Протокол испытаний к лабораторной работе «Скоростная характеристика двигателя»

Лабораторная работа № 7

РЕГУЛИРОВОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ ПО УГЛУ ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ

Цель работы

1. Определить характер изменения мощностных и экономических показателей работы двигателя в зависимости от угла опережения зажигания.

2. Определить оптимальный угол опережения зажигания для каждого исследуемого режима работы двигателя.

3. Освоить методику снятия регулировочной характеристики по углу опережения зажигания.

Для двигателей, у которых угол опережения зажигания изменяется автоматически, снятие характеристики производится с целью проверки правильности установки и действия автоматических устройств.

Приборы и оборудование

1. Электрический тормозной стенд с двигателем ВАЗ-21011.

2. Устройство для определения расхода топлива весовым способом.

3. Ротационный газовый расходомер с емкостью и соединительным патрубком.

4. Приборы для определения параметров окружающего воздуха.

5. Устройство для определения температуры отработавших газов.

6. Устройство для определения угла опережения зажигания.

Краткие теоретические сведения

Угол опережения зажигания определяет протекание процесса сгорания относительно ВМТ и в соответствии с этим полноту теплоиспользования. Процесс выделения тепла начинается до прихода поршня в ВМТ и заканчивается после верхней мертвой точки, при этом теряется часть теплоты в стенки цилиндра и с отработавшими газами.

В поршневом двигателе наиболее полное превращение теплоты в работу происходит в случае, когда максимальное давление в цилиндре достигается при положении поршня 10-12° после верхней мертвой точки. Минимум тепловых потерь достигается правильным выбором момента воспламенения топливовоздушной смеси, то есть установкой оптимального угла опережения зажигания. Значению соответствуют максимальные величины индикаторного и механического КПД двигателя, следовательно, максимальное значение эффективной мощности и минимального удельного расхода топлива. При изменении угла опережения зажигания меняются температура, давление в конце сгорания, степень турбулизации свежего заряда, значение тепловых потерь в период развития процесса сгорания, что приводит к изменению технико-экономических показателей работы двигателя.

Углом опережения зажигания называется угол в градусах поворота коленчатого вала от момента подачи искры до верхней мертвой точки (ВМТ).

Регулировочная характеристика по углу опережения зажигания (рис.1) представляет собой зависимость эффективной мощности N_е удельного расхода топлива g_е и других показателей от момента подачи электрической искры в цилиндры двигателя при постоянной частоте вращения коленчатого вала и неизменном положении дроссельной заслонки.

При изменении угла опережения зажигания величина часового расхода топлива остается постоянной. Изменение часового расхода топлива определяется составом смеси , величиной наполнения цилиндров , частотой вращения коленчатого вала n_е, которые с изменением угла опережения зажигания остаются неизменными, кг/ч:

где - постоянная величина.

Рис. 1. Регулировочная характеристика двигателя по углу опережения зажигания

Уменьшение угла опережения зажигания (позднее зажигание) обуславливает более позднее сгорание топливовоздушной смеси, протекающее в большей степени в процессе расширения. Выделяемая при этом теплота используется неэффективно, вследствие уменьшения возможной степени расширения рабочего тела. Уменьшение количества получаемой тепловой работы приводит к снижению эффективной мощности двигателя, а удельный эффективный расход топлива при этом возрастает. Увеличение температуры рабочего тела ведет к повышению отдачи тепла через стенки цилиндров в систему охлаждения, растет температура отработавших газов, что может привести к перегреву двигателя.

При увеличении угла опережения зажигания (раннее зажигание) возрастает доля смеси, сгоревшей до прихода поршня в ВМТ. В результате температура и давление в процессе основного периода сгорания возрастают.

На преодоление повышенного давления в процессе сжатия затрачивается дополнительная работа, при этом мощность двигателя снижается, удельный расход топлива увеличивается. В результате повышается жесткость работы двигателя, нагрузки на детали возрастают, увеличиваются потери энергии на трение. Повышение давления и температуры приводит к возрастанию тепловых потерь через стенки камеры сгорания, увеличиваются утечки газов через неплотности поршневых колец, раннее зажигание способствует появлению в цилиндрах двигателя детонации. Величина оптимального угла опережения зажигания зависит от режимов работы двигателя.

С увеличением частоты вращения процесс сгорания по углу поворота коленчатого вала замедляется и смещается на процесс расширения, что приводит к дополнительным потерям работы. Это объясняется тем, что увеличение скорости протекания процесса сгорания из-за повышения турбулизации смеси идет менее интенсивно, чем сокращение времени поворота коленчатого вала на один градус. Чтобы приблизить окончание процесса сгорания к ВМТ, необходимо угол опережения зажигания увеличить.

При снижении нагрузки сопротивление в процессе впуска возрастает, следовательно, количество поступающей топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя уменьшается, разбавление смеси остаточными газами увеличивается. Это приводит к повышению длительности процесса сгорания и смещению его на процесс расширения, поэтому угол опережения зажигания с уменьшением нагрузки необходимо увеличивать.

Для получения максимальной эффективной мощности и минимального эффективного удельного расхода топлива необходимо поддерживать оптимальный угол опережения зажигания, при котором максимальна скорость сгорания и, следовательно, наибольшее тепловыделение в процессе сгорания.

При снятии регулировочной характеристики угол опережения изменяют поворотом прерывателя-распределителя системы зажигания двигателя. Угол опережения зажигания измеряют при помощи стробоскопического устройства (рис. 8.1).

На ободе маховика имеется протарированная в градусах угла поворота коленчатого вала шкала 1 со стрелкой 3, наблюдение за которой производится через специальный люк 2. Нулевое деление на шкале соответствует положению поршня первого цилиндра в ВМТ.

Напротив люка устанавливают безинерционную лампу 4, соединенную с электронным блоком 5. Электронный блок получает сигнал от электромагнитного датчика 6, установленного на проводе высокого напряжения первого цилиндра.

Электронный блок преобразует электрический сигнал, поступающий от датчика в момент подачи искры свечой зажигания 7, в кратковременную вспышку света лампы.

При многократном повторении вспышки с большой частотой возникает стробоскопический эффект, стрелка на шкале маховика показывает соответствующий угол опережения зажигания.

. Рис. 2. Схема стробоскопического устройства

Порядок выполнения работы

Перед началом лабораторной работы проверяют готовность тормозного стенда, двигателя, контрольно-измерительной аппаратуры к проведению испытаний.

1. Подготовленный к испытаниям двигатель вводят в режим, соответствующий снятию регулировочной характеристики по углу опережения зажигания: устанавливают заданное положение дроссельной заслонки; при помощи жидкостного реостата поддерживают требуемую частоту вращения коленчатого вала; устанавливают регулировки системы питания, оптимальный угол опережения зажигания согласно заводской инструкции.

2. После выдержки работы двигателя на установившемся режиме в течение 1-2 минут, в первом опыте поворотом корпуса прерывателя-распределителя устанавливают угол опережения зажигания меньше оптимального на 15-20° (позднее зажигание); реостатом тормоза устанавливают требуемую частоту вращения коленчатого вала двигателя; по сигналу записывают в протокол испытаний показания всех измерительных приборов стенда и аппаратуры.

3. Во втором и последующих опытах увеличивают угол опережения зажигания в пределах 5°, одновременно изменением нагрузки на тормозе устанавливают заданную частоту вращения коленчатого вала, после чего дают выдержку при работе двигателя на вновь установленных режимах не менее 1 мин.

4 По установленному сигналу производят записи в протокол испытаний показаний контрольно-измерительных приборов и аппаратуры. В протокол испытаний записывают следующие параметры: - марку используемого топлива;

- частоту вращения вала тормоза n_Т, об/мин;

- показания весового механизма тормоза Р, кг;

- расход топлива за опыт ΔG_T, г;

- время расходования топлива τ_Т, с;

- расход воздуха за опыт ΔG_В, м³;

- время расходования воздуха τ_В, с;

- температуру окружающей среды t₀, °С;

- барометрическое давления В₀, кПа;

- температуру охлаждающей жидкости на выходе из двигателя t_ж.вых, °С;

- температуру охлаждающей жидкости на входе в двигатель t_ж.вх, °С;

- температуру масла t_м, °С;

- температуру отработавших газов t_ог, °С

Опыт проводим до появления в цилиндрах двигателя детонации

5. На основании данных, занесенных в протокол испытаний, рассчитывают показатели работы двигателя:

- частота вращения коленвала двигателя n_Д, об/мин;

- эффективную мощность N_е, кВт;

- удельный эффективный расход топлива g_e, г/кВт·ч;

- часовой расход топлива G_Т, кг/ч;

Рисунок 3. Регулировочная характеристика двигателя по углу

опережения зажигания

Протокол испытаний к лабораторной работе «Скоростная характеристика двигателя»

Дата Двигатель ВАЗ 2101 Литраж 1,3

Степень сжатия ε=8,5 Топливо АИ80 Система питания Карбюраторная

Атмосферные условия: давление мм. рт.ст. 745

температура 20 ºС

относительная влажность73%

№ п.п.	Обороты тормоза, об/мин	Передаточное отношение редуктора	Обороты двигателя, об/мин	Показания весового устройства, кг	Эффективная мощность кВт	Время расхода топлива, с	Часовой расход топлива, кг/ч	Удельный эффективный расход топлива г/кВт*ч	Время расхода воздуха, с	Оптимальный угол опережения зажигания	угол опережения зажигания	Температура охлаждающей жидкости на входе, ⁰С	Температура охлаждающей жидкости на выходе, ⁰С	Температура отработавших газов, ⁰С	Температура масла, ⁰С

1	1750	1,49	2607	3,1	5,6	36	5	892	36		-15	90	90	---	90
2	1850		2756	4,5	8,6	33,7	5,34	621	33,7		-5
3	1900		2831	5,2	10,18	38,5	4,67	465	38,5		+5
4	1950		2905	5,5	11	35,1	5,12	459	35,1		+15
5	1950		2905	5,6	11,3	35,3	5,09	450	35,3		+23
6	1930		2875	5,6	11,1	35	5,14	463	35		+30
7	1900		2831	5,3	10,4	37,4	4,18	463	37,4		+40