汽車發(fā)動機熱工性能測試系統(tǒng)設(shè)計

1．引言
汽車技術(shù)的發(fā)展很大程度上取決于試驗技術(shù)的發(fā)展。國外技術(shù)處于領(lǐng)先地位的汽車公司都擁有先進的測試技術(shù)和完整的試驗設(shè)施，尤其擁有由相當(dāng)數(shù)量試驗臺架組成的發(fā)動機實驗室。發(fā)動機測試指標(biāo)眾多，發(fā)動機測試技術(shù)是汽車測試技術(shù)的一個重要組成部分，也是最復(fù)雜的一個部分。衡量發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性的指標(biāo)主要有：功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、燃油消耗等，在發(fā)動機常規(guī)性能試驗中測量的參數(shù)有發(fā)動機的功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、燃油消耗量和燃油消耗率、燃油溫度、潤滑油壓力和溫度、進氣壓力和溫度、排氣溫度和壓力、冷卻水的進出口溫度等。
發(fā)動機的各種參數(shù)通過各種類型的傳感器實時測量，現(xiàn)代高水平的試驗室可同時測量上百個參數(shù)；有些參數(shù)可直接測量得到，有些參數(shù)需根據(jù)測量到的參數(shù)和公式進行計算得出?，F(xiàn)代測試設(shè)備一般都提供數(shù)據(jù)的后處理，可按用戶要求提供所需數(shù)據(jù)的最終處理結(jié)果，以表格和曲線等形式出現(xiàn)。
本文針對汽車發(fā)動機測試中的熱工性能指標(biāo)，設(shè)計了汽車發(fā)動機熱工性能測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對汽車發(fā)動機的多點溫度、壓力、流量等進行檢測，并能顯示參數(shù)的實時曲線，可自動進行數(shù)據(jù)處理和生成報表，整個測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可靠性好，精度較高。
2．測試內(nèi)容
2．1 冷卻水流量測量：冷卻水的最大溫度為150℃；最大流量為10m3/h；管徑：φ30。特點：管路空間比較狹小，無前后直管段、測量時不改變原管路結(jié)構(gòu)，以保證管路阻力特性不變。測量精度：±0.5％～2％；測量點數(shù)：1 點。
2．2 壓力測量及數(shù)據(jù)采集：介質(zhì)為冷卻水；最大壓力：2.0kgf/cm2；特點：傳感器安裝空間小，要求壓力傳感器的尺寸較??； 精度：±1％；測量點數(shù)：2 點。
2．3 溫度測量：需要測量冷卻水、發(fā)動機表面、內(nèi)部環(huán)境等多處溫度，測溫范圍：1000℃；精度：±1℃，測量點數(shù)：100 點。
2．4 電壓測量：檢測蓄電池、風(fēng)扇等的電壓，測量范圍：0～15VDC；測量精度：±0.1V；測量點數(shù)： 2 點。
2．5 冷卻風(fēng)量測量：要求測量冷凝器前的進風(fēng)量，在冷凝器表面一定的截面積（450×800）范圍內(nèi)，測量出各點的風(fēng)速的分布和風(fēng)量；測點布置：≤20 點。風(fēng)速測量范圍：15m/s（峰值50m/s）,測量精度：±2.5％
2．6 濕度測量：測量當(dāng)時環(huán)境的濕度，測量精度±2%。點數(shù)：1 點。
2．7 車速測量：系統(tǒng)具備在線車速測量功能，測量范圍：10km/h～160km/h，點數(shù)：1 點。
3．測試系統(tǒng)設(shè)計
本測試系統(tǒng)由三層結(jié)構(gòu)組成，分別為：測量與變送層、數(shù)據(jù)采集與信號轉(zhuǎn)換層，以及數(shù)據(jù)處理層。測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

測量變送層由各類傳感器組成，分別為壓力傳感器、超聲波流量計、熱電偶、電壓傳感器、風(fēng)速測速傳感器（風(fēng)速計）等。上述的傳感器中，大多可采用標(biāo)準(zhǔn)的傳感器進行檢測，但發(fā)動機的冷卻風(fēng)量檢測傳感器設(shè)計比較困難。原因有以下幾點：1）電磁干擾強，汽車發(fā)動機附近電磁干擾非常強，筆者曾打開汽車前蓋，啟動發(fā)動機，將電磁式風(fēng)速儀放在汽車發(fā)動機附近，在無風(fēng)條件下，因電磁干擾，該風(fēng)速儀顯示最大風(fēng)速為3 米/秒。2）高溫環(huán)境，發(fā)動機附近的高溫，使一般電子元件不能正常工作。3）檢測位置狹小，檢測裝置厚度不能超過25mm。
由于上述原因，市場上的風(fēng)量檢測傳感器顯然不能滿足需求，只有自行設(shè)計。根據(jù)需求設(shè)計如下：為克服汽車內(nèi)部的高溫和強電磁干擾，選用耐高溫的反射式光電傳感器，檢測信號通過高溫屏蔽信號線傳輸?shù)椒糯笳坞娐罚缓蠛笏虲PLD，通過對CPLD 編程，實現(xiàn)對多路頻率信號進行檢測。如圖2 所示。