发动机试验台

发动机试验台是用于开发、表征和测试发动机的设施。该设施通常作为产品提供给汽车原始设备制造商，允许发动机在不同的运行状态下运行，并提供与发动机运行相关的多个物理变量的测量。一个精密的发动机测试台装有多个传感器（或传感器）、数据采集功能和执行器来控制发动机状态。传感器将测量几个感兴趣的物理变量，通常包括：

• 曲轴扭矩和角速度
• 进气和燃料消耗率，通常使用体积和/或重量测量方法检测
• 进气混合物的空燃比，通常使用废气氧传感器检测
• 废气中的环境污染物浓度，例如一氧化碳、不同配置的碳氢化合物和氮氧化物、二氧化硫和颗粒物
• 发动机机体上多个位置的温度和气压，例如发动机机油温度、火花塞温度、废气温度、进气歧管压力
• 大气条件，例如温度、压力和湿度

通过传感器收集的信息通常通过数据采集系统进行处理和记录。执行器允许获得所需的发动机状态（通常以发动机扭矩和速度的独特组合为特征）。对于汽油发动机，致动器可以包括进气节气门致动器、用于发动机的加载装置，例如感应电动机。考虑到OEM客户的要求，发动机测试台通常是定制包装的。它们通常包括基于微控制器的反馈控制系统，具有以下特性：

• 闭环期望速度操作（有助于表征稳态或瞬态发动机性能）
• 闭环期望扭矩操作（可用于模拟车内、道路场景，从而实现表征稳态或瞬态发动机性能的另一种方式）

• 发动机的研发，通常在OEM实验室进行
• 调整使用中的发动机，通常在服务中心或用于赛车应用
• OEM工厂的生产线末端。待测试发动机的更换是自动进行的，流体、电气和排气管路连接到测试台和发动机，并通过对接系统与它们断开连接。当发动机停靠在测试台上时，机械驱动轴会自动连接到它。

汽车OEM的发动机研发(R&D)活动需要复杂的发动机测试台。汽车原始设备制造商通常对开发满足以下三个目标的发动机感兴趣：

• 提供高燃油效率
• 提高驾驶性能和耐用性
• 遵守相关排放法规

因此，研发发动机测试台允许通过测量、控制和记录几个相关发动机变量来进行全面的发动机开发工作。典型的测试包括：

• 确定燃油效率和驾驶性能：稳态和瞬态条件下的扭矩-速度性能测试
• 确定耐久性：老化测试、油和润滑测试
• 确定是否符合相关排放法规：在规定的排放测试周期内进行体积和质量排放测试
• 进一步了解发动机本身：发动机映射练习或不同发动机变量之间的多维输入输出图的开发。例如从进气歧管压力和发动机转速到进气流量的映射。

激光技术增加了有用的工具来改进发动机测试期间的发动机设计。使用激光多普勒测速仪和放大LDV传感器的激光传感器可以记录整个2冲程、4冲程或旋转燃烧循环期间气体颗粒的运动。这些火花塞测速仪(SPV)传感器可以插入发动机燃烧室的火花塞孔中。传感器可以调整到活塞运动的所有深度水平-通常范围为0-50毫米。放大的LDV传感器将记录气体粒子运动的速度和方向。然后可以使用记录的数据和燃烧循环的可视化来优化发动机设计。可以通过改变燃烧室、阀门、火花塞、喷射器和活塞的形状和尺寸来改善气体颗粒的流动和方向，从而改善燃烧和性能并减少排放。每个气缸带有两个火花塞孔的发动机盖可用于记录在带电、点火条件下运行的发动机中气体颗粒运动的速度和方向。SPV也可以添加到进气和排气中，以记录这些区域中的颗粒流，以进一步改进发动机设计。放大LDV传感器已被用于更极端的情况下，以测量火箭发动机中的粒子流。