发动机性能试验处理及方法

进行处理。结果表明，采用最小二乘分段拟合和3次样条插值的方法对发动机试验数据进行曲线拟合，能较好地反映发动机实际工况，并可以用该方法绘制发动机转速调节特性曲线、外特性扭矩曲线及万有特性图。为研究发动机性能及绘制发动机特性曲线提供了简单可行的方法。关键词：稳态工况；万有特性曲线；三维绘图

Engine Performance Test Processing and Method

Abstract: Computer simulation technique can provide simulation environments for all kinds of engine systems, substitute many tests, save test cost and quicken production development. Using Matlab powerful functions of data processing and drawing, based on the average model and engine mathematical model, the test data processing of engine performance is done. The result shows that adapting the method of least squares subsection and Cubic spline interpolation the engine test data is proceeded. And this can reflect the actual mode of engine. By using this method engine rotating speed regulation characteristic curve, external characteristics torque curve and cross sectional characteristic curve can be drawed. It provides simple and feasible method to research engine performance and engine characteristic curve drawing.Key words: Steady-state mode; Cross sectional characteristics curves; Three-dimensional drawing

近些年为了提高发动机性能，降低开发成本，计算机仿真技术在开发工作中得到了非常广泛的应用。数据处理是发动机性能试验的一个重要内容，是测得发动机各项指标进行动力性、经济性仿真分析的前提和基础。试验数据处理的正确与否，决定了能否达到试验目的和能否得出正确的结论。因此，发动机试验数据利用Matlab的强大功能，采用的处理必须准确可靠[1]。

最小二乘分段拟合的方法对发动机试验数据进行了曲线拟合，并与实测数据进行对比分析以验证其正确性。

气门开度21等分，发动机转速41等分。利用命令

Te=interp2（a, ne, Te, ai, nei, ‘spline’），将上述数据绘对应制成的空间曲面图，表示发动机二维变量（a, ne）的输出转矩，即为发动机在稳态工况下的输出转矩，如图1所示。

2oo转矩／（N·m）f5ofoo5oo

1 发动机数学模型

发动机的外特性曲线是节气门开度和发动机转

1.1 发动机输出转矩的数学模型

速的函数。在一定的节气门开度下，发动机输出转矩曲线可用3次样条插值拟合达到满意的精度。因此可用有限的试验数据建立发动机的数值模型。由于条件所限，节气门开度和发动机转速的坐标向量

分别为：a=[0:10:100]，ne=[800:400:4 800]。拟合时，[ai, nei]=meshgrid(0:5:100,800:100:4 800)，即节

一5o6 ooo

4 ooo

转速／（r／min）2 ooo

foo

2o节气门开度／（%）

图1 发动机稳态输出转矩空间曲面图

1.2 传统汽车的能量消耗计算模型

由于传统汽车是单一动力源，其能量消耗反映到

- 40 -

燃油消耗，计算公式为：

（1）

式中： Pe——发动机功率，kW；

be（t）——发动机比油耗，g/

（kW·h）。发动机的比油耗值是与发动机工作点密切相关

的。发动机的比油耗和效率为倒数关系，即：

式中： flhvJ/g；

be opt——发动机理论燃烧值（100%效率值），

柴油机为84 g/（kW·h），汽油机为77 g/（kW·h）； ηe

（t）——发动机工作效率。

综上，式（1）也可以表示成关于发动机效率的

函数，即：

（2）

2 发动机转速调节特性是指当需求特性的功率变化

时，独立地调节传动装置的传动比，使发动机输出转速被稳定地维持在给定的工作点或者指定的工作模式。如在每一个发动机节气门开度下，要求发动机都保持在最低油耗的转速下工作，此时，发动机节气门开度与发动机转速的关系为发动机最佳经济性转速调节特性；如在每一个发动机节气门开度下，发动机都能在输出最大功率的转速下工作，则发动机节气门开度与发动机转速的关系为发动机最佳动力性转速调节特性。这2条特性曲线对应变速器2种不同的工作模式，即经济模式和动力模式。对二者折中为驱动模式，其经济性和动力性介于前两者之间，在试验阶段再对数据做修正[2]。

发动机转速调节特性曲线，如图2所示。发动机经济工作模式或动力工作模式上的点，都是汽车在一定工况下行驶时，发动机的稳态工作点。因此，在仿真分析与实际控制中都要注意。

6 ooo

5 5oo最佳经济性曲线）

n5 ooo最佳动力性曲线

im／r（4 5oo／速4 ooo转机3 5oo动3 ooo发2 5oo2 oool 5ool oooolo2o3o

节气门开度／（4o5o%6o）

7o8o9oloo

图2 发动机转速调节特性曲线

在试验数据处理时，根据已知数据找出相应函数

的系数，通过曲线拟合的方法得到指标参数之间的函数关系。根据发动机性能试验所得数据，可得出发动机有效性能指标随转速变化的规律——发动机调速特

性曲线，包括扭矩—转速（Te—n）曲线、功率—转速（Pe—n）曲线、耗油量—转速（Qt—n）曲线、油耗率—转速（b—n）曲线。这些特性曲线都可以用最小二乘法多项式拟合方法进行曲线拟合。当试验数据有拐点或者不圆滑、不规则，但又不便于圆整时，用分段拟合的方法，以

得到比较高的拟合精度。例如，节气门开度为3%的某发动机的调速特性部分试验数据如下：

用Matlab程序计算Ne和ge的值，并绘制其关系曲线Te=f(n)，Pe=f(n)，Qt=f(n)，b=f(n)。

n=[1 000 1 100 1 200 1 300 1 400 1 500 1 600]

Te=[18.2 15.1 11.1 8.7 6.1 4.4 3.5]Pe=Te×n/9 549

Qt=[0.79 0.77 0.77 0.78 0.78 0.79 0.80]b=Qt/Pe×1 000subplot(2,2,1)

[AX,H1,H2]=plotyy(n,Te,n,Pe, ‘plot’)xlabel('n(r/min)‘)

set(get(AX(1),’Ylabel’),’String’,’Te(N·m)’)set(get(AX(2),’Ylabel’),’String’,’Pe(kW)’)grid onsubplot(2,2,2)

[AX,H3,H4]=plotyy(n,Qt,n,b,’plot’)xlabel(’n(r/min)’)

set(get(AX(1),’Ylabel’),’String’,’Qt(kg/h)’)set(get(AX(2),’Ylabel’),’String’,’b(g/kW·h)’)grid on

以上程序将输出Pe，Qt，ge的值，并得参数关系曲线，如图3所示。从图3中可以看出各曲线在n=1 400 r/min附近出现拐点，拐点后近似于直线，由此可采用分段多项式拟合。具体方法参见文献[3]。

202

0.82l 400)

)1)

mP0.8ll 200

)

l0e

1/0.80WNkgkTl

k0.79bl 000

800

(//(eeP(//get0.78Q(TQt

600/b0l 000l 200n/(r/min)

l 400l 6000

0.77l 000l 200400n/(r/min)l 400l 600

图3 描点法绘制的性能参数关系曲线3 发动机万有特性的拟合与作图

为了更直观地了解发动机在各种工况下的燃油经

济性，以便对发动机进行评价和选用，常将不同转速

- 41 -

908070 Te/(N·m)

[1**********]01 000

2 000

3 0004 000

n/(r/min)

下的若干负荷特性或不同节气门开度下的速度特性，转化为万有特性。万有特性图属于三维绘图中的等值线图，其流程，如图4所示；万有特性图，如图5所示。发动机万有特性曲线的绘制是在前面的模型和运算之后进行的，主要命令[4]如下：

newi = min(new):100:max(new)；Tewi = interp1(new, Tew, newi, 'spline');plot(newi,Tewi,'LineWidth',2);contour (nei,Tei,gei,25)；contour(nl,Tel,Pel,10,'--');

5 0006 000

图5 发动机万有特性图

4 结论

文章介绍了发动机性能试验数据处理及方法，最

小二乘分段拟合和3次样条插值等方法对发动机试验数据进行曲线与曲面的拟合，能提高数据处理的精度。但是随着拟合条件增加，插值法和线性最小二乘法对多维数据进行曲面拟合有可能出现奇点。

利用Matlab提供的绘图命令，对发动机性能试验数据进行处理、拟合与作图，则可方便迅速地绘出所需的发动机各种性能曲线，大大提高工作效率。

参考文献

[1] 席新明．Matlab在发动机性能试验数据处理中的应用[J]．西北农

业学报，2002，11（3）：138-142．

[2] 周云山，于秀敏．汽车电控系统理论与设计[M]．北京：北京理工

大学出版社，1999，224-282．

[3] 陈军，师帅兵．发动机性能试验数据处理方法的研究[J]．西北农

林科技大学学报：自然科学版，2001（4）：115-117．

[4] 阮沈勇，王永利，桑群芳．MATLAB程序设计[M]．北京：电子

工业出版社，2004．

（收稿日期：2009-09-25）

（上接第14页）

间以比日韩相对低的速度来完成这个普及化进程，乘用车内需增长率大致相当于GDP增长率的1.5倍。

销售量／万辆增长率／％o

在15%左右。分时间段看，上半年更好些，增长惯性与政策稳定；下半年有不确定性，主要是宏观政策，如果出现通货膨胀，会适度收紧。由于产能制约，特别是上半年，导致价格相对稳定，企业效益将继续保持良好状态。

综合乘用车市场和商用车市场走势判断，预计2010年我国汽车总需求将达到1 150万辆，同比增长13.1%，如表6所示。

时间／年

图6 乘用车内需和增长率

综合来看，乘用车第2个高速期的年均增长速度

（收稿日期：2010-01-05）

- 42 -

发动机性能试验处理及方法

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

雷刚， LEI Gang

武汉理工大学汽车学院汽车工程师TIANJIN AUTO2010(1)

1.阮沈勇;王永利;桑群芳 MATLAB程序设计 2004

2.陈军;师帅兵发动机性能试验数据处理方法的研究[期刊论文]-西北农林科技大学学报(自然科学版) 2001(04)3.周云山;于秀敏汽车电控系统理论与设计 1999

4.席新明 Matlab在发动机性能试验数据处理中的应用[期刊论文]-西北农业学报 2002(03)

1. 陈军.师帅兵.席新明.田晓琴发动机性能试验数据处理方法的研究[期刊论文]-西北农林科技大学学报(自然科学版)2001,29(4)2. 易雪梅.吴伶用MATLAB语言绘制发动机万有特性的两种方法[期刊论文]-北京汽车2005(5)3. 江发潮.陈全世.曹正清发动机特性数值仿真方法的研究[期刊论文]-车用发动机2004(4)

4. 周广猛.郝志刚.刘瑞林.陈东.管金发.张春海.ZHOU Cuang-meng.HAO Zhi-gang.LIU Bui-lin.CHEN Dong.GUAN Jin-fa.ZHANG Chun-hai 基于MATLAB的发动机万有特性曲线绘制方法[期刊论文]-内燃机与动力装置2009(2)

5. 严运兵.孙文凯.刘旺.张光德.YAN Yun-bing.SUN Wen-kai.LIU Wang.ZHANG Guang-de 发动机性能试验数据的处理与建模[期刊论文]-内燃机工程2007,28(6)

6. 王英.范玉成.Wang Ying.Fan Yucheng 基于发动机特性建模的研究[期刊论文]-农业装备与车辆工程2006(9)7. 席新明 Matlab 在发动机性能试验数据处理中的应用[期刊论文]-西北农业学报2002,11(3)8. 陈志鹏.钱立军.CHEN Zhi-peng.QIAN Li-jun 发动机图像数据提取[期刊论文]-汽车科技2008(1)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_tjqc201001012.aspx

发动机性能试验处理及方法

相关内容

热门内容