Файл: А.С. Березин Транспортные двигатели.pdf

71

Лабораторная работа № 9

ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЛОСТОГО ХОДА

9.1. ЦЕЛИ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Цели работы - закрепление материала лекций по теории рабочих 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.

9.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Характеристикой холостого хода называется зависимость показателей рабочего процесса (Gt , α , η v , η 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: N e = M e = 0 , ge → ∞ . Зависимые переменные величины: Gt ,

α , η v , η i .

Характеристика холостого хода снимается в диапазоне скоростей nmin − nmax , где nmin - минимальная устойчивая скорость враще-

ния коленчатого вале, nmax - максимально допустимая скорость или скорость, ограничиваемая регулятором. Для карбюраторных двигателей nmax = 6000 ÷ 7000 об/мин, для тихоходных дизелей nmax =700-1800 об/мин, для быстроходных дизелей nmax может достигать

4000 об/мин. Характеристики холостого хода карбюраторного двигателя и дизеля показаны на рис. 23.

72

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

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 η 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 η v по харак-

73

теристике 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 дизелей. Кроме того, по зависимости Gt = f (n) возможно ориентировоч-

ное 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 Gt х.х. эквивалентен внут-

ренним потерям. При любой нагрузке часовой расход Gt эквивален-

тен индикаторной мощности. Тогда механический КПД можно определить из уравнения:

η м = Gt − Gt х.х. .

Gt

этот способ прост и позволяет определить техническое состояние двигателя в эксплуатационных условиях без демонтажа машины.

9.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

После запуска и прогрева двигателя на малой нагрузке отключают двигатель от тормоза и прикрывают дроссельную заслонку до упора. Проводят измерения скорости вращения коленчатого вала, времени τ расхода порции топлива ∆ G , часового расхода воздуха Gв (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 построения характеристики холостого хода. Шаг изменения скорости должен обеспечить получение 6-8 точек характеристики, при этом он

74

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.

9.4. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать протокол испытаний с результатами измерений и вычислений, а также графики на миллиметровой бумаге размером 210х297мм.

9.5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое характеристика холостого хода двигателя ?

2.Объясните характер изменения основных показателей рабочего процесса двигателя по характеристике холостого хода.

3.Какие полезные для практики сведения можно получить из характеристики холостого хода ?

4.Какие существуют различия в характеристиках холостого хода карбюраторного двигателя и дизеля ?

5.Какова методика снятия характеристики холостого хода ?

6.В чем заключается метод сопоставления часовых расходов топлива для определения механических потерь двигателя ? Какие допущения в нем принимаются ?

75

Лабораторная работа № 10

ВНЕШНИЙ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

10.1. ЦЕЛИ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Цели работы - закрепление материала лекций по теории рабочих процессов автомобильных двигателей, экспериментальное определение теплового баланса двигателя.

После изучения теоретических положений, изложенных ниже, запускают двигатель, выводят его на заданный преподавателем скоростной режим и измеряют необходимые для определения теплового баланса показатели двигателя. По результатам измерений и расчетов оформляют отчет. Работа рассчитана на 2 часа.

10.2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Вдвигателях внутреннего сгорания в эффективную работу превращается лишь 20...40 % располагаемой теплоты топлива. Остальная часть теплоты в виде различных потерь передается окружающей среде через систему охлаждения, с отработавшими газами и теплопередачей от наружных поверхностей двигателя. Для определения возможных путей снижения тепловых потерь двигателя и, следовательно, увеличения его экономичности, получения необходимых данных для расчета системы охлаждения, а также для определения теплонапряженности деталей необходимо знать, как распределяется теплота топлива на отдельные составляющие.

Внешним тепловым балансом двигателя называется распределение тепла, выделяющегося при сгорании топлива, на эффективную работу и различные тепловые потери. Внешний тепловой баланс может быть представлен графически (рис. 24) или в виде уравнения

где Qt - количество тепла, выделяющегося при сгорании топлива

в двигателе, ккал/ч;

Qe - теплота, эквивалентная эффективной работе, ккал/ ч; Qохл - теплота, переданная охлаждающей жидкости, ккал/ ч;

76

Qгф - теплота (физическая), уносимая с отработавшими газами,

ккал/ч;

Qнс - теплота, потерянная вследствие химической неполноты

сгорания (при α < 1), ккал/кг;

Qм - теплота, отводимая в систему смазки, ккал/ ч;

Qост - остаточный член теплового баланса, включающий в себя

затраты энергии на преодоление сил трения и привод навесных агрегатов, потери тепла при α ≥1 вследствие неполного испарения топлива, потери тепла с наружной поверхности двигателя.

В зависимости от цели, тепловой баланс определяют для различных нагрузок, скоростей, состава смеси и др.

Располагаемая теплота топлива определяется по формуле

где 632 - тепловой эквивалент мощности, ккал/л.с.час N e - эффективная мощность, л.с.

Теплота, переданная охлаждающей жидкости, включает в себя теплоту, переданную через стенки цилиндра, камеры сгорания и выпускные патрубки головки цилиндров от горячих газов, а также большую часть теплоты, образующейся от трения поршня и колец о стенки цилиндра. Остальная часть теплоты от трения и теплопередачи в поршень уносится маслом.

Для определения Qохл необходимо замерить количество жидкости, циркулирующей в системе охлаждения в единицу времени Gw , и температуру её на входе twвх и выходе twвых двигателя.

77

Qгф - физическая теплота, уносимая с отработавшими газами, может

Для определения Qгф , как видно из формулы, кроме температуры отработавших газов tr и свежего заряда to , необходимо знать количество молей и состав продуктов сгорания M 2 , количество све-

жего заряда M , а также теплоемкости остаточных газов C′′ и рабо-

1 p

чей смеси C′p . Экспериментальное определение состава отработав-

ших газов в зависимости от режимов работы двигателя газовым анализом довольно трудоемко. Поэтому при испытании Qгф обычно оп-

ределяется при помощи специальных теплообменников, в которых отработавшие газы отдают часть своей теплоты охлаждающей их воде. Достаточно надежные результаты для карбюраторных двигателей могут быть получены также при расчете по формуле

где tr и to - соответственно температура остаточных газов и свежего заряда.

Теплота, потерянная вследствие химической неполноты сгора-

Теплота, отводимая в систему смазки, может быть определена экспериментально с помощью специального масляного теплообменника. Потери тепла в масло составляют относительно небольшую долю от всего тепла топлива (1,5...3 %), поэтому их либо считают постоянными для любых режимов работы двигателя (например 2 % от Qt ), либо включают в остаточный член теплового баланса.

Остаточный член теплового баланса определяется по формуле:

Для оценки распределения теплоты более наглядным является уравнение теплового баланса, составленного в процентах от распола-