СибАДИbek.sibadi.org/fulltext/esd435.pdf · 2018. 2. 9. · ГОСТ 14846 – 81...

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)»

СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ

ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Учебно-методическое пособие 2-е изд., деривативное

Составители: А.Л. Иванов В.И. Подгурский В.А. Каня С.С. Войтенков

Омск 2017

СибАДИ

УДК 621.43 ББК 31.365 С79

Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Р. Ведрученко (ОмГУПС)

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве учебно-методического пособия.

C79 Стендовые испытания двигателей внутреннего сгорания [Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / сост. : А.Л. Иванов, В.И. Подгурский, В.А. Каня, С.С. Войтенков – Электрон. дан. – Омск : СибАДИ, 2017. – Режим доступа: http://bek.sibadi.org/fulltext/esd435.pdf, свободный после авторизации. – Загл. с экрана.

ISBN 978-5-00113-054-3.

Позволяет обучающимся изучить устройство и принцип действия стендов для снятия нагрузочных, регулировочных и скоростных характеристик двигателей внут-реннего сгорания.

Дана методика проведения стендовых испытаний по определению мощностных и экономических показателей двигателей внутреннего сгорания и порядок обработки экспериментальных данных.

Имеет интерактивное оглавление в виде закладок. Содержит видеофрагменты обучающего и демонстрационного характера, которые воспроизводятся с помощью проигрывателя Windows Media. Рекомендуется для бакалавров и магистров всех форм обучения, по дисциплинам «Теория рабочих процессов в ДВС», «Транспортная энергетика», «Рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания», «Энергетические установки автомобилей и тракторов», «Энергетические установки дорожных и строительных машин», направлений подготовки «Наземные транспортно-технологические комплексы», «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов», «Наземные транспортно-технологические средства», «Технология транспортных процессов», «Профессиональное обучение», «Энергетическое машиностроение». Также может быть полезно для обучающихся других технических специальностей и направлений.

Подготовлено на кафедре «Тепловые двигатели и автотракторное электрообо-рудование».

Мультимедийное издание (2,2 МБ) Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/7/10 ;

DVD-ROM ; 1 ГБ свободного места на жестком диске ; программа для чтения pdf-файлов Adobe Acrobat Reader ; Internet Explorer

Редактор О.А. Соболева Техническая подготовка Н.В. Кенжалинова

Издание 2-е, деривативное. Дата подписания к использованию 26.12.2017 Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5

РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2008 ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2017

Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информации, причиняющей вред

их здоровью и развитию» данная продукция маркировке не подлежит.

СибАДИ

Ссылки на видео внутри работы кликабельны

Введение

Учебно-методическое пособие по испытанию и снятию характе-ристик двигателей внутреннего сгорания выполняется с целью усво-ения теоретических разделов дисциплины «Теория рабочих процессов в ДВС», «Транспортная энергетика», «Рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания». Студенты получают знания, умения и навыки проведения диагностики и испытаний бензиновых и дизельных дви-гателей внутреннего сгорания.

По своему содержанию является пособием к проведению лабо-раторных работ, направленных на выработку у студентов навыков проведения испытаний двигателей и способности к самостоятельному объективному анализу данных, получаемых при проведении испыта-ний.

Выполнение работ базируется на знании устройства двигателей внутреннего сгорания и основных положениях теории рабочих про-цессов ДВС.

1. Техника безопасности и противопожарные меры при выполне-нии лабораторных работ

В целях обеспечения безопасности при проведении испытаний двигателя студенты перед выполнением первой работы должны пройти инструктаж по технике безопасности и противопожарным мерам. Инструктаж регистрируется в специальном журнале с распиской каждого студента о том, что он ознакомлен с правилами и обязуется их выполнять. Студенты, не прошедшие инструктаж, к выполнению практических заданий не допускаются.

При выполнении лабораторных работ возможными источниками опасности могут быть:

вращающиеся детали двигателя и стенда; ядовитые и легковоспламеняющиеся материалы, применяемые

в системе питания, смазки и охлаждения двигателя; горячие детали выпускной системы и системы охлаждения

двигателя; высокое напряжение в системе зажигания двигателя; электрическое напряжение в системе питания и управления

стенда; токсичные отработавшие газы двигателя.

СибАДИ3

Студенты обязаны строго выполнять следующие правила по технике безопасности и противопожарным мерам:

1. Во избежание ожогов не следует касаться нагретых стеноквыхлопных труб, коллекторов, термопар и др.

2. При работе двигателя запрещается касаться вращающихсядвигателей или узлов.

3. Пуск двигателя можно производить только с разрешения пре-подавателя.

4. Категорически запрещается пользование открытым огнем, атакже курение в помещении лабораторий.

5. Запрещается бесцельное включение приборов, измерительнойаппаратуры, кнопочных пускателей, рубильников и переключателей, а также прикосновение ко всем токоведущим элементам исследова-тельского стенда.

6. При обнаружении неисправностей в работе механизмов си-стем двигателя, измерительной аппаратуре, при появлении посторон-них стуков в приводных соединительных узлах следует доложить преподавателю и/или учебному мастеру, а при явно выраженной не-исправности немедленно остановить двигатель и выключить всю ап-паратуру.

7. В случае попадания топлива или тосола на кожный покровследует немедленно смыть с кожи теплой водой с мылом.

8. В случае легкой травмы (порезы кожного покрова, удары,ожог) нужно немедленно применить средства, имеющиеся в аптечке лаборатории, а в случае серьезной травмы необходимо срочно обра-титься в медпункт института или вызвать скорую помощь.

9. В случае пожара нужно накинуть на очаг пламени кошму ииспользовать огнетушитель и песок. При этом двигатель следует не-медленно заглушить и отключить топливные баки.

2. Классификация характеристик двигателейвнутреннего сгорания

Условия эксплуатации транспортных средств диктуют необхо-димость частых изменений режимов движения. Поэтому двигатели обычно работают на установившихся режимах лишь короткие проме-жутки времени, часто переходя с одного режима на другой, причём скоростные и нагрузочные режимы могут изменяться независимо друг от друга. Это означает, что при любой частоте вращения колен-чатого вала двигателя (от минимально устойчивой до максимальной) нагрузка двигателя может также изменяться от нулевой до макси-мальной.

СибАДИ4

Для определения динамических и экономических показателей, а также оценки регулировочных параметров проводятся стендовые испытания двигателей. Испытания проводятся в соответствии с дей-ствующими нормативными документами и ГОСТами.

На показатели работы двигателя одновременно воздействует большое число факторов, учесть совместное влияние которых прак-тически невозможно. Поэтому испытания проводят при задании неко-торых неизменных условий (постоянный скоростной режим двигате-ля, постоянное положение органа управления подачей топлива и т.п.). Результаты испытаний принято представлять в виде графической за-висимости параметров.

Характеристикой двигателя называется графическая зависи-мость одного или нескольких параметров работы двигателя от неко-торого фактора (параметра), выбираемого в качестве независимого и непосредственно изменяемого экспериментатором в ходе испытаний.

Название и вид характеристики определяется независимой пе-ременной, в качестве которой выбирается один из эксплуатационных или конструктивных факторов (частота вращения коленчатого вала, мощность, расход топлива, угол опережения зажигания (впрыска), ко-эффициент избытка воздуха и др.). В зависимости от того, какой па-раметр является независимой переменной и задаётся экспериментато-ром при проведении испытаний, характеристики двигателя делят на три основные группы: скоростные, нагрузочные и специальные.

В характеристиках первой группы независимая переменная – частота вращения коленчатого вала двигателя; эти характеристики снимаются как при полной, так и при частичных нагрузках. Наиболь-ший интерес представляет скоростная характеристика, получаемая при полной нагрузке; она называется внешней и показывает, какие наибольшие значения мощности и крутящего момента может разви-вать двигатель при различных частотах вращения коленчатого вала и какой при этом будет часовой и удельный расход топлива.

В характеристиках второй группы независимая переменная – нагрузка на коленчатом валу двигателя. Нагрузка при испытаниях за-даётся углом открытия дроссельной заслонки (для двигателей с ис-кровым зажиганием) или перемещением рычага управления подачей топлива насоса высокого давления (для дизелей). Нагрузка характери-зуется значениями эффективной мощности, среднего эффективного давления или эффективного крутящего момента. Нагрузочная харак-теристика позволяет судить об экономичности двигателя на наиболее часто встречающихся в эксплуатации режимах работы двигателя (с неполной нагрузки).

СибАДИ5

Характеристики третьей группы разнообразны и снимаются с двигателя для выбора оптимальных условий его работы, широко при-меняются при проведении научно-исследовательских работ.

В качестве зависимых переменных обычно принимаются эффек-тивная мощность, крутящий момент, часовой и удельный расходы топлива.

3. Виды и объём испытаний

Двигатели подвергают следующим основным испытаниям: приёмосдаточным; периодическим; типовым. Приёмосдаточные испытания проводят с целью контроля каче-

ства сборки и регулировки двигателей. Они должны включать опре-деление мощности, удельного расхода топлива и давления масла при номинальной частоте вращения и положении органов управления по-дачей топлива, соответствующим полной подаче топлива, а также максимальной частоты вращения холостого хода и давления масла при минимальной устойчивой частоте вращения холостого хода.

Периодические испытания проводят с целью контроля соответ-ствия показателей двигателей техническим условиям на двигатели конкретных марок.

При периодических испытаниях определяют: номинальную мощность, максимальный крутящий момент,

внешние скоростные характеристики мощности и крутящего момента. Для серийного двигателя номинальная мощность, максимальный кру-тящий момент и внешние скоростные характеристики считаются под-твержденными, если их значения отличаются от указанных в техниче-ской документации на двигатель или автомобиль в пределах ±5%;

нагрузочную характеристику при частоте вращения, соответ-ствующей максимальному крутящему моменту двигателя;

характеристику холостого хода; регуляторную характеристику (для дизелей). Типовые испытания проводят после внесения в конструкцию

или технологию изготовления двигателя изменений, которые могут повлиять на параметры двигателя, указанные в технических условиях, с целью оценки эффективности и целесообразности внесенных изме-нений. Испытания следует проводить по программе периодических испытаний или по специальной программе, согласованной с потреби-телем.

СибАДИ6

4. Условия и правилапроведения испытаний двигателей

Условия, методы и правила испытаний двигателей изложены в ГОСТ 14846 – 81 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых ис-пытаний» и ГОСТ 18509 – 88 «Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний» ( http://engenegr.ru/gost-14846-81, http://k-a-t.ru/PM.01_mdk.01.01/4_dvs_ispytanie_obkatka2/index.shtml).

При испытаниях используется метод торможения работающего двигателя за исключением определения характеристики холостого хода, минимальной устойчивой частоты вращения холостого хода и пусковых качеств.

Марки топлива и масла, а также вид и (или) марка охлаждаю-щих жидкостей, применяемых во время испытаний, должны соответ-ствовать требованиям технических условий на испытуемый двига-тель.

Топливо и масло должны соответствовать требованиям стандар-тов или технических условий. Их физико-химические показатели удо-стоверены паспортом или протоколом испытаний.

Температура охлаждающей жидкости на выходе из дизеля с жидкостным охлаждением поддерживается в пределах, указанных в технических условиях на испытуемый двигатель, а при отсутствии таких указаний (90±5) °С.

Температура масла в поддоне, или на выходе из двигателя, или перед масляным радиатором должна поддерживаться в пределах, ука-занных в технических условиях на испытуемый двигатель, а при от-сутствии таких указаний (90±5) °С.

Атмосферное давление, температура и влажность окружающего воздуха во время испытаний находятся в пределах, указанных в тех-нических условиях на испытуемый двигатель.

Показания с приборов снимаются при установившемся режиме работы двигателя, при постоянных показаниях всех приборов. Значе-ния крутящего момента, частоты вращения и расхода топлива должны определяться одновременно. При ручном управлении стендом продолжительность измерения расхода топлива, как правило, составляет 30 с.

При каждом испытании число точек измерений должно быть до-статочным для того, чтобы при построении характеристик выявить форму и характер протекания кривой во всем диапазоне обследуемых режимов. Как правило, необходимо получить не менее 8 равномерно расположенных опытных точек. В области значительных изменений показателей интервалы между опытными точками уменьшают.

СибАДИ7

5. Обработка результатов испытаний

Результаты измерений и расчетов заносят в протокол (прил. 1). По данным измерений, полученным при испытании двигателя, а

также по результатам расчетов величин, определяемых аналитически, строят графики необходимых зависимостей (характеристики двигате-ля). Опытные точки наносят на график (например, Ме и Gт). На гра-фических зависимостях величин, получаемых в результате расчетов (например, Nе и gе), точки на графике не ставят.

Формулы для расчёта и единицы измерения параметров исполь-зуются в соответствии с ГОСТ 14846 и ГОСТ 18509 на испытания двигателей.

1. Крутящий момент двигателя Ме, Н·м рассчитывают по фор-муле

,lPM e вес (1)

где ,весвес gmP тормозная сила, приходящаяся на конец плеча в месте расположения весового измерительного устройства тормоза, Н; l плечо весового устройства тормоза, м (для используемых в данной работе стендов l = 0,7162 м); mвес – показание измерительного устрой-ства тормоза, кг; g – ускорение свободного падения, м/c2 (принимаем g=9,81 м/c2).

2. Эффективная мощность двигателя Nе, кВт рассчитывается поформуле

9550Ne

nM e , (2)

где n частота вращения коленчатого вала, мин -1. 3. Определение часового расхода жидкого топлива GT, кг/ч про-

водят по приборам, непосредственно показывающим расход, или по формуле (для весового способа измерения)

G

G

6,3T , (3)

где G – масса контрольной порции топлива, г; τ– время расхода контрольной порции топлива, с.

СибАДИ8

4. Удельный расход топлива gе, г/(кВт·ч) рассчитывается поформуле

3T 10e

e N

Gg , (4)

где Ne мощность, определенная при испытаниях, кВт. 5. Часовой расход воздуха Gв ,кг/ч определяется из выражения

,вVв

G

3600в (5)

где Vв – опытный объем воздуха в м3, расходуемый двигателем в с; в - плотность воздуха при испытаниях, кг/м3

,t

В,

2733480

в

0в (6)

где В0 – барометрическое давление в гПа. При 0В в мм .рт.ст. плотность воздуха равна

,t

В,

2734650

в

0в

(7)

где вt – температура воздуха при испытаниях перед входом в расхо-домер в °С.

6. Коэффициент избытка воздуха определяется из выражения:– для бензиновых двигателей

,G,

G

T

ВОЗ

6514 (8)

– для дизелей

.G,

G

T

ВОЗ

3514 (9)

Для бензиновых двигателей ;2,1...5,0 для дизелей 5,9...1,1 .

По полученным результатам строятся характеристики двигате-ля.

Порядок построения характеристик (графических зависимостей параметров) следующий:

1. Определяется количество кривых, предполагаемых к построе-нию.

2. В зависимости от величины максимального значения парамет-ра выбирается масштаб соответствующей шкалы. График должен иметь максимальный размер в данной системе координат для воз-можности оценки характера зависимости.

3. Для построения графиков используется сантиметровая сетка.Шкала строится для диапазона, в котором изменяется данная величи-на при проведении испытания. Шкала подписывается обозначением

СибАДИ9

параметра и указанием его размерности. Располагать шкалы можно с обеих сторон поля графика. ГОСТ 18509 рекомендует использовать следующие масштабы графиков (прил. 3). Рекомендуется применять масштабы таким образом, чтобы по построенным кривым был виден характер изменения рассматриваемых величин. Показатель работы двигателя, принятый за аргумент, откладывается в выбранном мас-штабе по оси абсцисс.

4. Точки, полученные в ходе эксперимента, наносятся на графики соединяются плавной кривой.

5. Так как при испытаниях всегда имеется некоторый разбросточек (вызванный разными погрешностями), то при проведении плав-ной кривой следует стремиться к тому, чтобы она проходила возмож-но ближе ко всем опытным точкам. Ломаные линии на графиках не допускаются (если это не выражает характера изменения величины).

6. При проведении плавной кривой следует уделять внимание ивыпавшим точкам, устанавливая причины их выпадения. Над прове-дёнными кривыми надписывается буквенное обозначение параметра.

6. Требования к отчёту

Отчет должен содержать следующие разделы: - название лабораторной работы; - цель, оборудование и оснащение лабораторной работы; - краткое изложение теоретических положений; - формулы, используемые при расчетах, с расшифровкой входя-

щих в них параметров и указанием единиц измерения; - протокол результатов испытаний и расчетов (см. прил. 1); - обработку результатов эксперимента с выполнением необхо-

димых расчётов и построением графиков полученных зависимостей; - вывод, отражающий суть проделанной работы с анализом по-

лученных результатов и характеристик.

7. Испытательный стенд и аппаратура

Испытательный стенд должен иметь оборудование для измере-ния показателей работы двигателя с необходимой точностью в соот-ветствии с ГОСТ 14846 на испытания двигателей. Например, крутя-щий момент и расход топлива необходимо измерять с точностью ±1%, частоту вращения коленчатого вала с точностью ±0,5%, темпе-ратуры охлаждающей жидкости и масла с точностью ±2 °С.

Стенд для типовых испытаний двигателя (видео) состоит из сле-дующих основных компонентов (рис. 1):

СибАДИ10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1

1 2 1 3 1 4 1 5

Рис. 1. Общий вид стенда для испытаний двигателя: 1 – пульт управления двигателем; 2 – двигатель внутреннего сгорания; 3 – соеди-нительная муфта; 4 – защитный кожух соединительной муфты; 5 – нагрузочное устройство (балансирная машина); 6 – опоры балансирной машины; 7 – датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя и ротора балансирной машины; 8 – контрольно-измерительные приборы двигателя; 9 – ручка управления подачей топлива; 10 – плечо нагрузочного устройства; 11 – индикатор нагрузки; 12, 13 – фундаментные плиты соответственно лабораторного корпуса и стенда;14 – рама стенда; 15 – кронштейны крепления двигателя к раме стенда

- силовая установка с соответствующим типом двигателя; - нагрузочное устройство (балансирная машина) с индикатором

нагрузки; - штатные контрольно-измерительные приборы данного двига-

теля; - тахометр; - секундомер; - весы лабораторные.

Для снятия характеристик дизельного двигателя используются стенды с двигателями Д-240 и Д-21А1. Для исследования бензинового двигателя используют стенды с двигателями ЗМЗ-53, ЗМЗ-406 или ВАЗ-21214.

В качестве нагрузочного устройства применяется индуктивный тормоз – асинхронный двигатель с фазным ротором. Нагрузка на ко-ленчатом валу двигателя задается тормозным моментом нагрузочного устройства. Тормозной момент зависит от величины тока в обмотке

СибАДИ11

статора и изменяется с помощью реостата. Нагрузочное устройство стенда закреплено балансирно, т.е. корпус электродвигателя (статор) может качаться на подшипниках, закрепленных в опорных стойках.

При создании нагрузки на коленчатом валу двигателя с помо-щью данного устройства крутящий момент двигателя передаётся ин-дуктивно на статор, который стремится повернуться в сторону вра-щения коленчатого вала. Статор связан с индикатором нагрузки − ве-совым устройством маятникового типа, с помощью которого опреде-ляют величину тормозной силы Рвес на плече l тормоза.

Контрольно-измерительные приборы позволяют контролировать режим работы двигателя, температуру охлаждающей жидкости и дав-ление в системе смазки.

С помощью тахометра контролируется частота вращения колен-чатого вала двигателя. В качестве тахометра используется цифровой прибор типа ТЦ-1 индуктивного типа, снимающий показания с кон-трольной звёздочки, закреплённой на валу балансирной машины. Из-мерение расхода топлива производится весовым методом. Для этого используются электронные весы, на которые установлена емкость с топливом. В процессе снятия характеристики замеряется время рас-хода контрольной порции топлива (50 граммов). Изменение количе-ства топлива в мерной ёмкости отражается на дисплее весов.

Лабораторная работа №1

РЕГУЛЯТОРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИЗЕЛЯ

Цели и задачи работы

Цели лабораторной работы: закрепление знаний по разделу «Характеристики двигателя», исследование влияния изменения нагрузки на коленчатом валу двигателя на основные показатели его работы, при неизменном положении органа управления подачей топ-лива.

Задача исследования: экспериментально получить регуляторную характеристику дизельного двигателя.

Оборудование и оснащение: испытательный стенд, оснащенный оборудованием для измерения показателей работы двигателя с необ-ходимой точностью в соответствии с ГОСТ 14846 на испытания дви-гателей.

СибАДИ12

Теоретические основы

Регуляторная характеристика дизеля определяет показатели ра-боты двигателя со всережимным регулятором и принятыми для усло-вий эксплуатации регулировками во всем диапазоне нагрузок от хо-лостого хода до максимального крутящего момента.

Регуляторную характеристику следует определять при положе-нии органа управления регулятором частоты вращения, соответству-ющим полной подаче топлива.

Частичные регуляторные характеристики следует определять при положениях органа управления регулятором частоты вращения, соответствующих частичной подаче топлива.

Характеристики следует определять путем последовательного увеличения нагрузки от нулевой до полной и затем снижения нагруз-ки до достижения частоты вращения, составляющей не более 85% ча-стоты вращения при максимальном крутящем моменте.

На регуляторной характеристике участок 1–2 (рис. 2) соответ-ствует работе дизеля "на регуляторе", а участок 2–3 – его работе по внешней скоростной характеристике. Работа дизеля по регуляторной характеристике (участок 1–2) соответствует примерно работе дизеля по нагрузочной характеристике, т.е. она происходит при изменении нагрузки от холостого хода до максимально возможной величины и при практически постоянной частоте вращения коленчатого вала.

В зависимости от назначения регуляторная характеристика ди-зеля при построении может быть представлена:

1) крутящим моментом, частотой вращения коленчатого вала,часовым и удельным расходами в функции мощности (см. рис. 2):

)(],,[ eete NfgGM,n ;

СибАДИ13

Рис.2. Регуляторная характеристика дизельного двигателя с наддувом в функции мощности

2) эффективной мощностью, крутящим моментом, часовым и

удельным расходами топлива в функции частоты вращения коленча-того вала дизеля (рис. 3)

nfg,G,M,N etee ;

СибАДИ14

Рис. 3. Регуляторная характеристика дизельного двигателя в функции частоты вращения коленчатого вала

3) эффективной мощностью, частотой вращения коленчатого

вала, часовым и удельным расходами топлива в функции крутящего момента двигателя (рис. 4)

).(],,[ eete MfgGN,n

СибАДИ15

Рис. 4. Регуляторная характеристика дизельного двигателя в функции крутящего момента

Регуляторная характеристика дизеля, построенная в функции

частоты вращения коленчатого вала, может быть использована для анализа при исследовании работы дизеля на различных скоростных режимах. Для изучения работы дизеля с регулятором весьма удобна регуляторная характеристика, построенная в функции мощности. Эта характеристика в практике испытания тракторных дизелей принята в качестве основной формы регуляторной характеристики.

Регуляторная характеристика, построенная в функции крутяще-го момента, оказывается весьма удобной при изучении показателей работы дизеля на различной нагрузке, особенно при совместном изу-чении их с тяговыми качествами тракторов, строительных и дорож-ных машин. В связи с этим такой вид регуляторной характеристики иногда называют тяговой характеристикой дизеля.

СибАДИ16

Методика снятия регуляторной характеристики двигателя

Регуляторная характеристика снимается при работе дизеля с ре-

гулятором, имеющим заводскую регулировку, или с оптимальной ре-гулировкой, полученной при испытании. При этом производится ряд замеров, необходимых показателей с последовательным увеличением нагрузки от холостого хода до максимальной мощности и затем до получения максимального крутящего момента.

При снятии характеристики следует придерживаться следующей последовательности:

1) запустить двигатель и дать ему поработать с постоянной ча-стотой вращения коленчатого вала (n = 1000 мин-1) 3 5 мин;

2) плавно увеличивая подачу топлива, установить частоту вра-щения коленчатого вала на уровне 1300 1500 мин-1 (по заданию ру-ководителя эксперимента) и закрепить рычаг управления подачей топлива в неподвижном состоянии;

3) по сигналу руководителя эксперимента замерить время рас-хода топлива; зафиксировать полученное значение времени расхода топлива, текущее значение частоты вращения коленчатого вала и ве-личину нагрузки на коленчатом валу двигателя в постовых бланках (см. прил. 2);

4) увеличить нагрузку на коленчатом валу двигателя; 5) повторяя пункты 3 и 4, снять 6 8 точек регуляторной харак-

теристики; 6) отключить нагрузку на коленчатом валу двигателя и устано-

вить рычаг управления подачей топлива в положение, при котором двигатель устойчиво работает на холостом ходу;

7) дать поработать двигателю на режиме холостого хода 3 5 минут и остановить двигатель, отключив подачу топлива поворотом рычага в крайнее положение;

8) привести в порядок приборы и принадлежности, использо-вавшиеся в ходе лабораторной работы.

Обработка экспериментальных данных

Значения параметров из постовых бланков и результаты после-дующих расчётов заносятся в протокол (см. прил. 1). По полученным значениям строят регуляторную характеристику: графики зависимо-стей основных параметров работы двигателя в функции частоты вра-

СибАДИ17

щения коленчатого вала, крутящего момента или эффективной мощ-ности (по заданию руководителя эксперимента)

)(],,[ eete NfgGM,n ; nf,G,M,N tee eg ;

).(],,[ eete MfgGN,n

При выполнении расчетов, обработке результатов и оформлении отчёта обратитесь к п.5 "Обработка результатов испытаний".

Контрольные вопросы и задания

1. Цель работы и методика снятия характеристики. 2. Объяснить характер полученных зависимостей. 3. Какие параметры двигателя измерялись в процессе экспери-

мента, а какие рассчитывались позже? 4. Что оставалось неизменным в процессе эксперимента? 5. Как изменятся графики при увеличении (уменьшении) длины

плеча балансирной машины? 6. Как изменится характер протекания графиков при увеличении

(уменьшении) контрольной порции топлива? 7. Приведите пример условий эксплуатации, в которых двига-

тель транспортного средства работает по данной характеристике. 8. Как определить по полученным зависимостям момент отклю-

чения всережимного регулятора? 9. Чем объяснить выключение всережимного регулятора? 10. Типы регуляторов, применяемых в топливной аппаратуре

дизелей.

Лабораторная работа № 2

НАГРУЗОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИЗЕЛЯ


Цели лабораторной работы: закрепление знаний по разделу

«Характеристики двигателя», исследование влияния изменения нагрузки на коленчатом валу двигателя на показатели его топливной экономичности при неизменной частоте вращения коленчатого вала.

Задача исследования: экспериментально получить нагрузочную характеристику дизеля.

Оборудование и оснащение: испытательный стенд, оснащенный

СибАДИ18

оборудованием для измерения показателей работы двигателя с необ-ходимой точностью в соответствии с ГОСТ 14846 на испытания дви-гателей.


Нагрузочную характеристику следует определять при постоянной частоте вращения путем последовательного увеличения подачи топ-лива в пределах изменения нагрузки от нуля до соответствующей полной подачи.

Нагрузочной характеристикой дизеля называют зависимость ос-новных показателей двигателя (например, удельного и часового рас-ходов топлива, коэффициента избытка воздуха) от степени загрузки дизеля Nе при постоянной частоте вращения коленчатого вала двига-теля (рис. 5).

Рис. 5. Нагрузочная характеристика дизельного двигателя

СибАДИ19

Серия таких характеристик, снятых при различных, но постоян-ных скоростных режимах дизеля, дает возможность устанавливать в зависимости от нагрузки для каждой частоты вращения коленчатого вала часовой и удельный расходы топлива и определять gе min. По се-рии нагрузочных характеристик можно построить скоростные харак-теристики дизеля.

Изменение мощности дизеля при снятии нагрузочной характеристики осуществляют увеличением или уменьшением количества топлива, впрыскиваемого за цикл (при почти неизменном количестве воздуха), достигаемым изменением положения рейки топливного насоса.

Увеличение GT с увеличением нагрузки приводит к уменьшению , а следовательно, к снижению индикаторного КПД рабочего цикла ηi двигателя. С увеличением нагрузки возрастает механический КПД двигателя ηM.

Резкое уменьшение gе при переходе от холостого хода к малым нагрузкам вначале вызывается одновременным увеличением ηi и ηM. При дальнейшем увеличении нагрузки ηi уменьшается, но более резко возрастает ηM, вследствие чего ge продолжает плавно снижаться, до-стигая своего минимального значения при максимальной величине произведения ηi · ηM.

При дальнейшем увеличении нагрузки ge начинает расти из-за преобладающего влияния ухудшающегося теплоиспользования – снижается ηi. Увеличение нагрузки на коленчатом валу двигателя со-провождается повышением дымности отработавших газов, которая, при определенном значении мощности, достигает предельно допу-стимого значения. Длительная работа дизеля на режиме максималь-ной мощности недопустима вследствие ухудшения экономичности, перегрева, появления черного дыма и снижения долговечности. По-этому на практике мощность двигателя несколько ограничивают.

Методика снятия нагрузочной характеристики двигателя

Нагрузочные характеристики снимаются для наиболее характер-

ных частот вращения коленчатого вала двигателя. Переход от одной опытной точки к другой при снятии нагрузочной характеристики осуществляется изменением положения рычага управления всере-жимным регулятором. Постоянная частота вращения коленчатого ва-ла при этом обеспечивается тормозом.

Регулировка топливного насоса при снятии этой характеристики должна соответствовать эксплуатационной.

Нагрузочную характеристику снимают следующим образом:

СибАДИ20

1) запустить двигатель и дать ему поработать с постоянной ча-стотой вращения коленчатого вала (n = 1000 мин-1) 3 5 мин;

2) плавно увеличивая подачу топлива, установить частоту враще-ния коленчатого вала на уровне 1300 1500 мин-1 (по заданию руко-водителя эксперимента) и закрепить рычаг управления подачей топ-лива в данном положении;

3) по сигналу руководителя эксперимента замерить время расхо-да топлива; зафиксировать полученное значение времени расхода топлива, текущее значение частоты вращения коленчатого вала и ве-личину нагрузки на коленчатом валу двигателя в постовых бланках (см. прил. 2);

4) увеличить нагрузку на коленчатом валу двигателя; 5) повторяя пункты 2 и 4, снять 6 – 8 точек нагрузочной характе-

ристики; 6) отключить нагрузку на коленчатом валу двигателя и устано-

вить рычаг управления подачей топлива в положение, при котором двигатель устойчиво работает на холостом ходу;

7) дать поработать двигателю на режиме холостого хода 3 – 5 минут и остановить двигатель, отключив подачу топлива поворотом рычага в крайнее положение;

8) привести в порядок приборы и принадлежности, использовав-шиеся в ходе лабораторной работы.

После окончания процесса снятия характеристики по данным по-стовых бланков, а также по расчетным данным, полученным при ис-пользовании соответствующих формул, заполняется протокол испы-таний (см. прил. 1). По данным протокола испытаний строится нагру-зочная характеристика двигателя. При этом обычно по оси абсцисс откладываются значения эффективней мощности Ne в кВт или про-центах, считая за 100% максимальную мощность, развиваемую двига-телем при рассматриваемой частоте вращения, а по оси ординат– по-лученные значения часового GT и удельного расходов топлива ge.

Для двигателей нагрузочные характеристики снимают на не-скольких скоростных режимах, охватывающих эксплуатационный диапазон изменения частоты вращения коленчатого вала. По этой се-рии нагрузочных характеристик можно построить внешнюю и ча-стичные скоростные характеристики двигателя.


Значения параметров из постовых бланков и результаты после-дующих расчётов заносятся в протокол (см. прил. 1). По полученным значениям строят нагрузочную характеристику: графики зависимо-

СибАДИ21

стей показателей топливной экономичности двигателя от эффектив-ной мощности или нагрузки на коленчатом валу двигателя

ee Nfg,G Т

При выполнении расчетов, обработке результатов и оформлении отчёта обратитесь к п. 5 "Обработка результатов испытаний".


1. Цель работы и методика ее проведения. 2. Объясните характер полученных зависимостей. 3. Какие параметры остаются неизменными при снятии нагрузоч-

ной характеристики? 4. Что измеряют в процессе снятия нагрузочной характеристики? 5. Как может измениться характер протекания кривых при увели-

чении (уменьшении) частоты вращения коленчатого вала двигателя? 6. Что называется удельным расходом топлива? 7. Можно ли с помощью удельного расхода топлива оценить эф-

фективность работы двигателя? 8. Почему увеличение нагрузки приводит к увеличению часового

расхода топлива? 9. Почему увеличение часового расхода топлива не вызывает уве-

личения удельного расхода? 10. Приведите пример условий эксплуатации, в которых двига-

тель транспортного средства работает по данной характеристике.


ЧАСТИЧНАЯ СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ



«Характеристики двигателя», исследование влияния изменения нагрузки на коленчатом валу двигателя на основные показатели его работы при неизменном положении органа управления подачей топ-лива (дроссельной заслонки).

Задача исследования: экспериментально получить частичную скоростную характеристику бензинового двигателя.

СибАДИ22

Оборудование и оснащение: испытательный стенд, оснащенный оборудованием для измерения показателей работы двигателя с необ-ходимой точностью в соответствии с ГОСТ 14846 на испытания дви-гателей.


Частота вращения коленчатого вала оказывает сильное влияние

на параметры рабочего цикла и основные показатели работы двигате-ля. Увеличение частоты вращения коленчатого вала является одним из наиболее эффективных способов повышения мощности двигате-лей. Поэтому знание закономерностей и причин, обуславливающих изменение основных параметров рабочего цикла и показателей рабо-ты двигателя в функции частоты вращения коленчатого вала, позво-ляет определить наиболее эффективные методы улучшения работы двигателей автомобилей и тракторов.

Скоростную характеристику двигателя определяют при полно-стью открытой дроссельной заслонке, что соответствует полной по-даче топлива. Частичные скоростные характеристики определяют при частично открытой дроссельной заслонке или некотором промежу-точном положении рычага управления, соответствующем неполной подаче топлива, постоянном при снятии всей характеристики.

Характеристики следует определять путем последовательного увеличения нагрузки от нулевой до полной и затем снижения нагруз-ки до достижения частоты вращения, составляющей не более 85% ча-стоты вращения при максимальном крутящем моменте.

Скоростная характеристика двигателя представляется кривыми изменения эффективной мощности Ne, среднего эффективного давле-ния Pe , крутящего момента Ме, часового GT и удельного ge расходов топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при по-стоянном положении органа управления подачей топлива.

Примеры построения скоростных характеристик приведены на рис. 6 и 7.

СибАДИ23

Рис. 6. Внешняя скоростная характеристика

бензинового двигателя

При определении скоростных характеристик должны быть вы-явлены точки, соответствующие минимальной рабочей, номинальной и максимальной частотам вращения, установленным техническими условиями на двигатель, частотам вращения при максимальном кру-тящем моменте; при минимальном удельном расходе топлива и нача-ле срабатывания ограничителя частоты вращения.

Анализ скоростной характеристики позволяет: а) определить абсолютные значения мощностных и

экономических показателей данного двигателя;

СибАДИ24

б) выявить причины и характер изменения основных показателей двигателя в зависимости от частоты вращения коленчатого вала;

в) оценить данный двигатель в отношении его приемистости, быстроходности и экономичности;

г) подсчитать удельные показатели данного двигателя и сопоставить их с удельными показателями других двигателей.

Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя представляет собой зависимость nf,G,M,N tee eg при полном открытии дроссельной заслонки (см. рис. 6).

Этой характеристикой определяются максимальные мощност-ные показатели двигателя и оценивается степень совершенства рабо-чего процесса при полной нагрузке.

Различают следующие виды внешних скоростных характери-стик бензинового двигателя:

а) абсолютную (или предельную) внешнюю скоростную харак-теристику;

б) эксплуатационную внешнюю скоростную характеристику; в) внешнюю скоростную характеристику с регуляторной вет-

вью. Внешняя скоростная характеристика будет являться абсолют-

ной (или предельной) при данных атмосферных условиях и при дан-ном оборудовании двигателя в том случае, когда регулировка карбю-ратора, угла опережения зажигания и тепловой режим при ее снятии для каждой опытной точки (каждого n, мин-1) устанавливаются наивыгоднейшими, что обеспечивает наиболее высокое протекание кривых Ne и Mе.

В условиях эксплуатации бензиновых двигателей, поддержание оптимальных значений всех параметров, определяющих получение абсолютной (или предельной) внешней скоростной характеристики, крайне затруднительно. Поэтому при практическом использовании двигателя имеет значение зависимость максимальной мощности от частоты вращения коленчатого вала без особых мероприятий по нахождению и обеспечению оптимальных значений ряда факторов, но при соблюдении основного условия, определяющего получение мак-симальной мощности, – полное открытие дроссельной заслонки.

Такие характеристики называются эксплуатационными внеш-ними скоростными характеристиками. Они снимаются при заводской регулировке карбюратора, установившемся тепловом состоянии дви-гателя и углах опережения зажигания, устанавливаемых автоматиче-ским регулятором (см. рис. 6).

СибАДИ25

Примером работы бензинового двигателя по внешней скорост-ной характеристике в реальных условиях эксплуатации является та-кой случай, когда, например, автомобиль движется на прямой переда-че, все время при полном открытии дроссельной заслонки с макси-мальной скоростью по дорогам различного качества. При этом изме-нение сопротивления движению при переходе от более легкой к более тяжелой дороге или наоборот приведет к изменению скорости движе-ния автомобиля и, следовательно, к изменению частоты вращения ко-ленчатого вала двигателя.

Частичные скоростные характеристики двигателя

Скоростные характеристики, представляющие собой зависимо-

сти, аналогичные внешней скоростной характеристике, но получен-ные при неизменном промежуточном положении дросселя, соответ-ствующем неполной подаче топлива (частичное открытие дросселя), называются частичными скоростными характеристиками (рис. 7).

Эти характеристики двигателя снимаются для получения дан-ных, необходимых при расчетах тяговых и экономических качеств ав-томобиля. Частичные скоростные характеристики снимают так же, как и внешние, но при некоторых промежуточных положениях дрос-сельной заслонки, постоянных для каждой характеристики.

Снимают обычно серию частичных скоростных характеристик, например при 20, 40 и 60% открытии дроссельной заслонки, чтобы охватить весь диапазон работы двигателя при частичных нагрузках.

Рис. 7. Частичные скоростные характеристики б

n , м и н - 1

G Т , к г / ч g e , г / ( к В т * ч )

М е , Н м N e , к В т

N e

g e

G Т

М е Ne, кВт

Gt, кг/ч

Me, Н·м

ge, г/кВт·ч

n, мин-1

Me

Ne

Gt

ge

СибАДИ26

Методика снятия частичных скоростных характеристик двигателя

1. Перед снятием скоростной характеристики двигатель прогре-

вают до достижения рабочей температуры, для этого дают ему поработать с постоянной частотой вращения коленчатого вала (n = 1000 мин-1) 3 5 мин; после чего двигатель притормаживают и открывают дроссельную заслонку до необходимого промежуточного положения.

2. Снятие скоростной характеристики начинают с минимально устойчивой частоты вращения коленчатого вала. Для достижения это-го, постепенно увеличивая нагрузку на тормоз, снижают частоту вра-щения коленчатого вала до тех пор, пока двигатель не начнет рабо-тать неравномерно и с перебоями.

3. Уменьшая нагрузку на тормозе, увеличивают частоту враще-ния коленчатого вала до выявления минимально устойчивой частоты вращения, при которой двигатель работает равномерно и без перебо-ев.

4. Далее двигателю дают поработать на выбранном скоростном режиме не менее 1 мин для установления стабильного теплового со-стояния (во избежание изменения режима во время снятия показаний) и заносят в постовые бланки испытаний (см. прил. 2) показания весов тормоза, время расхода контрольной порции топлива и частоту вра-щения коленчатого вала.

5. После записи всех измеренных величин двигатель постепенно разгружают до установления нового, увеличенного скоростного режима двигателя. Затем производят измерения, записывая их в постовые бланки испытаний.

6. Разгрузку двигателя для достижения новых скоростных ре-жимов и измерения при различной частоте вращения коленчатого ва-ла производят до выявления максимального значения мощности Nе. После этого дополнительно производят измерения при частоте вра-щения коленчатого вала, на 10% превышающей частоту вращения при соответствующей максимальной мощности.

Всего при снятии скоростной характеристики должно быть про-изведено не менее 6...8 измерений каждой величины, т.е. каждая кри-вая скоростной характеристики проводится по 6...8 точкам.

7. Дать поработать двигателю на режиме холостого хода 3 – 5 минут и заглушить двигатель, отключив зажигание.

8. Привести в порядок приборы и принадлежности, использо-вавшиеся в ходе лабораторной работы.

После окончания процесса снятия характеристики по данным постовых бланков, а также по расчетным данным, полученным при

СибАДИ27

использовании соответствующих формул, заполняется протокол ис-пытаний (см. прил. 1).

Действительные условия работы двигателя на машине отлича-ются от условий, в которых работает двигатель на тормозном стенде, вследствие чего при снятии скоростных характеристик часто проис-ходит перегрев впускного трубопровода двигателя и снижаются его мощностные показатели. Поэтому при снятии характеристик допуска-ется применять обдув двигателя в продольном направлении от посто-роннего вентилятора.


Значения параметров из постовых бланков и результаты после-

дующих расчётов заносятся в протокол (см. прил. 1). По полученным значениям строят частичную скоростную характеристику бензиново-го двигателя: графики зависимостей эффективной мощности, крутя-щего момента, часового и удельного расходов топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя

nf,G,M,N tee eg . При выполнении расчетов, обработке результатов и оформлении

отчёта обратитесь к п. 5 "Обработка результатов испытаний".


1. Цель работы и методика ее проведения. 2. Объясните характер полученных зависимостей. 3. Дайте прогноз, как изменится характер протекания графиков

зависимостей при увеличении (уменьшении) угла открытия дроссель-ной заслонки?

4. В чем отличие внешней скоростной характеристики от ча-стичной скоростной?

5. Какие параметры подлежат измерению при снятии характери-стики, а какие остаются неизменными?

6. Приведите пример условий эксплуатации, в которых двига-тель транспортного средства работает по данным характеристикам.

7. Как повлияет увеличение (уменьшение) контрольной порции топлива на характер протекания кривой эффективного удельного рас-хода топлива?

8. Как повлияет увеличение (уменьшение) контрольной порции топлива на график часового расхода топлива?

9. Как изменится кривая крутящего момента при увеличении (уменьшении) длины плеча балансирной машины?

СибАДИ28


ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЛОСТОГО ХОДА БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Цель работы

Экспериментальным путем получить характеристику холостого

хода бензинового двигателя. Исследовать зависимость часового рас-хода топлива GT от частоты вращения коленчатого вала двигателя при нулевой внешней нагрузке на коленчатый вал двигателя.


Характеристика холостого хода, определяющая экономичность работы двигателя на этом режиме, также входит в общий комплекс характеристик, оценивающих рабочие показатели двигателя.

Характеристику следует определять при работе двигателя без нагрузки от максимальной частоты вращения холостого хода до ми-нимально устойчивой.

Минимально устойчивую частоту вращения холостого хода определяют последовательным уменьшением подачи топлива до по-явления колебаний частоты вращения, составляющих ±5% среднего значения, измеренных на данном скоростном режиме.

Характеристики определяют в диапазоне частот вращения от минимально устойчивой холостого хода до равной 60% от nном для двигателей с искровым зажиганием.

В работе двигателя холостой ход является довольно часто ис-пользуемым режимом. Примерами работы двигателя на холостом хо-ду являются:

а) работа двигателя с малой частотой вращения коленчатого ва-ла без нагрузки при всех вынужденных кратковременных остановках машины;

б) работа двигателя при движении автомобиля по инерции или при движении под уклон, когда для снижения эксплуатационного расхода топлива целесообразно отъединять двигатель от силовой пе-редачи;

в) работа двигателя во время прогрева после пуска; г) повышенная частота вращения коленчатого вала двигателя,

предшествующая началу движения автомобиля перед включением сцепления.

Время работы двигателя на холостом ходу в условиях эксплуа-тации может превышать 25...40% всего времени работы. При работе

СибАДИ29

двигателя на холостом ходу индикаторная мощность Ni , развиваемая в цилиндрах двигателя, полностью расходуется на преодоление мощ-ности внутренних потерь NT, т.е. Ni=NT.

Характеристика холостого хода бензинового двигателя пред-ставляет собой зависимость часового расхода топлива GT от частоты вращения коленчатого вала двигателя при Nе = 0 (рис. 8).

На эту характеристику также при необходимости наносятся кривые изменения разряжения во впускном трубопроводе, угла опе-режения зажигания и температуры отработавших газов.

При плавном протекании данной характеристики обеспечивает-ся хороший переход двигателя на нагрузочные режимы, а при нали-чии резких изгибов на ней наблюдается плохая приемистость двига-теля вследствие неправильного подбора соответствующих дозирую-щих устройств в карбюраторе, нарушение их правильной работы или сбои в режимах работы электронных систем.

Характеристика холостого хода позволяет судить о том, как со-гласуется работа главной дозирующей системы и системы холостого хода карбюратора. При неправильном сопряжении регулировок этих систем карбюратора на характеристике холостого хода образуются зоны, соответствующие либо переобогащению (слишком раннее включение главной дозирующей системы), либо переобеднению (слишком позднее включение главной дозирующей системы) состава смеси, что выражается в резких изгибах кривых часового расхода топлива и разряжения во впускном трубопроводе.

СибАДИ30

n х х , м и н - 1

G Т , к г / ч

Т о г , К

Q

Т о г

G Т

D h D h , м м . р т . с т .

Q , г р а д

n х х m i n 0 . 7 5 n н о м

Рис.8. Характеристика холостого хода бензинового двигателя

В качестве одного из оценочных параметров работы двигателя по этой характеристике можно использовать условный удельный рас-ход топлива на холостом ходу, который представляет собой величину часового расхода топлива, кг/(ч ·л), при минимальной частоте враще-ния коленчатого вала двигателя GTmin, отнесенную к 1 л рабочего объ-ема Vh цилиндров двигателя

h

minххусл V

Gg

Этот параметр позволяет оценивать степень совершенства различных двигателей по оптимальной величине внутренних потерь.

На параметры характеристики холостого хода большое влияние оказывает величина работы трения. Это вытекает из основного определения режима холостого хода, характеризующегося затратой индикаторной работы только на покрытие внутренних потерь. Поэтому если расход топлива на холостом ходу составляет довольно большую величину и ее нельзя уменьшить за счет соответствующих регулировок, то причину этого следует искать, прежде всего, в повышенной работе трения.

∆ h ∆ h, мм.рт.ст.

Ɵ, град ƟСибАДИ

31

Методика снятия характеристики холостого хода бензинового двигателя

Снимают характеристику холостого хода бензинового двигателя

следующим образом: 1. Перед проведением испытаний двигатель прогревают до

достижения рабочей температуры, для этого дают ему поработать с постоянной частотой вращения коленчатого вала (n = 1000 мин-1) 3 5 мин.

На каждом новом скоростном режиме двигатель должен до начала измерений проработать не менее 1 мин во избежание измене-ния режима во время измерения расхода топлива.

2. Снятие характеристики холостого хода производят начиная с минимальной частоты вращения, и с помощью винта упора дроссель-ной заслонки увеличивают ее вначале через 100 мин-1, а после дости-жения 800...1000 мин-1 интервалы можно увеличить до 200...400 мин-1.

3. Наибольшей частотой вращения коленчатого вала при снятии характеристики холостого хода следует считать число оборотов, равное 75% от номинального для данного двигателя ( номXX nn 75,0max ).

4. По окончании снятия характеристики холостого хода винт упора дроссельной заслонки устанавливается в начальное положение.

При снятии характеристики холостого хода измеряют: частоту вращения коленчатого вала двигателя, время израсходования кон-трольной порции топлива.

Полученные результаты измерений представляют в виде кривых изменения nfG T и Tог в зависимости от частоты вращения ко-ленчатого вала.


Значения параметров из постовых бланков и результаты после-дующих расчётов заносятся в протокол (см. прил. 1). По полученным значениям необходимо рассчитать часовой расход топлива и постро-ить характеристику холостого хода: графическую зависимость часо-вого расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала

nfG Т . При выполнении расчетов, обработке результатов и оформлении

отчёта обратитесь к п. 5 "Обработка результатов испытаний".

СибАДИ32


1. Цель работы и методика ее проведения. 2. Объясните характер полученной зависимости. 3. Назовите порядок снятия характеристики. 4. Объясните, что такое условный удельный расход топлива? 5. Почему нельзя определить эффективный удельный расход

топлива на данном режиме? 6. На основе характера протекании кривой часового расхода

топлива дайте оценку сбалансированности работы систем карбюрато-ра (системы впрыска).

7. Какими способами можно добиться снижения частоты враще-ния коленчатого вала на режиме холостого хода?

8. Приведите пример условий эксплуатации, в которых двига-тель транспортного средства работает по данным характеристикам.

9. Какие внешние факторы влияют на характер протекания гра-фика?

10. Способы снижения расхода топлива на данном режиме ра-боты.


РЕГУЛИРОВОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО СОСТАВУ СМЕСИ



«Характеристики двигателя», исследование влияния состава смеси на основные показатели работы двигателя.

Задача исследования: подбор новой регулировки или проверка существующей регулировки карбюратора.

Оборудование и оснащение: имитационная экспериментальная установка по определению параметров работы двигателя на различ-ных режимах.

Основы теории

Регулировочной характеристикой карбюраторного двигателя по составу смеси называют зависимость мощности (или ре) и удельного эффективного расхода топлива от состава горючей смеси (или часового расхода топлива). Эта характеристика получается при

СибАДИ33

постоянных частоте вращения и положении дроссельной заслонки, а также при наивыгоднейших для каждого режима углах опережения зажигания. Состав смеси (расход топлива) при получении регулировочных характеристик варьируется с помощью специальной конусной иглы, изменяющей проходное сечение в главном жиклере, или изменением давления воздуха в поплавковой камере карбюратора.

Регулировочные характеристики по составу смеси широко ис-пользуют при выборе регулировок карбюратора и для определения наивысших мощностных и экономических показателей при разных сочетаниях положения дроссельной заслонки и частоты вращения.

На рис.9 показана регулировочная характеристика, полученная при полном открытии дроссельной заслонки. Максимум мощности и минимум удельного расхода топлива всегда получаются при разном составе смеси, называемом соответственно мощностным (м) и эко-номическим (э).

Рис. 9. Регулировочная характеристика карбюраторного

двигателя по составу смеси

СибАДИ34

При м во время сгорания выделяется наибольшее количество теплоты, так как из-за недостаточной гомогенности смеси использо-вания всего воздуха можно достичь лишь при некотором избытке топлива в смеси. Кроме того, при некотором обогащении смеси уменьшаются потери теплоты на диссоциацию продуктов сгорания, а скорость сгорания и коэффициент молекулярного изменения воз-растают. При < м мощность снижается главным образом из-за больших потерь теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива. При > м мощность уменьшается, так как с топливом в цилиндры вводится все меньшее количество теплоты, но теплоиспользование улучшается, что и служит причиной снижения удельного расхода топлива-ge вплоть до достижения ge,min при э, хотя при этом имеет место падение величины механического КПД-ηм. Если же > э, то ge вновь возрастает, что связано с ухудшением процессов воспламенения и сгорания смеси, а также со снижением ηм. В случае чрезмерного обеднения смеси работа двигателя становится неустойчивой вплоть до прекращения сгорания в отдельных цилиндрах и циклах. При прогреве холодного двигателя очень медленное сгорание бедных смесей может сопровождаться хлопками в карбюратор в результате воспламенения горючей смеси во впускном трубопроводе в период перекрытия клапанов.

Рациональная регулировка карбюратора должна находиться между э и м. Поскольку вблизи м мощность изменяется мало, а удельный расход сильно, то при полностью открытой дроссельной заслонке регулировку карбюратора устанавливают несколько беднее мощностной. Наоборот, при частичном открытии дроссельной заслонки регулировку карбюратора устанавливают несколько богаче э, так как это позволяет при малом ухудшении экономичности заметно улучшить стабильность процесса сгорания и получить не-который резерв на случай обеднения смеси в процессе эксплуатации из-за снижения температуры воздуха, осмоления жиклеров или дру-гих причин.

Чем меньше открыта дроссельная заслонка и ниже частота вра-щения, тем ниже величина э, а также м, изменяющаяся в меньшей степени. В этом случае зона рациональной регулировки сужается. Такие закономерности объясняются ухудшением условий вос-пламенения и сгорания смеси при дросселировании двигателя и сни-жении частоты вращения.

СибАДИ35

Методика снятия регулировочной характеристики карбюратор-ного двигателя по составу смеси на моторном стенде

Для двигателя, работающего в стационарных условиях, обычно

снимается одна регулировочная характеристика при нормальной ча-стоте вращения коленчатого вала и при полном открытии дросселя.

Для двигателя, работающего при различной частоте вращения коленчатого вала и различных нагрузках, следует снимать серию ре-гулировочных характеристик по составу смеси, охватывающих наиболее характерные режимы.

Назначение регулировки карбюратора автомобильного двигате-ля производится на основании результатов сопоставления по мини-мальным значениям ge всех регулировочных характеристик, снятых при таких открытиях дросселя и такой частоте вращения коленчатого вала, на которых наиболее часто приходится работать двигателю в данных условиях.

Изменения наиболее характерных режимов работы двигателя и состояния атмосферных условий лежат в основе необходимости из-менения ранее установленной регулировки карбюратора.

Регулировочную характеристику карбюраторного двигателя по составу смеси снимают следующим образом. После прогрева двига-теля, осуществляя постепенно его загрузку, открывают дроссельную заслонку. Затем обедняют смесь до появления перебоев в работе дви-гателя, а после этого небольшим обогащением смеси устраняют их и доводят тормозом частоту вращения коленчатого вала до установлен-ного уровня. После установки оптимального угла опережения зажи-гания и оптимального устойчивого теплового состояния двигателя по поданному сигналу производят необходимые замеры.

По окончании замеров, фиксируемых также сигналом, произво-дят изменения регулировки карбюратора в сторону обогащения смеси при неизменном положении дросселя и осуществляют серию замеров (каждый раз при новом обогащении смеси) до выявления максимума кривой Ne = f(n).

Устанавливаемый для каждого режима испытаний оптимальный угол опережения зажигания определяется по показаниям тахометра и весового механизма тормоза.

Регулировочные характеристики карбюраторного двигателя по составу смеси обычно снимают при следующих режимах работы:

- полное открытие дросселя и n = 0,75 · nном; - при Ne = 0,75 · Neном и n = 0,75 · nном; - при Ne = 0,4 · Neном и n = 0,4 · nном.

СибАДИ36

Методика снятия регулировочной характеристики карбюратор-ного двигателя по составу смеси с помощью программы «Моде-

лирование лабораторного практикума по ДВС»

Лабораторная работа выполняется на IВМ-cовместимом компь-ютере в среде операционной системы Windows 3.1 л и выше. Для про-ведения работы нужно запустить программу «Моделирование лабора-торного практикума по ДВС». Для этого необходимо:

1) выбрать тему 2;

2) поместить курсор мыши на выбор варианта, после этого нажать кнопку «Перейти к эксперименту»;

СибАДИ37

3) нажать кнопку «Пуск и прогрев двигателя»;

4) нажать кнопку «Перейти к вводу n» и ввести значения часто-

ты вращения коленчатого вала n =(0,6-0,8)nnom ,

нажать кнопку «Перейти к испытаниям», далее следовать указаниям программы до тех пор, пока не будет заполнена табл. 1 испытаний. Таблица 1

Протокол испытаний

После окончания процесса снятия характеристики по данным табл. 1,

а также по расчетным данным, полученным при использовании соответ-ствующих формул, заполняется протокол испытаний. По данным протоко-ла испытаний строится регулировочная характеристика карбюраторно-го двигателя по составу смеси. При этом обычно по оси абсцисс откла-дываются значения коэффициента избытка воздуха при рассматривае-мой частоте вращения на полном дросселе, а по оси ординат полученные

СибАДИ38

значения эффективной мощности Nе, кВт, удельного qе, г/кВт· и часового Gт, кг/ч расходов топлива.



мента, а какие рассчитывались позже? 4. Что оставалось неизменным в процессе эксперимента? 5. Как с помощью данной характеристики определить область

рациональной регулировки карбюратора? 6. Где используют регулировочные характеристики по составу

смеси? 7. Как влияет величина коэффициента избытка воздуха α на по-

казатели работы двигателя?


РЕГУЛИРОВОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО УГЛУ ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ



«Характеристики двигателя», исследование влияния угла опережения зажигания на мощностные, экономические и экологические показате-ли работы двигателя.

Задача исследования: найти наивыгоднейшее значение угла опе-режения зажигания для каждого нагрузочного и скоростного режимов двигателя.

Оборудование и оснащение: имитационная экспериментальная установка по определению параметров работы двигателя на различ-ных режимах.

Основы теории

Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по

углу опережения зажигания (УОЗ) устанавливает зависимость мощности и экономичности двигателя от угла опережения зажигания θоз, она может быть получена, если изменять θоз при постоянных

СибАДИ39

частоте вращения, положении дроссельной заслонки и составе смеси (часовом расходе топлива).

Такие характеристики используются: • для нахождения оптимальных значений УОЗ на различных

скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя при заданной регулировке топливоподающей системы;

• для определения предельных мощностных и экономических по-казателей двигателя;

• для выбора регулировок автоматов управления УОЗ; • для оценки требований к октановому числу топлива.

Как следует из графиков на рис.10, изменение Ne и ge в зависимости от θоз имеет обратный характер, что объясняется постоянством величины GT. По этой причине максимум мощности и минимум удельного расхода топлива достигают при одном и том же угле опережения зажигания, который называют наивыгоднейшим или оп-тимальным (θопт ). Его величина определяется периодом задержки воспламенения смеси и временем, отводимым на сгорание. При оптимальном опережении зажигания теплоиспользование оказывается наилучшим. Зажигание называют поздним, если θоз < θопт: в этом случае сгорание происходит слишком поздно, на такте расширения, в результате уменьшается степень расширения и возрастают теплопотери в систему охлаждения и с отработавшими газами. Чрезмерно позднее зажигание может привести к перегреву двигателя. При излишне большом угле θоз сгорание смеси начинается слишком рано, создаётся большое противодавление ходу поршня к В.М.Т. (раннее зажигание θоз > θопт) скорость нарастания и максимальное давление оказываются чрезмерно большими, двигатель перегружается газовыми силами. В результате это приводит к росту максимального давления и температуры цикла, что влечет за собой увеличение потерь теплоты в систему охлаждения, на трение в двигателе и с утечками газа через поршневые кольца. С увеличением θоз сильно возрастает образование окислов азота. При полном открытии дроссельной заслонки раннее зажигание может вызывать детонацию.

СибАДИ40

Рис. 10. Регулировочная характеристика карбюраторного

двигателя по углу опережения зажигания

С увеличением частоты вращения общая длительность сгорания возрастает, что требует соответствующего увеличения θопт. Затягивание процесса сгорания по мере уменьшения нагрузки при неизменной частоте вращения также требует увеличения θопт.

СибАДИ41

Методика снятия регулировочных характеристик по углу опе-режения зажигания и по углу опережения впрыска топлива

Снятие регулировочной характеристики по углу опережения за-

жигания осуществляют следующим образом. После прогрева двигателя, изменяя нагрузку тормозом, устанав-

ливают необходимую частоту вращения коленчатого вала двигателя при определенном положении дросселя (чаще при полном его откры-тии). Затем увеличивают угол опережения зажигания до перебоев в его работе и небольшим уменьшением опережения добиваются устойчивой работы. При этом проверяют частоту вращения коленча-того вала и после достижения устойчивого оптимального теплового состояния двигателя производят по сигналу замеры показаний весо-вой головки тормоза P, времени расхода τ опытного количества топ-лива (ΔG или ΔV), температуры охлаждающей жидкости Tж, отрабо-тавших газов ТОГ и др.

После этого переходят к установке меньшего угла опережения зажигания и проведению очередных подобных замеров. Далее вновь уменьшают угол опережения зажигания и испытания продолжают до четкого выявления максимума мощности Ne и минимума удельного расхода ge. Необходимо учитывать, что чрезмерно большие углы опе-режения могут вызвать появление детонации (работа двигателя при этом не допускается), поэтому в процессе снятия этой характеристики следует особое внимание обращать на работу двигателя.

Методика снятия регулировочной характеристики карбюратор-ного двигателя по углу опережения зажигания с помощью про-граммы «Моделирование лабораторного практикума по ДВС»

Лабораторная работа выполняется на IВМ-cовместимом компь-ютере в среде операционной системы Windows 3.1 л и выше. Для про-ведения работы нужно запустить программу «Моделирование лабора-торного практикума по ДВС». Для этого необходимо:

СибАДИ42

1) выбрать тему 3;

2) поместить курсор мыши на выбор варианта, после этого

нажать кнопку «Перейти к эксперименту»;

3) нажать кнопку «Пуск и прогрев двигателя»;

СибАДИ43

4) нажать кнопку «Перейти к вводу n» и ввести значения часто-ты вращения коленчатого вала n = (0,6-0,8)nnom , нажать кнопку перей-ти к испытаниям,

далее следовать указаниям программы до тех пор, пока не будет

заполнена табл. 2. Таблица 2

Протокол испытаний

После окончания процесса снятия характеристики по данным

табл. 2, а также по расчетным данным, полученным при использова-нии соответствующих формул, заполняется протокол испытаний. По данным протокола испытаний строится регулировочная характери-стика карбюраторного двигателя по углу опережения зажигания. При этом обычно по оси абсцисс откладываются значения угла поворота коленчатого вала при рассматриваемой частоте вращения на полном дросселе, а по оси ординат полученные значения эффективной мощ-ности Nе, кВт, удельного qе, г/кВт· и часового Gт, кг/ч расходов топ-лива.



мента, а какие рассчитывались позже? 4. Что оставалось неизменным в процессе эксперимента?

СибАДИ44

5. Как с помощью данной характеристики определить область оптимальных значений угла опережения зажигания?

6. Где используют регулировочные характеристики по углу опе-режения зажигания?

7. Как влияет величина угла опережения зажигания на экологи-ческие показатели работы двигателя?

Библиографический список

1. Автомобили. Основы теории и расчета с анализом устройства механиз-мов и физической сущности их отказов [Текст] : учебник / А. Г. Пузанков. – М. : Альянс, 2013. – 560 с. : ил. – Библиогр.: с. 547. – ISBN 978-5-91872-032-5

2. Основы теории и расчета автотракторных двигателей [Текст] : курс лек-ций / В. И. Суркин. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб. [и др.] : Лань, 2013. – 304 с. : ил. – (Учебники для вузов. Специальная литература). – Библиогр. в конце лек-ций – ISBN 978-5-8114-1486-4.

3. Двигатели внутреннего сгорания : в 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процес-сов : учебник для вузов / В.Н. Луканин, К.А. Морозов, А.С. Хачиян [и др.]; под ред. В.Н. Луканина. − 2-е изд., перераб. и доп. − М. : Высш. школа, 2005. – 400 с.: ил.

4. Автомобильные двигатели / под ред. М.С. Ховаха. – М. : Машинострое-ние, 1977. – 591 с.

5. Двигатели внутреннего сгорания : конструирование и расчет на проч-ность поршневых и комбинированных двигателей / под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. – 4 изд., перераб. и доп. – М. : Машиностроение, 1984. – 384 с.

6. Железко, Б.Е. Расчет и конструирование автомобильных и тракторных двигателей (дипломное проектирование)/ Железко Б.Е. [и др.] Минск : «Выс-шая школа», 1987. – 247 с.

7. Райков, И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания. – М . : «Выс-шая школа», 1975.−320 с.

8. Интегральный обучающий комплекс «ДВС» – компьютерное приложе-ние к учебнику «Двигатели внутреннего сгорания»: т.3. «Компьютерный прак-тикум. Моделирование процессов в ДВС» / под ред. В.Н. Луканина, М.Г. Ша-трова. – М. : «Высшая школа», 2007.

СибАДИ45

Приложение 1

Протокол результатов испытаний и расчётов

номер замера

Частота враще-ния

n, мин-1

Показа-ния весо-вого

устрой-ства mвес,

кг

Масса контр. порции топлива G, г

Время расхода контр. порции топлива

τ, с

Крутя-щий

момент Ме, Н·м

Мощ-ность

Nе, кВт

Часовой расход

топлива Gт, кг/ч

Удельн. расход топлива

gе, г/(кВт·ч)


Кафедра «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование» СибАДИ Лаборатория испытаний двигателей

ПОСТ № К протоколу №___________ Дата испытаний ___________

Номер замера Замеряемый параметр Значения параметра

1 2 3 4 5 6 7 8

Двигатель______________________ Характеристика_________________ Вид испытания__________________ Топливо _______________________

Кафедра «Тепловые двигатели и ав-тотракторное электрооборудова-ние» СибАДИ Лаборатория испытаний двигателей Протокол №____________________ Дата

Замечания:

СибАДИ46


Масштабы графиков

Масштабы графиков, построенных по результатам измерений и расчетов, вы-бирают по таблице, исходя из условия размещения графиков на формате A3 или A4.

Обозначение параметра, изображенного на графике

Число единиц параметра, содержащихся в 1 см шкалы на графике

Ne, кВт 5

Мк, Н·м 50

Gт, кг/ч 2

ge, г/(кВт·ч) 10

n, об/мин 100

τ, ч 4

τ, мин 10

СибАДИ47

СибАДИbek.sibadi.org/fulltext/esd435.pdf · 2018. 2. 9. · ГОСТ 14846 – 81...

Documents

Transcript of СибАДИbek.sibadi.org/fulltext/esd435.pdf · 2018. 2. 9. · ГОСТ 14846 – 81...