发动机性能实验室的设计与建设

2015-03-11吴艳秀吴柏宇

科学中国人 2015年24期

关键词：连接件内燃机水箱

吴艳秀，吴柏宇

哈尔滨华德学院

发动机性能实验室的设计与建设

吴艳秀，吴柏宇

哈尔滨华德学院

为促进车辆工程专业的发展，提高教育教学水平，提高科研能力，培养学生的综合素质能力为出发点，进行了发动机性能实验室自主设计与建设,根据作者完成发动机性能实验室的实践经验，主要阐述了发动机性能实验室设计与建设的要点。

车辆工程；科研；实验室

发动机性能实验室主要用于发动机原理的研究和实验教学，它能测试汽车发动机性能数据，主要针对应用型大学本科实验教学及实验而建立的。从实验室合理性、安全性和经济行能开出内燃机的相关实验的角度出发，根据实验室相关的技术要求、设备使用可靠原则，实验室建成，经过一段时间的调试和使用现已投入到教学当中。以下是发动机性能实验室设计与建设的经验与大家分享。

1.实验室的设计与建设

该实验室主要应用于车辆工程专业的学生，并成为发动机原理课程的实践教学环节的必要组成部分。发动机性能实验台架由机械部分、系统测量部分、试验保障系统、计算机系统及其他辅助系统组成。实验室主体结构包括实验基础、测功机、冷却系统、进排气系统、供油系统、控制系统等部分。测功机实验室工作时噪声很大，会影响教师和学生的正常上课、办公和生活,实验室的地点应远离教室、学生公寓和教师办公地点。在实验室内采取降噪措施，实验室内应装吸声材料,门应为双层，观察窗应采用防弹玻璃。根据实验室的具体结构应在实验室室外要安装水槽，用于冷却发动机和测功机。主机室的面积应满足一个班级学生正常教学，高度要满足其他设备的安装,如油箱、天吊,通风机等。为了能够保证实验室的安全,需要在实验室门口安放灭火器,实验室的灯全部改成防爆灯，合理布置电源总开关等。

2.实验室基础设计与建设

发动机运转时振动很强烈，会影响工作人员的注意力，会造成测量数据不准确。因此,设计台架基础时采用的是减震弹簧隔震。在螺旋弹簧的上方,安装一块铸铁平板，铸铁平板主要为发动机、测功机等提供基础实验平台，台架基础的重量较大,其自震频率就小,在发动机工作时就不会有共震的危险。同时，为了避免发动机和连接件共震，在发动机和连接件之间安装橡胶隔震垫。

3.测功机装置布置

测功机的位置应布置在便于观察的一侧,并且保证传动轴和观察窗是平行的。应尽可能短管道的长度和减少水管路的弯道。之后发动机的位置也相应的确定。实验室采用多机型发动机作实验机。通常发动机支架高度可调,使用不同的发动机与支架连接件，不同的发动机与测功机连接件可实现实验机的更换。发动机一般采用4个支点，连接件是根据发动机的结构和支架结构进行测量，使用软件绘制零件图。

4.冷却系统

测功机、发动机、发动机润滑油需要使用水循环进行冷却。从实验室的结构、测功机的结构考虑,要求是开式循环。在实验室房隔壁建有水箱，水箱安装在地面上方，为了保证水箱的强度将水箱分成若干个格，在水箱附近应有排水孔。采用水箱在地面上方这种方式要求使用两个循环的水泵，一个泵将水泵到测功机、冷却恒温装置、机油恒温装置，另一个水泵将水抽回水箱。采用开式循环，要保证进水和出水的量要一致，水泵的控制由小水箱的液位传感器控制。水压必须达到要求，可在测功机进水管上安装了水压传感器,进行实时监测。为了保证水不会倒流，在进回水管上要串接单向阀。同时，进入测功机的水要保持清洁，在进水口要安装滤网。润滑油的冷却是在发动机机油滤加上一个短接，从发动机机油滤引出到进入油冷却器中冷却的。为了保证发动机冷却水足够，水恒温箱还具有自动补水功能。

5.进排气系统

排气系统不安装消声器,发动机排气噪声对环境有很大影响,必须加以处理。具体方法:废气经排气管道排入消音坑,达到消音目的。空气从风道用鼓风机吹入实验室，排出的废气经过风道用鼓风机排出实验室。试验过程中在主机室内会产生一些燃油蒸汽和燃烧废气,为减小废气对人身健康的危害。进气系统应加空气滤清器。

6.供油系统

油箱应牢固地固定在远离发动机的棚顶处,并且与油箱较近的棚顶不能安装灯。接头处使用耐油胶管，供油管可以使用铜管。防止火灾发生。在进油的位置安装汽油滤清器，保证进油清洁，不影响油耗仪的测量。

7.控制系统

电涡流测功机的测控系统要对测功机主机进行控制,还应该能发动机的常火挡进行控制，控制发动机的油门，因此，测控系统具有对发动机起动，停车，急停功能。发动机控制系统作为一个独立的单元,安装在测功机控制柜上，机柜安装在测功机操作室内，对整个实验进行控制。为了保证发动机冷却水、润滑油压力和温度在正常的范围内，同时，通过传感器测量发动机进气温度、润滑油温度和压力、冷却水温度进行监测和调节。系统还具有报警功能,切断ECU电源，使发动机熄火确保安全。