大扭矩點(diǎn)工況測(cè)試

對(duì)于客車，最好在較長(zhǎng)上坡路段進(jìn)行最高車速(即可掛最高擋油門到底)測(cè)試。對(duì)于卡車，采用拖車試驗(yàn)。試驗(yàn)車及拖車的控制方法與標(biāo)定點(diǎn)工況相同，使試驗(yàn)車發(fā)動(dòng)機(jī)工作于大扭矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速。如果卡車不能使用負(fù)荷拖車，可采用爬坡試驗(yàn)。爬坡時(shí)，試驗(yàn)車油門到底，通過(guò)選擇檔位將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制在大扭矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速，直至坡路結(jié)束。當(dāng)整車達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)(如表2)在2 min內(nèi)基本恒定不變時(shí)，采集數(shù)據(jù)。

3 新測(cè)試設(shè)備介紹

使用德國(guó)引進(jìn)的集成測(cè)控系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行匹配測(cè)試。系統(tǒng)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(xié)議，可無(wú)線PC獨(dú)立觸發(fā)測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)。

可采集的傳感器信號(hào)包括:壓力信號(hào)、溫度信號(hào)、光電式轉(zhuǎn)速信號(hào)、GPS地理坐標(biāo)、雷達(dá)車速計(jì)信號(hào)、同步讀取的ECU信息。

基于以前的測(cè)試設(shè)備，使用的先進(jìn)技術(shù)如下:

1)即插即量，無(wú)需重新設(shè)置測(cè)試方案，可觸發(fā)開(kāi)始;

2)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，如:統(tǒng)計(jì)、雨流計(jì)數(shù)等;

3)CAN總線界面，支持ECU協(xié)議;

4)靈活可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ):內(nèi)置硬盤、CF卡、PC或網(wǎng)絡(luò)硬盤;

5)無(wú)線PC，可獨(dú)立運(yùn)行;

6)同步記錄GPS地理坐標(biāo);

7)對(duì)ECU發(fā)送CAN信息;

8)多種數(shù)字量、模擬量、頻率信號(hào)同步采集處理。

為解決工程機(jī)械及船舶測(cè)試時(shí)操作空間窄小問(wèn)題，正在引進(jìn)更先進(jìn)的無(wú)線傳輸測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)除具有上述先進(jìn)性外，更能通過(guò)WiFi無(wú)線局域網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控及設(shè)備操作，更加方便于窄小機(jī)械的路面測(cè)試［6］。

WiFi是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備(如PDA、手機(jī))等終端以無(wú)線方式互相連接的技術(shù)。目的是改善基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性。應(yīng)用此技術(shù)進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)的傳輸及設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，也將是未來(lái)整車測(cè)試的發(fā)展趨勢(shì)。

4 應(yīng)用新測(cè)試設(shè)備實(shí)例

根據(jù)本文介紹的匹配測(cè)試方法和技術(shù)要求，以濰柴 WP10.375發(fā)動(dòng)機(jī)匹配金華青年客車JNP6121F車型為例，應(yīng)用本文介紹的測(cè)試設(shè)備對(duì)其進(jìn)行匹配測(cè)試。

4.1 測(cè)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(jī):數(shù)據(jù)采集設(shè)備(busDAQ)、設(shè)備電源、通訊電纜(適用于PC機(jī)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接)。

總線系統(tǒng):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(guò)CAN-cable連接至busDAQ上，確認(rèn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備電源是否打開(kāi)，將設(shè)備主機(jī)用網(wǎng)線連接至PC機(jī)。

4.3 軟件設(shè)置

在軟件中集成各個(gè)測(cè)量模塊，使之保持良好通訊。對(duì)模塊的各個(gè)測(cè)量通道進(jìn)行標(biāo)定，設(shè)置數(shù)據(jù)采集頻率及存儲(chǔ)位置。檢查配置無(wú)誤后，便可以進(jìn)行測(cè)量，采集數(shù)據(jù)［7］。

4.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用FAMOS分析軟件，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到熱平衡時(shí)的穩(wěn)定數(shù)據(jù)并給出試驗(yàn)結(jié)論。被測(cè)車輛的空濾器、中冷器、散熱器及消音器的測(cè)試結(jié)果如表 4［8］。

表4 測(cè)試結(jié)果分析Tab.4 Result analysis

(續(xù)表4)

5 結(jié)論

本次試驗(yàn)應(yīng)用新型測(cè)試設(shè)備，同步采集了試驗(yàn)車輛空濾器、中冷器、散熱器及消音器等被測(cè)附件相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的壓力、溫度等信號(hào)，實(shí)時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，并準(zhǔn)確地得到了測(cè)試結(jié)果(表4)。由結(jié)果可見(jiàn)，被測(cè)附件空濾器、中冷器、散熱器及消音器的各項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)要求值。

在發(fā)動(dòng)機(jī)匹配測(cè)試中，應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、多樣性，是測(cè)試工作的發(fā)展趨勢(shì)。在使用越來(lái)越先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備得到數(shù)據(jù)后，提高對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析能力，并針對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)用性對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行不斷的提高，更是測(cè)試工作之根本。

［1］GB/T 18297—2001汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

［2］GB/T 12542—2009汽車熱平衡能力道路試驗(yàn)方法［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［3］GB/T 12534—1990汽車道路試驗(yàn)方法通則［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1990.

［4］GB 7258—2004機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［5］任賀英.CAN總線在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)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(zhǎng)城.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，1998:1-59.

［7］周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999:1-200.

［8］李呈劍.裝載機(jī)載荷譜分析與應(yīng)用［J］.柴油機(jī)設(shè)計(jì)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.