增压发动机功率测试影响因素识别及控制

李荣富 吕宗鑫 刘启安

摘要： 随着当今内燃机技术的发展，汽油增压发动机的应用已经越来越普及。增压发动机的性能测试也越来越多，某款增压发动机在台架性能试验中发现额定功率偏低，通过分析和验证，找出影响测试的主要因素，并对这些影响因素进行优化控制，从而降低台架因素对发动机测试功率的负面影响，提高性能测试结果，从而提高合格率。

关键词：汽油增压发动机;功率测试;中冷后温度;进气温度;进气湿度;中冷管

中图分类号：TK442                                     文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）08-0069-02

0  引言

发动机功率试验是发动机性能试验的其中一个项目，功率试验的结果也是衡量一款发动机性能优劣的重要参考，也是型式认证的主要内容。而增压发动机由于进气压力大于大气压，升功率、升扭矩比自然吸气发动机要高很多，同时经过测试我们发现，增压发动机功率测试的结果受到外部的影响也比自然吸气发动机大。如果不能很好的辨识出这些影响，很容易出现测试结果不准确、不达标的情况，而问题排查又会导致大量的重复测试，消耗大量的人力、物力和时间。因此，找出这些影响因素，将能大大提高测试的效率和质量，降低成本。

1  影响因素分析

①某款汽油增压发动机在进行功率试验的时候，经常出现功率偏低的现象，不合格率达48%。从“人机料法环”几个方面进行分析，列出可能影响发动机测试功率的因素，并在某台发动机上进行验证确认，最终得到4个影响显著的因素：进气温度、进气湿度、中冷管长度、中冷后温度，如表1所示。

2  要因具体分析

2.1 进气温度

在保证其它试验条件一致的情况下，研究进气温度对发动机额定功率的影响。一般台架内的进气温度范围为20～30℃，本次分别选择进气温度为20℃和30℃两个水平进行试验，试验结果见图1。

结论：由数据可以看出，当进气温度30℃时，发动机平均额定功率为123.87kW;当进气温度为20℃时，发动机平均额定功率为124.71kW。进气温度越高发动机额定输出功率越低。

2.2 进气湿度

在保证其它试验条件一致的情况下，研究进气湿度对发动机额定功率的影响。一般台架内的进气湿度范围为35～65℃，由于进气湿度较难控制，本次分别选择进气湿度为40%和60%两个水平进行试验，试验结果见图2。

结论：当进气湿度60%时，发动机平均额定功率为124.29kW;当进气湿度为40%时，发动机平均额定功率为124.83kW。可见进气湿度越低越有利于提高额定功率。

2.3 中冷管长度

分别选取中冷管长度L=120cm和L=90cm进行试验，试验结果见图3。

结论：由试验结果可明显看出，当中冷管长度缩短时，发动机额定功率得到提升。

2.4 中冷后温度

对于增压发动机来说，中冷后温度更接近实际进入气缸燃烧的气体温度。在理论上，中冷后温度越高，气体密度越低，在相同的进气压力情况下，实际进入发动机气缸的气量减少，输出功率降低。现在分别使用43℃和46℃的中冷后温度进行验证，验证结果见图4。

结论：由以上验证数据可知，中冷后温度对发动机输出额定功率影响明显，中冷后温度越低，发动机额定功率越高。

同时我们发现，由于使用的是台架中冷设备，中冷后温度与设备温度传感器的安装位置也有较大关系，即中冷后温度传感器安装较浅时，会导致测量温度偏低，实际温度偏高。节气门前温度传感器采集的温度，是实际进入发动机燃烧的气体温度，可视为实际中冷后温度，因此测量的中冷后温度与之偏差越小越好。经过验证，如图5所示，当传感器安装深度为40～70mm时，中冷后温度与节气门前温度偏差<0.5℃，一致性较好。

3  控制措施

3.1 进气温度  国标要求进气温度控制在25±5℃，但为减小测试偏差，建议将进气温度控制在25±2℃范围内并尽可能保持温度稳定。为达到所需的进气温度，试验时应增加进气空调设备。

3.2 进气湿度  进气湿度控制在45～60%范围内并尽可能保持稳定，试验时增加进气空调设备，从而可以保持稳定的进气条件。

3.3 中冷管  此次，我们主要验证了中冷管的长、短对测试结果的影响，对于我们验证的这款发动机来说，应保持中冷管长度为90cm。除了中冷管的长度外，我们还发现，中冷管的管径、走向、过渡方式等都会对测试的结果产生影响。因此，建议同一款机型的每次测试都采用相同的中冷系统，特别是应该与标定时采用的中冷系统保持一致，但这在实际操作中可能比较难实现。如有可能，采用整车的状态的中冷系统也是减小差异的一个办法。

3.4 中冷后温度传感器位置  将台架内的中冷后温度传感器安装深度统一要求为40～60mm，避免安装过深或过浅。通过以上的优化控制，该款发动机的测试功率可以提高0.6kW，合格率也提升到了100%，因此，我们的影响因素识别和控制是有效的。

4  结束语

除以上的影响因素外，可能还有其他影响因素，由于时间和成本的关系，我们没有对所有的因素都进行验证。同時，对于不同的发动机，影响因素也不尽相同，所以对于其他发动机，可能需要进行再次验证，识别出要因，然后对要因进行优化控制。只有这样，才能真正提高测试的效率和质量，降低成本。

参考文献：

[1]黄海燕.汽车动力系统试验学[M].

[2]京特.P.默克，吕迪格.泰希曼.内燃机原理 工作原理、数值模拟与测量技术[M].机械工业出版社，2019.

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