浅谈汽车发动机无负荷测功的原理

李 岚

(黑龙江省农垦总局交通运输局)

发动机的功率直接反映发动机动力性的好坏，所以在检验时，往往要对发动机的功率进行检测，以便确定发动机的技术状况。

发动机功率检测分为稳态测功和动态测功两类。

稳态测功亦称有负荷测功，是指在发动机节气门开度一定、转速一定和其他参数保持不变的稳定状态下，在水力测功器、电力测功器或电涡流测功器上通过给发动机加一定的模拟负载，来测量发动机转速、扭矩和功率的方法。采用该方法测功，不论发动机的工作行程和形式如何，发动机有效功率Pe为

式中：Pe为发动机有效功率，kW;Me为发动机转矩，N·m;n为发动机转速，r/min。

稳态测功的结果准确可靠，通常多为汽车制造厂、高等院校和科研部门进行性能试验所采用。但测功一次需要吊装发动机，费时费力成本高，且需要在专门的试验台中进行，需安装固定的水力测功器、电力测功器或电涡流测功器，建主测功试验台。因此，汽车维修企业和道路运政管理机构通常不采用该方法。

动态测功也叫无负荷测功或无外载测功，是指发动机在不带负荷的情况下，突然开大节气门，使发动机克服惯性和摩擦阻力而加速运转，通过测量发动机的加速性能来测量所发出瞬时功率的方法。这种测功方法操作简单，不需要大型设备，可就车进行，所用仪器设备轻便，测功速度快，但精度较低。汽车维修厂家和交通管理部门多使用这种方法。

可以把发动机的所有运动部件等效地看作一个绕曲轴中心旋转的回转体。当发动机在怠速情况下突然加大油门时，它所发出的扭矩除了克服各种机械阻力外，其有效扭矩将使发动机加速运转，通过测量发动机的角加速度，或者测量从低速到高速所用的时间，就可以计算出发动机所发出的功率。

(1)通过测量速度和加速度计算发动机的瞬时功率

根据刚体定轴转动微分方程，发动机有效转矩与角加速度的关系为

式中：Me为发动机有效转矩，N·m;J为发动机运动部件对曲轴中心线的当量转动惯量，kg·m，可由手册资料或者经过试验得到;n为发动机转速，r/min;为曲轴角加速度，rad/s2;警为曲轴转速变化率，r/s2;ω为曲轴的角速度，rad/s。

将式(2)代入式(1)，可以得到发动机有效功率Pe为

在变工况条件下测试发动机功率时，其有效功率比稳态测试时的功率小，因此引入修正系数K对式(3)进行修正，即

由式(4)可以看出，发动机在加速过程中所发出的瞬时功率，与转速和转速变化率的乘积成正比。因此，只要能够测量出发动机的转速和转速变化率，就可以计算出发动机的瞬时功率。例如，要测量升速曲线上A点的瞬时功率，只要知道A点瞬时速度n和该点速度的变化率(该点曲线的斜率)即可。

(2)通过测量加速时间来计算发动机的平均功率

在实用中，通常不是测量某一转速下的瞬时功率，而往往是测量加速过程中某段时间内的平均功率。我们计算转速从n1～n2的平均功率。

首先将式(4)写成平均值形式，即

由上式可知，发动机发出的平均功率Pav与从n。n2所需时间成反比，即节气门突然全开时，发动机由转速n1加速到n2的时间越长，表明发动机功率越小;反之加速时间越短，表明发动机功率越大。实际测量时，n1和n2是给定的，所以只要测量时间AT，就可以计算出平均功率。