Рецензент : канд. техн. наук. доц.А.А. Долгушин

Инженерный институт

Теория, основы расчета и испытание

Автомобильных двигателей

Журнал лабораторно-практических работ для

Студентов специальности 190601

“Автомобили и автомобильное хозяйство”

Фамилия студента __________________

Группа _________

Преподаватель _____________________

Новосибирск 2010

Кафедра «Автомобили и тракторы»

Теория, основы расчета и испытание автомобильных двигателей. Журнал лабораторно-практических работ для студентов специальности 190601 / Новосиб. гос. аграр. ун-т. Инженер. ин-т; Сост.: Е.А.Булаев, Федюнин, М.Л. Вертей. – Новосибирск, 2010.- 35 c.

Рецензент: канд. техн. наук. доц.А.А. Долгушин

В журнале даны краткая инструкция по технике безопасности, организационно-методические указания, формулы для обработки полученных опытных данных, а также таблицы и поля графиков, которые студенты заполняют и вычерчивают по результатам опытов.

Утверждены и рекомендованы к изданию методической комиссией Инженерного института (протокол № __ от ___________ 2010 г.)

Ó Новосибирский государственный аграрный университет, 2010

Ó Инженерный институт, 2010

Краткая инструкция по технике безопасности и

противопожарным мероприятиям

1. При проведении испытаний двигателей серьезное внимание уделяется технике безопасности и противопожарным мероприятиям.

2. Все приводные и соединительные устройства вращающихся деталей должны иметь надежные ограждения.

3. Запрещается производить какие-либо регулировки и техобслуживание при работе двигателя и электростенда.

4. Перед началом испытаний необходимо произвести наружный осмотр тормозных стендов и двигателей. Запрещается работа на стендах при отсутствии защитных кожухов у коллектора двигателя, на реостате, над муфтой, соединяющей редуктор с электродвигателем, и над соединением двигателя со стендом. Особое внимание следует обращать на крепление и шплинтовку деталей соединительной гибкой муфты и карданного вала, а также на крепление двигателя к раме электротормоза. Необходимо проверить заправку двигателя маслом и водой.

5. В случае перегревания двигателя нужно осторожно открыть крышку верхнего бака радиатора, пользуясь рукавицами или тряпками, так как возможны ожоги паром и кипящей водой. При перегреве следует плавно уменьшать обороты двигателя и дать ему возможность охладиться при работе без нагрузки.

6. Нельзя касаться нагретых стенок выхлопных труб, коллектора двигателя и экрана термопары.

7. При появлении ненормального стука в двигателе, тормозном стенде и стенде для регулировки топливных насосов или в других агрегатах студент обязан выключить работающий агрегат.

8. Пользование открытым огнем, а также курение в лаборатории испытаний двигателей категорически запрещаются.

9. Запрещается всякое хранение топлива и масел в дополнительных емкостях в лаборатории испытаний двигателей.

10. Недопустимы подтекания топлива и масла.

11. Лаборатория должна иметь хорошую вытяжную вентиляцию и освещение.

12. Внутри помещения должны быть необходимые противопожарные средства для тушения горящих нефтепродуктов (огнетушители, ящики с песком, кошма). Заливать водой горящее топливо или масло категорически запрещается.

13. На пуск двигателя необходимо получить разрешение руководителя и подать сигнал.

14. Во избежание аварии запрещается сообщать валу двигателя стендов типа СТЭУ – 40 более 2200 мин^-1.

Подпись студента _________________

Общие положения

Испытания являются завершающим этапом технологического процесса производства двигателей и предназначены для контроля качества их производства и соответствия характеристик техническим условиям на поставку.

Испытание двигателей можно подразделить на опытно-конструкторские и серийные [1].

Опытно-конструкторские испытания делятся на исследовательские и контрольные.

Исследовательские испытания проводятся для изучения определенных свойств конкретного двигателя и в зависимости от целей могут быть доводочными, испытаниями на надежность и граничными.

Доводочные испытания предназначены для оценки конструктивных решений, принятых для достижения мощностных и экономических показателей, установленных в техническом задании.

Граничные испытания проводятся для оценки зависимости мощностных, экономических показателей и работоспособности двигателя от граничных условий, установленных в техническом задании.

Контрольные испытания предназначены для оценки соответствия всех показателей опытного двигателя требованиям технического задания.

Серийные испытания делятся на приемо-сдаточные, периодические и типовые.

Приемо-сдаточные испытания проводятся с целью проверки качества сборки двигателя и отдельных его узлов, приработки трущихся поверхностей, определения соответствия показателей двигателя техническим условиям на поставку.

Периодические испытания предназначены для периодического контроля стабильности технологического процесса в период между этими испытаниями, подтверждения возможности продолжения изготовления двигателей.

Тормозные устройства

Тормозные устройства служат для создания внешнего сопротивления, которое поглощает мощность, развиваемую двигателем. Такие стенды должны иметь топливную, воздухопитательную и газоотводящую системы.

В зависимости от принципа создания тормозного момента различают механические, воздушные, гидравлические и электрические тормозные устройства. Первые три типа тормозных устройств используют только для торможения двигателей, а электрические тормоза – также для пуска и холодной обкатки двигателя.

Тормоз любого типа характеризуется следующими основными параметрами: максимальной N_Tmax и минимальной N_Tmin поглощаемыми мощностями; максимальной и минимальной частотами вращения; максимальным и минимальным тормозными моментами.

В механических тормозах механическая энергия, развиваемая двигателем поглощается работой сил трения. Шкив механического тормоза охватывается гибкой стальной лентой, облицованной фрикционным материалом, благодаря чему между шкивом и лентой возникают силы трения, которые компенсируют энергию, развиваемую двигателем, превращая ее в тепло, которое отводится в охлаждающую воду.

Механические тормоза просты по устройству, но обладают малой энергоемкостью, нестабильной характеристикой и плохой способностью к саморегулированию (момент торможения у них почти не зависит от частоты вращения).

В воздушных тормозах развиваемая двигателем мощность затрачивается на перемещение и частично на нагрев воздуха.

Гидравлические тормоза весьма энергоемки, просты по конструкции и в свое время получили широкое распространение в практике стендовых испытаний двигателей. Поглощаемая гидравлическим тормозом энергия расходуется на совершение гидродинамической работы и работы трения (вращающегося ротора о жидкость).

По конструкции в основном различают штифтовые, дисковые и лопастные гидравлические тормоза.

Электрические тормоза, обладающие рядом преимуществ по сравнению с механическими и гидравлическими, нашли широкое применение в испытательской практике.

Электрические тормоза переменного тока на базе асинхронных двигателей с фазным ротором просты по устройству, имеют сравнительно небольшие габариты, но не обеспечивают достаточно широкого диапазона регулирования частоты вращения.

Электрические тормозные стенды ГОСНИТИ с асинхронными электрическими машинами применяют для обкатки и испытаний тракторных, комбайновых и автомобильных двигателей.

На рис. 1 показано устройство стенда ГОСНИТИ с асинхронной машиной типа АК. Балансирная электрическая машина 1 цапфами боковых щитов опирается на шариковую самоустанавливающиеся подшипники стоек 2. К плите 3 прикреплены стойки 2 и стойка маятникового весового механизма 4.

Карданный вал 6 соединяет между собой валы ротора машины и испытуемого двигателя. Частота вращения вала машины измеряется электрическим тахометром, датчик 5 которого приводится во вращение от вала машины через зубчатую передачу.

Жидкостной регулировочный реостат предназначен для изменения тока в обмотке ротора и тем самым частоты вращения вала асинхронной машины, как в режиме двигателя (холодная обкатка), так и в режиме генератора (горячая обкатка и испытания двигателя). Реостат представляет собой за-

Рисунок 1- Электрический стенд ГОСНИТИ с асинхронной машиной типа АК: 1 – асинхронная машина; 2 – стойка; 3 – плита; 4 – весовой механизм; 5 – датчик электрического тахометра; 6 – карданный вал.

крытый сетчатым кожухом бак емкостью 300 л, наполненный 1–3 % - ным раствором кальцинированной соды. Внутри бака на валу при помощи изолятора укреплены три электрода, каждый из которых состоит из трех стальных пластин, средний из которых основная, а две боковых – дополнительные. Каждый электрод соединен проводом с фазовой обмоткой ротора. Изменяя степень погружения электродов в жидкость, регулируют активное сопротивление в обмотках ротора и тем самым частоту его вращения (в режиме двигателя) или нагрузку (в режиме генератора).

Температура жидкости в баке (около 50°С) поддерживается при помощи электропомпы, перемешивающей раствор, и охлаждающей воды, циркулирующей в рубашке бака.

Если раньше на стендах с машиной типа АК реостат приводился в движение рукояткой червячной передачи, то теперь на стендах с машиной типа АКБ благодаря применению электрического исполнительного механизма работой реостата можно управлять дистанционно, при помощи кнопок управления, расположенных на отдельном пульте.

На основном пульте управления стендом, кроме циферблата весового механизма, установлены манометр для измерения давления масла в системе смазки двигателя, два указателя дистанционных термометров для измерения температуры воды на входе и выходе из рубашки двигателя, измеритель электрического тахометра.

Асинхронные балансирные тормозные машины типа АКБ по сравнению с машинами типа АК обладают рядом особенностей: щеточный механизм введен в корпус машины, на боковых щитах предусмотрены цапфы для балансирной подвески машины на стойках, увеличено сечение обмотки ротора, бандажи ротора из стальной проволоки заменены лентой из стеклоткани, вал ротора выведен в оба конца машины. Все эти усовершенствования позволили тормозной машине работать с частотой вращения до 3000 мин^-1.

На рисунке 2 в качестве примера приведена электрическая схема стенда СТЭУ-40. Перед пуском электродвигателя включают рубильник Р сети. Загораются сигнальные лампы Л, показывающие, что все фазовые обмотки балансирной машины БМ находятся под напряжением.

Рисунок 2- Электрическая схема тормозного стенда СТЭУ-40: Р – рубильник; МП – магнитный пускатель; Л – сигнальные лампы; БМ – балансирная машина – асинхронный электродвигатель с фазным ротором; ДВС – испытуемый двигатель внутреннего сгорания; ВР – водяной реостат в цепи ротора; ЦН – циркулярный насос системы охлаждения водяного реостата.

Нажав кнопку «Пуск» магнитного пускателя и постепенно заглубляя электроды жидкостного реостата, приводят во вращение ротор электрической машины БМ и вал двигателя ДВС. С увеличением заглубления электродов частота вращения ротора повышается.

После включения зажигания (подачи топлива), пуска испытуемого ДВС и повышения частоты вращения более чем 1000 об/мин электрическая машина БМ перейдет в режим работы генератора и, тормозя испытуемый двигатель, будет отдавать электроэнергию в сеть. По данным испытаний стендов ГОСНИТИ, коэффициент отдачи электроэнергии в сеть (в интервале тормозной мощности) составляет 0,7.

Следует заметить, что стенды ГОСНИТИ оснащены автоматическими устройствами, обеспечивающими переключение заданных режимов обкатки и испытания двигателя и контроль за его работой. Так, применены дистанционное управление реостатом; автоблокировка, предотвращающая запуск стенда, если электроды реостата не находятся в исходном положении; световая сигнализация; дистанционные указатели давления и температуры масла в системе смазки и температуры воды в системе охлаждения; дистанционный указатель частоты вращения вала тормоза и др.

Недостатком рассмотренных балансирных машин трехфазного тока является ограниченный предел минимальной частоты вращения (1000 мин^-1) при работе машины в тормозном режиме.

Организационно-методические указания

при испытаниях ДВС

1. До начала испытаний необходимо проверить наружные крепления стенда и двигателя, заправку водой и маслом, отсутствие подтекания топлива. При необходимости производят тарировку стенда по определению достоверности показаний.

2. В процессе подготовки к испытаниям нужно ознакомиться с устройством и оборудованием стенда, приборами, техникой проведения замеров, формой сводной документации.

3. Перед испытанием двигатель должен быть прогрет до номинального теплового состояния.

4. Студенты-исполнители в течение одного лабораторного занятия работают на определенных рабочих местах, на следующих лабораторных занятиях состав исполнителей может меняться. Рекомендуем следующие рабочие места:

а) Двигатель (1-2 студента). Запуск двигателя. Изменения положения дросселя карбюратора или рычага управления топливного насоса. Изменение угла опережения зажигания. Замер перепада давления по дифференциальному манометру и угла опережения зажигания.

б) Регулировочный реостат (1 студент). Изменение нагрузки двигателя регулировочным реостатом для установления требуемого скоростного и нагрузочного режимов.

в) Пульт управления (2 студента). Запись в журнал наблюдений показаний приборов.

г) Замер расхода топлива (1-2 студента). Измеряется расход топлива и продолжительность опыта.

д) Построение дежурной кривой (1 студент). Строится кривая непосредственно по результатам опыта.

е) Регистрация барометрического давления и температуры окружающего воздуха (1 студент). Непосредственное руководство проведением опытов (1 студент-бригадир) – подача сигнала начала опыта (один звонок) и окончания опыта (два звонка).

5. Результаты тормозных испытаний ДВС заносятся в таблицы.

Обработка опытных данных

Эффективная мощность двигателя N_e (л.с.) при испытаниях может быть рассчитана по формуле

, (1)

1 л.с. = 0,736 кВт (2)

где P – тормозное усилие, определяемое по шкале весов тормозного стенда, кгс;

n_T – частота вращения вала тормоза, мин^-1;

h_р – механический КПД редуктора, h_р = 0,96-0,98.

При отсутствии редуктора

, (3)

где n – частота вращения коленчатого вала двигателя.

Массовый (часовой) расход топлива G_Т (кг/ч) вычисляется по формуле

(4)

или при измерении G_Т в других единицах г/с:

где G_оп – расход топлива двигателем за опыт, г;

t - продолжительность опыта, с.

Удельный расход топлива g_е (г/л.с.×ч) определяется соотношением

. (5)

Крутящий момент двигателя M_e (Н×м, кгс×м) рассчитываем по формуле

. (6)

В частности, при условии отсутствия редуктора

n_T = n, h_р = 1,

. (7)

Приведение результатов испытания двигателя

к нормальным условиям

Изменение атмосферных условий относительно стандартных и температуры топлива вызывает соответствующее изменение мощностно-экономических показателей. Согласно ГОСТам 18509 – 88 и 14846 – 69 за стандартные условия приняты: барометрическое давление B₀ = 1013 гПа (760 мм рт. ст.), температура воздуха t_окр =20°С, относительная влажность воздуха j_окр = 50%, температура топлива t_т = 20°С.

Для дизельных двигателей без турбонаддува повышение t_окр на 1°С и понижение В₀ на 1 гПа вызывает соответствующее уменьшение эффективной мощности на 0,15% и 0,045% (0,06% на 1 мм рт. ст.). На аналогичные величины повышается удельный расход топлива.

Применительно к бензиновым двигателям уменьшение и увеличение удельного расхода топлива составляет 0,18% при повышении t_окр на каждый градус и на 0,1% при понижении атмосферного давления В₀ на каждый гектопаскаль (0,135% на 1 мм рт. ст.).

Построение графиков. Масштабы

Результаты обработки данных испытаний изображают в виде графиков-характеристик, которые служат основной технической документацией испытаний двигателя. Для изображения графиков зависимостей данной характеристики необходимо заранее заготовить форматки на миллиметровой бумаге. Стандартные размеры форматок приведены в ГОСТ 18509 – 73.

Данные опытов, полученные в результате измерений (N_e, G_T, t°), на графиках обычно изображают в виде маленьких окружностей диаметром 1–2 мм. Полученные точки соединяют кривой так, чтобы на ней уложилось наибольшее количество кружков. Не следует соединять их прямыми отрезками, так как в этом случае получается ломаная линия, искажающая характер протекания действительного процесса работы двигателя.

Величины M_кр, P_е, g_е и др., полученные в результате расчетов, откладывают на графике в виде точек, а не окружностей, и кривые изменения этих величин строят в виде сплошных линий.

При соединении плавной кривой опытных точек следует уделять внимание выпавшим точкам и устанавливать причины, которые могли это вызвать.

Прежде чем строить характеристики, весьма важно выбрать правильные масштабы. Основное правило здесь – наглядность, простота понимания графика и полное использование площади форматки. При выборе масштаба необходимо руководствоваться ГОСТ 18509 – 73.

Рационально выбранный масштаб графика в значительной мере облегчает выявление закономерностей протекания процесса и уменьшает разброс точек при построении характеристик.

Лабораторная работа №1

Обкатка двигателей

Назначение обкатки. Обкатка — часть технологического процес­са ремонта. Во время обкатки происходит приработка рабочих поверхностей деталей, осадка прокладок, выявляются и устра­няются отдельные дефекты сборки.

Рабочие поверхности прирабатываются с постепенным умень­шением интенсивности изнашивания. Однако завер­шается приработка только через несколько десятков, а иногда и сотен часов работы дизеля. В этой связи обкатку разделили на стендовую и эксплуатационную.

Стендовая обкатка выполняется на ремонтных пред­приятиях. Ее режимы определены для каждой конкретной мо­дели дизеля в нормативно-технической документации.

Эксплуатационная обкатка проводится на пред­приятиях (в хозяйствах) при последовательном увеличении на­грузки по режимам обкатки той машины, на которой установлен дизель. Оптимальная продолжительность этого вида обкатки находится в пределах 30...60 ч работы дизеля.

Износостойкость новой детали, полученной механической об­работкой, условно может быть рассмотрена как суммарная ве­личина, обусловленная износостойкостью основного материала и свойствами рабочего поверхностного слоя, т. е. геометрически­ми и физико-механическими свойствами, сообщаемыми поверх­ности в процессе механической обработки. Первая составляющая — физико-механические свойства ос­новного материала — играет значительную роль как в начальный период работы детали, так и в период эксплуатации. Вторая ус­ловная составляющая — физико-механические свойства поверх­ностного слоя материала — имеет технологическую природу, связана с особенностями процесса механической обработки, ког­да создается микрорельеф и происходит некоторое изменение пластичности и напряженности поверхностного слоя.

Эта со­ставляющая определяется качеством поверхностей трущихся де­талей и проявляется только в период их приработки, характеризующий начальную износостойкость. Качество рабочих поверхностей деталей слагается из ряда параметров: шероховатости, микротвердости, микронеровности размера остаточных напряжений и др.

Продолжительность и качество приработки зависят в значительной степени также от качества сборки (соблюдение установленных в технической документации зазоров, параллельности осей и контактирующих поверхностей). Нарушение технологической дисциплины при сборке приводит к необходимости увеличения продолжительности процесса приработки. При прочих равных условиях качество приработки зависит от нагрузки на трущиеся поверхности, их относительной скорости перемещения, температуры контактирующих поверхностей, качества и эффективности фильтрации картерной смазки (удаления продуктов износа).

С учетом этого в задачу обкатки дизелей входит: получение высокого качества рабочих поверхностей деталей при минимальном их износе в процессе обкатки; завершение приработки при минимальной продолжительности обкатки.

Сокращение продолжительности приработки не должно приводить к сокращению послеремонтного ресурса работы дизелей.

Идеально было бы иметь для каждого дизеля свою программу обкатки, которая учитывала бы конкретные его особенности, такие как качество рабочих поверхностей деталей, качество сборки, литраж, мощность и частоту вращения коленчатого вала. Однако пока нет достаточно надежных, пригодных для применения в условиях ремонтного производства средств и критериев, позволяющих определить момент завершения приработки.

В этой связи нормативно-технической документацией на капитальный ремонт установлены единые режимы обкатки для дизелей каждой модели, гарантирующие достижение такой степени приработки, при которой он подготовлен для проведения приемо-сдаточных испытаний (приемочного контроля).

Основное соединение, определяющее качество приработки дизелей, — гильза цилиндра — поршневые кольца. После завершения приработки трущихся поверхностей этих деталей принято считать обкатку двигателя законченной. В условиях ремонтного производства прямое измерение качества приработки в процессе обкатки не представляется возможным, поэтому для оценки качества приработки дизелей обычно используют технико-экономические параметры (эффективную мощность, удельный расход топлива, расход масла на угар). Значение этих показателей дается в нормативно-технической документации на капитальный ремонт дизелей.

Обкатка дизелей. Стендовой обкатке подвергают каждый дизель, выходящий из капитального ремонта.

Стендовая обкатка включает в себя холодную обкатку, обкатку на холостом ходу и горячую обкатку (обкатку под нагрузкой).

Обкатку проводят на летнем дизельном топливе (ГОСТ 305—82) и на моторном масле М-10В или М-10Г2. Физико-технические параметры топлива и масла должны быть удостоверены документом.

На обкатку и испытания дизели поставляют без вентилятора, гидронасоса, водяного и масляного радиаторов, выпускной трубы и искрогасителя. Допускается обкатка без генератора с применением натяжного ролика. Технологический воздухоочиститель должен иметь устройство для прекращения (в случае аварийной ситуации) поступления воздуха в цилиндры дизеля.

Холодная обкатка. Холодную обкатку дизелей выполняют на режимах, указанных в таблице 1.

Таблица 1-Режимы холодной обкатки дизеля Д-240

Дизель	Показатели на ступенях обкатки
первая	вторая	третья	продолжительность этапа, мин
частота вращения, мин^-1	продолжительность, мин	частота вращения, мин^-1	продолжительность, мин	частота вращения, мин^-1	продолжительность, мин
Д-240	500 – 600		700 –800		900 – 950

В процессе обкатки поддерживают следующие условия: давление масла в магистрали не менее 0,15 МПа; температура воды на выходе из дизеля 60...75 °С.

Подтекание и каплеобразование топлива, масла и воды в местах соединения трубопроводов и плоскостей стыков соединяемых деталей не допускается. В случае появления посторонних стуков и шумов в дизелях обкатку прекращают и устраняют неисправность.

После завершения холодной обкатки проверяют правильность установки угла начала подачи топлива до в. м. т., зазоров между бойками коромысел и торцами стержней клапанов.

Горячая обкатка на холостом ходу. Этап обкатки проводят по трем или более ступеням (в зависимости от модели дизеля), продолжительность каждой 5...10 мин. Первая ступень обкатки начинается при частоте вращения коленчатого вала, равной 65...70% номинальной, и затем через определенные интервалы последовательным переводом на следующие ступени доводят частоту вращения до номинальной (табл. 2). После окончания обкатки проверяют затяжку гаек шпилек крепления; головки цилиндров дизеля.

Таблица 2 -Режимы обкатки дизеля Д-240 на холостом ходу.

Дизель	Показатели на ступенях обкатки
первая	вторая	третья	продолжительность этапа, мин
частота вращения, мин^-1	продолжительность, мин	частота вращения, мин^-1	продолжительность, мин	частота вращения, мин^-1	продолжительность, мин
Д-240			1400 –1800

Горячая обкатка под нагрузкой. Ее выполняют последовательной плавной загрузкой дизеля от холостого хода до номинальной частоты вращения коленчатого вала. (Рычаг управления подачей топлива при этом закрепляют в положении, Соответствующем максимальной подаче.) Этот этап обкатки состоит из четырех — шести ступеней, продолжительность каждой 10...15 мин (табл. 3). В процессе обкатки значительно возрастают удельные давления на трущиеся поверхности, происходит интенсивное тепловыделение. Поэтому необходимо следить, чтобы тепловой режим дизеля (температура масла и воды) не превышал допустимых значений. Давление масла в системе под нагрузкой дизеля должно быть в пределах 0,2...0,5 МПа (2... 5 кгс/см²). Температуру охлаждающей воды и масла в смазочной системе следует поддерживать в пределах 80...95°С.

Таблица 3-Режимы обкатки дизеля Д-240 под нагрузкой.

Дизель

Показатели на ступенях обкатки

первая

вторая

третьей

четвертой

пятой

шестой

Продолжительность этапа, мин

Общая продолжит, мин

Давление масла, МПа

крутящий момент, Н×м

продолжительность, мин

крутящий момент, Н×м

продолжительность, мин

крутящий момент, Н×м

продолжительность, мин

крутящий момент, Н×м

продолжительность, мин

крутящий момент, Н×м

продолжительность, мин

крутящий момент, Н×м

продолжительность, мин

Д-240

0,2- 0,35

Загрузку дизеля контролируют по показаниям стрелки циферблата весомого механизма стенда.

После обкатки проверяют частоту вращения коленчатого вала при минимально устойчивой и максимальной частоте вращения холостого хода.

Проверка пуска дизеля. Каждый дизель после технологической обкатки должен быть проверен на качество пуска.

Пусковой двигатель должен легко включаться от стартера и устойчиво работать при минимальной частоте вращения коленчатого вала.

При включении муфты сцепления работающего пускового двигателя его ведомая часть должна быть надежно заторможена. Это определяется бесшумным включением шестерни центробежного автомата с венцом маховика.

Включение шестерни центробежного автомата должно происходить автоматически при частоте вращения коленчатого вала 265...280 мин^-1.

Дизель должен включаться в работу от пускового двигателя безотказно после начала действия муфты редуктора.

Лабораторная работа №2

Снятие регулировочной характеристики

дизельного двигателя по составу смеси

1. Порядок выполнения работы

Чтобы можно было плавно перемещать рейку насоса, с тягой рейки соединен резьбовой хвостовик, на который навернута специальная регулировочная гайка с накаткой. Рейку топливного насоса фиксируют в заданном положении стопорными вилами.

Регулировочную характеристику по составу смеси снимают при номинальной частоте вращения коленчатого вала, которую поддерживают постоянной, изменяя нагрузку тормоза.

2. Последовательность проведения опытов

В первом опыте рейку топливного насоса закрепляют в положении, соответствующем минимальному расходу топлива при устойчивой работе двигателя на заданном скоростном режиме. Измерения начинают после того, как установится постоянная частота вращения.

Во время проведения опыта измеряют частоту вращения вала тормоза, усилие на тормозе (по показаниям весового устройства), расход топлива за опыт, продолжительность опыта, статический напор в устройстве для замера расхода воздуха, дымность отработавших газов, давление масла в картере и температуры масла, охлаждающей воды и отработавших газов.

По результатам опыта подсчитывают мощность, часовой и удельный расход топлива, часовой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха.

Опытные и расчетные данные записывают в протокол испытаний.

Во втором опыте рейку топливного насоса слегка отводят от первоначального положения (обычно по показаниям градуированной шкалы приблизительно на 2 мм). Изменяя нагрузку тормоза, восстанавливают заданную частоту вращения коленчатого вала и после того, как скоростной и нагрузочный режимы станут устойчивыми, измеряют, подсчитывают и записывают в протокол те же величины, что и в первом опыте.

Третий и последующие опыты проводят, перемещая рейку насоса каждый раз примерно на такую же величину, что и во втором опыте, и делают все необходимые измерения, расчеты и записи. В тех опытах, когда рейка насоса приближается к положению максимальной подачи топлива, по показаниям дымометра устанавливают степень дымности отработавших газов, определяющую собой начало или так называемый предел дымления. Вместе с тем, если позволяют условия, ведут наблюдение за цветом отработавших газов, выходящих из выпускной трубы. Появление в отработавших газа серого дыма свидетельствует о том, что степень дымности 25 – 40%. Это значение (как по показаниям дымометра, так и при визуально наблюдении) соответствует пределу дымления и должно быть отмечено в протоколе испытаний и на регулировочной характеристике.

Примерный вид регулировочной характеристики по составу смеси дизельного двигателя показан на рис. 5.

В последнем опыте рейку насоса устанавливают в положении, определяющее такой часовой расход топлива, при котором двигатель развивает наибольшую мощность. Из выпускной трубы двигателя при этом выбрасывается дым темно – серого переходящего в черный цвета (степень дымности превышает 60%). Работа дизеля с дымным выхлопом недопустима.

После окончания последнего опыта характеристику по составу смеси снимают еще раз в обратном порядке, уменьшая ход рейки насоса в каждом последующем опыте примерно на одну и ту же величину.

После окончания испытаний и заполнения протокола строят кривые регулировочной характеристики по составу смеси.

Рисунок 3- Регулировочная характеристика дизеля по составу смеси.

3. Выбор оптимальной регулировки подачи топлива

Анализ регулировочной характеристики по составу смеси дизеля показывает, что по мере перемещения рейки топливного насоса и изменения расхода топлива в работе двигателя можно выделить два весьма характерных режима.

Первый режим наиболее экономичен по расходу g_{e мин} топлива. Он характеризуется полным сгоранием топлива и сопровождается бездымным выпуском отработавших газов. Для автотракторных дизелей этому режиму соответствует коэффициент избытка воздуха a = 1,4 – 1,6.

Во втором режиме двигатель развивает максимальную мощность N_{e макс}. В этом случае, как правило, наблюдается сильное дымление. На этой регулировке коэффициент избытка воздуха a = 1,2. Дымление объясняется ухудшенным смесеобразованием, увеличенным расходом топлива и неполным его сгоранием вследствие уменьшения коэффициента избытка воздуха.

На регулировочной характеристике (рис. 5) левая штриховая вертикальная линия определяет расход топлива, соответствующий режиму максимальной экономичности g_{е мин}, а правая – расход топлива, при котором двигатель развивает наибольшую мощность N_{e макс}. В режиме g_{е мин} двигатель развивает мощность на 13 % меньшую, чем в режиме N_{e макс}. Оптимальная регулировка расхода топлива, при которой двигатель развивает номинальную мощность, установленную техническими условиями, должна находиться в зоне между регулировками, соответствующими g_{е мин} и N_{e макс}.

Таблица 5.

Протокол испытаний дизельного

двигателя по составу смеси

Марка двигателя ___________________ Тормоз _____________

Топливо ___________ Масло ____________ p₀ ______ мм рт.ст.

№ опыта

P

n

Ne

N0

Me

t

Расход топлива

Температура

Pм

Gоп

Gт

gе

gео

tж

tм

tч

tокр

Ne

ge

GT, кг/ч

Рисунок 4- Регулировочная характеристика дизельного двигателя по составу смеси

Анализ регулировочной характеристики дизельного двигателя по составу смеси: ______________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа №3

Снятие регулировочной характеристики по углу

опережения зажигания бензинового двигателя

Цель работы: установление зависимости мощности N_e, часового G_T и удельного g_e расходов топлива от угла q° опережения зажигания и определение оптимального значения этого угла для номинального скоростного режима.

Порядок выполнения работы

Перед началом испытаний устанавливают наивыгоднейшую регулировку двигателя по составу смеси. Прогревают двигатель до нормального теплового состояния (80-90°С). Опыты проводят при неизменном положении дроссельной заслонки и постоянной частоте вращения. Интервал углов опережения зажигания, при которых проводятся испытания двигателя, охватывает диапазон от 0 до -50°.

Первый опыт проводят при установленном вручную раннем зажигании (50°).

Изменяя нагрузку тормоза, устанавливают заданную постоянную частоту вращения коленчатого вала (по тахометру 1800 мин^-1) при неизменном положении дроссельной заслонки и через 1 – 2 мин измеряют усилие по шкале тормоза, расход топлива за опыт, продолжительность опыта, температуру масла, охлаждающей жидкости и отработавших газов.

По данным опыта подсчитывают значения эффективной мощности, часового и удельного расходов топлива. Результаты измерений и подсчетов записывают в протокол испытаний.

Второй опыт начинают после некоторого уменьшения угла опережения зажигания, например на 10° угла поворота коленчатого вала.

Регулированием нагрузки тормоза восстанавливают заданную постоянную частоту вращения и через 1 – 2 мин. снова измеряют, отсчитывают и записывают в протокол испытаний те же величины, что и в первом опыте.

Третий и последующие опыты выполняют аналогично, уменьшая каждый раз угол опережения зажигания на одинаковую величину.

Во время испытаний в протоколе, а также на графике регулировочной характеристики отмечают начало возникновения, различаемых на слух детонационных стуков двигателя.

Данные, полученные во время испытаний, заносятся в таблицу 6 и определяются величины N_e, G_Т, g_e.

По результатам испытаний подсчитываем величины N_e, G_Т, g_e и заносим в таблицу 6.

Таблица 6.

Протокол испытаний карбюраторного двигателя по углу

опережения зажигания

Марка двигателя ___________________ Тормоз _____________

Топливо ___________ Масло ____________ p₀ ______ мм рт.ст.

№ опыта

P

n

Ne

N0

Me

t

Расход топлива

Температура

q^0

РМ

Gоп

Gт

gе

tж

tм

tч

tокр

Рисунок 5-Примерная регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по углу опережения зажигания

На рисунке 8 строим кривые регулировочной характеристики карбюраторного двигателя по углу опережения зажигания.

Ne

ge

GT, кг/ч

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 q°

Рисунок 6- Кривые регулировочной характеристики карбюраторного двигателя по углу опережения зажигания

Анализ и выводы: _____________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа №4.

Снятие скоростной характеристики бензинового автомобильного двигателя

Скоростной характеристикой двигателя называется зависимость между основными параметрами двигателя (при наивыгоднейшей регулировке зажигания) от частоты вращения коленчатого вала.

Цель работы: выявить динамические качества двигателя, а также экономичность и коэффициент наполнения при различной частоте вращения коленчатого вала.

1. Последовательность проведения опытов

Первый опыт проводят при минимальной устойчивой частоте вращения вала двигателя n_мин (600 – 800 мин^-1), которую задают, увеличив нагрузку тормоза.

Через 1 – 2 мин после того, как установится минимальная частота вращения, начинают измерения. Во время проведения опыта, продолжительность которого должна быть не менее 2 – 3 мин, измеряют тормозной момент, частоту вращения вала тормоза, расход топлива за опыт, продолжительность опыта, статический напор в устройстве для измерения расхода воздуха и температуры охлаждающей воды, масла в картере и отработавших газов.

По данным опыта подсчитывают эффективную мощность, крутящий момент и среднее эффективное давление, часовой и удельный расход топлива, часовой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха. Результаты измерений и расчетов записывают в протокол испытаний.

Второй опыт начинают с постепенного уменьшения нагрузки тормоза, пока частота вращения коленчатого вала двигателя не уменьшится примерно на 200 – 300 мин^-1, и тогда делают первые замеры. При необходимости задают наивыгоднейший угол опережения зажигания и после достижения устойчивого скоростного режима и нормального теплового состояния двигателя измеряют, подсчитывают и записывают в протокол те же величины, что и в первом опыте.

Третий и последующие опыты выполняют аналогичным образом, уменьшая нагрузку тормоза и увеличивая тем самым частоту вращения коленчатого вала двигателя каждый раз примерно на одинаковую величину.

Число опытов при снятии скоростной характеристики должно быть достаточным для того, чтобы достичь области перегиба кривой эффективной мощности (обычно не менее 7–8). В зоне максимальных значений эффективной мощности интервалы скоростных режимов между опытными точками рекомендуется несколько уменьшать.

Последний опыт делают, когда двигатель работает с минимальной нагрузкой, а частота вращения его коленчатого вала на 10% больше той, что соответствует максимальной мощности. Окончив опыт, постепенно увеличивают нагрузку тормоза и проводят испытания в обратном порядке до минимально устойчивой частоты вращения.

В протоколе испытаний (кроме всего прочего) отмечают скоростные режимы, сопровождающиеся детонационным сгоранием.

После обработки полученных результатов строят графики скоростной характеристики. На рисунке 9 показана скоростная характеристика карбюраторного двигателя.

Определение коэффициента приспособляемости

Коэффициент приспособляемости двигателя (запас крутящего момента) равен: ,

где M_max – максимальный крутящий момент двигателя, определенный по скоростной характеристике;

M_e – момент двигателя, соответствующий расчетному скоростному режиму или при N_{e max}.

Рисунок 7 - Примерная скоростная характеристика карбюраторного двигателя.

Определение коэффициента избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха представляет собой отношение действительного количества воздуха L^¢ к теоретически необходимому для сгорания 1 кг топлива L₀:

. (1)

Для полного сгорания 1 кг жидкого топлива необходимо: для бензина L₀=14,8 кг воздуха, для дизельного топлива L₀= 14,5. Можно определить коэффициент избытка воздуха по формуле

, (2)

где G_В – часовой расход воздуха двигателем, кг/ч, G_В измеряет опытным путем с помощью установки;

G_Т – часовой расход топлива двигателем, кг/ч.

Установка для замера расхода воздуха двигателем состоит из заборной трубы, нормального сопла, трубы и ресивера, соединенного с двигателем. Перепад давления Н до и после нормального сопла измеряют дифференциальным манометром. Часовой расход воздуха определяют по формуле

, (3)

где Н – перепад давления, мм вод. ст.;

r_b – плотность окружающего воздуха, кг/м³, которая вычисляется по формуле

, (4)

где r₀ = 1,293 кг/м³ при 0 ⁰С и 760 мм рт. ст;

В₀ – давление окружающего воздуха, мм рт. ст., при 0 ⁰С;

Т₀ – температура окружающего воздуха, К;

А₁ – постоянная, зависящая от параметров установки.

Для данной установки величина А₁ =10.

Проанализировать влияние коэффициента избытка воздуха на показатели работы двигателя.

Определение коэффициента наполнения двигателя

Определение расхода воздуха производится по формулам (3, 4).

Коэффициент наполнения по воздуху (то есть без учета топлива в свежем заряде) равен:

, (5)

где G₀ – масса воздуха (кг/ч), которая могла бы заполнить цилиндры двигателя, если бы давление и температура в них была равна давлению и температуре перед карбюратором.

Для четырехтактного двигателя можно G₀ определить по формуле

, (6)

где V_h – рабочий объем цилиндров (литраж) двигателя, л.

Скоростная характеристика бензинового двигателя

По данным скоростной характеристики бензинового двигателя определяют, отвечают ли найденные значения развиваемой двигателем наибольшей мощности, крутящего момента и наименьшего удельного расхода топлива техническим условиям, установленным заводом – изготовителем.

Таблица 7.

Протокол тормозных испытаний

двигателя _____________________ тормоз ________________

топливо ___________ масло ____________ p₀ ______ мм рт.ст.

Дата добавления: 2015-07-12