Виды испытаний автомобильных двигателей. определение основных показателей при испытании двигателей

1. Цель работы

Изучение видов и методов испытаний автомобильных двигателей и методики обработки экспериментальных материалов.

2. Общие положения

Условия проведения испытаний

При каждом испытании число измерений должно быть достаточным для того, чтобы при построении характеристик выявить форму и характер протекания кривой во всем диапазоне обследуемых режимов.

При проведении испытаний температуру охлаждающей жидкости и масла в двигателе поддерживают в пределах, указанных в технических условиях на двигатель. При отсутствии таких указаний температуру охлаждающей жидкости на выходе из двигателя поддерживают в диапазоне 75…85 С, а температуру масла – 80…100 ^оС.

Применяемые топлива и масла, температура топлива на входе в топливную систему двигателя или в карбюратор, максимальная температура отработавших газов должны соответствовать указанным в технических условиях на двигатель. Двигатели перед испытаниями должны быть обкатаны в соответствии с инструкцией изготовителя. Испытания проводят на специальных стендах.

Применяются следующие виды стендовых испытаний: научно-исследовательские, доводочные, приемосдаточные, периодические кратковременные, периодические длительные, типовые, предварительные, аттестационные и граничные.

Автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания подвергаются контрольным и приемочным испытаниям. При контрольных испытаниях определяют внешнюю скоростную характеристику, нагрузочную характеристику при частоте вращения, соответствующей максимальному крутящему моменту двигателя, и характеристику холостого хода. При приемочных испытаниях определяют, кроме того, условные механические потери, равномерность работы цилиндров и безотказность работы двигателя.

Оборудование, применяемое при испытании двигателей

Испытательным стендом называется техническое устройство для установки двигателя в заданном положении; создания и передачи на двигатель и подводимые к нему топливо, масло, охлаждающую жидкость и воздух требуемых воздействий; осуществления управления процессом испытаний, получения первичной информации о работе двигателя и систем стенда.

Испытательный стенд оборудуется устройствами для крепления и нагружения двигателя, обеспечения двигателя топливом и воздухом, управления двигателем и нагружающим устройством устройством для отвода отработавших газов, а также контрольной и измерительной аппаратурой.

Аппаратура для измерения крутящего момента и частоты вращения, индицирования двигателя рассматривается в [2]. Основные параметры, единицы и точность их измерения приведены в табл. 11.

Таблица 11

Основные измеряемые параметры

№ п/п	Наименование параметра и его обозначение	Единица	Точность измерения
	Показание измерительного устройства тормоза, Рвес	Н	±0,5 %
	Расход топлива за время опыта, DG	г	±0,1 %
	Время расхода топлива за опыт, Dt	с	0,2 с
	Крутящий момент, Мк	Н×м	±0,5 %
	Частота вращения коленчатого вала, n	мин-1	±0,5 %
	Расход топлива, Gт	кг/ч	±0,5 %
	Расход воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, Gв	кг/ч
	Атмосферное давление, Вокр	кПа	±200 Па
	Температура окружающего воздуха, tокр	°C	±1 °C
	Давление масла в главной масляной магистрали, Pм	МПа	±20 кПа
	Температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя, tж	°C	±2 °C
	Температура отработавших газов в выпускных коллекторах, tt	°C	±20 °C
	Температура масла в поддоне, tм	°C	±2 °C

Окончание табл. 11

№ п/п	Наименование параметра и его обозначение	Единица	Точность измерения
	Показание микроманометра (в мерной шайбе), DP	Па	±5 Па
	Разряжение во всасывающем трубопроводе, Н	Па	±5 Па
	Установочный угол опережения впрыскивания топлива, Qвпр.	град п.к.в.	±1 град
	Угол опережения зажигания или начала подачи топлива, Qзаж (Qнп)	град п.к.в.	±1 град
	Момент сопротивления прокручиванию коленчатого вала, Мс	Н×м	±0,5 %
	Давление наддува, Pк	МПа
	Дымность отработавших газов, К	%	±2 %
	Концентрация токсичного компонента в отработавших газах, Wтк	г/м3	±2,5 %

Определение основных показателей при испытании двигателей

При испытании двигателей с применением балансирных тормозных установок основные показатели работы определяются по приведенным ниже формулам.

Крутящий момент двигателя

M_к = P_вес × l,

где M_к – крутящий момент, Н·м; P_вес – показание измерительного устройства тормоза, Н; l – плечо весового устройства тормоза, м.

Среднее эффективное давление для четырехтактного двигателя

p_e=1.256×10⁴ l/iV_h P_вес ,

где p_e - среднее эффективное давление, Па;

V_h – рабочий объем цилиндра, л; i – число цилиндров.

Эффективная мощность двигателя

N_e=M_k × n / 9550,

где N_e - эффективная мощность двигателя, кВт; n – частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Определение расхода жидкого топлива G_т [кг/ч] производится по приборам, непосредственно показывающим расход, или расчетным путем по формулам:

- для массового способа измерения

G_t=3.6 G/t,

- для объемного способа измерения

G_t=3.6 V g_t /t,

где G_t – масса дозы топлива, израсходованной за время измерения, г; V – объем дозы топлива, израсходованной за время измерения, см³; t - продолжительность измерения расхода топлива, с; g_t – плотность топлива в условиях испытаний, г/см³.

Определение расхода воздуха G_в [кг/ч] производится по приборам, непосредственно показывающим расход воздуха, или по формуле

G_в=3.6 × 10³ DV_в /t ,

где DV_в – измеренный объем воздуха, м³; t - продолжительность измерения расхода воздуха, с.

Удельный расход топлива g_e рассчитывается по формуле

g_e =G_т / N_e ×10³ ,

где g_e – удельный расход топлива, г/кВт ×ч.

Коэффициент избытка воздуха

a= G_в / l_o × G_т,

где l₀ – стехиометрическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива (для дизеля 14,45 кг воздуха/кг топлива и для бензинового двигателя соответственно равно 14,96).

Коэффициент наполнения

h_V = 33,3 G_в / (V_h×i×n×p_o),

где p₀ – плотность окружающего воздуха, кг/м³.

Плотность воздуха определяется по результатам измерений и вычисляется по формуле

p₀ = 3484 P_o/T_o,

где P₀ – давление окружающего воздуха, Мпа; T₀ – температура окружающего воздуха, К.

При испытаниях двигателей с искровым зажиганием, работающих при полностью открытом дросселе, и дизелей, работающих при полной подаче топлива, мощность, крутящий момент и среднее эффективное давление приводят к стандартным условиям:

- атмосферное давление В₀ = 100 кПа (750 мм рт. Ст.);

- температура воздуха T₀ = 298 К (25 °C);

- относительная влажность воздуха j = 36 % (давление водяных паров 1,2 кПа (9 мм рт. Ст.));

- температура дизельного топлива T_{0 T} = 298 К (+25 °C);

- плотность дизельного топлива r_{T 25} = 0,823 т/м³.

Для приведения к стандартным условиям полученные при испытаниях значения мощности, крутящего момента и среднего эффективного давления умножают на поправочный коэффициент К:

N₀ = K×N_e ; M_{k 0} = K×M_k ; p_e0 = K×p_e ,

где N₀ , M_{k 0} , P_{e 0} – соответственно приведенные мощность, крутящий момент и среднее эффективное давление.

Для двигателей с искровым зажиганием поправочный коэффициент K_и определяют по формуле

К_и= ,

где B_{в п} – давление водяных паров при испытаниях, кПа.

Давление водяных паров определяют в том же помещении, где испытывается двигатель. Для определения давления водяных паров можно воспользоваться табл. 12.

Таблица 12

Давление водяных паров

Температура воздуха, °C
Давление насыщенного водяного пара, кПа	0,6	1,2	2,3	4,2	7,4	12,3	19,9	31,2

Приведенные формулы применяют в пределах температур от 283 до 313 К. Если поправочный коэффициент больше 1,06 или меньше 0,96, то он может быть использован, но значение этого коэффициента, значение давления и температуры всасываемого воздуха должны быть указаны в протоколе испытаний.

При испытании дизелей, работающих при полной подаче топлива и с номинальной частотой вращения, мощность, крутящий момент, среднее эффективное давление и расходы топлива приводят к стандартным атмосферным условиям, температуре и плотности топлива.

Для приведения к стандартным условиям полученные при испытаниях значения мощности, крутящего момента, среднего эффективного давления умножают на поправочный коэффициент K_d1, определяемый по формуле

K_d1 = ,

где p_Т25 – плотность топлива при 25 °C, т/м³;

DB = 100 – B + a_j(B_{в п} – 1,6),

где a_j =1 – для четырехтактных дизелей без наддува; a_j=3 – для четырехтактных дизелей с турбонаддувом; Dt = t – 25 – изменение температуры воздуха по сравнению со стандартной, °C; DT_T = t_T – 25 – изменение температуры топлива на входе в топливный насос высокого давления по сравнению со стандартной, °C; K_в – поправка, соответствующая изменению барометрического давления на 1 кПа, 1/кПа; K_tв – поправка, соответствующая изменению температуры окружающего воздуха на 1 °C, 1/°C, табл. 13; K_tT – поправка, соответствующая изменению температуры топлива на 1°C, 1/°C, табл. 13.

Таблица 13

Поправочные коэффициенты

Наименование поправок и условия их применения	Поправки для четырехтактных дизелей без наддува	Поправки для четырехтактных дизелей с турбонаддувом
Kв – при изменении барометрического давления в диапазоне от 88 до 105 кПа, 1/кПа	0,0045	0,0015
Ktв – при изменении температуры окружающего воздуха в диапазоне от 0 до +70 °C, 1/°C	0,0015	0,0010
KtT – при изменении температуры дизельного топлива в диапазоне от 0 до +70 °C, 1/°C	0,0015	0,0015

Давление водяных паров определяют в том же помещении, где испытывают двигатель. Для определения давления водяных паров используют данные (см. табл. 12).

Для приведения к стандартным условиям полученный при испытаниях расход топлива умножают на поправочный коэффициент K_Т, определяемый по формуле

К_Т = ,

Если поправочный коэффициент меньше 0,96 или больше 1,06 или цикловая подача топлива больше 75 мм³ на литр рабочего объема или меньше 50 мм³ на литр рабочего объема, то поправочный коэффициент может быть использован, но его значение, значения барометрического давления и температуры, а также цикловая подача топлива должны быть указаны в протоколе испытаний.

3. Порядок выполнения работы

Выполнение работы начинают с изучения видов испытаний двигателей, их классификации и содержания по рекомендованной литературе. Изучают классификацию испытательных стендов. Подробно рассматривают типовые характеристики тормозов различных типов и требования для их совмещения с характеристиками двигателей. Затем переходят к изучению устройства установок для измерения расхода воздуха, топлива и продуктов сгорания в отработавших газах. При изучении измерительных средств обратить внимание на расчетные формулы, используемые при обработке результатов испытаний, подготовку исходных данных и их метрологическое обеспечение.

4. Содержание отчета

1. Классификация и содержание испытаний двигателей.

2. Характеристика устойчивости тормозов различных типов. Графические зависимости и их анализ.

3. Типовая характеристика гидравлического и электрического тормозов. Графические зависимости и их анализ.

4. График статической тарировки электрического и гидравлического тормозных стендов.

5. Схемы установок для измерения расхода воздуха и топлива.

6. Расчетные формулы, используемые при обработке результатов испытаний.

РАБОТА 2