1．引言
汽車技術的發展很大程度上取決于試驗技術的發展。國外技術處于領先地位的汽車公司都擁有先進的測試技術和完整的試驗設施，尤其擁有由相當數量試驗臺架組成的發動機實驗室。發動機測試指標眾多，發動機測試技術是汽車測試技術的一個重要組成部分，也是最復雜的一個部分。衡量發動機動力性和經濟性的指標主要有：功率、扭矩、轉速、燃油消耗等，在發動機常規性能試驗中測量的參數有發動機的功率、扭矩、轉速、燃油消耗量和燃油消耗率、燃油溫度、潤滑油壓力和溫度、進氣壓力和溫度、排氣溫度和壓力、冷卻水的進出口溫度等。
發動機的各種參數通過各種類型的傳感器實時測量，現代高水平的試驗室可同時測量上百個參數；有些參數可直接測量得到，有些參數需根據測量到的參數和公式進行計算得出。現代測試設備一般都提供數據的后處理，可按用戶要求提供所需數據的最終處理結果，以表格和曲線等形式出現。
本文針對汽車發動機測試中的熱工性能指標，設計了汽車發動機熱工性能測試系統，該系統可對汽車發動機的多點溫度、壓力、流量等進行檢測，并能顯示參數的實時曲線，可自動進行數據處理和生成報表，整個測試系統結構簡單，操作方便，可靠性好，精度較高。
2．測試內容
2．1 冷卻水流量測量：冷卻水的最大溫度為150℃；最大流量為10m3/h；管徑：φ30。特點：管路空間比較狹小，無前后直管段、測量時不改變原管路結構，以保證管路阻力特性不變。測量精度：±0.5％～2％；測量點數：1 點。
2．2 壓力測量及數據采集：介質為冷卻水；最大壓力：2.0kgf/cm2；特點：傳感器安裝空間小，要求壓力傳感器的尺寸較小； 精度：±1％；測量點數：2 點。
2．3 溫度測量：需要測量冷卻水、發動機表面、內部環境等多處溫度，測溫范圍：1000℃；精度：±1℃，測量點數：100 點。
2．4 電壓測量：檢測蓄電池、風扇等的電壓，測量范圍：0～15VDC；測量精度：±0.1V；測量點數： 2 點。
2．5 冷卻風量測量：要求測量冷凝器前的進風量，在冷凝器表面一定的截面積（450×800）范圍內，測量出各點的風速的分布和風量；測點布置：≤20 點。風速測量范圍：15m/s（峰值50m/s）,測量精度：±2.5％
2．6 濕度測量：測量當時環境的濕度，測量精度±2%。點數：1 點。
2．7 車速測量：系統具備在線車速測量功能，測量范圍：10km/h～160km/h，點數：1 點。
3．測試系統設計
本測試系統由三層結構組成，分別為：測量與變送層、數據采集與信號轉換層，以及數據處理層。測試系統的結構如圖1 所示。

測量變送層由各類傳感器組成，分別為壓力傳感器、超聲波流量計、熱電偶、電壓傳感器、風速測速傳感器（風速計）等。上述的傳感器中，大多可采用標準的傳感器進行檢測，但發動機的冷卻風量檢測傳感器設計比較困難。原因有以下幾點：1）電磁干擾強，汽車發動機附近電磁干擾非常強，筆者曾打開汽車前蓋，啟動發動機，將電磁式風速儀放在汽車發動機附近，在無風條件下，因電磁干擾，該風速儀顯示最大風速為3 米/秒。2）高溫環境，發動機附近的高溫，使一般電子元件不能正常工作。3）檢測位置狹小，檢測裝置厚度不能超過25mm。
由于上述原因，市場上的風量檢測傳感器顯然不能滿足需求，只有自行設計。根據需求設計如下：為克服汽車內部的高溫和強電磁干擾，選用耐高溫的反射式光電傳感器，檢測信號通過高溫屏蔽信號線傳輸到放大整形電路，然后后送CPLD，通過對CPLD 編程，實現對多路頻率信號進行檢測。如圖2 所示。