發動機測試試驗室環境自控邏輯設計
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摘 要：基于發動機臺架試驗運行的環境需求，在不同試驗狀態下，設計對應的環境自控邏輯。以保障發動機正常試驗并又降低環境能源介質的消耗。
關鍵詞：發動機試驗室;自控邏輯;測試環境
1 前言
在國家法規和政策對汽車排放及燃油經濟性越加嚴苛的今天，發動機作為汽車的核心部件，越來越多的汽車企業開始新建更多的發動機測試試驗室。以提升測試技術和測試產能，并加快動力產品的更新迭代，最終使其符合國家排放和燃油經濟性要求。但是隨著測試試驗室的增加，運行能耗會大幅上升，試驗成本跟隨能耗也大幅上升。如何實現發動機測試試驗室的低能耗運行，這對車企提出了很大的挑戰。
2 發動機測試試驗室概述
發動機測試試驗室可以模擬發動機在整車狀態的運行，試驗分時序起動、閉環調節至額定轉速、功率提取三個環節進行[1]。由試驗室的各種設備提供運轉所需的冷卻介質、電、氣和汽油等能源介質。一個完整的發動機測試試驗室一般由控制間、測試間和設備間組成。控制間用于試驗的監控，測試間為試驗執行的主體，設備間為試驗的執行提供輔助。
發動機測試試驗室一般用于新發動機的功能性和耐久性試驗，在試驗運行過程中會消耗大量的能源介質，這些能源介質的消耗是發動機試驗的主要成本之一。
3 發動機測試試驗室環境需求
發動機試驗室環境控制主要由試驗室房間進風調節器、發動機燃燒空氣調節器、冷卻循環風機、尾氣排風機、冷凍水供給和冷卻水供給等設備構成。這些設備來滿足發動機臺架試驗室的環境需求。
3.1 進氣供給量流量要求
不同功率大小的發動機對燃燒空氣的供風流量需求和測試室進風流量要求也不同。
以大眾汽車發動機為例，發動機燃燒空氣供風流量需求為：150kW及以下發動機為1000m?/h、150kW-200kW（含）發動機為1100 m?/h、200kW-250kW（含）發動機為1300 m?/h。
試驗室進氣流量需求為：100kW及以下發動機為3060 m?/h、100kW-150kW（含）發動機為4200 m?/h、150kW-200kW（含）發動機為4800 m?/h、200kW-250kW（含）發動機為5500 m?/h。
發動機功率越大，發動機做功燃燒所需空氣流量和試驗室進氣流量也越大，根據不同功率的發動機設計對應進氣流量，最終使進氣風機自動根據試驗發動機的功率進行流量供給，可以很好的節約成本。
3.2 尾氣排風流量要求
當發動機在試驗室運行過程中，會有尾氣釋放，這就需要將這些尾氣排出試驗室。同理，不同功率的發動機，房間對其尾氣的排風量也不同。根據不同功率的發動機設計對應排氣流量，最終使排氣風機自動根據試驗發動機的功率進行變頻，通過變頻達到切換不同排風流量的目的，可以很好的節約成本。發動機功率與尾氣排風流量對應關系為：100kW及以下發動機為4300 m?/h、100kW-150kW（含）發動機為5500m?/h、150kW-200kW（含）發動機為6200 m?/h、200kW-250kW（含）發動機為7100 m?/h。
4 發動機實驗室環境自控邏輯設計
發動機試驗室可以分為三個狀態，靜止狀態、準備運行狀態和測試運行狀態。由于試驗室在不同狀態下，需求的環境要求不同，出于節約能源考慮，設計不同的狀態下的環境控制邏輯。
4.1 靜止狀態和準備運行狀態
臺架靜止狀態或準備運行狀態時，會通過總線協議會傳送“臺架靜止狀態”或者“準備運行狀態”指令。
保證滿足以下功能：
（1）保證房間供風最小檔，滿足最小空氣交換量;（2）燃燒空氣供氣關閉;（3）尾氣排風機置于最小檔（尾氣排放流量=1.05 x 房間進氣流量），對房間壓力沒有控制;（4）房間溫度控制系統不工作，冷卻循環風機關閉;（5） 安全保障系統積極運行;（6）壓縮空氣供給（主閥門）是打開的;（7）冷凍水循環K8（8攝氏度）的截流閥是打開的;（8）發動機冷卻水循環K40（40攝氏度） 的截流閥是打開的。
即當環境控制系統收到發動機試驗室處于靜止狀態或準備運行狀態時，環境控制會對房間進風調節器、燃燒進氣調節器、尾氣排風機、溫度控制系統、安全保障系統、壓縮空氣供給電磁閥、冷凍水和冷卻水供給電磁閥根據上述需求發出對應的控制命令。并通過執行器來反饋執行情況。
4.2 測試運行狀態
臺架在測試運行狀態，會通過總線協議發送“臺架測試運行”指令。發動機可以啟動。通過臺架測試程序實現發動機負荷的預選。
所有功能都正常的時候，臺架才可以成功運行。
必須保證以下功能：
（1）根據選擇的發動機功率給房間進行供氣;（2）根據選擇的發動機功率進行燃燒空氣供氣;（3）尾氣排風機控制房間壓力在-20 Pa;（4）房間溫度控制系統積極運行，冷卻循環風機時開啟的;（5）安全系統積極保障;（6）壓縮空氣供給（主閥門）是打開的;（7）冷凍水循環K8的節流閥是打開的;（8）發動機冷卻水循環K40的節流閥是打開的。
同理，即當環境控制系統收到發動機試驗室處于靜止狀態或準備運行狀態時，環境控制會對房間進風調節器、燃燒進氣調節器、尾氣排風機、溫度控制系統、安全保障系統、壓縮空氣供給電磁閥、冷凍水和冷卻水供給電磁閥根據上述需求發出對應的控制命令。并通過執行器來反饋執行情況。
在測試運行過程中，有可能產生易燃易爆的介質（例如汽油）泄漏，為了防止這些易燃易爆的介質散發到試驗間外，故在測試運行過程中始終保證試驗間的負壓環境，以此來保障危險介質不會泄漏出測試間。
5 結束語
發動機試驗室環境自控系統根據不同試驗發動機的功率大小，自動調節環境進排風機的功率。不再是以往固定的風機大功率針對所有功率試驗發動機，最終通過該邏輯控制實現“因機耗功”，可以很好的降低試驗風機用電能耗。同時以試驗室靜止、準備運行及測試運行狀態這三個狀態來，決定不同環境設備的開關程度，最終通過該邏輯實現“因態耗功”來降低介質供給和能耗。
參考文獻：
[1]錢小娟.某型APU控制系統的設計與臺架試車[J].航空兵器，2008（03）.
作者簡介：王燁（1991-），男，浙江紹興人，本科，助理工程師，研究方向：發動機測試臺架。
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