华中科技大学能源学院动机系内燃机实验报告文档格式.docx
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Ne=1.047×
10-4Mn(kw)。
实验方法:
测功机的校验
1.检查水平:
用水准仪在互相垂直的方向检查测功机是否水平,要求不平行度不得大于0.05-0.10/1000(脱开发动机进行水平检查)。
2.安装好校正力臂,起动计算机,并进入测控系统。
3.此时测控系统有一显示值,关闭测控系统电源,打开设定锁(置于ON),开电源,初始化几秒钟后同时按住“整定”和“M-N”键,用“测功机”旋钮调整扭矩,使其为0。
4.返回到测控状态,在校正力臂上加一5kg砝码,记录显示的扭矩值。
5.逐一增加砝码,并记录扭矩值,直到扭矩值接近600N.m。
6.然后逐一减少砝码,并记录扭矩值,直到扭矩值接近0N.m
7.按式:
ΔM=9.806×
ΔW×
L计算扭矩值,与显示的扭矩值比较,看其线性度(其中L=509.9mm,即标定系数为5N.m/kg)。
8.如标定值有误差,应修正其标定系数。
关闭测控系统电源,打开设定锁(置于ON),开电源,初始化几秒钟后同时按住“整定”和“P”键,用“测功机”旋钮调整扭矩,进行修改。
9.修改完毕后进入测控系统再校验一遍。
如仍有误差,重复上述过程直到精确优于3%。
10.校验完毕,取下校验力臂,按步骤3将显示值重新置0,关闭设定锁(置于OFF)。
注意:
在标定时,必须使测功机与发动机及其它设备脱开,使测功机外壳与转子均处于自由状态,并使测功机和仪表通电15分钟以上。
在加减砝码时,最好对测功机施加一定的冲击振动,以消除静摩擦力对标定精度的影响。
实验数据及处理
所加砝码重量(N)
测量的扭矩值(N.m)
0.8
49
24.9
98
49.3
149
74.7
198
99.2
249
124.2
298
148.9
349
174.1
398
198.6
实验结果分析
校正力臂为509.9mm。
依据扭矩值和砝码质量的关系可知,所测的力臂为497.2,
Δ=(ΔM1-ΔM)/ΔM1=2.49%<
3%
因此测功机的测量精度符合要求。
2.发动机怠速调整及怠速性能实验
2.1实验目的:
1)掌握发动机怠速调整的方法
2)了解发动机冷却热车状态下怠速性能
3)评定柴油发动机怠速稳定性
2.2实验仪器及设备:
YC4112柴油机广西玉林柴油机厂
EIM04发动机测控系统杭州弈科机电设备公司
测功机WE32杭州弈科机电设备公司
FCM-D油耗转速测量仪上海内燃机研究所
烟度仪公司
排放仪公司
2.3实验方法:
(1)发动机怠速调整
1.启动发动机,进入实时测控系统;
2.待发动机运行至热平衡状态,即润滑油温度与冷却水温度达80℃左右后,逐渐减小油门开度和发动机扭矩大小,使转速下降,直至触及低速限制螺钉,及油门开度和扭矩值为0;
3.观察发动机转速是否为出厂时标定的怠速转速(750r/min);
4.调整发动机上高压油泵的低速限制螺钉的位置,使发动机转速到750r/min,运行5min后,观察发动机是否运行运转稳定,要求发动机在次转速下能稳定运行,转速波动<
5r/min,发动机停机后冷车状态下能正常启动,否则可适当调高怠速转速。
(2)发动机冷却热车状态下怠速性能测量
2.调整发动机油门开度为0,扭矩为0(即不加负荷);
3.运行两分钟后,直接测量发动机的转速及转速波动情况、油耗、发动机出水温度、润滑油温度、排放(CO、CO2、CH、NOX)。
记录三次平均值;
4.提高发动机转速和负荷,待发动机运行至热平衡状态,即润滑油温度与冷却水温度达80℃左右后,逐渐减小油门开度和发动机扭矩大小,直至发动机油门开度为0,扭矩为0(即不加负荷);
5.测量发动机的转速及转速波动情况、油耗、发动机出水温度、润滑油温度、排放(CO、CO2、CH、NOX)。
6.比较发动机冷热车状态下其转速、油耗及排放结果。
(3)发动机自由加速烟度测量
2.待发动机运行至热平衡状态,即润滑油温度与冷却水温度达80℃左右后,再将发
动机调整到怠速状态;
3.连接好烟度计并打开电源,进入测量模式,将引气管插入发动机排气管;
4.突然加大发动机油门至最大,停留5秒钟后松开油门;
5.记录发动机此时的最高转速,最大烟度值;
6.重复三次,取烟度的平均值微发动机的自由加速烟度值。
2.4实验结果分析:
1)记录实验数据
序号
工况
转速r.p.m
油温℃
水温℃
油耗kg/h
CO%
CO2%
N0/ppm
HC/ppm
1
冷车怠速
800
20.4
22.4
0.996
0.03
0.87%
20
12
2
热车怠速
883
52.8
53.4
0.698
0.01
5
2)发动机热车怠速状态与冷车相比,转速、油温、水温明显较高,排放性能方面,CO排放降低,CO2排放升高(温度升高,燃料燃烧更充分);
NO排放降低(缸内燃烧因为热机状态优化,燃烧完成度更高)。
3.自由加速烟度值
最大转速r/min
N%
启动
48.2
2955
27.9
3188
18.7
3244
18.4
由上表可以明显看到烟度在启动过程中和突然加油门过程中有最大值,出现这种现象的原因主要是喷油量在这两种情况下不能完美和缸内燃烧相匹配,而造成燃烧条件恶化,下面计算突然加油门的平均烟度;
N=(27.9+18.7+18.4)/3=21.67
4.负荷特性实验
1、实验目的
制取发动机负荷特性曲线的目的在于找出发动机在不同负荷下动转(转速为常数)时的动力性与经济性变化规律,便于使用者将发动机的负荷控制在恰当范围且较为经济的区域下工作-。
对不带调整器的主要为汽油机的(也包括柴油机)负荷特性(节流特性),主要显示发动机在负荷变化时经济指标随发动机的有效功率(或平均有效压力)的变化规律。
对带有调速器的主要为柴油机的负荷特性,主要显示高压油泵齿条(拉杆)在调速器控制下负荷变化时动力性与经济性指标随发动机有效功率的变化规律,以及检验调速器工作的正确性。
1.熟悉制取发动机负荷特性曲线实验方法、步骤与基本操作技术;
2.了解发动机在不同负荷下运转时动力性与经济性的变化规律,并了解特性曲线在带有调速器和不带调速器发动机中起作用区段的变化特点;
3.学会对实验数据进行处理以及对实验结果进行分析,并绘制柴油机负荷特性曲线图。
2、实验仪器及设备
云内4102柴油机昆明云内动力股份有限公司
EIM04发动机测控系统杭州奕科机电设备分公司
测功机WE32杭州奕科机电设备分公司
FCM-D油耗转速测量仪上海内燃机研究所
温度计
大气压力计
柴油
3、实验依据
GB1105.1-87内燃机台架性能试验方法标准环境状况及功率、燃油消耗和机油消耗的标定
GB1105.2-87内燃机台架性能试验方法
GB1105.3-87内燃机台架性的测量技术
4、实验原理
柴油机负荷特性的实验基于发动机负荷特性的定义:
保持柴油机转速n不变,调节柴油机喷油泵齿条或拉杆的位置,改变每循环供油量,发动机的性能指标和特性参数(主要指功率Ne、转矩Me、燃油消耗量G、燃油消耗率、排气温度、充气系数等)随发动机负荷变化的规律。
实验基于测控系统的恒转速/恒扭矩(n/M)控制模式。
5、实验步骤
1.启动发动机,进入实施测控系统。
2.预热发动机至热平衡状态,水温达到50℃。
3.将测控系统控制模式设定为恒转速/恒扭矩(n/M)控制模式。
转速设定为1400r/min。
4.调节扭矩至30N·
m,保持转速不变,待状态稳定后读取并记录此状态下的转速、扭矩、功率、小时油耗、烟度、水温和机油温度。
5.保持转速为1400r/min不变,分别调整扭矩至60N·
m、90N·
m、120N·
m、150N·
m以及180N·
m,待状态稳定后读取并记录此状态下的转速、扭矩、功率、小时油耗、烟度、水温和机油温度。
6.逐渐减小测功器扭矩及转速,空载运行一段时间后停车。
6、实验要求
1.认真记录发动机技术参数和实验数据;
2.绘制发动机转速为1400r/min时的负荷特性曲线;
3.评价发动机负荷变化时动力性与经济性指标随有效功率(扭矩)的变化规律。
7、注意事项
1.在测量负荷特性的过程中,当柴油机喷油泵拉杆处于最大位置时属短时间运转范围,不能长时间运转,否则对发动机寿命影响甚大,因此此时的测量要求迅速、准确,尽量缩短其运转时间。
2.发动机上有很多旋转部件,实验过程中应保持安全距离,以免发生危险。
3.发动机排气管、冷却水出水管等属高温部件,应避免触摸,以免烫伤。
4.应随时注意发动机冷却水出水温度,将其保持在80℃以下。
5.随时注意发动机机油压力和机油温度的变化,使之控制在允许的范围内。
6.实验结束后,应怠速运转适当时间后停机。
8、数据处理
负荷特性实验数据记录表
发动机型号:
云内4102发动机机号:
——
大气温度:
27.6℃大气压力:
-3.9KPa
转速
扭矩
功率
小时油耗
比油耗
烟度
水温
机油温度
r/min
N·
m
kW
kg/h
g/kW·
h
%
℃
1400
30
4.38
1.838
419.6347032
0.1
58.6
57.3
60
8.8
2.536
288.1818182
0.3
62.6
60.7
3
90
13.19
3.246
246.0955269
0.4
65
62.9
4
120
17.6
3.98
226.1363636
0.7
68.2
150
21.98
4.773
217.1519563
1.6
74.1
69.2
6
180
26.4
5.609
212.4621212
3.6
78
71.6
图1
图2
9、数据分析
1.由表1及图1可知,实验条件下,功率和扭矩成正比关系。
2.由表1及图1可知,小时油耗随有效功率的升高而升高,且二者成近似正比关系,通过计算二者趋势线与横坐标轴的交点可知摩擦功率约为6.069kW;
比油耗在实验范围内随有效功率的升高而降低,但于何处取得最小值尚不能确定。
3.由表1及图2可知,在转速固定时,当功率较小时,烟度维持在较低水平,而当功率逐渐增大,越过15kW时,烟度值急剧增大。
5.速度特性实验
5.1实验目的:
制取发动机速度特性曲线的目的在于找出发动机在不同转速下运转时动力性、经济性的变化规律,以及对应于最大功率、最大扭矩和最低油耗率时的转速,从而确定发动机工人侨最有利的转速范围内,并通过计算,得出扭矩储备,借以评定发动机克服超负荷工作的能力。
一般全负荷速度特性称为外特性,部分负荷为速度特性。
1)熟悉制取发动机速度特怀曲线的试验方法、步骤与基本操作技术;
2)掌握试验数据处理和分析的方法;
3)了解发动机转速变化时,动力性、经济性的变化规律及特点;
5.2实验仪器及设备:
YC4112柴油机广西玉林柴油机厂
EIMO4发动机测控系统杭州奕科机电设备公司
测功机WE32杭州弈科机电设备公司
温度计一只
大气压力计一只
5.3实验依据
GB/T182972001汽车发动机性能试验方法CB/T18297-2001
C1105.1-87内燃机台架性能试验方法标准环境状况及功率、燃油消耗和机油消耗的标定
GB1105.2-87CB1105.2-87内燃机台架性能试验方法
GB1105.3-87内燃机台架性能试验方法测量技术
5.4实验原理:
速度特性是指当燃料供给调节机构(油门)位置固定不变时,发动机各性能参数(功率、扭矩、燃油消耗量、燃油消耗率、排温、烟度、排气污染物等)随转速变化的规律。
速度特性曲线有很多条,每一个油门位置状态下都可以测取一条速度特性,其中油门位置最大时的速度特性称为外特性,也叫全负荷速度特性。
总功率特性是指在内燃机燃料供应给调节机构(油门)固定在全负荷位置时,测得的速度特性。
也称外特性或全负荷速度特性。
用曲线的形式表现出来就称为总功率特性曲线。
5.5实验步骤:
①检查试验台架上的汽油机是否安全联接,检查冷却液和润滑油是否满足要求;
②打开测试系统各仪器的电源(测功机、油耗仪、计算机、测控系统等),确定所有仪器设备运行正常,将测功机控制方式设定为恒转速控制方式,按要求设定油耗仪的相关参数:
③起动发动机,怠速运行几分钟无异常后,将发动机调整到中等转速和中等负荷运行,进行发动机预热,直至发动机冷动液和润滑油温度达到规定要求;
④调整发动机转速和负荷,直到调整到发动机全负荷工沉(油门全开)
转速(最大工作转速)200/mi稳定后读取发动机转速、扭矩、功率、燃油消耗茁、排温、出水温度、润滑油温度等,必要时测量发动的噪声、烟度和排放;
⑤油门位置不动,降低发动机转速,分别稳定在2200r/min、
i600r/min、1400r/min、1200r/min、000/mi转速,每工况稳定后,分别读取发动机转速、扭矩、功率、燃油消耗量、排温、出水温度、润滑油温度等;
调整测功机,将发动机在中低转速中小负荷运行十分钟以上,再怠速运行几分钟后停机;
⑦以记录的汽油机转速n为横坐标,分别以功率、扭矩、燃油消耗量、燃油消耗率、排温为纵坐标,绘制发动机速度特性曲线。
⑧观察曲线是否正确,如果出现曲线外点,需要对此点工况进行补做试验。
5.6实验数据处理与分析
实测有效功率Ne:
发动机在实际进气状态下所输出的功率。
校正有效功率Nen:
将实验有效功率校正到标准进气状态下的功率。
标准进气状态参数:
进气温度To298K;
进气总压Po=100kpa;
进气干空气压Pdo=99kpa;
水蒸气分压Pwo-99kpa。
总功率,指发动机在全负荷工况下仅带维持运转时所必须的附件时所输出的校正有效功
净功率,指发动机带全套附件时所输出的校正有效功率。
计算公式:
实测功率:
Ne=Me*n/9550(kw)
式中Me为实测扭矩,单位N.m:
实测燃油消耗率:
ge=1000*GNe(g/kw.h)
式中G为发动机燃油消耗量,单位kght:
校正功率:
Neo=Ne*a
校正燃油消耗率:
geo=ge*a
式中a为校正系数:
a=(Pdo/Pd)*(T/To)Pd=P_Pw
式中Pdo标准进气干空气压,为99kpa;
Pd为进气干空气压:
T实测进气温度:
T0标准进气温度为298k;
P实测进气总压,Pw水蒸汽分压,通过湿度图换算读取。
5.7实验要求:
1)认真记录发动机技术参数和试验数据,根据实验实测数据,计算发动机校正系数、校正有效扭矩、校正有效功率、校正燃油消耗率;
;
2)绘制发动机全负荷速度特性曲线;
3)评价发动机在不同转速下运转时动力性、经济性的变化规律。
附:
全负荷速度特性试验数据记录表
云内动力4102QB大气温度:
27.6°
C
转速r/min
扭矩N*m
功率kw
小时耗油kg/h
比油耗g/(kg*h)
水温℃
机油温度℃
噪声dB
烟度%
1000
206.2
21.65
4.666
215.5196305
64.7
95.3
94.8
8.5
1100
215.5
24.67
5.477
222.0105391
95.8
4.5
1200
216.9
27.3
5.722
209.5970696
96.3
4.8
1300
222.2
30.33
6.313
208.1437521
97
5.8
236.1
33.56
7.16
213.3492253
98.2
8.3
1500
236.9
37.13
7.87
211.9579855
99.4
7.6
1600
238.3
39.96
8.467
211.8868869
99.5
6.5
1700
243.1
43.4
9.159
211.0368664
66.4
94.6
99.9
1800
246
46.3
9.934
214.5572354
76
92.1
100
6.8
1900
49.5
10.7
216.1616162
84.7
88.7
100.5
8.4
2000
252.5
52.81
11.47
217.1937133
84.8
75.2
101.9
9.2
2100
258.5
56.85
12.61
221.8117854
71
66.1
102.8
18.9
2200
262.9
60.39
2300
258.9
62.33
2400
256.1
64.2
环境湿度:
43.0%大气压力:
根据上图,可以看出,转速在1000r/min到2000r/min间,扭矩随转速增加而增加;
功率和转速几乎成线性关系,功率随转速增加而增加。
根据上图,可以看出,转速在1000r/min到2000r/min间,小时耗油量和转速几乎成线性关系,小时耗油量随转速增加而增加;
而比油耗和转速成非线性关系,比油耗随转速的增加,先增加再减少后再增加。
最低油耗点对应转速是1300r/min,最低油耗是208g/(kw*h)。
根据上图,可以看出,转速在1000r/min到2000r/min间,噪声和烟度的变化趋势都随转速增加而增大。
6.摩擦功率的测定
测定发动机摩擦功率Noa并由此确定机械效率ηm,目的在于了解发动动机的机械磨擦损失随曲轴转速与负荷的变化规律,以便评定发动机的结构完善程度与调整装配质量:
还可以借以推算发动机的指示功率,也可用于评定发动机工作均匀性。
1.掌握一至二种测量发动机摩擦功率的方法,测量发动机摩擦功率的方法很多:
有停缸法、倒拖法、油耗线法、示功图法、惯性法等。
2.了解发动机摩擦功率随其转速与负荷的变化规律。
云内动力4102QB柴油机
湘仪FC2012W测控系统
FCM-D油耗转速测量仪
发动机发出的指示功率Ni扣除运动件的摩擦功以及驱动配气机构、润滑油泵、水泵、发电机等附件所消耗的功率后才是曲轴输出的有效功率Ne.所有这些消耗的功率之和总称为摩擦功Nm,如下式:
机械效率:
ηm≈Ne/Ni=Ne/(Ne+Nm)
机械效率的测量精度取决于对机械摩擦功率的测量,影响发动机机械效率的因素很多,而且这些因素又是不断变化的,精确测量有较大难度。
本次实验采用以下两种试验方法测量发动机的摩擦功率。
(一)负荷特性法(或称油耗线法)
根据负荷特性曲线上的小时耗油量与有效功率之间的关系,用作图的方法即可求出发动机在该转速下的摩擦功率Nm及机械效率。
这种方法简单方便,有一定的精度,但由于在不同负荷下机械摩擦损失不可能保持不变,而且在高负荷和低负荷时指示热效率有所降低,会产生误差,测量精度取决于摩擦功率随负荷变化的稳定性、小时耗油量曲线在中、小负荷时的线性度以及作图的准确性。
(二)停缸法:
依次将多缸发动机的某一缸熄火(断高压油的方法),通过测量单缸熄火前后的有效功率,求出熄火缸的指示功率,进而计算出机械效率。
特别注意,熄火前后测量有效功率时必须保持转速一致,同时不得改变单缸循环供油量(油门位置不变)。
在保持发动机热状态不变的情况下,这种方法有一定的测量精度。
(一)负荷特性法(或称油耗线法):
根据负荷特性实验的实验结果制取油耗线性变化曲线,用作图的方法即可求出发动机在该转速下的摩擦功率Nm。
(以标定工况为例)
起动发动机,进入实时测控系统,采用点动控制方式,预热发动机至热平衡状态。
①先将控制模式设为M/n(恒扭矩/恒转速)。
将转速设置为1200rpm,不断加大设定扭矩,直至功率大于摩擦功率,达到8Kw为止,记录此时功率为Ne。
然后将控制模式切换为n/P(恒转速/恒定油门位置),以此来固定油门位置。
②切断第一缸燃油供给(松开高压油管接头螺丝),此时发动机转速会下降,测控系统会通过减小负载自动
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