Определение основных показателей работы двигателей внутреннего сгорания

1. Цель работы

Определение параметров рабочего цикла двигателя и его основных показателей в режиме номинальной мощности.

2. Общие положения

Индицирование двигателя

При испытании двигателей внутреннего сгорания индицирование обеспечивает наглядную картину протекания процессов в цилиндре в координатных системах P – V (давление – объем), P - j (давление – угол поворота коленчатого вала), P – t (давление – время).

По индикаторным диаграммам определяются: максимальное давление в цилиндре P_z , МПа; давление начала видимого сгорания P_c¢, МПа; давление конца сжатия P_c , МПа; степень повышения давления l; средняя скорость нарастания давления в цилиндре (DP/Dj)_ср, МПа/град; максимальная скорость нарастания давления в цилиндре (dP/dj)_max, МПа/град; угол поворота коленчатого вала, соответствующий максимальному давлению в цилиндре, после ВМТ j_z , град; угол поворота коленчатого вала, соответствующий началу отрыва линии сгорания от линии сжатия, j_e , град.

Оборудование, применяемое при испытании

Схема установки для индицирования двигателя приведена на рис. 23. Установка включает испытываемый двигатель 1, электронный осциллограф 2, усилители-формирователи 3…7 соответственно положения поршня в ВМТ угловых меток, синхронизации цикла и начала истечения топлива из форсунки; датчики 8, 9, 10, 11, 12 соответственно начала впрыскивания топлива, давления газов в цилиндре двигателя, угловых меток, отметки В М Т и синхронизации цикла.

Для регистрации индикаторных диаграмм на экране осциллографа посредством синхронизации цикла выполняют развертку диаграммы с момента закрытия впускного клапана до момента открытия выпускного.

Рис. 23. Схема установки для индицирования двигателя

Сигналы отметки ВМТ, угловых меток и начала впрыска поступают на входы отдельных каналов осциллографа. Сигнал с датчика давления, установленного в камере сгорания двигателя, непосредственно поступает на вход осциллографа. Такое включение датчика (тензометрического типа) позволяет уменьшить влияние промежуточных усилителей на точность индицирования. На рис. 24 в качестве примера представлена развернутая индикаторная диаграмма единичного цикла.

Рис. 24. Развернутая индикаторная диаграмма единичного цикла

3. Порядок выполнения работы

Испытания проводятся на технически исправном двигателе с нормальными эксплуатационными регулировками при его нормальном тепловом режиме. На номинальном режиме работы двигателя записываются показания всех приборов, регистрирующих частоту вращения коленчатого вала, крутящий момент на валу тормозной установки, расходы воздуха на впуске и топлива, температуры охлаждающей жидкости, масла смазки, отработавших газов, окружающего воздуха и топлива, давления масла и других показателей. Одновременно на экране электронного осциллографа демонстрируется индикаторная диаграмма рабочего процесса в одном из цилиндров двигателя.

При анализе процесса сжатия по индикаторной диаграмме определяют следующие характеристики процесса.

Средний показатель политропы n₁ за весь процесс рассчитывают по формуле

n₁ = ,

где P_c – давление в конце сжатия, определяют по индикаторной диаграмме; P_a – давление в конце впуска также определяется по диаграмме с учетом угла запаздывания закрытия впускного клапана или выражения P_a = 0,95 P₀; e - степень сжатия принимают по паспортным данным двигателя.

Угол опережения впрыскивания топлива j_оп на диаграмме соответствует периоду от момента начала истечения топлива из форсунки до линии ВМТ. Продолжительность процесса впрыскивания j_впр определяется от момента начала истечения топлива из форсунки до посадки ее иглы. Найденные значения углов j_оп, j_впр используют для определения времени опережения впрыскивания и продолжительности периода впрыскивания по формулам:

t_оп = j_оп / (6 n); t_впр = j_впр / (6 n),

где n – частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Период задержки воспламенения j_i соответствует продолжительности от момента начала истечения топлива из форсунки до момента начала отрыва линии сгорания (точка с¢) от линии сжатия.

В единицах времени период задержки воспламенения, с,

t_i = j_i / (6 n) .

Процесс сгорания охватывает период от момента фактического поступления топлива в камеру сгорания (точка b¢) до начала резкого нарастания давления (точка с¢), далее включает период быстрого нарастания давления (непосредственно сгорания большей доли топлива) и период его догорания на линии расширения.

В результате обработки индикаторной диаграммы каждый из рассмотренных периодов процесса сгорания может быть оценен рядом параметров.

Период задержки воспламенения составляет t_I = 1…5 мс, при этом в камере сгорания накапливается определенное количество топлива до 30 % (у тихоходных дизелей), до 60…70 % и даже до 100 % (у быстроходных дизелей).

Период резкого нарастания давления характеризуется средней и максимальной скоростями нарастания давления, степенью повышения давления. Средняя скорость нарастания давления (DP/Dj)_ср определяется по диаграмме, если из точки с¢ провести прямую в точку z. Получаемый в результате угол наклона прямой a_ср характеризует (DP/Dj)_ср; тогда ее значение определится из соотношения

(DP/Dj)_ср = m_r tga_ср / m_j ,

где m_r - масштаб диаграммы по оси ординат, МПа/мм; m_j - масштаб диаграммы по оси абсцисс, град/мм.

Значение средней скорости нарастания давления может быть также определено по формуле

(DP/Dj)_ср = (P_z - P_c) (j_z - j_с),

где j_z и j_с - периоды соответственно достижения максимального давления сгорания и давления сжатия, град.

Максимальная скорость нарастания давления определяется углом наклона a_max, образованным касательной к линии сгорания на участке наиболее резкого нарастания давления c¢-z, рассчитывается по формуле

(dP/dj)_max = m_p × tga_max/m_j .

Степень повышения давления l определяется по формуле

l = P_z / P_c ,

где P_z и P_c – наибольшие давления сгорания и конца сжатия, определяются по индикаторной диаграмме.

Значения максимальной скорости нарастания давления могут достигать 1,5 МПа/град.

Для расчета среднего индикаторного давления может быть использован метод гармонического анализа.

Индикаторная мощность, кВт

N_i = p_i V_h n i /120.

Мощность механических потерь, кВт

N_M = N_i – N_e.

Среднее давление механических потерь, МПа

p_M = p_i – p_e .

Индикаторный удельный расход топлива при работе на жидком топливе, г/(кВт×ч)

g_i = 10³ G_Т / N_i.

Индикаторный коэффициент полезного действия

h_i = 3.6 10³ /(g_i Q_н) ,

где Q_н = 42,44 МДж/кг для дизельного топлива;

Q_н = 44,93 МДж/кг для автомобильного бензина.

Механический коэффициент полезного действия

h_М = N_e / N_i .

Эффективный коэффициент полезного действия

h_е = h_i · h_М .

Результаты измерений и расчетов заносятся в протокол испытаний. К протоколу испытаний прикладывается индикаторная диаграмма с обозначением параметров процессов сжатия и сгорания. Основные расчетные формулы содержатся в работе 1(п.3.4.2).

4. Содержание отчета

1. Результаты измерений по протоколу испытаний (форма 1 приложения).

2. Индикаторная диаграмма с обозначением параметров процессов сжатия и сгорания.

3. Показатели рабочего процесса по индикаторной диаграмме (форма 2 приложения).

4. Результаты расчета коэффициентов Фурье (форма 3 приложения) и расчетные параметры рабочего процесса (форма 4 приложения).

РАБОТА 3