2. Последовательность проведения опытов. В первом опыте угол опережения начала впрыска устанавливают на 6--10° меньшим рекомендованного для данного двигателя заводом-изготовителем.
Регулируя нагрузку тормоза, задают постоянную частоту вращения и затем через 3--5 мин делают замеры. Во время опыта измеряют усилие на рычаге тормоза, частоту вращения вала тормоза, расход топлива за опыт, продолжительность опыта и температуры масла, охлаждающей воды и отработавших газов.
На основании данных опыта, подсчитывают значения эффективной мощности, часового и удельного расходов топлива. Результаты измерений и подсчетов записывают в протокол испытаний.
Второй опыт проводят после некоторого увеличения угла опережения начала впрыска топлива, например на 2°. Изменяя нагрузку тормоза, восстанавливают заданную постоянную частоту вращения коленчатого вала. Через 3--5 мин после установления скоростного режима снова измеряют, подсчитывают и записывают в протокол те же параметры, что и в первом опыте.
Третий и последующие опыты выполняют аналогичным способом, увеличивая каждый раз угол опережения начала впрыска топлива на одинаковую величину.
В последнем опыте угол опережения начала впрыска топлива устанавливают на 6--10° большим рекомендованного для данного двигателя заводом-изготовителем.
В протоколе испытаний отмечают характер выпуска и различаемое на слух повышение жесткости работы дизеля.
Окончив испытания двигателя и заполнив протокол, строят кривые регулировочной характеристики по углу опережения начала впрыска топлива; Ne, Gn ge=f (0°). На рисунке 2 показана регулировочная характеристика по углу опережения начала впрыска топлива дизельного двигателя.
3. Анализ регулировочной характеристики по углу опережения начала впрыска топлива показывает, что для данного скоростного и нагрузочного режимов наивыгоднейшим оказывается такой угол опережения начала впрыска топлива, при котором двигатель развивает максимальную мощность и имеет наименьший удельный расход топлива.
Рис. 2 Регулировочная характеристика дизельного двигателя по углу опережения начала впрыска топлива
Значение этого угла на графике характеристики определяется отрезком на оси абсцисс, ограниченным перпендикуляром, опущенным на эту ось из точки перегиба кривой мощности.
В связи с тем, что регулировочную характеристику по углу опережения начала впрыска снимают при постоянной частоте вращения и неизменном положении рейки топливного насоса, часовой расход топлива практически остается постоянным. Если в опытах значения часовых расходов топлива различны, то при измерениях допущены ошибки.
Так как часовой расход топлива во время испытаний двигателя постоянен, то удельный расход топлива изменяется в зависимости от угла опережения начала впрыска топлива как функция, обратная мощности. При оптимальном угле опережения начала впрыска топлива для данной частоты вращения двигатель развивает максимальную мощность и имеет наибольшую экономичность.
В случае поздней подачи значительная часть топлива впрыскивается в цилиндр, когда поршень уже миновал ВМТ. Процесс сгорания протекает во время хода расширения в условиях увеличивающегося объема над поршневого пространства. Максимальное давление и температура газов при сгорании становятся меньше, а потери тепла в охлаждающую среду и с отработавшими газами увеличиваются.
В целом оба этих фактора существенно уменьшают индикаторную мощность двигателя и при незначительном изменении мощности, затрачиваемой на механические потери, снижают механический КПД. Следовательно, при поздней подаче топлива уменьшается эффективная мощность и ухудшается экономичность работы двигателя.
Если угол опережения начала подачи больше оптимального и топливо впрыскивается слишком рано, то оно вводится в среду сжимаемого воздуха, имеющего пониженные температуру и давление. Период задержки самовоспламенения топлива увеличивается, и к моменту самовоспламенения в камере сгорания накапливается излишнее по сравнению с нормальным количество топлива. Вследствие этого, а также из-за сокращения периода видимого сгорания во время процесса сгорания резко повышается давление, и увеличиваются скорость его нарастания по углу поворота коленчатого вала и максимальное давление pz цикла. Ускоренное повышение давления вызывает жесткую работу дизеля.
При слишком ранней подаче топлива мощность двигателя уменьшается, и удельный расход топлива увеличивается.
Отклонение (увеличение или уменьшение) угла опережения начала впрыска топлива от его оптимального значения вызывает резкое повышение интенсивности износа деталей поршневой группы.
На значение оптимального угла опережения начала впрыска топлива оказывает влияние целый ряд факторов. Основные из них -- частота вращения коленчатого вала, нагрузка двигателя, способ смесеобразования, закон подачи топлива, начальные условия на впуске и выпуске.
Так, значение оптимального угла опережения начала впрыска топлива находится в прямой зависимости от частоты вращения коленчатого вала. При ее повышении угол опережения начала впрыска должен быть увеличен, а при понижении -- уменьшен.
С уменьшением нагрузки падает цикловая подача топлива, снижаются средняя температура цикла и температуры стенок камеры сгорания и над поршневого пространства. Все это способствует увеличению продолжительности запаздывания самовоспламенения топлива.
Поэтому, чтобы впрыскивать топливо в среду более нагретого воздуха, угол опережения начала впрыска следует уменьшать.
Основными критериями для определения значения оптимального угла опережения начала впрыска топлива служат максимальная мощность и минимальный удельный расход топлива при непременном условии мягкой (без стуков) работы двигателя.
Контрольные вопросы и задания
Для какой цели снимают регулировочную характеристику по
углу опережения впрыска топлива (или зажигания)?
Приведите график изменения мощности и удельного расхода в зависимости от угла опережения впрыска (или зажигания).
Как определить оптимальный угол опережения впрыска топлива (или зажигания) по регулировочной характеристике?
Перечислите факторы, оказывающие влияние на ухудшение рабочего процесса при запаздывании или раннем опережении впрыска топлива в дизеле.
Перечислите эксплуатационные факторы, оказывающие влияние на значение оптимального угла опережения впрыска топлива.
Укажите конструктивные факторы, оказывающие влияние на значение оптимального угла опережения зажигания в карбюраторном двигателе.
Почему недопустима работа двигателя с детонацией?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
СНЯТИЕ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГТЕЛЯ
Целью работы является определение зависимости эффективной мощности, крутящего момента, часового и удельного расходов топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя: Ne, Mк, Gт, gе = f(n) * Кроме того, чтобы более полно отразить рабочий процесс двигателя, на скоростной характеристике дополнительно показывают зависимость коэффициентов наполнения и избытка воздуха, температуры отработавших газов и некоторых других величин от изменения частоты вращения коленчатого вала.
Скоростная характеристика дизельного двигателя в режиме бездымного сгорания топлива, снятая при неизменном наивыгоднейшем положении рейки топливного насоса, которое найдено в соответствии с данными регулировочной характеристики по составу смеси, называется внешней.
Скоростную характеристику дизельного двигателя, снятую для каждого скоростного режима при положении рейки топливного насоса, соответствующем заметному дымлению, называют характеристикой предела дымления.
Скоростная характеристика дизельного двигателя, снятая для каждого скоростного режима при положении рейки топливного насоса, соответствующем значительному дымлению (темно-серый или черный дым), называется предельной характеристикой.
I Снятие скоростной характеристики карбюраторного автомобильного двигателя
Порядок выполнения работы.
1. Подготовка двигателя. До начала испытаний устанавливают ранее выбранную на основе регулировочной характеристики по составу смеси оптимальную регулировку карбюратора.
Скоростную характеристику, снятую при полностью открытой дроссельной заслонке, называют внешней, а снятую, при некотором промежуточном (заданном условиями опыта) положении дроссельной заслонки -- частичной.
Наивыгоднейший угол опережения зажигания для каждой частоты вращения коленчатого вала двигателя устанавливают опытным путем, изменяя положение диска прерывателя и наблюдая за показаниями тахометра. Если двигатель оборудован центробежным автоматом, встроенным в распределитель системы зажигания, то опыты проводят при углах опережения зажигания, задаваемых автоматом.
Перед началом испытаний двигатель прогревают до нормального теплового состояния.
Требуемую частоту вращения коленчатого вала двигателя во время испытаний устанавливают, регулируя нагрузку тормоза.
2. Последовательность проведения опытов. Первый опыт проводят при минимальной устойчивой частоте вращения коленчатого вала двигателя п мин (600--800 об/мин), которую задают, увеличив нагрузку тормоза.
Через 1--2 мин после того, как установится минимальная частота вращения, начинают измерения. Во время проведения опыта, продолжительность которого должна быть не менее 2--3 мин, измеряют тормозной момент, частоту вращения вала тормоза, расход топлива за опыт, продолжительность опыта, статический напор в устройстве для измерения расхода воздуха и температуры охлаждающей воды, масла в картере и отработавших газов.
По данным опыта подсчитывают эффективную мощность, крутящий момент и среднее эффективное давление, часовой и удельный расход топлива, часовой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха. Результаты измерений и расчетов записывают в протокол испытаний.
Второй опыт начинают с постепенного уменьшения нагрузки тормоза, пока частота вращения коленчатого вала двигателя не. уменьшится примерно на 200-- 300 об/мин, и тогда делают первые замеры. При необходимости задают наивыгоднейший угол опережения зажигания и после достижения устойчивого скоростного режима и нормального теплового состояния двигателя измеряют, подсчитывают и записывают в протокол те же величины, что и в первом опыте.
Третий и последующие опыты выполняют аналогичным образом, уменьшая нагрузку тормоза и увеличивая тем самым частоту вращения коленчатого вала двигателя каждый раз примерно на одинаковую величину.
Число опытов при снятии скоростной характеристики должно быть достаточным для того, чтобы достичь области перегиба кривой эффективной мощности (обычно не менее 7--8). В зоне максимальных значений эффективной мощности интервалы скоростных режимов между опытными точками рекомендуется несколько уменьшать.
Последний опыт делают, когда двигатель работает с минимальной нагрузкой, а частота вращения его коленчатого вала на 10% больше той, что соответствует максимальной мощности. Окончив опыт, постепенно увеличивают нагрузку тормоза и проводят испытания в обратном порядке до минимально устойчивой частоты вращения.
В протоколе испытаний (кроме всего прочего) отмечают скоростные режимы, сопровождающиеся детонационным сгоранием топлива.
После обработки полученных результатов строят графики скоростной характеристики.
3. Анализ скоростной характеристики карбюраторного двигателя позволяет выявить динамические и экономические показатели его работы и оценить испытываемый двигатель в отношении приемистости и быстроходности. На кривых скоростной характеристики выделяют значения: пмин --минимальной частоты вращения коленчатого вала, когда еще возможна устойчивая работа двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке, Nемакс--наибольшей эффективной мощности, geмин--минимального удельного расхода топлива, Мк.макс--максимального крутящего момента двигателя. Эксплуатационный скоростной режим работы двигателя должен быть ограничен в пределах от частоты n1 при которой двигатель развивает максимальную мощность Nемакс , до частоты n2, соответствующей максимальному крутящему моменту Мк.макс,
По данным скоростной характеристики (рис. 1) карбюраторного двигателя определяют, отвечают ли найденные значения развиваемой двигателем наибольшей мощности, крутящего момента и наименьшего удельного расхода топлива техническим условиям, установленным заводом-изготовителем.
В качестве основных подсчитывают следующие показатели двигателя:
а) наибольшее среднее эффективное давление (МПа)
,
где Мк --крутящий момент, кг·м;
Vh -- рабочий объем цилиндров двигателя, л;
б) максимальную удельную литровую мощность N л (л. с./л), то есть мощность, отнесенную к 1 л рабочего объема (литровая мощность);
в) максимальную удельную мощность N (л. с/кг), отнесенную к единице массы двигателя;