4993

Стендовые испытания двигателей внутреннего сгорания

Книга

Производство и промышленные технологии

В лабораторном практикуме приводятся методика проведения стендовых испытаний по определению мощностных и экономических показателей двигателей внутреннего сгорания и порядок обработки экспериментальных данных. На основе полученных данных студенты ...

Русский

2012-12-01

533.5 KB

388 чел.

33

В лабораторном практикуме приводятся методика проведения стендовых испытаний по определению мощностных и экономических показателей двигателей внутреннего сгорания и порядок обработки экспериментальных данных. На основе полученных данных студенты строят характеристики двигателей и делают обоснованные выводы о характере процесса и целесообразности проведения отдельных мероприятий по улучшению технико-экономических показателей работы двигателей.


Содержание

Введение 4

1. Техника безопасности и противопожарные меры при выполнении
лабораторных работ  4

2. Классификация характеристик двигателей внутреннего сгорания  5

3. Виды и объём испытаний 7

4. Условия и правила проведения испытаний двигателей 8

5. Обработка результатов испытаний  9

6. Требования к отчёту 11

7. Испытательный стенд и аппаратура  11

Лабораторная работа № 1. Регуляторная характеристика дизеля 13

Лабораторная работа №  2. Нагрузочная характеристика дизеля 18

Лабораторная работа № 3. Частичная скоростная характеристика ппппп      бензинового двигателя 22

Лабораторная работа № 4. Характеристика холостого хода бензинового двигателя 29

Библиографический список 33

Приложение 1 34

Приложение 2 34

Приложение 3 35


Введение

Лабораторный практикум по испытанию и снятию характеристик  двигателей внутреннего сгорания выполняется с целью глубокого усвоения теоретических разделов дисциплины "Двигатели внутреннего сгорания". Студенты получают знания, умения и навыки проведения диагностики и испытаний бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания.

По своему содержанию данный практикум является пособием к проведению лабораторных работ, направленных на выработку у студентов навыков проведения испытаний двигателей и способности к самостоятельному объективному анализу данных, получаемых при проведении испытаний.

Выполнение работ базируется на знании основных положений теории дисциплины «Двигатели внутреннего сгорания».

  1.  Техника безопасности и противопожарные меры при выполнении 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 лабораторного практикума 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.

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

  1.  Во избежание ожогов не следует касаться нагретых стенок выхлопных труб, коллекторов, термопар и др.
    1.  При работе двигателя запрещается касаться вращающихся двигателей или узлов.
    2.  Пуск двигателя можно производить только с разрешения преподавателя.
    3.  Категорически запрещается пользование открытым огнем, а также курение в помещении лабораторий.
    4.  Запрещается бесцельное включение приборов, измерительной аппаратуры, кнопочных пускателей, рубильников и переключателей, а также прикосновение ко всем токоведущим элементам исследовательского стенда.
    5.  При обнаружении неисправностей в работе механизмов систем двигателя, измерительной аппаратуре, при появлении посторонних стуков в приводных соединительных узлах следует немедленно доложить преподавателю, а при явно выраженной неисправности немедленно остановить двигатель и выключить всю аппаратуру.
    6.  В случае попадания топлива или тосола на кожный покров следует немедленно смыть с кожи теплой водой с мылом.
    7.  В случае легкой травмы (порезы кожного покрова, удары, ожог) нужно немедленно применить средства, имеющиеся в аптечке лаборатории, а в случае серьезной травмы необходимо немедленно обратиться в медпункт института или вызвать скорую помощь.
    8.  В случае пожара нужно накинуть на очаг пламени кошму и использовать огнетушитель и песок. При этом двигатель следует немедленно заглушить и отключить топливные баки.

  1.  Классификация характеристик двигателей
    внутреннего сгорания

Условия эксплуатации транспортных средств диктуют необходимость частых изменений режимов движения. Поэтому двигатели обычно работают на установившихся режимах лишь короткие промежутки 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 коленчатого вала двигателя (от минимально устойчивой до максимальной) нагрузка двигателя может также изменяться от нулевой до максимальной.

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

На показатели работы двигателя одновременно воздействует большое число факторов, учесть совместное влияние которых практически невозможно. Поэтому испытания проводят при задании некоторых неизменных условий (постоянный скоростной режим двигателя, постоянное положение органа управления подачей топлива и т.п.). Результаты испытаний принято представлять в виде графической зависимости параметров.

Характеристикой двигателя называется графическая зависимость одного или нескольких параметров работы двигателя от некоторого фактора (параметра), выбираемого в качестве независимого и непосредственно изменяемого экспериментатором в ходе испытаний.

Название и вид характеристики определяется независимой переменной, в качестве которой выбирается один из эксплуатационных или конструктивных факторов (частота вращения коленчатого вала, мощность, расход топлива, угол опережения зажигания (впрыска), коэффициент избытка воздуха и др.). В зависимости от того, какой параметр является независимой переменой и задаётся экспериментатором 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. Наибольший интерес представляет скоростная характеристика, получаемая при полной нагрузке; она называется внешней и показывает, какие наибольшие значения мощности и крутящего момента может развивать 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 задаётся углом открытия дроссельной заслонки (для карбюраторных двигателей) или перемещением рычага управления подачей топлива насоса высокого давления (для дизелей). Нагрузка характеризуется значениями эффективной мощности, среднего эффективного давления или эффективного крутящего момента. Нагрузочная характеристика позволяет судить об экономичности двигателя на наиболее часто встречающихся в эксплуатации режимах работы двигателя (с неполной нагрузки).

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

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

  1.  Виды и объём испытаний

Двигатели подвергают следующим основным испытаниям:

  •  приёмосдаточным;
  •  периодическим;
  •  типовым.

Приёмосдаточные испытания проводят с целью контроля качества сборки и регулировки двигателей. Они должны включать определение мощности, удельного расхода топлива и давления масла при номинальной частоте вращения и положении органов управления подачей топлива, соответствующем 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 соответствия 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 крутящий момент и внешние скоростные характеристики считаются подтвержденными, если их значения отличаются от указанных в технической документации на двигатель или автомобиль в пределах ±5%;
  •  нагрузочную характеристику при частоте вращения, соответствующей 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 изменений. Испытания следует проводить по программе периодических испытаний или по специальной программе, согласованной с потребителем.

  1.  Условия и правила
    проведения испытаний двигателей

Условия, методы и правила испытаний двигателей изложены в ГОСТ 14846-81 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний» и ГОСТ 18509-88 «Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний».

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 охлаждающих жидкостей, применяемых во время испытаний, должны соответствовать требованиям технических условий на испытуемый двигатель.

Топливо и масло должны соответствовать требованиям стандартов или технических условий. Их физико-химические показатели должны быть удостоверены паспортом или протоколом испытаний.

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

Атмосферное давление, температура и влажность окружающего воздуха во время испытаний должны находиться в пределах, указанных в технических условиях на испытуемый двигатель.

Показания с приборов должны сниматься при установившемся режиме работы двигателя, при постоянных показаниях всех приборов. Значения 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 достаточным 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.

  1.  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 двигателя). Опытные точки наносят на график (например, Ме и Gт). На графических зависимостях величин, получаемых в результате расчетов (например, Nе и gе), точки на графике не ставят.

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

  1.  Крутящий момент двигателя Ме, Н·м, рассчитывают по формуле

 (1)

где Рвес  показание измерительного устройства тормоза, Н;

l      плечо весового устройства тормоза, м (для используемых в данной работе стендов l = 0,7162 м).

  1.  Эффективная мощность двигателя Nе, кВт, рассчитывается по формуле

, (2)

где n  частота вращения коленчатого вала, мин -1.

  1.  Определение часового расхода жидкого топлива GT, кг/ч, проводят по приборам, непосредственно показывающим расход, или  по формуле (для весового способа измерения)

, (3)

где  – масса контрольной порции топлива, г (обычно = 50 г);

   τ  – время расхода контрольной порции топлива, с.

  1.  Удельный расход топлива gе, г/(кВт·ч), рассчитывается по формуле

, (4)

где Ne  мощность, определенная при испытаниях, кВт.

По полученным результатам строятся характеристики двигателя.

Порядок построения характеристик (графических зависимостей параметров) следующий:

  1.  Определяется количество кривых, предполагаемых к построению.
  2.  В зависимости от величины максимального значения параметра выбирается масштаб соответствующей шкалы. График должен иметь максимальный размер в данной системе координат для возможности оценки характера зависимости.
  3.  Для построения графиков используется сантиметровая сетка. Шкала строится для диапазона, в котором изменяется данная величина при проведении испытания. Шкала подписывается обозначением 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 масштабе по оси абсцисс.
  4.  Точки, полученные в ходе эксперимента, наносятся на график и соединяются плавной кривой.
  5.  Так как при испытаниях всегда имеется некоторый разброс точек (вызванный разными погрешностями), то при проведении плавной кривой следует стремиться к тому, чтобы она проходила возможно 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 и выпавшим точкам, устанавливая причины их выпадения. Над проведёнными кривыми надписывается буквенное обозначение параметра.

  1.  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 входящих в них параметров и указанием единиц измерения;
    •  протокол результатов испытаний и расчетов (см. прил. 1);
    •  обработку результатов эксперимента с выполнением необходимых расчётов и построением графиков полученных зависимостей;
    •  вывод, отражающий суть проделанной работы с анализом полученных  результатов и характеристик.

  1.  Испытательный стенд и аппаратура

Испытательный  стенд должен иметь оборудование для измерения показателей работы двигателя с необходимой точностью в соответствии с ГОСТ 14846 на испытания двигателей. Например, крутящий момент и расход топлива необходимо измерять с точностью ±1%, частоту вращения коленчатого вала с точностью ±0,5%, температуры охлаждающей жидкости и масла с точностью ±2 °С;

Стенд для типовых испытаний двигателя состоит из следующих основных компонентов (рис. 1):

  •  силовая установка с соответствующим типом двигателя;
    •  нагрузочное устройство (балансирная машина) с индикатором нагрузки;
    •  штатные контрольно-измерительные приборы данного двигателя;
    •  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 коленчатом валу двигателя задается тормозным моментом нагрузочного устройства. Тормозной момент зависит от величины тока в обмотке 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 помощью данного устройства крутящий момент двигателя передаётся индуктивно на статор, который стремится повернуться в сторону вращения коленчатого вала. Статор связан с индикатором нагрузки − весовым устройством маятникового типа, с помощью которого определяют величину тормозной силы Р на плече l тормоза.

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

С помощью тахометра контролируется частота вращения коленчатого вала двигателя. В качестве тахометра используется цифровой прибор типа ТЦ-1 индуктивного типа, снимающий показания с контрольной звёздочки, закреплённой на валу балансирной машины. Измерение расхода топлива производится весовым методом. Для этого используются пружинные (маятниковые) весы. На одну чашу весов установлена емкость с топливом, а на другую укладываются грузы. В процессе снятия характеристики замеряется время расхода контрольной порции топлива (50 граммов). Изменение количества топлива в мерной ёмкости компенсируется увеличением количества грузов на чаше весов либо доливкой топлива в мерную емкость.

Лабораторная работа №1

Регуляторная характеристика дизеля

Цель работы

Экспериментально исследовать влияние изменения нагрузки на коленчатом валу двигателя на основные показатели его работы, при неизменном положении органа управления подачей топлива.

На основе полученных данных построить регуляторную характеристику дизеля.

Теоретические основы

Регуляторная характеристика дизеля определяет показатели работы двигателя со всережимным регулятором и принятыми для условий эксплуатации регулировками во всем диапазоне нагрузок от холостого хода до максимального крутящего момента.

Регуляторную характеристику следует определять при положении органа управления регулятором частоты вращения, соответствующем 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 нагрузки до достижения частоты вращения, составляющей не более 85% частоты вращения при максимальном крутящем моменте.

На регуляторной характеристике участок 1–2 (рис. 2) соответствуют 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 дизеля при построении может быть представлена:

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

2)   эффективной мощностью, крутящим моментом, часовым и удельным расходами топлива в функции частоты вращения коленчатого вала дизеля (рис. 3):

 

3)   эффективной мощностью, частотой вращения коленчатого вала, часовым и удельным расходами топлива в функции крутящего момента двигателя (рис. 4):

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 крутящего момента, оказывается весьма удобной при изучении показателей работы дизеля на различной нагрузке, особенно при совместном изучении их с тяговыми качествами тракторов, строительных и дорожных машин. В связи с этим такой вид регуляторной характеристики иногда называют тяговой характеристикой дизеля.

Методика снятия регуляторной

характеристики двигателя

Регуляторная характеристика снимается при работе дизеля с регулятором, имеющим заводскую регулировку, или с оптимальной регулировкой, 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 частотой вращения коленчатого вала (n = 1000 мин-1) 3 5 мин;
  2.  плавно увеличивая подачу топлива, установить частоту вращения коленчатого вала на уровне 1300 1500 мин-1 (по заданию руководителя эксперимента) и закрепить рычаг управления подачей топлива в неподвижном состоянии;
  3.  по сигналу руководителя эксперимента замерить время расхода топлива; зафиксировать полученное значение времени расхода топлива, текущее значение частоты вращения коленчатого вала и величину нагрузки на коленчатом валу двигателя в постовых бланках (прил. 2);
  4.  увеличить нагрузку на коленчатом валу двигателя;
  5.  повторяя пункты 3 и 4, снять 6 8 точек регуляторной характеристики;
  6.  отключить нагрузку на коленчатом валу двигателя и установить 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, использовавшиеся в ходе лабораторной работы.

Обработка экспериментальных данных

Значения параметров из постовых бланков и результаты последующих расчётов заносятся в протокол (см. прил. 1). По полученным значениям строят регуляторную характеристику: графики зависимостей основных параметров работы двигателя в функции частоты вращения коленчатого вала, крутящего момента или эффективной мощности (по заданию руководителя эксперимента):

 

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

Контрольные вопросы

  1.  Цель работы и методика снятия характеристики.
  2.  Объяснить характер полученных зависимостей.
  3.  Какие параметры двигателя измерялись в процессе эксперимента, 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 двигатель транспортного средства работает по данной характеристике.
  8.  Как определить по полученным зависимостям момент отключения всережимного регулятора?
  9.  Чем объяснить выключение всережимного регулятора?
  10.  Типы регуляторов, применяемых в топливной аппаратуре дизелей.

Лабораторная работа № 2

Нагрузочная характеристика дизеля

Цель работы

Экспериментально исследовать влияние изменения нагрузки на коленчатом валу двигателя на показатели его топливной экономичности при неизменной частоте вращения коленчатого вала.

Построить нагрузочную характеристику дизеля.

Теоретические основы

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

Нагрузочной характеристикой дизеля называют зависимость основных показателей двигателя (например, удельного и часового расходов топлива, коэффициента избытка воздуха) от степени загрузки дизеля Nе при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя (рис. 5).

Серия таких характеристик, снятых при различных, но постоянных 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 серии нагрузочных характеристик можно построить скоростные характеристики 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 qе 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, достигая 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 сопровождается повышением дымности отработавших газов, которая, при определенном значении мощности, достигает предельно допустимого значения. Длительная работа дизеля на режиме максимальной мощности недопустима вследствие ухудшения экономичности, перегрева, появления черного дыма и снижения долговечности. Поэтому на практике мощность двигателя несколько ограничивают.

Методика снятия нагрузочной

характеристики двигателя

Нагрузочные характеристики снимаются для наиболее характерных частот вращения коленчатого вала двигателя. Переход от одной опытной точки к другой при снятии нагрузочной характеристики осуществляется изменением положения рычага управления всережимным регулятором. Постоянная частота вращения коленчатого вала при этом обеспечивается тормозом.

Регулировка топливного насоса при снятии этой характеристики должна соответствовать эксплуатационной.

Нагрузочную характеристику снимают следующим образом:

  1.  запустить двигатель и дать ему поработать с постоянной частотой вращения коленчатого вала (n = 1000 мин-1) 3 5 мин;
  2.  плавно увеличивая подачу топлива, установить частоту вращения коленчатого вала на уровне 1300 1500 мин-1 (по заданию руководителя эксперимента) и закрепить рычаг управления подачей топлива в данном положении;
  3.  по сигналу руководителя эксперимента замерить время расхода топлива; зафиксировать полученное значение времени расхода топлива, текущее значение частоты вращения коленчатого вала и величину 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 характеристики;
  6.  отключить нагрузку на коленчатом валу двигателя и установить 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, использовавшиеся в ходе лабораторной работы.

После окончания процесса снятия характеристики по данным постовых бланков, а также по расчетным данным, полученным при использовании соответствующих формул, заполняется протокол испытаний (см. прил. 1). По данным протокола испытаний строится нагрузочная характеристика двигателя. При этом обычно по оси абсцисс откладываются значения эффективней мощности Ne в кВт или процентах, считая за 100% максимальную мощность, развиваемую двигателем при рассматриваемой частоте вращения, а по оси ординат– полученные значения часового GT  и удельного расходов топлива qe.

Для двигателей нагрузочные характеристики снимают на нескольких скоростных режимах, охватывающих эксплуатационный диапазон изменения частоты вращения коленчатого вала. По этой серии нагрузочных характеристик можно построить внешнюю и частичные скоростные характеристики двигателя.

Обработка экспериментальных данных

Значения параметров из постовых бланков и результаты последующих расчётов заносятся в протокол (см. прил. 1). По полученным значениям строят нагрузочную характеристику: графики зависимостей показателей топливной экономичности двигателя от эффективной мощности или нагрузки на коленчатом валу двигателя:

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

Контрольные вопросы

  1.  Цель работы и методика ее проведения.
  2.  Объясните характер полученных зависимостей.
  3.  Какие параметры остаются неизменными при снятии нагрузочной характеристики?
  4.  Что измеряют в процессе снятия нагрузочной характеристики?
  5.  Как может измениться характер протекания кривых при увеличении (уменьшении) частоты вращения коленчатого вала двигателя?
  6.  Что называется удельным расходом топлива?
  7.  Можно ли с помощью удельного расхода топлива оценить эффективность работы двигателя?
  8.  Почему увеличение нагрузки приводит к увеличению часового расхода топлива?
  9.  Почему увеличение часового расхода топлива не вызывает увеличения удельного расхода?
  10.  Приведите пример условий эксплуатации, в которых двигатель транспортного средства работает по данной характеристике.

Лабораторная работа № 3

Частичная скоростная характеристика бензинового двигателя

Цель работы

Экспериментально получить частичную скоростную характеристику бензинового двигателя.

Исследовать влияние изменения нагрузки на коленчатом валу двигателя на основные показатели его работы при неизменном положении органа управления подачей топлива (дроссельной заслонки).

Теоретические основы

Частота вращения коленчатого вала оказывает сильное влияние на параметры рабочего цикла и основные показатели работы двигателя. Увеличение частоты вращения коленчатого вала является одним из наиболее эффективных способов повышения мощности двигателей. Поэтому знание закономерностей и причин, обуславливающих изменение основных параметров рабочего цикла и показателей работы двигателя в функции частоты вращения коленчатого вала, позволяет определить наиболее эффективные методы улучшения работы двигателей автомобилей и тракторов.

Скоростную характеристику двигателя определяют при полностью открытой дроссельной заслонке, что соответствует полной подаче топлива. Частичные скоростные характеристики определяют при частично открытой дроссельной заслонке или некотором промежуточном 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 нагрузки до достижения частоты вращения, составляющей не более 85% частоты вращения при максимальном крутящем моменте.

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

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


При определении скоростных характеристик должны быть выявлены точки, соответствующие минимальной рабочей, номинальной и максимальной частотам вращения, установленным техническими условиями на двигатель, частотам вращения при максимальном крутящем моменте; при минимальном удельном расходе топлива и начале срабатывания ограничителя частоты вращения.

Анализ скоростной характеристики позволяет:

  1.  определить абсолютные значения мощностных и экономических показателей данного двигателя;
  2.  выявить причины и характер изменения основных показателей двигателя в зависимости от частоты вращения коленчатого вала;
  3.  оценить данный двигатель в отношении его приемистости, быстроходности и экономичности;
  4.  подсчитать удельные показатели данного двигателя и сопоставить их с удельными показателями других двигателей.

Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя представляет собой зависимость  при полном открытии дроссельной заслонки (см. рис. 6).

Этой характеристикой определяются максимальные мощностные показатели двигателя и оценивается степень совершенства рабочего процесса при полной нагрузке.

Различают следующие виды внешних скоростных характеристик, бензинового двигателя:

а) абсолютную (или предельную) внешнюю скоростную характеристику;

б) эксплуатационную внешнюю скоростную характеристику;

в) внешнюю скоростную характеристику с регуляторной ветвью.

Внешняя скоростная характеристика будет являться абсолютной (или предельной) при данных атмосферных условиях и при данном оборудовании двигателя в том случае, когда регулировка карбюратора, 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 максимальной мощности, – полное открытие дроссельной заслонки.

Такие характеристики называются эксплуатационными внешними скоростными характеристиками. Эти характеристики снимаются при заводской регулировке карбюратора, установившемся тепловом состоянии двигателя и углах опережения зажигания, устанавливаемых автоматическим регулятором (см. рис. 6).

Примером работы бензинового двигателя по внешней скоростной характеристике в реальных условиях эксплуатации является такой случай, когда, например, автомобиль движется на прямой передаче, все время при полном открытии дроссельной заслонки с максимальной скоростью по дорогам различного качества. При этом изменение сопротивления движению, например, при переходе от более легкой к более тяжелой дороге или наоборот приведет к изменению скорости движения автомобиля и, следовательно, к изменению частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Частичные скоростные характеристики двигателя

Скоростные характеристики, представляющие собой зависимости, аналогичные внешней скоростной характеристике, но полученные при неизменном промежуточном положении дросселя, соответствующем неполной подаче топлива (частичное открытие дросселя), называются частичными скоростными характеристиками (рис. 7).

Эти характеристики двигателя снимаются для получения данных, необходимых при расчетах тяговых и экономических качеств автомобиля. Частичные скоростные характеристики снимают так же, как и внешние, но при некоторых промежуточных положениях дроссельной 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.

Методика снятия частичных скоростных

характеристик двигателя

1. Перед снятием скоростной характеристики двигатель прогревают 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 этого, постепенно увеличивая нагрузку на тормоз, снижают частоту вращения коленчатого вала до тех пор, пока двигатель не начнет работать неравномерно и с перебоями.

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

4. Далее двигателю дают поработать на выбранном скоростном режиме не менее 1 мин для установления стабильного теплового состояния (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 вращения 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 режимов и измерения при различной частоте вращения коленчатого вала производят до выявления максимального значения мощности Nе. После этого дополнительно производят измерения при частоте вращения коленчатого вала, на 10% превышающей частоту вращения при соответствующей максимальной мощности.

Всего при снятии скоростной характеристики должно быть произведено не менее 6...8 измерений каждой величины, т.е. каждая кривая 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, использовавшиеся в ходе лабораторной работы.

После окончания процесса снятия характеристики по данным постовых бланков, а также по расчетным данным, полученным при использовании соответствующих формул, заполняется протокол испытаний (см. прил. 1).

Действительные условия работы двигателя на машине отличаются от условий, в которых работает двигатель на тормозном стенде, вследствие чего при снятии скоростных характеристик часто происходит перегрев впускного трубопровода двигателя и снижаются его мощностные показатели. Поэтому при снятии характеристик допускается применять обдув двигателя в продольном направлении от постороннего вентилятора.

Обработка экспериментальных данных

Значения параметров из постовых бланков и результаты последующих расчётов заносятся в протокол (см. прил. 1). По полученным значениям строят частичную скоростную характеристику бензинового двигателя: графики зависимостей эффективной мощности, крутящего момента, часового и удельного расходов топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя:

.

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

Контрольные вопросы

  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 дроссельной заслонки?
  4.  В чем отличие внешней скоростной характеристики от частичной скоростной?
  5.  Какие параметры подлежат измерению при снятии характеристики, а какие остаются неизменными?
  6.  Приведите пример условий эксплуатации, в которых двигатель транспортного средства работает по данным характеристикам.
  7.  Как повлияет увеличение (уменьшение) контрольной порции топлива на характер протекания кривой эффективного удельного расхода 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?


Лабораторная работа № 4

Характеристика холостого хода 

бензинового двигателя

Цель работы

Экспериментальным путем получить характеристику холостого хода бензинового двигателя. Исследовать зависимость часового расхода топлива GT  от частоты вращения коленчатого вала двигателя при нулевой внешней нагрузке на коленчатый вал двигателя.

Теоретические основы

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 минимально устойчивой.

Минимально устойчивую частоту вращения холостого хода определяют последовательным уменьшением подачи топлива до появления 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 используемым режимом. Примерами работы двигателя на холостом ходу являются:

а)   работа двигателя с малой частотой вращения коленчатого вала 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 передачи;

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 эксплуатации может превышать 25...40% всего времени работы. При работе двигателя на холостом ходу индикаторная мощность Ni , развиваемая в  цилиндрах двигателя, полностью расходуется на преодоление мощности внутренних потерь NT, т.е. Ni=NT.

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

На этой характеристике также при необходимости наносятся кривые изменения разряжения  во впускном трубопроводе, угла опережения зажигания и температуры отработавших газов.

При плавном протекании этой характеристики обеспечивается хороший переход двигателя на нагрузочные режимы, а при наличии резких изгибов на ней наблюдается плохая приемистость двигателя вследствие неправильного подбора соответствующих дозирующих устройств в карбюраторе, нарушение их правильной работы или сбои в режимах работы электронных систем.

Характеристика холостого хода позволяет судить о том, как согласуется 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.

В качестве одного из оценочных параметров работы двигателя по этой характеристике можно использовать условный удельный расход топлива на холостом ходу, который представляет собой величину часового расхода топлива, кг/(ч ∙л), при минимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя GTmin, отнесенную к 1 л рабочего объема Vh цилиндров двигателя:

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.


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 изменения режима во время измерения расхода топлива.

2. Снятие характеристики холостого хода производят, начиная с минимальной частоты вращения, и с помощью винта упора дроссельной заслонки увеличивают ее вначале через 100 мин-1, а после достижения 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 ().

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 контрольной порции топлива.

Полученные результаты измерений представляют в виде кривых изменения  и Tог в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.

Обработка экспериментальных данных

Значения параметров из постовых бланков и результаты последующих расчётов заносятся в протокол (см. прил. 1). По полученным значениям необходимо рассчитать часовой расход топлива и построить характеристику холостого хода: графическую зависимость часового расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала:

.

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

Контрольные вопросы

  1.  Цель работы и методика ее проведения.
  2.  Объясните характер полученной зависимости.
  3.  Расскажите 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 карбюратора (системы впрыска).
  7.  Какими способами можно добиться снижения частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода?
  8.  Приведите пример условий эксплуатации, в которых двигатель транспортного средства работает по данным характеристикам.
  9.  Какие внешние факторы влияют на характер протекания графика?
  10.  Способы снижения расхода топлива на данном режиме работы.

Библиографический список

  1.  Двигатели внутреннего сгорания: В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов: 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.
  2.  ГОСТ 14846-81. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний.
  3.   ГОСТ 18509-88. Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний.
  4.  Автомобильные двигатели / Под ред. М.С. Ховаха. – М.: Машиностроение, 1977. – 591 с.
  5.  Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчет на прочность 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. и др. Расчет и конструирование автомобильных и тракторных двигателей (дипломное проектирование). Минск: Высшая школа, 1987. – 247 с.
  7.  Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания. − М.:Высш. шк, 1975.−320 с.

Приложение 1

Протокол результатов испытаний и расчётов

замера

Частота вращения

n, мин-1

Масса

контр. порции

топлива

 G, г

Время

расхода контр. порции

топлива

τ, с

Крутящий

момент

Ме, Н·м

Мощность

 Nе, кВт

Часовой расход

топлива

Gт, кг/ч

Удельн. расход топлива

gе,

г/(кВт·ч)

Приложение 2

Кафедра «Теплтотехника и тепловые двигатели» СибАДИ

Лаборатория испытаний двигателей

ПОСТ №

К протоколу №___________      Дата испытаний ___________

замера

Замеряемый

параметр

Значения

параметра

1

2

3

4

5

6

7

8

Приложение 3

Масштабы графиков

Масштабы графиков, построенных по результатам измерений и расчетов, выбирают 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


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4487. Довгострокові прогнози льодових явищ на основі характеристик атмосферних процесів 60 KB
  Довгострокові прогнози льодових явищ на основі характеристик атмосферних процесів 1 Фізичні основи та принципи прогнозів дат льодових явищ Строки льодових явищ на водних об’єктах залежать від масштабних атмосферних процесів, які розвиваються на...
4488. Набор учебных стендов для кабинета Правил Дорожного Движения 4.95 MB
  Введение Темой конструкторской разработки является создание учебных стендов для кабинета Правил Дорожного Движения. Эта работа содержит в себе 3 стенда: стенд макет автодрома, тренажер сигналы регулировщика и стенд сигналы светофора. Руководит...
4489. Предмет, мета та задачі курсу. Екологічні проблеми науково-технічного прогресу (НТП) 248.5 KB
  Предмет, мета та задачі курсу. Екологічні проблеми науково-технічного прогресу (НТП). Екологія – інтегральна міждисциплінарна наука. Основні положення загальної екології. Передумови виникнення екології як науки Протягом тривалого часу,...
4490. Ассемблер. Об ассемблере 24.38 KB
  Об ассемблере Интересно проследить, начиная со времени появления первых компьютеров и заканчивая сегодняшним днем, за трансформациями представлений о языке ассемблера у программистов. Когда-то ассемблер был языком, без знания которого нельзя было за...
4491. Программная модель микропроцессора 47.29 KB
  Программная модель микропроцессора На современном компьютерном рынке наблюдается большое разнообразие различных типов компьютеров. Поэтому возможно предположить возникновение у потребителя вопроса — как оценить возможности конкретного типа (или...
4492. Структура программы на ассемблере 80.09 KB
  Структура программы на ассемблере Программа на ассемблере представляет собой совокупность блоков памяти, называемых сегментами памяти. Программа может состоять из одного или нескольких таких блоков-сегментов. Каждый сегмент содержит совокупность пре...
4493. Описание системы команд микропроцессоров Intel 231.11 KB
  Описание системы команд микропроцессоров Intel Материал, приведенный в данном разделе справочной системы, на котором мы рассматривали формат машинной команды микропроцессора и систему его команд в целом. Выберите тему: Знакомство ...
4494. Типы данных при программировании на языке ассемблера 73.96 KB
  Типы данных при программировании на языке ассемблера При программировании на языке ассемблера используются данные следующих типов: Непосредственные данные, представляющие собой числовые или символьные значения, являющиеся частью команды...
4495. Массивы на языке ассемблера 35.65 KB
  Массивы на языке ассемблера Дадим формальное определение: массив - структурированный тип данных, состоящий из некоторого числа элементов одного типа. Для того чтобы разобраться в возможностях и особенностях обработки массивов в программах на ассембл...