浅析台架测试精度校准方法与影响

曹士龙，秦奋，张永辉，易世雄，汪记伟，王瑞平

浅析台架测试精度校准方法与影响

曹士龙1,2，秦奋1,2，张永辉1,2，易世雄1,2，汪记伟1,2，王瑞平1,2

（1.宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江 宁波 315336；2.浙江吉利罗佑发动机有限公司，浙江 宁波 315800）

台架测试是发动机开发最重要的一个环节，测试数据能够充分地反馈发动机的整体性能。燃油经济性、动力性，以及发动机NVH测试反馈的舒适性都能够在台架测试中得到准确的数据反馈。设备的精度高低是得到有效数据的重点要求，文章对量检具的核查的方法以及要求进行充分介绍。

燃油经济性；动力性；设备精度；压力测试及校准

引言

中国的汽车工业飞速发展，汽车的生产能力以及研发能力已走向世界前沿，汽车的动力性、经济型、舒适性也在不断地提升。汽车行业不断创新，在现有的技术条件下发动机技术也日渐完善，而发动机的研发能力经过一次次严苛的试验达到性能最优、排放最优的标准，随着国际排放标准的建立与执行所有汽车企业也在争先恐后地投入大量的人力物力财力来加大研发力度。电控技术是发动机研发过程中最重要的一个环节，发动机的标定也必须在台架上进行测试。此时发动机台架对设备的要求也必须特别严格，各大发动机研发公司纷纷引进国外先进设备提高测量精度，最具有代表性的设备供应商为奥地利的（AVL）公司。AVL设备能够更加精准地完成台架参数的测试，提供更加准确、权威的试验数据，有效推动研发进度。

图1 AVL设备试验间

1 发动机测试台架的组成

发动机测试台架主要包括AVL测功机、PUMA软件、735油耗仪、753C燃油温控装置、554机油恒温装置、553水恒温装置、442活塞漏气量仪、空气流量计、温度压力采集模块、中冷器模拟装置、THA100油门执行器、进气空调、全室空调控制系统、排烟系统、稳压电源、发动机安装小车等设备组成。

2 发动机台架测试仪器的安装

2.1 台架测试仪器安装位置

在进行发动机台架测试时，必须对发动机的运行状态进行监控，以保证发动机运行安全，主要体现在下面的内容：

（1）温度测点

空滤后节气门前，监测节气门前进气温度。

各缸进气门前，测量燃烧室进气温度。热电偶安装时应尽量靠近进气门，处于进气歧管横截面的中央，且不能处在喷油器喷射路径上，以免被喷湿及影响喷油效果。

各缸排气阀出口附近的歧管处，监控各缸排气温度。

排气歧管结合处邻近下游，监控总排气温度。

催化器上游、本体及下游，监控催化器温度。

（2）压力测点

空滤前测环境压力。

空滤后节气门前，测量节气门前压力。由于压力有波动，可能的话应加装稳压腔。

EMS的进气压力传感器邻近处，监测进气歧管的压力。该测点最好在进气歧管中央，保证测量值能代表各缸。有些情况下，进气歧管上的真空助力接头可用作测点。由于压力波动较大，台架安装有稳压腔。

催化器上游的排气总管处，监测排气背压。

（3）排放测点

催化器上游的排气总管处，接废气分析仪，监测总的lambda与排放。

催化器上游的排气总管处安装LA4，快速监测总的lambda。

如果有必要，还要使用燃烧分析仪（包括缸压传感器、角标仪等）进行爆震监控。

2.2 燃油供给系统漏油检查

在系统的供油通路的喷油器与调压阀之间安装油压表，随时检查系统油压是否正确。如果系统油压出现问题，应停止标定工作，保证系统油压正常后方可继续进行。系统油压不足会导致标定的扭矩模型偏差。

3 扭矩精度核查

3.1 台架测试结果有效性

为保证试验数据测量准确符合国标标准试验台架会定期对试验间进行比对，通过对试验间的检测活动及结果进行监控、验证和评价，以持续保持检测活动的有效性和检测结果的准确性和可信度，在实施改进，通过有计划地对检测能力进行验证，监测同一测试人员的操作熟练程度；采用不同的测试方法或者设备测试同一产品，监测方法之间的一致性；组织试验间比对，出具《试验间比对大纲》《试验间比对报告》分析结果的准确性和可靠性；保证测试设备的可溯源性以确保试验测试结果的准确性。

3.2 测试设备精准核查

设备设施核查目的是为使设备检测功能在核查期间内处于正常的工作状态，确保检验结果的准确性和有效性，在设备核查期间对设备进行期间核查，已验证是否保持校准时的状态[1]。

期间核查对象：压力测量通道，热电阻测量通道，热电偶测量通道，测功机转速和扭矩，油耗仪测量指示值，温湿度测量指示值。

3.2.1测功机扭矩精准核查

测功机扭矩是发动机试验过程中十分重要的测量参数，扭矩测量指示值的准确性直接关系到发动机动力性能指标的判定和分析，如标定过程中出现扭矩测试不够精准，需要调节进气量来调整扭矩，促使扭矩达到预定效果，调节进气量则会影响充气模型，所以扭矩的精准核查必须严苛。

扭矩标定使用工具：AVL测功机为例，测功机扭矩标定使用专用砝码，标定臂和托盘。

图2 专用砝码

测功机扭矩误差计算，实际扭矩值按照这个公式计算：

M=m*g*L （1）

式中：

M ----实际扭矩值，N.m；

m ----砝码的质量，kg；

g ----当地重力加速度取9.8 m/s2

L ----悬臂的长度，1.01972米

图3 标定臂

图4 托盘

表1 测功机扭矩核查点

扭矩示值误差WF，示值重复性RF和示值回程差HF按照以下公式计算：

式中：

Tu-转矩测量范围，上限值减去下限值

、-进程中3次扭矩示值的最大值和最小值N.m

图5 转速表

3.2.2转速精度核查

测功机转速精度影响发动机测试过程中的转速的设定，如出现波动情况，扭矩模型无法稳定，充气模型也无法给定相应准确的标定参数，导致模型偏移，匹配失效，保证转速的精准，是必不可少的条件。

测功机转速标定使用工具：转速表（必须拥有省级以上计量单位出具的计量证书）。

测功机转速误差计算：

式中：

n被检测功装置中转速装置转速测量范围上限值，r/min；

n、n被检测功装置中转速装置3次转速的最大值和最小值，r/min。

表2 测功机转速核查点

表3 测功机扭矩转速判定标准

3.2.3压力精度核查

压力变送器的精准决定压力测点是否准确，进排气压力是充气模型主观反馈参数，所以精准核查压力传感器能够保证充气模型的准确性[2]。

压力测量通道期间核查工具：压力标定仪（必须拥有省级以上计量单位出具的计量证书）。

图6 压力标定仪

图7 压力测试示值

压力标定测量点：根据压力通道量程由低压力成线性逐次增加至最大压力量程，测量采集时，正压力量程的压力变送器按满量程的0%，20%，40%，60%，80%，100%进行采点测量；含负压的压力变送器采点时，-100KPa的负量程。按-100KPa的0%，20%，40%，60%，75%进行采点，其它负量程的压力变送器与正值相同，采点测量时记录标定仪加载压力值及台架传感器实际指示压力值。

压力测点误差计算：

压力变送器的测量误差按如下公式进行计算：

ΔA=Ad-Aa（7）

公式中：

ΔA----压力变送器各核查点的测量误差，mA，V或kPa；

Ad----压力变送器各核查点的实际输出值，mA，V或kPa；

Aa----压力变送器各核查点的理论输出值，mA，V或kPa。

基本误差平均值按如下公式进行计算：

ΔA=（ΔA1+ΔA2+ΔA3）/3 （8）

公式中：

ΔA----压力变送器各核查点基本误差平均值，mA，V或kPa；

ΔA1----压力变送器各核查点第一次的测量误差，mA，V或kPa；

ΔA2----压力变送器各核查点第二次的测量误差，mA，V或kPa；

ΔA3----压力变送器各核查点第三次的测量误差，mA，V或kPa。

最大允许误差按如下公式进行计算：

δ=（ΔAmax / R）*100% （9）

公式中：

δ----最大允许误差，%；

ΔAmax——压力变送器各核查点的测量误差的最大值；mA，V或kPa；

R----压力变送器的输出量程，指压力变送器输出上、下限值之差，mA，V或kPa。

误差计算过程中数据处理原则：小数点后保留的位数应以舍入误差小于压力变送器最大允许误差的1/10~1/20为限。判断压力变送器是否合格应以舍入以后的数据为准。

表4 压力测点判定基准

3.2.4热电阻精度核查

热电阻属于低温传感器，测试范围0-200℃，例如：一个未经过核查校准的传感器用在进气温度测量上，充气模型标定的标准与进气温度相关，台架进气温度规定25±2℃，高于25±2℃发动机性能下降，低于油耗增高，需调整进气模型降低油耗，影响充气模型，所以热电阻温度传感器必须经过精准核查后才能继续使用。

热电阻测量通道期间和核查工具：低温计量炉（必须拥有省级以上计量单位出具的计量证书）[3]：

图8 低温计量炉

热电阻测量通道期间核查测量点：一般情况下，根据温度传感器所测温度的范围来设定温度的递增值。如，PT100温度传感器采点测量温度为50℃、75℃、100℃、150℃（不测0℃）。

热电阻测点误差计算：示值偏差=示值温度-采点温度。

表5 热电阻测点判定基准

3.2.5铠装热电偶精度核查

铠装热电偶传感器通常用于测试排气测相关温度，排气温度、涡前温度、涡后温度、催前温度、催后温度，精确反馈排气测温度，汽油机燃烧异常，排气测温度增高需要热点偶传感器准确反馈温度，通过进排气模型标定调整喷油强度控制燃烧，如不能够准确测量模型变化无法及时发现。

热电偶测量通道期间核查工具：高温计量炉（必须拥有省级以上计量单位出具的计量证书）[4]。

图9 高温计量炉

热电偶测量通道期间核查测量点：选取测点是时已200℃往上递增至各传感器所测温度上限（一般以停机值或报警值为准，950℃为最高测量点），计量炉最高操作温度为1200℃，在K型热电偶温度传感器的测量温度范围内，至少选择3个测量点，通常选取测量范围的上下限和中间点，也可根据实际使用的温度范围选取测量温度点（一般已报警值和停机值为准）亦可参考表中选取校准温度点。

热电偶测点误差计算：示值偏差=示值温度-采点温度。

表6 热电偶测点判定基准

3.2.6湿度测试精度对比方法

温湿度传感器是反馈试验环境的大气温度，大气湿度的测量工具，汽油机进气模型中的进气来自于大气，大气的温度湿度直接影响进气模型的选定，所以测试工具温湿度传感器必须经过精准核查后才能使用[5]。

核查工具：标准温湿度传感器（必须拥有省级以上计量单位出具的计量证书）。

温湿度期间核查测量点：

温度值的取点，控制进气空调温度在30℃-50℃之间任取3个点进行测量。

湿度值的取点，控制进气空调温度在30%RH-50%RH之间任取3个点进行测量。

图10 标准温湿度传感器

温湿度测点误差计算：

温湿度传感器、大气压力的测量偏差按如下公式（10）（11）（12）进行计算：

温度测量偏差：

T=TH-TB（10）

公式中：

T——温度示值偏差，单位℃；

TB——标准温湿度传感器温度示值，单位℃；

TH——被核温湿度传感器温度示值，单位℃。湿度测量偏差：

PH=PHH-PHB（11）

公式中：

PH——湿度示值偏差，单位%RH；

PHB——标准温湿度传感器湿度示值，单位%RH；

PHH——被核温湿度传感器湿度示值，单位%RH。

大气压力测量偏差：

P= PH-PB（12）

公式中：

P——大气压力示值偏差，单位hPa；

PB——标准大气压力计示值，单位hPa；

PH——被核大气压力计示值，单位hPa。

表7 温湿度测点判定基准

4 结论

本文详细介绍了测功机（扭矩、转速）、油耗仪、高低温温度传感器、压力变送器、温湿度传感的校验方法。如这些设备中测试不够精准将无法满足汽油机各模型标定需求，导致汽油机模型出此时需要调整标定模型进行及时修正，才能确保发动机模型准确。所以在日常台架测试中精准核查，确保测量设备精准可靠至关重要，为保证数据真实有效，将最精准数据反馈给测试人员。

[1] JJG 653-2003,测功装置检定规程[S].

[2] JJG 882-2004,压力变送器[S].

[3] JJG 229-2010,工业铂、铜热电阻[S].

[4] JLF 1262-2010,铠装热电偶技术规范[S].

[5] 于洪兵,程斌.力帆520轿车481发动机下进气台架试验分析[J].山东工业技术,2016(20):27.

Analysis on the calibration method and influence of bench test accuracy

Cao Shilong1,2, Qin Fen1,2, Zhang Yonghui1,2, Yi Shixiong1,2, Wang Jiwei1,2,Wang Ruiping1,2

( 1.Ningbo Geely Royal Engine Components Co. Ltd., Zhejiang Ningbo 315336; 2.Zhejiang Geely Royal Engine Co. Ltd., Zhejiang Ningbo 315800 )

Bench testing is the most important part of engine development, and the test data can fully feed back the overall performance of the engine. The fuel economy, power performance, and comfort of the engine NVH test feedback can all be accurately fed back in the bench test. The accuracy of the equipment is the key requirement for obtaining effective data. The article fully introduces the verification methods and requirements of measuring tools.

Fuel economy;Dynamic property;Equipment accuracy; Pressure measurement and calibration

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.037

U464

A

1671-7988(2021)07-116-05

U464

A

1671-7988(2021)07-116-05

曹士龙，就职于宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司。