На рисунке 1 представлена схема установки для измерения расхода топлива по массе, применяемая на серийных электростендах ГОСНИТИ. Стеклянный сосуд емкостью не менее 1л устанавливают на весы, которые располагают на 200--250 мм выше топливного насоса испытуемого двигателя. В сосуд, заполненный топливом, опущена трубка, которая через трехходовой кран и две трубки соединяет его с топливным баком и насосом.
Техника измерения массы топлива, израсходованной за опыт, заключается в следующем. После сигнала «начало опыта» поворотом трехходового крана переводят питание двигателя на топливо из сосуда. По мере расходования топлива стрелка весов отклоняется. В тот момент, когда стрелка находится против деления шкалы, соответствующего ближайшей сотне грамм, включают секундомер и выключают его после того, как двигателем будет израсходована заданная масса топлива (обычно 100 г). Затем трехходовой кран устанавливают в положение, при котором питание в двигатель подается из топливного бака. В журнал наблюдений записывают массу и время расхода дозы топлива за опыт.
Рис. 1 Схема установки для измерения расхода топлива по массе.
Часовой расход топлива (кг/ч) подсчитывают по формуле
где Дg -- масса дозы топлива, израсходованная за опыт, г;
ф -- время опыта, с.
Большей точностью измерения расхода топлива за опыт во время испытаний обладают устройства с автоматическим управлением. На рисунке 2 показана схема подобного устройства конструкции НАМИ. На одной чашке весов установлен бачок 6 с топливом. Сюда же приводом от электродвигателя 7 может опускаться (и подниматься) разновеска 8, соответствующая массе топлива, израсходованного за опыт. На другой чашке весов установлена гиря, а снизу к чашке прикреплена заслонка 12, перекрывающая поток света от лампы 11 на фотоэлемент 13; здесь же размещен электромагнит 10. В топливопроводе установлены быстродействующие клапаны 3 и 5, управляемые электромагнитами.
Во время обычной работы двигателя клапан 3 открыт, а клапан 5 закрыт, бачок 6 полностью заполнен топливом. Двигатель получает питание из топливного бака.
Рис. 2 Схема установки автоматического замера расхода топлива:
1 -- топливопровод от топливного бака; 2 -- сливной трубопровод;
3 и 5 -- быстродействующие клапаны с дистанционным управлением; 4 -- топливопровод к двигателю; 6 -- бачок для топлива; 7 -- электродвигатель; 8 -- разновеска; 9 -- весы чашечные; 10 -- электромагнит; 11 -- осветительная лампа; 12 -- регулировочная заслонка; 13 -- фотоэлемент.
Заполнением бачка 6 топливом автоматически управляет фотоэлемент 13. Когда на него попадает свет лампы 11, клапан 5 открывается, топливо поступает в бачок 6, одновременно включается электромагнит 10, притягивающий чашку весов с грузом. По мере долива топлива правая чашка весов вместе с заслонкой 12 перемещается вверх, и в момент равновесия заслонка 12 перекрывает световой поток от источника света 11. При затемнении фотоэлемента 13 клапан 5 закрывается и электромагнит 10 обесточивается.
Левая чашка весов с бачком 6 топлива опускается, а правая чашка поднимается, и заслонка 12 перекрывает поток света от источника 11 на фотоэлемент 13 еще больше.
Во время начала опыта при нажатии кнопки «замер» клапан 3 закрывается, а клапан 5 открывается и двигатель переводится на питание топливом из бачка 6.
По мере расходования двигателем топлива из бачка 6 правая чашка весов с заслонкой 12 опускается. В момент уравновешивания весов заслонка 12 не преграждает путь световому потоку лампы 11. При освещении фотоэлемента 13 включается электродвигатель 7 и через привод опускает на левую чашку весов разновеску 8. Чашка опускается и включает встроенный в прибор секундомер.
После того как двигатель израсходует топливо в количестве, равном, массе разновески 8, и чашки весов вновь уравновесятся, секундомер выключается. Фотоэлемент 13, срабатывая под действием светового потока лампы 11, снова включит электродвигатель 7, который через привод снимет разновеску 8 с левой чашки весов. Клапан 5 закрывается, а клапан 3 открывается, и вновь двигатель получает питание из топливного бака.
Автоматическое устройство для измерения расхода топлива характеризуется высокой точностью (погрешность не превышает 0,2…0,3 %)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
СНЯТИЕ РЕГУЛИРОВОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ
Целью работы является установление зависимости мощности N е9 часового GT и удельного ge расходов топлива от угла 8° опережения начала впрыска топлива или угла опережения зажигания - Nе, GТ, gе = f (и0) и оптимального значения этого угла для номинального скоростного режима.
Й Снятие регулировочной характеристики по углу опережения зажигания карбюраторного двигателя
Порядок выполнения работы.
1. Подготовка двигателя. Для повышения стабильности угла опережения зажигания рекомендуется перед испытанием выключить центробежный и вакуумный автоматы регулирования угла опережения зажигания.
В испытуемом двигателе необходимо обеспечить возможность поворота распределителя в пределах от 10° после в. м. т. и до 50--60° до в. м. т. (в углах поворота коленчатого вала). Обычно для этого распиливают пазы в направляющих платах распределителя.
В связи с тем, что значение оптимального угла опережения зажигания в большой степени зависит от качества бензина, испытание двигателя необходимо проводить на сорте бензина, рекомендованном для данного двигателя техническими условиями завода-изготовителя. Регулировку карбюратора нужно устанавливать такой, которая определена во время испытаний по снятию регулировочной характеристики по составу смеси.
Интервал углов опережения зажигания, при которых проводится испытание двигателя, охватывает диапазон от --10° после в. м. т. до +60° до в. м. т.
Опыты проводят при неизменном положении дроссельной заслонки и постоянной частоте вращения. Всего должно быть сделано не менее восьми опытов с равномерным распределением углов опережения в установленном диапазоне.
Перед испытанием двигатель прогревают до нормального теплового состояния.
2. Последовательность проведения опытов. Первый опыт проводят при установленном вручную позднем зажигании (угол опережения зажигания равен 0° или 10° после в. м. т.).
Изменяя нагрузку тормоза, устанавливают заданную постоянную частоту вращения коленчатого вала и через 1--2 мин измеряют усилие на рычаге тормоза, частоту вращения вала тормоза, расход топлива за опыт, продолжительность опыта и температуры масла, охлаждающей воды и отработавших газов.
По данным опытов подсчитывают значения эффективной мощности, часового и удельного расходов топлива. Результаты измерений и подсчетов записывают в протокол испытаний.
Второй опыт начинают после некоторого увеличения угла опережения зажигания, например на 5°. Регулированием нагрузки тормоза восстанавливают заданную постоянную частоту вращения и через 1--2 мин снова измеряют, подсчитывают и записывают в протокол те же величины, что и в первом опыте.
Третий и последующие опыты выполняют аналогичным способом, увеличивая каждый раз угол опережения зажигания на одинаковую величину.
Последний опыт проводят при угле опережения зажигания на 8--10° большем того, который рекомендуется для данного двигателя заводом-изготовителем. После того как выявлен максимум мощности, выполняют 2--3 опыта в обратном направлении, уменьшая каждый раз угол опережения на одинаковую величину.
Во время испытаний в протоколе, а также на графике регулировочной характеристики отмечают начало возникновения различаемых на слух детонационных стуков двигателя, обычно появляющихся при больших углах опережения зажигания.
При детонации, сопровождающейся интенсивными стуками, испытания продолжать не следует. В том случае, когда детонация возникает ранее оптимального угла опережения зажигания и не позволяет выявить максимальную мощность, бензин нужно заменить другим, с более высоким октановым числом.
После окончания испытаний двигателя и заполнения протокола строят кривые регулировочной характеристики по углу опережения зажигания. На рисунке 1 показана регулировочная характеристика по углу опережения зажигания карбюраторного двигателя, снятая при частоте вращения коленчатого вала n = 2000 об/мин.
Рис. 1 Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по углу опережения зажигания
3. Анализ регулировочной характеристики по углу опережения зажигания показывает, что для данных скоростного и нагрузочного режимов двигателя наивыгоднейшим является такой угол опережения, при котором двигатель развивает максимальную мощность и имеет наименьший удельный расход топлива. Значение этого угла на графике регулировочной характеристики определяется отрезком оси абсцисс, ограниченным перпендикуляром на эту ось из точки перегиба кривой мощности.
В связи с тем, что регулировочную характеристику по углу опережения зажигания снимают при постоянной частоте вращения и неизменных регулировке карбюратора и положении дроссельной заслонки, на часовой расход топлива может оказывать влияние лишь изменение степени подогрева горючей смеси. Однако, будучи весьма незначительным, это изменение почти не влияет на часовой расход топлива, и он практически остается постоянным. Если же в опытах значения часовых расходов топлива различны, то это указывает на ошибки в замерах расхода топлива.
Вследствие того, что часовой расход топлива остается постоянным, удельный расход топлива изменяется в зависимости от угла опережения зажигания, как функция, обратная мощности. При оптимальном угле опережения зажигания для данной частоты вращения двигатель будет развивать максимальную мощность, и иметь наибольшую экономичность.
Если угол опережения зажигания меньше оптимального (позднее зажигание), то процесс сгорания протекает во время хода расширения при увеличивающемся объеме цилиндра. Вследствие этого давление в конце сгорания понижается, увеличиваются потери тепла в охлаждающую воду и с отработавшими газами. Все эти причины вызывают перегрев двигателя и снижение индикаторного КПД. При работе двигателя на позднем зажигании в 4--5 раз повышается содержание окиси углерода в отработавших газах, увеличивается износ поршневых колец и цилиндров.
Если угол опережения зажигания больше оптимального (раннее зажигание), то значительная часть топлива сгорает до прихода поршня в ВМТ в условиях уменьшающегося объема цилиндра. Повышение при этом температуры и давления газов может явиться причиной возникновения детонации. Уменьшается полнота сгорания топлива и .увеличиваются потери тепла в охлаждающую воду. Все это вызывает снижение индикаторного КПД двигателя. Продолжительная работа двигателя с детонацией совершенно недопустима.
Значение оптимального угла опережения зажигания зависит от целого ряда конструктивных и эксплуатационных факторов.
Одним из основных конструктивных факторов является степень сжатия, при увеличении которой оптимальный угол опережения следует уменьшить вследствие сокращения индукционного и видимого периодов сгорания топлива.
Важными эксплуатационными факторами оказываются частота вращения коленчатого вала, состав горючей смеси и нагрузка двигателя.
При повышении частоты вращения оптимальный угол опережения зажигания должен быть увеличен, а при понижении --уменьшен. Это подтверждается серией регулировочных характеристик по углу опережения, снятых при разных частотах вращения, охватывающих весь заданный рабочий диапазон двигателя.
С уменьшением нагрузки наивыгоднейший угол опережения зажигания возрастает. Объясняется это тем, что по мере падения нагрузки и прикрытия дроссельной заслонки понижается коэффициент наполнения и возрастает коэффициент остаточных газов. Оба этих фактоpa уменьшают скорость сгорания и определяют необходимость увеличения угла опережения зажигания.
Наименьшее значение угла опережения отвечает такому составу смеси, при котором двигатель развивает максимальную мощность в соответствии с регулировочной характеристикой по составу смеси (б = 0,8 - 0,9). При отклонениях от этого состава (особенно в сторону обеднения) угол опережения зажигания следует увеличивать.
На величину угла опережения зажигания оказывает влияние, и температура горючей смеси. С повышением температуры смеси уменьшается индукционный период сгорания и снижается оптимальный угол опережения зажигания.
Содержание отчета. Отчет должен содержать изложение цели и методики проведения испытаний, протокол испытаний, регулировочные характеристики по углу опережения впрыска топлива или опережения зажигания, краткий анализ характеристик и методику выбора оптимального значения угла 6° испытуемых двигателей. В протоколе и на характеристике должен быть отмечен момент появления детонационных стуков.
ЙЙ Снятие регулировочной характеристики по углу опережения начала впрыска топлива дизельного двигателя
Порядок выполнения работы.
1. Подготовка двигателя. В приводе топливного насоса, дизельного двигателя устанавливают специальную муфту для ручного изменения угла опережения начала впрыска топлива. Двигатель оборудуют электрическим моментоскопом.
Рейку топливного насоса закрепляют в положении, найденном на регулировочной характеристике по составу смеси и соответствующем номинальной мощности двигателя. Опыты проводят при неизменном положении рейки топливного насоса и постоянной частоте вращения коленчатого вала. Перед испытанием двигатель прогревают. Затем, когда установится заданный скоростной режим, который регулируют, изменяя нагрузку тормоза, приступают к проведению опытов.