Регулировочная характеристика по составу смеси. Лабораторная работа 1 индицирование двигателей внутреннего сгорания цели и содержание работы
 Скачать 1.29 Mb.
|
|
Лабораторная работа № 1 ИНДИЦИРОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 1.1. ЦЕЛИ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Цели работы - ознакомление с устройством и принципом действия пневмоэлектрического индикатора МАИ-2, экспериментальное получение индикаторной диаграммы и ее анализ. После изучения теоретических положений, изложенных ниже, запускают двигатель и подготавливают пневмоэлектрический индикатор к работе. После прогрева двигателя на малой нагрузке устанавливают скоростной и нагрузочный режим по указанию преподавателя и включают индикатор. По полученной индикаторной диаграмме определяют индикаторные и эффективные показатели рабочего цикла. По результатам измерений и расчетов оформляют отчет. Работа рассчитана на 2 часа. 1.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.2.1. Общие сведения об индицировании Индикаторная диаграмма представляет собой зависимость дав- ления в цилиндре двигателя от угла поворота коленчатого вала. По индикаторной диаграмме можно определить многие важные показатели рабочего цикла. Измерив площадь индикаторной диаграммы, можно оп- ределить среднее индикаторное давление. Зная скорость вращения ко- ленчатого вала и рабочий объем двигателя, можно определить его ин- дикаторную мощность. По индикаторной диаграмме можно также судить о протекании ра- бочего процесса двигателя, определить условную мощность механических потерь и т.д. Кроме того, при помощи индикаторной диаграммы можно определить показатели политроп сжатия и расширения, индикаторный КПД двигателя, фазы процесса сгорания, степень повышения давления и др. Для получения индикаторных диаграмм существуют специальные приборы, называемые индикаторами, которые предназначены для запи- си изменения давления в цилиндре двигателя в зависимости от угла поворота коленчатого вала или от положения поршня. Вычерчиваемая индикатором кривая носит название индикаторной диаграммы и характеризует работу газа в цилиндре. Существует множество различных индикаторов, которые подразделяются на две основные группы: индикаторы, позволяющие зарегистрировать индикаторную диаграмму отдельного рабочего цикла (одноцикловые индикаторы), и индикаторы, регистрирующие усредненную по нескольким сотням рабочих циклов индикаторную диаграмму (многоцикловые индикаторы). Каждый из указанных индикаторов имеет свои особенности. Одноцикловая диаграмма представляет исключительные преимущества при изучении характера протекания процесса на отдельных его участках, однако при определении суммарных внешних показателей (мощности, КПД), которые по своей сути являются усредненными величинами, определенные удобства представляет многоцикловая диаграмма. Ко второму типу индикаторов, записывающих многоцикловые диаграммы, относятся пневмоэлектрические индикаторы с электроконтактными датчиками давления, называемые индикаторами стробоскопического типа, представителем которых является индикатор МАИ-2. 1.2.2. Устройство индикатора МАИ-2 Индикатор МАИ-2 предназначен для индицирования поршневых машин со скоростью вращения коленчатого вала до 4000 об/мин. Индикатор имеет два канала записи, которые могут использоваться как раздельно, так и одновременно. Конструкцией индикатора предусмотрена возможность наносить на индикаторную диаграмму базовые отметки (ВМТ и НМТ), ат- мосферную линию, линии тарировки давления, момент проскакивания искры в свече зажигания и т.п. Основными конструктивными узлами индицирующей установки являются электроконтактный датчик давления, устанавливаемый в головку блока цилиндров испытываемого двигателя, тиратронный преобразователь, регистрирующее устройство, жестко связанное с коленчатым валом двигателя, пневмогидравлическая система, индуктивный отметчик ВМТ и пульт управления. На рис. 1 приведена схема индицирующей установки. В головке испытываемого двигателя 1 установлен датчик давления 2. Пневма- тическая система 3 соединена с верхней полостью датчика давления и пневмогидравлическим бачком 4. Сжатый газ (воздух или азот) в пневматическую систему поступает из баллона 5 через кран наполнения 6; в атмосферу газ отводится через кран 7. Давление газа в пневматической системе измеряется манометром 8. Регистрирующее устройство индикатора имеет измерительный механизм, представляющий собой пружинно-поршневой манометр, состоящий из гильзы 10, неподвижного плунжера 11, подвижного плунжера 12, пружины 13 и разрядного штифта 14. Давление газа из пневматической системы индикатора передаётся в измерительный механизм через жидкость, поступающую в гильзу, из бачка 4 через полый плунжер 11. Давление жидкости воздействует на подвижный плунжер, который сжимает пружину 13. Так как изо- лированный разрядный штифт 14 закреплен на подвижном плунжере 12, нагруженном давлением, подаваемым из пневматической системы и пружиной 13, то, очевидно, его перемещение будет пропорционально величине давления газа, находящегося в пневматической системе. Ось измерительного механизма расположена, как показано на схеме, параллельно оси барабана. Таким образом, по образующей барабана располагается ось давления. Барабан индикатора 9 соединяется с валом испытываемого двигателя при помощи специальной двузубой муфты 15. Эта муфта обеспечивает соединение барабана 9 с валом всегда в одном и том же положении друг относительно друга. Таким образом, по окружности барабана располагается шкала углов поворота вала. Рис. 1 Для уменьшения влияния трения на точность работы измеритель- ного механизма при помощи шестерен червячной передачи гильза 10 приводится во вращение от вала барабана. Контакт датчика давления 2 соединен с тиратронным преобразо- вателем 16, который при замыкании и размыкании контактов датчика усиливает электрические импульсы и трансформирует их в высокое нап- ряжение. Импульсы высокого напряжения, поступающие из тиратронного преобразователя, попадают на шину высокого напряжения, а оттуда на разрядный штифт 14. Между разрядным штифтом и барабаном в момент подачи импульса происходит искровой разряд. Для фиксации этого момента на барабан закрепляется индикаторная бумага, на которой искровой разряд оставляет точку. В результате совместной работы всех систем индикатора, на бумаге можно получить индикаторную диаграмму, состоящую из отдельных точек, причем каждому циклу будет соответствовать только две точки (одна на линии сжатия, другая на линии расширения). Наиболее ответственной частью индикатора является электроконтактный датчик давления, схематически изображенный на рис.2. Рис. 2 В нижней части корпуса 4 расположены два седла 1 и мембрана 2. Сёдла и мембрана плотно зажимаются с помощью втулок 5 и 11. На верхнем седле установлен изолированный контакт 3, который при помощи пружины 10, контактного стержня 7, изолирующей вставки 6 соединен с тиратронным преобразователем. В верхнюю полость датчика через штуцер 9 подается сжатый газ из пневматической системы индикатора. Для предохранения датчика от воздействия высоких температур он снабжен рубашкой водяного охлаждения. Центр зажатой по краям между седлами мембраны имеет возможность перемещаться в пределах зазора, образованного внутренними сферическими поверхностями седел. В верхнем положении мембрана, соприкасаясь с контактом 3, замыкает его на массу. Для нанесения отметок ВМТ индикатор снабжен специальным индуктивным датчиком, установленным на картере двигателя вблизи маховика. На внешней поверхности маховика двигателя закреплен сер- дечник из мягкого железа. При нахождении поршня индицируемого ци- линдра в ВМТ сердечник должен находиться на одной оси с датчиком. В момент прохождения сердечника через ось индуктивного датчика возникает электрический импульс, передаваемый в тиратронный преобразователь. Для нанесения отметок момента появления искры в свече зажи- гания служит индуктивный датчик, представляющий собой несколько витков тонкого изолированного провода, намотанного на проводе вы- сокого напряжения, идущего к свече зажигания, индицируемого цилин- дра. В момент проскакивания искры на свече, в датчике индицируется слабый ток, который поступает на тиратронный преобразователь. 1.2.3. Принцип работы индикатора МАИ-2 В верхнюю полость датчика давления подается сжатый газ из пневматической системы индикатора. Поскольку зазор между мембраной, находящейся в нейтральном положении, и контактом очень мал (0,02-0,03 мм), то при небольшом избытке давления газов в цилиндре двигателя ( 20 15 P мм рт. ст.) мембрана будет касаться контакта и замыкать электрическую цепь. При равенстве давлений или избытка давления со стороны пневматической системы электрическая цепь будет разорвана. Во многих случаях избыточным давлениемP можно пренебречь и считать, что разрыв или замыкание электрической цепи происходит в момент равенства давлений в цилиндре двигателя и пневматической системе индикатора. При индицировании двигателя в полость датчика 2 через кран 6 (см. рис. 1) подается сжатый газ с плавно снижающимся давлением. В момент, когда давление в цилиндре двигателя совпадает с давлением в полости датчика, контакты замыкаются и возникает электрический импульс, который подается на тиратронное реле. Так как скорость изменения давления газа в датчике несоизмеримо меньше скорости изменения давления в цилиндре двигателя, в каждом цикле лишь две точки соответствуют совпадению давления в цилиндре с давлением газа в датчике: одна точка на линии сжатия, другая на линии расширения. Очевидно также, что в каждом последующем цикле это совпадение будет происходить при другой величине давления газа в датчике. Одновременно разрядник 12 регистрирующего устройства переме- щается вдоль образующей барабана 9 пропорционально величине изме- нения давления газа в пневматической системе индикатора. Подобрав посредством регулировочного крана 6 определенную скорость снижения давления в датчике, можно получить на регистрационной бумаге серию точек, настолько близко расположенных друг к другу, что они образуют почти непрерывную линию изменения давления газов в цилиндре двигателя. 1.2.4. Анализ индикаторной диаграммы Для удобства обработки индикаторная диаграмма переносится на миллиметровую бумагу. На линии сгорания получается разброс точек из-за неравномерности сгорания в циклах. Плавными линиями сле- дует обвести границы этого участка и аккуратно провести среднюю линию сгорания, которая и принимается за основную. При переносе следует совместить по оси абсцисс сантиметровую сетку миллиметровки с градусной шкалой индикаторной диаграммы. На индикаторной диаграмме (рис.3) наносятся характерные точки: верхняя мертвая точка, угол опережения зажигания, начало видимого горения (для отыскания видимого горения используется диаграмма чистого сжатия). Определяются границы начала сжатия и конца расширения. Определяется масштаб давлений p (МПа/мм), масштаб по углу поворота коленчатого вала (град/мм) и масштаб времени (с/мм). Определяется период задержки воспламенения (первая фаза горения) 1 1 или 1 1 (1.1) Определяется период быстрого нарастания давления (вторая фаза горения): 2 2 или 2 2 (1.2) Определяется средняя скорость нарастания давления , 2 2 3 в к п град МПа P P W cp (1.3) Определяется максимальная скорость нарастания давления , max max в к п град МПа tg d dP W p (1.4) где - угол наклона касательной к линии сгорания на участке на большей крутизны. Определяется максимальное давление сгорания , 3 МПа P P p z (1.5) где 3 P - давление конца сжатия в точке 3, мм (см. рис.3) Определяется степень повышения давления c z P P (1.6) где c P - давление конца сжатия (т. 4 на рис.3). Определяется угол опережения зажигания 3 . (1.7) Для определения среднего индикаторного давления i P можно воспользоваться методом, теоретическое обоснование которого из- ложено в книге В. Н. Петровского "Теплотехнические испытания судовых ДВС". Метод состоит в следующем: а) производится привязка диаграммы к записям отметчика мерт- вых точек; б) под линией процесса ) ( f P на произвольном расстоянии на- носится нулевая линия, параллельная линии атмосферного давления; в) участок диаграммы, соответствующий процессам сжатия и расширения, разбивается на 36 равных частей (рис.4). Каждый отрезок соответствует 10° поворота коленчатого вала; г) от нулевой линии из точек, обозначающих границы отдельных участков, к кривой давления проводятся ординаты, которые обозначают в соответствии с рис. 4. Рис. 3 Рис. 4 В дальнейшем расчеты ведутся по табличной форме (табл. 1.1) В 1 1 2 3 2 3 4 Отметка ВМ Т Отметка зажигания Тарировочная Линия атмосферного линия давления P Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Н М Т Н М Т В М Т 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 P графу 2 заносятся разности ординат одноименных точек, равноудалённых от ВМТ. Например: Y Y Y Y Y Y 17 15 6 17 15 6 - - - , или Таблица 1.1 Y Y ) ( ) )( ( ) ( y y Ф i ) ( 2 , 18 Ф P p i 1 2 3 4 5 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 ) ( Ф В графу 3 заносятся значения поправочного коэффициента, зависящего от угла поворота коленчатого вала и ’ исследуемого двигателя определяем по формуле 1.8. L R ' (1.8) где R - радиус кривошипа, мм; L - длина шатуна, мм. В графу 4 записывается результат умножения величин графы 2 и графы 3. Суммируя значения параметров ) )( ( ) ( y y Ф i , подсчитанных для различных участков индикаторной диаграммы, находим ). ( Ф Затем находится среднее индикаторное давление по формуле ), ( 2 , 18 МПа Ф P p i (1.9) Для четырехтактных двигателей величина i P должна быть умень- шена на величину, характеризующую гидравлические потери: МПа P P P a r , (1.10) где r P - давление на линии выпуска; a P - давление в конце впуска. Индикаторная мощность четырехтактного двигателя определяет- ся по формуле , 900 с л ni V P N h i i (1.11) где i P - среднее индикаторное давление, кг/см 2 ; h V - рабочий объем одного цилиндра, л; i - число цилиндров; n - скорость вращения коленчатого вала двигателя, об/мин. Механический КПД определяется по формуле i e м N N , (1.12) где e N - эффективная мощность двигателя (определяется при помощи весов тормоза во время индицирования). 1.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Запустить двигатель и прогреть его на малой нагрузке. Под- готовить индикатор к работе. Установить режим работы двигателя по указанию преподавателя и включить индикатор. По окончании записи снять индикаторную диаграмму и определить основные показатели рабочего процесса согласно п. 1.2.4. Лабораторная работа № 2 ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЛОСТОГО ХОДА 2.1. ЦЕЛИ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Цели работы - закрепление материала лекций по теории рабо- чих процессов автомобильных двигателей, экспериментальное построение и анализ характеристики холостого хода двигателя. После изучения теоретических положений запускают двигатель и прогревают его на малой нагрузке. Затем снимают нагрузку и изменением положения органа, регулирующего подачу топлива, увеличивают скорость вращения коленчатого вала от минимально устойчивой до скорости, указанной преподавателем. Изменение скорости производят ступенями с шагом, обеспечивающим получение 6-8 точек характеристики. По результатам испытаний оформляют отчёт. Работа рассчитана на 2 часа. 2.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Характеристикой холостого хода называется зависимость по- казателей рабочего процесса ( t G , , v , i ) от скорости вращения коленчатого вала при работе двигателя без нагрузки. Для характеристики холостого хода независимыми переменными величинами являются скорость вращения коленчатого вала и положение органа, регулирующего подачу топлива, постоянные величины: 0 e e M N , e g Зависимые переменные величины: t G , , v , i Характеристика холостого хода снимается в диапазоне скорос- тей max min n n , где min n - минимальная устойчивая скорость вращения коленчатого вале, max n - максимально допустимая скорость или скорость, ограничиваемая регулятором. Для карбюраторных двигателей max n = 6000 7000 об/мин, для тихоходных дизелей max n =700-1800 об/мин, для быстроходных дизелей max n может достигать 4000 об/мин. Характеристики холостого хода карбюраторного двигателя и дизеля показаны на рис. 23. Широкий диапазон изменения скорости вращения коленчатого вала по характеристике холостого хода карбюраторного двигателя достигается постепенным открытием дроссельной заслонки. Причем каждому скоростному режиму соответствуют минимальное открытие заслонки и, следовательно, наименьшее значение коэффициента наполнения. Поэтому значения v по характеристике холостого хода близки к критическим. 1 2 3 4 5 6 7 . 10 3 0,1 0,2 0,3 04 0,8 500 1000 1500 2000 2500 0,2 0,4 0,6 0,8 6 8 10 12 v v v v i i i i n, об/мин n n ном n рег n max n t G t G кг/ч кг/ч а) б) Рис. 23. Характеристика холостого хода: а) карбюраторного, б) дизеля Изменение коэффициентов избытка воздуха по характеристике холостого хода зависит от степени открытия дроссельной заслонки. Значения индикаторного КПД вследствие влияния повышенного количества остаточных газов значительно снижены. Общий характер изменения i по скорости сохраняется приблизительно таким же, как и в скоростной характеристике. У дизелей изменение скорости на холостом ходу достигается изменением цикловой подачи топлива, причем на каждом скоростном режиме цикловая подача минимальна, коэффициент наполнения дизеля намного больше, чем у карбюраторного двигателя, т.к. сопротивление впускного тракта дизеля мало. По сравнению с другими режимами работы дизеля v по характеристике холостого хода также выше, вследствие сравнительно низких температур деталей двигателя. Большие значения коэффициента избытка воздуха определяются снижением значений индикаторного КПД. Характеристики холостого хода используются для регулировки системы холостого хода карбюраторов, настройки регуляторов дизе- лей. Кроме того, по зависимости ) (n f G t возможно ориентировочное определение механического КПД для любого нагрузочного режима. При этом способе полагают равенство механических потерь двигателя на холостом ходу и под нагрузкой. Известно, что на холостом ходу двигателя вся индикаторная мощность расходуется на преодоление внутренних потерь. Следовательно, часовой расход топлива по характеристике холостого хода .х х t G эквивалентен внутренним потерям. При любой нагрузке часовой расход t G эквивалентен индикаторной мощности. Тогда механический КПД можно определить из уравнения: t х х t t м G G G этот способ прост и позволяет определить техническое состояние двигателя в эксплуатационных условиях без демонтажа машины. 2.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ После запуска и прогрева двигателя на малой нагрузке отклю- чают двигатель от тормоза и прикрывают дроссельную заслонку до упора. Проводят измерения скорости вращения коленчатого вала, времени расхода порции топлива G , часового расхода воздуха в G (показания дифференциального манометра). Затем увеличивают угол открытия дроссельной заслонки так, чтобы скорость вращения коленчатого вала увеличилась на 200-250 об/мин, и вновь проводят измерения перечисленных показателей. Таким образом, увеличивая скорость ступенями до максимальной скорости, указанной преподавателем, получают данные для постро- ения характеристики холостого хода. Шаг изменения скорости должен обеспечить получение 6-8 точек характеристики, при этом он может отличаться от указанного выше. Для одного из режимов работы двигателя под нагрузкой, указанного преподавателем, необходимо ориентировочно определить механический к.п.д. двигателя, используя метод сопоставления часовых расходов топлива. |