Тракторы и автомобили

Лабораторная работа 1

Тема: РЕГУЛЯТОРНАЯ И СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПЛИВНОГО НАСОСА Цель работы: освоить методику определения характеристик. Построить характеристики по результатам испытаний. Провести анализ зависимости цикловой подачи и максимальной неравномерности от частоты вращения кулачкового вала насоса.

2. Краткая методика испытаний: характеристики представляют собой зависимость подачи топлива за цикл от частоты вращения кулачкового вала топливного насоса.

Регуляторная характеристика снимается при постоянном положении рычага управления подачей топлива (акселератора) и переменной частоте вращения кулачкового вала насоса. Положение рейки насоса определяется действием регулятора.

Скоростная характеристика снимается при закрепленной рейке топливного насоса и переменной частоте вращения кулачкового вала.

1 – скоростная; 2 – регуляторная.

Рис. – Скоростная и регуляторная характеристики топливного насоса

Рейка топливного насоса устанавливается в положении, соответствующем началу действия регулятора. Частота вращения, при которой начинает действовать регулятор, определяется из регуляторной характеристики.

У топливных насосов с золотниковым дозированием момент полного перекрытия торцевой кромкой плунжера впускного отверстия втулки называется геометрическим началом подачи. Момент начала открытия отсечной кромкой перепускного отверстия называется геометрическим концом подачи. Ход плунжера от геометрического начала до геометрического конца подачи называется активным ходом.

При снятии скоростной характеристики топливного насоса рейка закреплена неподвижно, и, следовательно, объем, который описывает

плунжер после перекрытия впускного отверстия и до открытия перепускного отверстия втулки, остается постоянным при любой частоте вращения кулачкового вала насоса. Между тем действительная подача топлива за цикл зависит от частоты вращения кулачкового вала насоса. Объясняется это тем, что действительные фазы подачи и форма волны давления у насоса отличаются от геометрических. На изменение объема, подаваемого плунжером топлива, влияют следующие факторы:

а) дросселирование при перетекании топлива через впускное отверстие втулки при перекрытии его плунжером, а также дросселирование при открытии перепускного отверстия;

б) сжимаемость топлива в объеме над плунжером и в объеме штуцера насоса;

в) характеристики нагнетательного клапана насосной секции, трубопровода высокого давления и форсунки.

Дросселирование топлива во впускном отверстии втулки во время его перекрытия и в перепускном – при отсечке подачи зависит от скорости плунжера и является основной причиной уменьшения цикловой подачи при снижении частоты вращения кулачкового вала насоса. Когда плунжер движется вверх, он перекрывает впускное отверстие втулки и в то же время вытесняет через оставшуюся его часть топливо в питающий канал насоса.

Скорость плунжера зависит от частоты вращения кулачкового вала насоса. При большой частоте вращения кулачкового вала (т. е. при большой скорости плунжера) давление в насосе может привести к подъему нагнетательного клапана до геометрического начала подачи. Следовательно, прямая волна давления у насоса может возникнуть раньше геометрического начала подачи. Дросселирование также приводит к запаздыванию действительного конца подачи по сравнению с геометрическим. При малой частоте вращения действительное начало и конец подачи приближаются к геометрическим.

Сжимаемость в объемах нагнетания и штуцера насоса приводит к аккумулированию части топлива в этих объемах в процессе подачи. В результате действительный объем подаваемого топлива становится меньше геометрического. При отсечке подачи, когда давление в насосе и штуцере снижается, топливо в этих объемах расширяется, что приводит к запаздыванию конца подачи и к увеличению его продолжительности по сравнению с геометрической. Влияние сжимаемости топлива на процесс подачи зависит от скорости нарастания давления в системе и от сжимаемых объемов.

Помимо сжимаемости на цикловую подачу влияют утечки топлива через зазор между плунжером и втулкой. Количество топлива, которое просачивается через этот зазор, зависит от плотности плунжерной пары, давления над плунжером и продолжительности подачи.

Нагнетательный клапан разъединяет надплунжерное пространство и трубопровод высокого давления. Чтобы обеспечить резкое прекращение впрыска, клапан разгружает трубопровод после отсечки подачи. С этой целью на клапане выполняется специальный разгрузочный поясок, который обеспечивает подъем клапана на определенную высоту. Давление затяжки пружины клапана находится в пределах 0,9 – 1,5 МПа. Максимальная высота подъема клапана зависит от параметров пружины, плотности разгрузочного пояска, интенсивности нагнетания топлива. В свою очередь, высота подъема клапана влияет на разгрузку трубопровода и количество подаваемого топлива. При уменьшении высоты подъема клапана увеличиваются остаточное давление и объем впрыскиваемого топлива.

Трубопровод высокого давления должен обладать большой прочностью и иметь незначительную деформацию. На тракторах и автомобилях применяют трубопроводы с внутренним диаметром 2,0 мм. От длины трубопровода зависит время распространения волны давления от насоса к форсунке. Часть топлива аккумулируется в объеме трубопровода и влияет на изменение геометрических начала и конца впрыска.

Форсунка распыливает топливо и распределяет его по объему камеры сгорания. Пропускная способность форсунки влияет на количество топлива, впрыскиваемого за цикл. Пропускная способность форсунки зависит от площади эффективного сечения сопл распылителя, высоты подъема иглы, давления затяжки пружины.

Совокупное влияние всех перечисленных факторов приводит к искажению геометрических начала и конца подачи, а также объема подаваемого топлива. Подача топлива за цикл у насосов с золотниковым дозированием обычно возрастает с увеличением частоты вращения кулачкового вала.

Для поддержания заданной частоты вращения коленчатого вала на дизелях устанавливаются регуляторы. Регулятор воздействует на рейку топливного насоса и устанавливает цикловую подачу топлива в соответствии с нагрузочным режимом двигателя. При увеличении частоты вращения коленчатого вала свыше номинальной регулятор перемещает рейку топливного насоса в сторону уменьшения подачи. Когда частота вращения превысит номинальную на 6 – 8%, устанавливается цикловая подача, соответствующая холостому ходу двигателя. Цикловая подача топлива в зоне действия регулятора обычно изменяется по прямолинейному закону.

Двигатели тракторов и автомобилей могут преодолевать значительные перегрузки, которые вызваны изменением сопротивления сельскохозяйственных машин или дорог. При перегрузках частота вращения коленчатого вала снижается и становится меньше номинальной. Чтобы двигатель мог преодолевать перегрузку, крутящий момент на коленчатом валу должен увеличиваться по мере снижения частоты вращения. Это возможно тогда, когда подача за цикл при снижении частоты вращения будет возрастать. Этим условиям не удовлетворяет скоростная характеристика топливного насоса. По скоростной характеристике подача топлива за цикл при снижении частоты вращения уменьшается.

Для исправления скоростной характеристики применяется корректор подачи топлива. В качестве корректоров могут применяться нагнетательные клапаны специальной конструкции. Они уменьшают разгрузку трубопровода высокого давления на малых частотах вращения, в результате чего увеличивается цикловая подача топлива. Такой способ корректирования имеет существенные недостатки. К ним относятся большая неравномерность подачи у многосекционных насосов и потери корректирующего эффекта при износе плунжерных пар.

Наибольшее распространение получили корректоры, которые размещаются в регуляторах. Корректор дополнительно перемещает рейку топливного насоса в сторону увеличения подачи топлива так, чтобы крутящий момент двигателя увеличивался на необходимую величину. Благодаря этому двигатель преодолевает перегрузку. Максимальная подача топлива за цикл обычно бывает при частоте вращения коленчатого вала двигателя 0,6 – 0,7 от номинальной. Подача топлива за цикл при максимальном корректировании увеличивается по сравнению с номинальным режимом на 15 – 25%. Максимальная величина корректирования ограничивается пределом дымления дизеля.

3. Обработка результатов испытаний

(в каждом пункте расчета приводится необходимая формула)

1. Определить среднюю величину подачи топлива за цикл каждого опыта. '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''ср= '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''• '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '',мм3; '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''ср=7+10+11+131000•4=10,25 мм3.

2. Определить максимальную неравномерность подачи топлива для каждого опыта. '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''= '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''− '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''ср•100%;

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''=13−710,25•100%=59%.

3. Определить часовую подачу топлива насосом. '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''=60• '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''ср1000• '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '',см³/ч; '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''=60•10,251000•960=590,4 см³/ч.

4. Таблица результатов, полученных при снятии регулировочной характеристики. Марка насоса УТН 5 № Частота вращения кулачкового вала, мин-1 Суммарное число оборотов за опыт Подача топлива секциями насоса за опыт, см3 Средняя величина подачи топлива за цикл каждого опыта, мм³ Максимальная неравномерность подачи, % Часовая подача, см³/ч 1 2 3 4 1 1000 1000 0 0 0 0 0 — 0 2 960 1000 7 10 11 13 10,25 59% 590,4 3 900 1000 40 41 47 47 43,75 16% 2362,5 4 880 1000 45 50 59 58 53 26% 2798,4 5 850 1000 55 62 67 68 63 21% 3213 6 820 1000 59 64 68 70 65,25 17% 3210,3 7 800 1000 60 67 70 71 67 16% 3216 8 700 1000 60 70 73 75 69,5 22% 2919 9 600 1000 61 72 75 80 72 26% 2592

Лабораторная работа 2

Тема: РЕГУЛИРОВОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПО СОСТАВУ СМЕСИ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Дата ________________

1. Цель работы: освоить методику определения характеристики.

Построить характеристику по результатам испытаний.

Установить оптимальную регулировку карбюратора.

Выявить влияние часового расхода топлива и качества смеси на экономичность двигателя.

2. Краткая методика испытаний: характеристика снимается при постоянной частоте вращения вала двигателя и при полном открытии дроссельной заслонки. Расход топлива изменяется заменой жиклера карбюратора или регулировкой его проходного сечения иглой.

График характеристики представляет собой зависимость мощности и удельного расхода от часового расхода топлива.

Рис. Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по составу горючей смеси

Для анализа характеристики на графике помещается кривая коэффициента избытка воздуха.

На характеристике имеются два характерных режима: режим (А), соответствующий минимальному удельному расходу топлива; режим (В), когда двигатель развивает максимальную мощность. Эти режимы у карбюраторных двигателей не совпадают между собой.

Минимальный удельный расход топлива получается при следующих условиях: двигатель работает на обедненной горючей смеси (коэффициент избытка воздуха 1,05–1,20), в результате чего наиболее полно сгорает топливо (бензин); количество избыточного воздуха невелико, и на его нагрев затрачивается сравнительно мало тепла, которое теряется с выхлопными

газами; понижается температура выхлопных газов, уменьшается теплоемкость продуктов сгорания.

Обеднение горючей смеси больше отмеченных пределов, когда коэффициент избытка воздуха становится больше 1,2, приводит к снижению мощности и значительному увеличению удельного расхода топлива по следующим причинам:

а) снижается скорость сгорания рабочей смеси, вследствие чего увеличивается ее количество, догорающее в процессе расширения;

б) повышается температура выхлопных газов;

в) увеличиваются потери тепла на нагрев избыточного воздуха.

Обогащение горючей смеси сопровождается увеличением мощности двигателя и удельного расхода топлива. Максимальная мощность (режим В) объясняется действием следующих факторов:

а) повышается коэффициент наполнения, увеличивается количество топлива, сгорающего в каждом цикле;

б) богатая смесь с коэффициентом избытка воздуха 0,8–0,9 сгорает с максимальной скоростью;

в) повышается максимальная температура цикла, в результате чего увеличивается максимальное давление в цилиндре;

г) увеличивается число молей продуктов сгорания, вследствие того, что в них появляется окись углерода; в результате повышается среднее эффективное давление.

Удельный расход топлива увеличивается из-за потерь теплоты от неполноты сгорания, повышения температуры выхлопных газов и некоторого увеличения их теплоемкости.

Дальнейшее обогащение горючей смеси (правее точки В) приводит к снижению мощности и значительному увеличению удельного расхода топлива. Происходит это вследствие химической неполноты сгорания, из-за сокращения выделения теплоты и уменьшения скорости сгорания рабочей смеси.

Оптимальная регулировка карбюратора находится в интервале между режимами минимального удельного расхода топлива и максимальной мощности. На практике для ее отыскания у карбюраторных двигателей применяются два способа.

Способ двух касательных. К кривой мощности проводят две касательные: одну из начала координат, другую через точку максимума. Из точки пересечения касательных опускают перпендикуляр на горизонтальную ось и определяют оптимальный часовой расход топлива.

При этом способе требуется достраивать координатные оси до их начала.

Способ треугольника. За оптимальную принимается регулировка жиклера, при которой на регулировочной характеристике приращения часового расхода топлива и мощности равны между собой. Строится треугольник с катетами, параллельными осям координат. Число единиц часового расхода топлива и мощности на катетах должно быть одинаковым (в масштабах характеристики).

Параллельно гипотенузе треугольника проводится касательная к кривой мощности. Из точки касания на горизонтальную ось опускается перпендикуляр, который отмечает оптимальный часовой расход.

3. Обработка результатов испытаний

(в каждом пункте расчета приводится необходимая формула)

3.1. Мощность двигателя: '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''=0,736•10−3 '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''• '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' (кВт); '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''=0,736•10−31•11,6•2100= 17,9(кВт).

3.2. Часовой расход топлива:

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''=3,6• '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '',кг/ч; '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''=3,6•10065,57=5,49 кг/ч.

3.3. Удельный расход топлива:

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''= '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''•10. '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' (гкВт•ч⁄); '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''=5,49•10.17,9=306,2 (гкВт•ч⁄).

3.4 Коэффициент избытка воздуха: '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''=GB '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''0• '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''; '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''=10314,9•5,49=1,26.

4. Таблица результатов, полученных при снятии регулировочной характеристики по составу смеси карбюраторного двигателя.

Марка двигателя ГАЗ 52

Частота вращения коленчатого вала 2100 мин-1 Расход топлива за опыт 100 грамм № Время опыта,

с,

Т Показания весов тормоза, кг•с

Р Перепад давления водяного манометра, мм

Н Положение иглы, об Расход воздуха, кг/ч

GB Мощность двигателя, Ne, кВт Часовой расход топлива, Gm, кг/ч Удельный расход топлива ge, г/кВт•ч Коэффициент избытка воздуха, α 1 65,57 11,6 - 0,5 103 17,9 5,49 306,2 1,26 2 55,47 14,2 - 1,0 113 21,9 6,49 295,7 1,17

Лабораторная работа 3

Тема: РЕГУЛИРОВОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПО УГЛУ

ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Дата ________________

1. Цель работы: определить оптимальный угол опережения зажигания.

Выявить зависимость мощности, часового и удельного расхода топлива от угла

опережения зажигания.

2. Краткая методика испытаний: характеристика снимается при

постоянной частоте вращения коленчатого вала и постоянном положении

дроссельной заслонки. Двигатель должен быть прогрет до рабочей температуры.

Угол опережения зажигания изменяется с помощью Мотор-Тестера МТ-10.

Рис. Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по углу

опережения зажигания

2

3. Обработка результатов испытаний

(в каждом пункте расчета приводится необходимая формула)

3.1. Мощность двигателя:

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' =

0,736 • 10−3

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' • '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' (кВт);

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' =

0,736 • 10−3

1

• 16,5 • 3000 = 36,4 (кВт).

3.2. Часовой расход топлива:

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' = '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' • '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '', кг/ч;

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' = 10,5 • 0,75 = 7,9 кг/ч;

3.3. Удельный расход топлива:

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' =

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' • 10³

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''

⁄кВт • ч);

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' =

7,9 • 10³

36,4

= 216 (г

⁄кВт • ч).

3

4. Таблица результатов, полученных при снятии регулировочной

характеристики по углу опережения зажигания карбюраторного двигателя.

Марка двигателя ЗМЗ-406

Частота вращения коленчатого вала 3000 об/мин

№ Угол

опережения

зажигания,

град

Расход

топлива,

л/ч Gт

Показания

весов

тормоза,

кгс

Р

Мощность

двигателя,

кВт

Ne

Расход топлива

часовой,

кг/ч

GT

удельный,

г/(кВт*ч)

ge

1 34 10,5 16,5 36,4 7,9 216

2 38 10,6 17,2 38,0 8,0 209

3 42 10,6 17,7 39,1 8,0 203

4 46 10,5 17,2 38,0 7,9 207

5 50 10,6 16,5 36,4 8,0 218

6 - - - - - -

5. График характеристики по углу опережения зажигания: представляет

собой зависимость мощности, часового и удельного расходов топлива от угла

опережения зажигания.

4

ВГАУ

М-2-6а

Иванов И.И.

Регулировочная характеристика

двигателя ЗМЗ-406 по углу опережения

зажигания

36,0

36,5

37,0

37,5

38,0

38,5

39,0

39,5

30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52

Ne, кВт

Ne

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

200

202

204

206

208

210

212

214

216

218

220

30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52

Gm, кг/ч

ge, г/(кВт•ч)

φ, °

ge Gm

5

6. Анализ результатов испытаний

Определить оптимальный угол опережения зажигания, отметить его на

характеристике.

Объяснить, почему снижается мощность двигателя и увеличивается

удельный расход топлива при раннем и позднем углах опережения зажигания.

1. Угол опережения зажигания, при котором наблюдаются максимальная

мощность и минимальный удельный расход топлива, является оптимальным.

Оптимальный угол отмечен на графике штриховой линией, φ=42°.

2. При ранних углах опережения зажигания мощность двигателя снижается

потому, что топливо успевает сгореть до прихода поршня в В.М.Т., и

увеличивается отрицательная работа сжатия.

При поздних углах опережения зажигания мощность двигателя снижается

потому, что процесс сгорания начинается в момент, когда поршень находится в

В.М.Т., процесс сгорания заканчивается в момент прохождения поршнем

примерно половины рабочего хода. В результате площадь реальной индикаторной

диаграммы уменьшается. Увеличиваются потери тепла в стенки цилиндра и с

выхлопными газами, температура которых повышается.

Лабораторная работа 4

Тема: РЕГУЛИРОВОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПО УГЛУ

ОПЕРЕЖЕНИЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА

Дата ________________

1. Цель работы: Освоить методику определения характеристики.

Построить характеристику по результатам испытаний.

Выявить влияние угла опережения подачи топлива на эффективные

показатели двигателя.

Определить оптимальный угол опережения подачи топлива.

2. Краткая методика испытаний:

Характеристика снимается при постоянной частоте вращения

коленчатого вала двигателя и неизменном положении дроссельной заслонки.

График характеристики представляет собой зависимость эффективной

мощности, часового и удельного расходов топлива от угла опережения подачи

топлива.

На графике характеристики при максимальной мощности удельный

расход топлива минимальный, так как часовой расход топлива не изменяется

при различных углах опережения подачи топлива. Угол опережения подачи

топлива, при котором наблюдаются максимальная мощность и минимальный

удельный расход топлива, является оптимальным.

Рис. Регулировочная характеристика инжекторного двигателя по углу

опережения подачи топлива

Для экономичной работы двигателя нужно, чтобы процесс сгорания

заканчивался тогда, когда поршень находится вблизи в.м.т. При оптимальном

угле опережения подачи топлива действительная индикаторная диаграмма

приближается к теоретической. Процесс сгорания начинается в момент, когда

поршень не доходит до в.м.т., а заканчивается в самом начале хода поршня к

н.м.т. (10–15° поворота кривошипа). При воспламенении рабочей смеси в

момент, когда поршень находится в в.м.т., процесс сгорания заканчивается в

момент прохождения поршнем примерно половины рабочего хода. В

результате площадь реальной индикаторной диаграммы уменьшается.

Увеличиваются потери тепла в стенки цилиндра и с выхлопными газами,

температура которых повышается.

При слишком раннем зажигании площадь индикаторной диаграммы

также уменьшается. Топливо успевает сгореть до прихода поршня в в.м.т., и

увеличивается отрицательная работа сжатия. Мощность двигателя

уменьшается.

При несоответствии сорта топлива работа двигателя с оптимальным

углом опережения подачи топлива может сопровождаться детонационным

сгоранием. В этом случае угол опережения подачи топлива надо уменьшить.

3. Обработка результатов испытаний

(в каждом пункте расчета приводится необходимая формула)

3.1. Мощность двигателя:

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' =

0,736 • 10−3

'' '' '' '' '' ''

'' '' '' '' '' '' • '' '' '' '' '' '' (кВт);

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' =

0,736 • 10−3

1

• 39,5 • 1600 = 46,5 (кВт).

3.2. Часовой расход топлива:

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' = 3,6 • '' '' '' '' '' ''/ '' '' '' '' '' '', кг/ч;

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' = 3,6 • 50/12,8 = 14,1 кг/ч;

3.3. Удельный расход топлива:

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' =

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' • 10³

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''

⁄кВт • ч);

'' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' =

14,1 • 10³

46,5

= 302 (г

⁄кВт • ч).

4. Таблица результатов, полученных при снятии регулировочной

характеристики по углу опережения подачи топлива дизельного двигателя.

Марка двигателя Д-65Н

Частота вращения коленчатого вала 1600 мин-1

Расход топлива за опыт 50 грамм

№ Угол

опережения

подачи

топлива,°, φ

Время

опыта, с

Т

Показания

весов

тормоза,

кгс Р

Мощность

двигателя,

кВт

Ne

Расход топлива

часовой,

кг/ч

GT

удельный,

г/(кВт*ч)

ge

1 15 12,80 39,50 46,5 14,1 302

2 18 12,72 40,75 48,0 14,2 295

3 21 13,09 42,75 50,3 13,8 273

4 24 13,00 42,50 50,0 13,8 277

5 27 13,01 41,00 48,3 13,8 287

5. График характеристики по углу опережения подачи топлива:

представляет собой зависимость мощности, часового и удельного расходов

топлива от угла опережения подачи топлива.

ВГАУ

М-2-6а

Иванов И.И.

Регулировочная характеристика

двигателя Д-65Н по углу опережения

подачи топлива

6. Анализ результатов испытаний

Определить оптимальный угол опережения подачи топлива. Отметить

его на характеристике.

46,0

46,5

47,0

47,5

48,0

48,5

49,0

49,5

50,0

50,5

51,0

14 16 18 20 22 24 26 28

Ne, кВт

Ne

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

260

265

270

275

280

285

290

295

300

305

14 16 18 20 22 24 26 28

Gm, кг/ч

ge, г/(кВт•ч)

φ, °

ge Gm

Объяснить, почему снижается мощность двигателя и увеличивается

удельный расход топлива при раннем и позднем углах опережения подачи

топлива.

1. Угол опережения подачи топлива, при котором наблюдаются

максимальная мощность и минимальный удельный расход топлива, является

оптимальным.

Оптимальный угол отмечен на графике штриховой линией, φ=22°.

2. При ранних углах опережения подачи топлива мощность двигателя

снижается потому, что топливо успевает сгореть до прихода поршня в

В.М.Т., и увеличивается отрицательная работа сжатия.

При поздних углах опережения подачи топлива мощность двигателя

снижается потому, что процесс сгорания начинается в момент, когда

поршень находится в В.М.Т., процесс сгорания заканчивается в момент

прохождения поршнем примерно половины рабочего хода. В результате

площадь реальной индикаторной диаграммы уменьшается. Увеличиваются

потери тепла в стенки цилиндра и с выхлопными газами, температура

которых повышается.__

Лабораторная работа 5

Тема: РЕГУЛЯТОРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИЗЕЛЯ

Дата ________________

1. Цель работы: освоить методику определения характеристики.

Построить характеристику по результатам испытаний.

Проанализировать зависимость показателей работы двигателя от его скоростного и нагрузочного режимов.

2. Краткая методика испытаний: характеристика снимается при постоянном положении рычага подачи топлива. Угол опережения подачи топлива устанавливается оптимальный. Характеристика, снятая при установке полной подачи топлива, называется внешней. Характеристики, снятые при установке рычага подачи топлива в промежуточных положениях, называются частичными.

График характеристики представляет собой зависимость частоты вращения коленчатого вала, крутящего момента, часового и удельного расходов топлива от эффективной мощности двигателя. Характеристика может быть построена в координатах: крутящий момент, мощность, часовой и удельный расходы топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Такая характеристика называется также скоростной. Работу двигателя на регуляторе удобно изучать по характеристике, построенной в зависимости от эффективной мощности. В этом случае так же, как и по нагрузочной характеристике, можно определить режимы экономичной работы двигателя. Анализ работы двигателя на режимах перегрузок удобно проводить по характеристике, построенной в зависимости от частоты вращения коленчатого вала (рис 5.1 и 5.2).

Рис.5.1. Регуляторная характеристика дизеля

На графике регуляторной характеристики можно отметить три характерных режима: максимального крутящего момента, максимальной мощности (номинальный режим), холостого хода при максимальной частоте вращения.

Участок регуляторной характеристики между режимами максимальной (номинальной) мощности и максимальной частоты вращения холостого хода называется регуляторной ветвью характеристики. Участок регуляторной характеристики между режимами максимальной (номинальной) мощности и максимального крутящего момента называется корректорной ветвью характеристики.

Рис. 5.2. Скоростная характеристика дизеля с регуляторной ветвью

Регулятор служит для поддержания заданного скоростного режима двигателя. Режим задается деформацией пружины регулятора. Усилие пружины уравновешивается приведенной к муфте регулятора центробежной силой инерции вращающихся грузов. Такое равновесие сил пружины и грузов, приведенных к муфте, соответствует заданному скоростному режиму двигателя. При уменьшении нагрузки внешнего сопротивления частота вращения коленчатого вала двигателя увеличивается, что в свою очередь приводит к увеличению центробежной силы грузов, приведенной к муфте регулятора. Под действием возросшей центробежной силы муфта перемещается и дополнительно деформирует пружину регулятора. Вместе с муфтой перемещается рычаг регулятора и связанная с ним через тягу рейка топливного насоса в сторону уменьшения подачи. В результате уменьшения подачи топлива наступает

равновесие крутящего момента двигателя и момента сопротивления при частоте вращения, несколько превышающей номинальную. И так продолжается до полной разгрузки двигателя. Максимальная частота вращения для каждого заданного скоростного режима устанавливается при работе двигателя на холостом ходу.

Разность угловых скоростей (частот вращения) коленчатого вала двигателя на холостом ходу и при максимальной (номинальной) мощности называется неравномерностью работы регулятора.

Отношение этой разности частот вращения к их средней величине носит название степени неравномерности регулятора. У современных автотракторных двигателей степень неравномерности регулятора находится в пределах 0,06 – 0,08. При малой степени неравномерности регулятора его характеристика приближается к астатической, что может привести к потере устойчивости. При значительном увеличении степени неравномерности регулятора максимальная частота вращения коленчатого вала становится чрезвычайно большой, вследствие чего увеличиваются расход топлива на холостом ходу и износ деталей двигателя.

В интервале частот вращения от номинальной до максимальной подача топлива секциями насоса за цикл, а, следовательно, и часовой расход устанавливается регулятором. Часовой расход топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя в зоне действия регулятора изменяется по прямолинейному закону. В соответствии с характером изменения часового расхода на этом участке характеристики изменяются почти прямолинейно среднее эффективное давление, крутящий момент и мощность двигателя. Эти параметры уменьшаются от значений, соответствующих номинальному нагрузочному режиму, до нуля на холостом ходу двигателя. При работе двигателя с недогрузкой удельный расход топлива возрастает, стремясь к бесконечности на холостом ходу.

Участок характеристики от режима максимального крутящего момента до режима максимальной мощности представляет собой скорректированную скоростную характеристику. Такая скоростная характеристика дизеля

получается в результате исправления скоростной характеристики топливного насоса. Для этой цели применяются корректоры. Корректор увеличивает подачу топлива за цикл на необходимую величину.

Цикловую подачу топлива на каждом скоростном режиме целесообразно увеличивать до появления заметного дымления. Полученная таким образом характеристика называется характеристикой предела дымления, или оптимальной. Таким образом, корректорная ветвь регуляторной характеристики является оптимальной скоростной характеристикой дизеля.

Для корректирования скоростной характеристики топливного насоса, а, следовательно, и дизеля применяются два типа корректоров: корректоры, установленные в насосную секцию, и корректоры, встроенные в регуляторы. Для корректирования цикловой подачи насосной секцией применяются клапаны-корректоры. Такие клапаны имеют переменную высоту подъема над седлом, зависящую от частоты вращения кулачкового вала насоса. В результате этого изменяются объем разгрузки трубопровода высокого давления и цикловая подача топлива. Недостатками такого способа корректирования являются большая степень неравномерности подачи секциями, а также потеря корректирующего эффекта клапана при значительном износе плунжерных пар насоса.

Наибольшее распространение получили корректоры, встроенные в регуляторы. Такой корректор перемещает рейку топливного насоса на необходимую величину в сторону увеличения подачи топлива при снижении частоты вращения коленчатого вала двигателя и тем самым способствует преодолению перегрузки. Динамические качества двигателя при работе на корректорной ветви регуляторной характеристики оцениваются номинальным коэффициентом запаса крутящего момента и коэффициентом снижения частоты вращения при максимальном корректировании.

3. Обработка результатов испытаний

(в каждом пункте расчета приводится необходимая формула)

3.1. Мощность двигателя:

'' '' '' '' '' ''=0,736•10−3 '' '' '' '' '' ''• '' '' '' (кВт); '' '' '' '' '' ''=0,736•10−31•11•1880=15,22 (кВт).

3.2. Крутящий момент: '' '' ''=9550• '' '' '' '' '' '' '' '' '' (Н•м) '' '' ''=9550•15,221880=

3.3. Часовой расход топлива: '' '' '' '' '' ''=3,6• '' '' '' '' '' '',(кгч⁄); '' '' '' '' '' ''=3,6•10072=5,0 кг/ч;

3.4. Удельный расход топлива: '' '' '' '' '' ''= '' '' '' '' '' ''•10. '' '' '' '' '' '' (гкВт•ч⁄); '' '' '' '' '' ''=5,0•10.15,22= 328,5 (гкВт•ч⁄).

3.5. Часовой расход воздуха: GB=3600• '' '' ''• '' '' ''•√2• '' '' '' '' '' ''• '' '' '' '' '' ''•273760• '' '' ''в• '' '' '' '' '' '' '' '' '' (кгч⁄); GB=3600•0,00129•0,735•√2•1,29•740•273760•291•1000•9,81•280=274,6 кг/ч

3.6. Коэффициент избытка воздуха: '' '' ''=GB '' '' ''0• '' '' '' '' '' '' '' '' ''=274,614,5•5,0=3,65

3.7. Коэффициент наполнения:

'' '' '' '' '' ''=1000•GB• '' '' ''120• '' '' '' '' '' ''• '' '' '' '' '' ''•273760• '' '' ''в• '' '' ''л• '' '' '' '' '' '' '' '' ''=1000•274,6•4120•1,29•740•273760•291•4,75•1880=0,838

4. Таблица результатов, полученных при снятии регуляторной характеристики дизеля.

Марка двигателя Д-240 Расход топлива за опыт 100 грамм № Время опыта, с

Т Показания весов тормоза, кг•с

Р Частота вращения коленчатого вала,

мин-1

n Перепад давления по водному манометру, мм

Н Мощность двигателя, кВт

Ne Крутящий момент

, Н•м

Me Часовой расход топлива, кг/ч

Gт Удельный расход топлива, г/кВт•ч

ge Часовой расход воздуха, кг/ч GВ Коэффициент избытка воздуха α Коэффициент наполнения 1 82 0 1900 280 0 0,00 4,39 — 274,6 4,31 0,861 2 72 11 1880 260 15,22 77,32 5,00 328,5 264,6 3,65 0,838 3 55,2 19 1860 250 26,01 133,55 6,52 250,7 259,5 2,74 0,831 4 45 23 1840 240 31,148 161,66 8,00 256,8 254,3 2,19 0,823 5 34 31 1820 230 41,525 217,89 10,59 255,0 248,9 1,62 0,814 6 30,9 35 1800 220 46,368 246,01 11,65 251,3 243,4 1,44 0,805 7 30,7 35,5 1780 210 46,508 249,52 11,73 252,1 237,8 1,40 0,796 8 30,5 36 1760 200 46,633 253,04 11,80 253,1 232,1 1,36 0,785 9 31 37 1700 190 46,294 260,07 11,61 250,8 226,2 1,34 0,793 10 32 38 1600 180 44,749 267,09 11,25 251,4 220,2 1,35 0,820 11 33,5 39 1500 150 43,056 274,12 10,75 249,6 201,0 1,29 0,798 12 35 39,5 1400 130 40,701 277,64 10,29 252,7 187,1 1,25 0,796 13 37 41 1300 120 39,229 288,18 9,73 248,0 179,8 1,27 0,824

Лабораторная работа 6

Тема: РЕГУЛИРОВОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИЗЕЛЯ ПО ПОДАЧЕ ТОПЛИВА

Дата ________________

1. Цель лабораторной работы освоить методику определения характеристики. Построить характеристику по результатам испытаний. Определить оптимальный часовой расход топлива. Выявить влияние часового расхода на экономичность двигателя.

2. Краткая методика испытаний: характеристика снимается при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Устанавливается угол опережения подачи топлива, рекомендованный заводом-изготовителем. Подачу топлива изменяют установкой рейки топливного насоса в определенных положениях. В последних опытах отмечают начало видимого дымления.

Характеристика строится в координатах: мощность, удельный расход топлива в зависимости от часового расхода (рис. 6.1.). 2

Рис. 6.1. Регулировочная характеристика дизеля по подаче топлива

На характеристике отмечены два режима: режим (А), соответствующий часовому расходу, при котором отмечается минимальный удельный расход топлива, и режим (В), при котором мощность двигателя максимальная.

У автотракторных дизелей на режиме, соответствующем минимальному расходу топлива, коэффициент избытка воздуха находится в пределах 1,4 – 1,6. При этом наблюдается наиболее полное сгорание топлива и бездымный выпуск отработавших газов. Вместе с тем избыток воздуха небольшой, и на его нагрев расходуется сравнительно немного теплоты. Поэтому на этом режиме удельный расход топлива минимальный. 3

При дальнейшем обеднении горючей смеси удельный расход топлива возрастает из-за значительных потерь теплоты на нагрев избыточного воздуха, а также вследствие уменьшения относительной доли полезной работы во всей работе, произведенной газами. При уменьшении цикловой подачи топлива процесс сгорания в дизеле улучшается. На холостом ходу и при малых нагрузках, близких к холостому ходу, условия для сгорания топлива становятся несколько хуже. Происходит это вследствие распыливания топлива на сравнительно крупные капли и в результате увеличения периода задержки воспламенения.

На режиме максимальной мощности коэффициент избытка воздуха уменьшается до 1,2, при этом в отработавших газах появляется дым. При уменьшении коэффициента избытка воздуха ниже 1,2 процесс сгорания сопровождается значительным дымлением. Работа дизеля при большом дымлении недопустима из-за возможного его перегрева, а также вследствие закоксовывания поршневых колец.

Оптимальная регулировка часового расхода находится между режимами минимального удельного расхода топлива и максимальной мощности. Она определяется пределом дымления, т. е. соответствует часовому расходу топлива, при котором двигатель развивает наибольшую мощность и работает на режиме начала заметного дымления.

Часовой расход топлива при оптимальной регулировке определяется по нагрузочной характеристике. Нагрузочная характеристика строится по результатам испытаний. Она представляет собой зависимость часового и удельного расходов топлива от мощности или от среднего эффективного давления (рис. 6.2). 4

Рис. 6.2. Нагрузочная характеристика дизеля

Оптимальная регулировка соответствует минимальному значению отношения удельного расхода топлива к среднему эффективному давлению. Для ее определения проводится касательная из начала координат к кривой удельного расхода топлива, точка касания проектируется на координатные оси и отмечает на них максимальную величину среднего эффективного давления и оптимальный часовой расход топлива. Следует иметь в виду, что за начало координат принимается точка, в которой среднее эффективное давление и удельный расход топлива равны нулю.

На номинальном скоростном и нагрузочном режиме регулировку по расходу топлива устанавливают с учетом запаса крутящего момента на преодоление перегрузок. 5

3. Обработка результатов испытаний

(в каждом пункте расчета приводится необходимая формула)

3.1. Мощность двигателя: ''' '''=0,736•10−3 ''' '''• ''' (кВт); ''' '''=0,736•10−31•10•1600= 11,776 (кВт).

3.2. Часовой расход топлива:

''' '''=3,6• ''' ''',кг/ч; ''' '''=3,6•5034,65=5,19 кг/ч.

3.3. Удельный расход топлива:

''' '''= ''' '''•10. ''' ''' (гкВт•ч⁄); ''' '''=5,19•10.11,776=441,1 (гкВт•ч⁄).

3.4. Часовой расход воздуха: GB=3600• '''• '''•√2• ''' '''• ''' '''•273760• '''в• ''' ''' '''; GB=3600•0,00129•0,735•√2•1,29•740•273760•291•1000•9,81•168=212,7 кг/ч.

3.5. Коэффициент избытка воздуха: 6

'''=GB '''0• ''' '''; '''=212,714,5•5,19=2,82.

3.6. Среднее эффективное давление: ''' '''=30 ''' ''' ''' '''л ''' ''',

где τ- количество тактов;

і – количество цилиндров. ''' '''=30•11,776•44,75•4•1600=0,046 МПа.

4. Таблица результатов, полученных при снятии регулировочной характеристики дизеля по подаче топлива.

Марка двигателя Д-240

Частота вращения коленчатого вала 1600 мин-1 Расход топлива за опыт 50 грамм № Время опыта, с

Т Показания весов тормоза, кг•с

Р Перепад давления по водному манометру, мм

Н Мощность двигателя, кВт

Ne Часовой расход топлива, кг/ч

Gт Удельный расход топлива, г/кВт•ч

ge Часовой расход воздуха, кг/ч

GВ Коэффициент избытка воздуха α Среднее эффективное давление, МПа ре 1 43,75 0 169 0 4,11 — 213,4 3,58 0,000 2 34,65 10 168 11,776 5,19 441,1 212,7 2,82 0,046 3 25,78 20 166 23,552 6,98 296,5 211,5 2,09 0,093 4 21,25 25 163 29,44 8,47 287,7 209,5 1,71 0,116

Тепловой расчет проектируемого (нового) двигателя

Для выполнения второй части контрольной работы (тепловой расчет проектируемого (нового) двигателя) необходимо выбрать свой вариант из таблицы 2.

Таблица №2 - Технические характеристики автотракторных двигателей Вариант'Двигатель'Тип'Ne, кВт'nн, мин-1'Мк, Н·м'nк,

мин-1'ge,

г/кВт·ч'Vл, дм3'ε'DxS, мм'Цил. 30'ЗМЗ-73'К'90,5'3500'284,4'2250'305,0'4,250'7,0'92×80'8V

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Тепловой расчет позволяет с достаточной степенью точности аналитическим путем определить основные параметры вновь проектируемого двигателя, а также проверить степень совершенства действительного цикла реально работающего двигателя.

2.1 Топливо

В соответствии с заданной степенью сжатия '=7,0 в качестве топлива можно использовать бензин марки А-76.

Средний элементарный состав и молекулярная масса топлива:

где С' Н ' массовые доли углерода' водорода в 1 кг топлива' кг.

Низшая теплота сгорания топлива:

2.2 Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

Коэффициент избытка воздуха. Коэффициент избытка воздуха – отношение действительного количества воздуха, участвующего в сгорании 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха.

Стремление получить двигатель повышенной литровой мощности позволяет выбрать значение '=0'96 при nN=3500 об/мин, обеспечивающее максимальную скорость сгорания и достаточную экономичность.

Количество горючей смеси:

Принимаем постоянную величину' зависящую от отношения количества водорода к окиси углерода' содержащихся в продуктах сгорания К=0'5.

Определяем количество отдельных компонентов продуктов сгорания'

Определяем суммарное количество продуктов сгорания:

Проверка:

2.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы

Давление и температура окружающей среды при работе двигателя без наддува рk =po =0,1 МПа и Тk =To=288 К.

Принимаем температуру остаточных газов' учитывая при этом значения коэффициента избытка воздуха' Тr =1000 К.

Определяем давление остаточных газов'

2.4 Процесс впуска

С целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается температура подогрева свежего заряда ΔТN=20'C. Тогда:

Определяем плотность заряда на впуске:

где Rв=287 Дж/кг'град ' удельная газовая постоянная для воздуха.

Потери давления на при условии качественной обработки внутренней поверхности впускной системы можно принять

где ''коэффициент затухания скорости движения заряда;

'ВП' коэффициент сопротивления впускной системы.

Определяем давление в конце впуска:

Вычисляем коэффициент остаточных газов:

Определяем температуру в конце впуска:

Определяем коэффициент наполнения'

2.5 Процесс сжатия

Средний показатель адиабаты сжатия k1 при '=7,0 и рассчитанных значениях определяем по графику рис. 7. стр. 27 '1', .

Средний показатель политропы сжатия n1 принимаем несколько меньше k1. При выборе n1 учитываем, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n1 уменьшается по сравнению с k1 более значительно'

Принимаем

Определяем давление в конце сжатия:

Определяем температуру в конце сжатия:

Принимаем

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха)'

где tc'температура смеси в конце сжатия'

б) остаточных газов'

где 23,611 и 24,041 – значения теплоёмкости продуктов сгорания соответственно при 400°С и 500°С, взятая по таблице 8, '1' при α=0,96.

в) рабочей смеси'

2.6 Процесс сгорания

Определяем коэффициент молекулярного изменения горючей смеси'

Определяем коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси'

Определяем количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания топлива при α<1 из-за недостатка кислорода:

Теплота сгорания рабочей смеси:

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

где tz'температура в конце видимого процесса сгорания' 'С.

Коэффициент использования теплоты ξz для различных частот вращения коленчатого вала, принимаем по графику при nN=3500 об/мин ξz=0,92. Температура в конце видимого процесса сгорания .

Определяем максимальное давление сгорания теоретическое:

Определяем степень повышения давления:

2.7 Процессы расширения и выпуска

Средний показатель адиабаты расширения k2 определяем по номограмме рис.11, стр.34 '1' при заданном '=7,0 для значений α=0,96 и Тz=2896 К.

Средний показатель политропы расширения:

В соответствии с полученной принимаем значение n2=1,25.

Определяем давление в конце процесса расширения:

Определяем температуру в конце процесса расширения:

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

Погрешность равна'

Δ=100'(1108'1000) / 1000=10,8%.

2.8 Индикаторные параметры рабочего цикла

Определяем теоретическое среднее индикаторное давление'

Определяем среднее индикаторное давление:

где φи=0,96 - коэффициент полноты диаграммы.

Определяем индикаторный к. п. д. и индикаторный удельный расход топлива:

2.9 Эффективные показатели двигателя

Предварительно приняв ход поршня S=80 мм, определяем среднее давление механических потерь для карбюраторного четырехцилиндрового двигателя:

где - средняя скорость, м/c;

Определяем среднее эффективное давление и механический к. п. д.:

Определяем эффективный к. п. д. и эффективный удельный расход топлива:

Часовой расход топлива определяется:

2.10 Основные параметры цилиндра и двигателя

Определяем литраж двигателя:

где '=4 'тактность двигателя'

Nе'эффективная мощность двигателя, кВт.

Определяем рабочий объем одного цилиндра:

Определяем диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S=80 мм то'

Окончательно принимаем D=98 мм и S=80 мм.

Основные параметры и показатели двигателя определяем по окончательно принятым значениям D и S:

Определяем площадь поршня'

Определяем эффективную мощность'

Определяем эффективный крутящий момент'

Определяем часовой расход топлива'

Литровая мощность двигателя:

Скорость поршня:

2.11 Построение индикаторной диаграммы

Индикаторную диаграмму строим для номинального режима работы двигателя, т.е. при аналитическим методом.

Масштабы диаграммы: – масштаб хода поршня – масштаб давлений Мр=0,05 МПа в мм. Определяем приведенные величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

Определяем максимальную высоту диаграммы (точка z): pz=5,60 МПа.

Определяем ординаты характерных точек:

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия'

где ОВ=ОА+АВ' мм'

ОВ=13,3+80=93,3 мм.

Отсюда:

б) политропа расширения'

Отсюда'

Результаты расчетов точек политроп сводим табл.2.1.

Таблица 2.1.- Результаты расчетов точек политроп. №'ОХ,'ОВ/ОХ'Политропа сжатия'Политропа расширения 'мм ' ' ' 1'13,3'7'14,04'25,3'1,26 (точка с)'11,39'111,6'5,58 (точка z) 2'15,6'6'11,39'20,5'1,02'9,39'92,0'4,60 3'18,7'5'8,89'16,0'0,80'7,48'73,3'3,66 4'23,3'4'6,57'11,8'0,59'5,66'55,4'2,77 5'31,1'3'4,44'8,0'0,40'3,95'38,7'1,93 6'37,3'2,5'3,47'6,2'0,31'3,14'30,8'1,54 7'46,7'2'2,56'4,6'0,23'2,38'23,3'1,17 8'62,2'1,5'1,73'3,1'0,156'1,66'16,3'0,81 9'93,3'1'1'1,8'0,090 (точка а)'1'9,8 (точка b)'0,49

Теоретическое среднее индикаторное давление:

где F′=1736 мм² - площадь диаграммы (aczba), рі′=1,085, что очень близко к величине рі′=1,506 МПа, полученной в тепловом расчете.


Способ заказа и контакты