《汽车发动机原理与汽车理论》实验报告

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江西蓝天学院

发动机原理实验指导书

课 程 名 称： 发动机原理 开 课 实 验 室： 汽车发动机实验室 执 笔 人： 审 定 人： 制 订 日 期： 2010年9月

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实验室安全工作守则

实验室安全工作是预防事故，保证人身安全和国家财产不受损失的重要工作。

1. 实验室管理人员或实验指导教师，对初次进实验室的师生，要进行安全教育，并加强安

全操作技术方面的指导。

2. 未经实验教师许可，学生不得擅自动动用设备。

3. 启动设备前后要进行安全检查，发现问题要立即采取措施，防止事故发生。使用设备中

出现异常现象，要立即停机，待排除故障再重新使用。

4. 在操作高速运转设备时，实验指导教师和学生的工作服，应穿戴整齐。操作时，人体与

运转部位要保持一定安全距离；

5. 用电线路电气设备的绝缘情况应当良好，并要有可靠的接地；插头与插座必须接触牢固；

并严禁超负荷用电；

6. 机械设备的高速运转部位应加装防护罩；起重设备应标注起重吨位且吊装严禁超载；运

动部位要定期保养，及时润滑；

7. 使用易燃物品的实验室，对易燃物品要妥善保管，安全使用，严禁烟火； 8. 易产生废气、油气、毒气和粉尘的实验室，要注意通风换气，以免中毒； 9. 实验用发动机及机动车辆应严格执行防冻规定； 10. 实验室工作人员应会使用设置的各种消防器材；

当实验室发生险情时，在场人员应当费力抢救；发生被盗、破坏、损坏等情况时，要注意保护现场，并向上级及时汇报。

安全工作，人人有责！

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学生实验守则

1． 学生进入实验室，应遵守实验室安全工作守则中的有关条款。 2． 按时上、下课，不得无故迟到或早退。

3． 在实验室应保持安静，不得大声喧哗和打闹。

4． 保持实验室内整洁，不得随地吐痰和乱扔纸屑杂物；实验完毕要整理好实验器具，清扫

实验场地。

5． 爱护室内一切设备和器具，未经实验教师许可，不得擅自动用或拿出室外。

6． 严格遵守操作规程，注意操作安全，避免人身和仪器设备事故，如有仪器、设备、工具

损坏、丢失或事故发生应立即报告，依据事故性质按章处理。

7． 实验时要听从实验教师的指导，并按实验指导书内规定的内容进行实验，认真对待实验

考核，按时完成作业。

8． 凡不遵守本规则，经制止无效时，指导教师有权其停止实验，退出实验室。

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实验1 发动机无负荷功率测定

一、实验目的：

1、 能够利用便携式无负荷测定仪进行发动机功率检测。 2、 能够对发动机功率的检测结果进行正确的分析

二、仪器设备

1、元征EA2000综合性能测试仪 2、轿车 3、汽油

三、实验原理

当发动机与传动系分开时，将发动机从怠速或某一低转速加速至节气门最大开度，此时发动机产生的动力克服各种阻力矩和本身运动件的惯性力矩，迅速达到空载最大转速。

对于某一结构的发动机，其运动件及附件的转动惯量可以认为是一定值，因而，只要测出发动机在指定转速范围内急加速时的平均加速度，即可得知发动机的动力性；或者说通过测量某一定转速时的瞬时加速度，就可以确定发动机功率的大小

四、实验准备

l . 做好仪器、设备的调试，准备好油料、工具。

2. 检查油箱中的油量、发动机的机油量及冷却水箱中的水量。

3. 实验前要求学生预习，仔细阅读实验指导书及课本有关知识，做到心中有数。

五、实验方法

首先使发动机与传动系分离，并使发动机的温度与转速达到规定值，然后把传感器装入离合器壳的专用孔中，迅速踩下加速踏板，使发动机加速，此时功率表便可显示被测发动机的功率，为了取得较准确的测量值，可以重复试验几次，取其平均值。

两种加速方法

（1） 是通过迅速踩下加速踏板

（2） 在发动机运转时切断点火电路，待发动机转速下降后再接通点火电路加速 单缸功率测量方法

测定某一气缸的功率：断开某一缸的点火线或高压油路测得的功率与全功率比较，二者之差即为该缸的单缸功率。各单缸功率进行对比，可判断各缸技术状况

六、实验步骤

1、元征EA2000检测仪准备 （1）、接通电源，打开检测仪总开关，微机主机开关和微机显示器开关，暖机20min （2）、在发动机不工作和点火系关闭的情况下，将检测仪信号提取系统连接到被测发动机上。

（3）检测仪电源线必须可靠接地

（4）在测试电控燃油喷射发动机电子控制器ECU时，除检测仪电源接地外，检测仪地线还必须与发动机共地，测试人员必须随时与汽车车身接触 2、发动机准备

（1）发动机应预热至正常工作温度

（2）调整发动机怠速、怠速转速应在规定范围内 （3）发动机在运转中 3、 启动检测仪

（1）检测仪已经预热

（2）鼠标左键双击显示器上“元征发动机检测仪”图标，启动检测仪综合性能检测程

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序

（3）检测仪主机对单片机通信和8个适配器逐一进行自检，自检通过绿色显示，未通过将以提示

（4）检测仪显示屏出现“用户资料录入”界面，点击“修改”按钮，录入汽车用户资料，然后点击“确定”按钮，显示屏出现检测程序主、副菜单

4、 检测方法

（1） 在主菜单中点击“汽油机”或“柴油机”

（2） 在柴油/汽油机下级菜单中选择“无外载测功”，进入测功界面 （3） 设定起始转速n和终止转速N

（4） 键入发动机当量转速惯量（查阅相关资料或使用转动惯量仪器测定）

（5） 点击“检测”按钮，界面出现5s倒计时，

（6） 当倒计时为“0”时，迅速踩下加速踏板，至发动机转速超过N时松开加速踏

板

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（7） 读取发动机的加速时间和最大平均功率 （8） 点击“保存报表”，对数据库进行保存或打印，点击“显示菜单”返回

七、发动机功率检测结果分析

发动机功率偏低：

在用发动机功率不得低于原额定功率的75%，大修后发动机功率不得低于原额定功率的90%

若发动机功率偏低，应首先检查燃油供给系和点火系技术状况，若该两系统工作正常但功率仍偏低，应结合气缸压力和进气歧管真空度的检查，判断机械部分是否有故障 单缸断火转速下降值低：

要求最高和最低下降值之差不大于平均下降值的30%，如果转速下降值低于一定规定值，说明断火缸工作不良

发动机单缸功率偏低，一般系该缸高压分火线或火花塞技术状况不佳，气缸密封不良，气缸窜油、喷油器故障等原因造成，应调整或检修

八、注意事项

1.防止实验中发生异常现象，保证发动机正常工作。

2.实验中注意观察水温、油温，应将其控制在允许的范围内。

3.测量外特性时，要迅速准确，缩短发动机在额定工况的运转时间。 4.实验时运行工况的调节要缓慢，改变幅度不宜过大。

九、实验报告的格式及撰写要求

1.将测量数据记录在实验报告； 2.绘制速度特性曲线； 3.分析实验结果。

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实验2 汽油发动机速度持性实验

一、实验目的

了解测功器的原理及构造；掌握实验原理、方法及实验步骤；具有一定的数据处理和分析能力；学会正确地编写实验报告。

二、仪器设备

（一）实验仪器名称

l. 测功器 2. 汽油机 3. 转速表 4. 油耗仪

5. 蓄电池或起动电源 6. 实验数据处理机 7. 稳压电源 8. 废气分析仪 9. 水温控制指示器 10. 油温控制指示器 11. 排气温度计 12. 气压计 11. 干湿温度计 （二）实验台简介

发动机实验台架装置见图1-1。

1—冷却水箱 2—空气流量计 3—稳压箱 4—量油装置 5—燃油箱 6—测功器 7—转速表 8—消声器 9—垫层 10—基础 11—底板 12—高压气瓶 13—示功器 14—混合水箱

图1-1 发动机台架实验简图

由于发动机实验时有较大的振动和旋转力矩，所以实验台固定于坚固、防震的混凝土基础上。为保证发动机能迅速拆装和对中，安装发动机的铸铁支架和底板常做成可调节高度和位置的形式。

发动机曲轴与测功器转子轴用联轴节连接。通过测功器和转速表所测数据，可以计算出

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被测发动机的功率。

为保持发动机工作时水温不变，设有专门可调水量的冷却系统。燃料由专用油箱通过油量测量装置供给发动机的燃料供给系。实验室有特殊的通风装置和消声装置，以排出发动机的有害排放气体，降低室内噪声。

三、实验原理

在测功器上通过测量发动机的输出扭矩和转速，由下式计算出发动机的有效功率： PeTtqn9550

式中：Pe——发动机有效功率，kW； n——发动机转速，r/min； Ttq——发动机输出扭矩，N·m。

1.扭矩的测量

发动机的扭矩是应用测功器来测量的。常用的测功器有水力测功器、平衡式电力测功器和电涡流测功器。它们的基本测量原理相同，不同的是施加阻力的方式不一样。水力测功器是通过改变水量来改变作用于曲轴上的阻力矩，而电力测功器和电涡流测功器是通过改变激磁电流进而改变作用于曲轴上的电磁力矩来改变发动机阻力矩的。

下面以电力测功器为例说明测量原理。

平衡式电力测功器由平衡电机、测力机构、交流机组、激磁机组、负荷电阻等组成。

图1-2 平衡式电机结构

1—转子 2、6—滚动轴承 3、5—滑动轴承 4—定子外壳 7—基座

式电机结构如图1-2所示。直流电机转子1由发动机带动并在定子（外壳）磁场中旋转。定子（外壳）支承在与转子轴同心的滚动轴承上，可自由摆动。外壳与测力机构相连，依靠外壳摆动角度的大小来指示测力机构读数。

发动机带动转子在定子磁场中转动时，转子线圈切割磁力线而产生感应电流。感应电流的磁场与定子磁场相互作用产生方向相反的电磁力矩，定子外壳受到的电磁力矩与转子旋转方向相同，与发动机加于转子的扭矩大小相等。因此，通过外壳摆动角度经测力机构可反映发动机输出功率的大小。在一定转速下，改变定子磁场强度（通过改变激磁机组供给平衡电机的激磁电流的大小）及负荷电阻即可调节负荷。 2. 转速测定

现代的测功机几乎都采用磁电式转速计。如图1-3所示，在转轴上装有测速齿盘1和装

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在支架上的磁电传感器。磁电传感器由绕有线圈2的永久磁铁3制成。齿盘一般制有60个齿。当轴旋转时，每转一周，磁电传感器能产生60个脉冲信号。设脉冲信号的频率ｆ（Hz），ｎ为发动机的转速（r/min），Z为齿数，则：

fnZ/60n60/60n

所以，当齿数为60时，磁电传感器脉冲信号的频率与转速的数值相同。

磁电式转速计的结构简单，工作安全可靠，转速精度高，测速范围广，绝大多数测功机都采用这种结构。

图1-3 磁电式转速计原理 1－齿盘 2－线圈 3－永久磁铁

四、实验准备

1. 做好仪器、设备的调试，准备好油料、工具。

2. 检查油箱中的油量、发动机的机油量及冷却水箱中的水量。

3. 实验前要求学生预习，仔细阅读实验指导书及课本有关知识，做到心中有数。

五、实验步骤

1. 按操作规程起动、预热发动机，使水温、油温达到规定要求，并在整个实验过程中尽量保持不变。

2.把节气门固定在预先选定的位置上（做外特性实验时，节气门全开），按工况点顺序，逐渐增加（或减小）测功器负荷，使发动机由高速向低速（或由低速向高速）运行。依次改变转速，转速每减少100~200r/min测量一次，在发动机工作转速范围内，适当分布8个以上测量点。每个工况点稳定运行１min后，记录发动机转速、测功器读数、燃油消耗量、耗油时间、排气温度和压力、发动机进、出水温度、机油温度和压力、进气温度和压力、大气温度和压力、大气湿度等数据。

３.实验结束，逐渐减小节气门开度与测功器负荷，发动机怠速运转５min后停机。

六、数据记录与处理

1.记录数据

将测量数据记录在实验报告记录表1-1中。 2.数据处理

根据测量结果，按下列公式计算

发动机扭矩和发动机功率 TtqKF PeTtqn9550

小时耗油量和燃油消耗率 B3.6Bm1000 bePte式中 Ttq——发动机扭矩（N·m）；

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K——测功器常数；

； F——测功器读数（N）

n ——发动机转速（r/min）；

； B——小时耗油量（kg/h）

m——油耗质量（g）；

； t——消耗m（g）燃油所需时间（s）

Pe——消耗m（g）燃油时测量的有效功率（kW）； be——燃油消耗率[g/（kW·h）]。

2.将实验结果换算成标准环境状况下的数值

根据GB1105.1—87中规定的标准环境状况及给出的不同大气状况下实验结果换算成标准环境状况下数值的方法进行计算。

七、注意事项

1.防止实验中发生异常现象，保证发动机正常工作。

2.实验中注意观察水温、油温，应将其控制在允许的范围内。

3.测量数据的条件：待发动机转速、扭矩及排气温度稳定1min后，方可读取数据。 4.转速、扭矩及耗油量应同时测量，油耗测量时间应不少于30 s。 5.测量外特性时，要迅速准确，缩短发动机在额定工况的运转时间。 6.实验时运行工况的调节要缓慢，改变幅度不宜过大。

八、思考题

1.说明平衡式电力测功器的测量原理。 2.简述速度特性的实验方法。

九、实验报告的格式及撰写要求

1.将测量数据记录在实验报告 2.绘制速度特性曲线； 3.分析实验结果。

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实验3 汽油发动机负荷特性实验

一、实验目的

了解测功器的原理及构造；掌握实验原理、方法及实验步骤；具有一定的数据处理和分析能力；学会正确地编写实验报告。

二、仪器设备 （一）实验仪器名称

l. 测功器 2. 汽油机 3. 转速表 4. 油耗仪

5. 蓄电池或起动电源 6. 实验数据处理机 7. 稳压电源 8. 废气分析仪 9. 水温控制指示器 10. 油温控制指示器 11. 排气温度计 12. 气压计 11. 干湿温度计 （二）实验台简介

发动机实验台架装置见图2-1。

1—冷却水箱 2—空气流量计 3—稳压箱 4—量油装置 5—燃油箱 6—测功器 7—转速表 8—消声器 9—垫层 10—基础 11—底板 12—高压气瓶 13—示功器 14—混合水箱

图2-1 发动机台架实验简图

由于发动机实验时有较大的振动和旋转力矩，所以实验台固定于坚固、防震的混凝土基础上。为保证发动机能迅速拆装和对中，安装发动机的铸铁支架和底板常做成可调节高度和位置的形式。

发动机曲轴与测功器转子轴用联轴节连接。通过测功器和转速表所测数据，可以计算出

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被测发动机的功率。

为保持发动机工作时水温不变，设有专门可调水量的冷却系统。燃料由专用油箱通过油量测量装置供给发动机的燃料供给系。实验室有特殊的通风装置和消声装置，以排出发动机的有害排放气体，降低室内噪声。

三、实验原理

在测功器上通过测量发动机的输出扭矩和转速，由下式计算出发动机的有效功率： PeTtqn9550

式中：Pe——发动机有效功率（kW）； n——发动机转速（r/min）； Ttq——发动机输出扭矩（N·m）。

1.扭矩的测量

同发动机速度特性测试实验 2.转速测定

同发动机速度特性测试实验 3.发动机负荷

发动机某一转速下的负荷等于该转速下发动机实际发出的功率除以该转速下发动机做能发出的最大功率。

图2-2 发动机负荷

例如，节气门某开度下功率曲线为曲线，发动机转速为3500r/min时，该开度下发动机的负荷为acad。

四、实验准备

l . 做好仪器、设备的调试，准备好油料、工具。

2. 检查油箱中的油量、发动机的机油量及冷却水箱中的水量。

3. 实验前要求学生预习，仔细阅读实验指导书及课本有关知识，做到心中有数。

五、实验步骤

1. 按操作规程起动、预热发动机，使水温、油温达到规定要求，并在整个实验过程中尽量保持不变。

2.遂渐改变节气门开度，同时调整测功机改变负荷，使汽油机在选定的转速保持不变 (较速一般在50%~80%额定转速范围选择)，节气门开度分别按20%、40%、60%、80%、90%、

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100%调节，待发动机在调定的工况下稳定运转1min后，记录测功器读数、转速、燃油消耗量、耗油时间、排气温度和压力、发动机进、出水温度、机油温度和压力、进气温度和压力、大气温度和压力、大气湿度等数据。

3．根据以上测定数据，绘制发动机部分负荷时的功率曲线，计算发动机的负荷曲线 3. 实验结束后，逐渐减小节气门开度与测功器负荷，发动机怠速运转５min后停机。

六、数据记录与处理

1.记录数据

将测量数据记录在实验报告记录表2-1中。 2.数据处理

根据测量结果，按下列公式计算

发动机扭矩和发动机功率 TtqKF Pe式中 Ttq——发动机扭矩（N·m）；

K——测功器常数；

； F——测功器读数（N）

n ——发动机转速（r/min）；

Ttqn9550

Pe——消耗m（g）燃油时测量的有效功率（kW）；

2.将实验结果换算成标准环境状况下的数值

根据GB1105.1—87中规定的标准环境状况及给出的不同大气状况下实验结果换算成标准环境状况下数值的方法进行计算。

七、注意事项

1.防止实验中发生异常现象，保证发动机正常工作。

2.实验中注意观察水温、油温，应将其控制在允许的范围内。

3.测量数据的条件：待发动机转速、扭矩及排气温度稳定1min后，方可读取数据。 4.转速、扭矩及耗油量应同时测量，油耗测量时间应不少于30 s。 5.实验时运行工况的调节要缓慢，改变幅度不宜过大。

八、思考题

1.说明水力测功器的测量原理。 2.简述负荷特性的实验方法。

九、实验报告的格式及撰写要求

1.将测量数据记录在实验报告记录中； 2.绘制负荷特性曲线； 3.分析实验结果。

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