关于发动机输出扭矩的测量

    在发动机的测试中,扭矩是个很重要的参数,是评价发动机性能指标的重要依据。由于发动机的工作原理决定了它的输出扭矩是周期波动的,而且波动周期又直接与转速息息相关,所以对于测功机控制系统来说,控制系统的稳定性以及扭矩信号的采集处理方法都直接影响着扭矩测量值的准确性。

    2　发动机的工作过程

    下面仅以四冲程发动机为例进行讨论。

    四冲程发动机实际工作循环由进气、压缩、做功、排气四个行程组成,对于四冲程发动机来说,曲轴每转两转,活塞往复运动四个行程,发动机完成一个工作循环。

    图1所示为单缸发动机的示功图,其中ra线为进气行程,ac线为压缩行程,czb线为做功行程,br为排气行程。可见,气缸压力是剧烈变化的,其中做功行程具有较高的压力,最高压力点z就出现在该行程中,进气行程和排气行程具有较低的压力,最低压力接近大气压力p0。也就是说,发动机在z点具有最大的输出扭矩,而最小输出扭矩接近于0。

    所以对于单缸发动机来说,只有做功行程产生动力,其它三个行程都要消耗动力。为了维持运动,发动机必须有一个储备能量的较大飞轮。即使如此,发动机运转仍然是不平稳的,作功行程快,其它行程慢。

    多缸发动机是在曲轴转角720°内,各缸都要象单缸发动机一样完成一个工作循环。为了使发动机运转平稳,各缸作功间隔角大都均等。如四冲程六缸发动机各缸作功间隔角为Ψ=720°/6=120°,即曲轴每转120°就有一个缸作功,各缸作功行程略有搭接,这样发动机运转较单缸发动机平稳得多。另外,由于各缸的作功行程为其它缸的准备行程提供动力,所以贮存能量的飞轮也较单缸发动机小得多。四缸发动机从理论上讲作功冲程就已连续,而六、八缸发动机都有作功重叠,且缸数越多、重叠得就越大,发动机运转得就越平稳。

    3　发动机输出扭矩的测量处理

    当测功机控制系统工作在恒转速控制方式下时,是通过不断调整测功机的励磁(或水门等)使发动机转速维持恒定的,测功机拉压力传感器是在维持力矩平衡的情况下测出的扭矩,显然拉压力传感器是间接测量,它测出的扭矩并不能真实反映发动机输出扭矩的瞬时值,只能通过测出的扭矩计算出在一段时间内发动机输出扭矩的平均值,即发动机输出扭矩的等效平均扭矩值。而对于直接安装于发动机与测功机之间传动轴上的扭矩传感器,由于扭矩是直接测量,它真实反映了发动机输出扭矩的瞬时值。所以对于快速扭矩测试,可用扭矩仪或HBM扭矩法兰直接测量。