《发动机原理》实验指导书要点.docx

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《发动机原理》实验指导书要点

《发动机原理》课程

实验指导书

彭辅明袁守利编

汽车工程学院

2015年4月

前言

1.实验总体目标、任务与要求

1、巩固所学的理论知识、加深对内燃机性能实验的认识和了解。

2、掌物内燃机性能试验和某些专项试验的试验方法。

3、了解内燃机试验台架的基本组成和常用测试仪表的结构及其工作原理，并掌物其使用方法。

4、掌物对实验数据进行处理以及对实验结果进行分析的基本方法。

2.适用专业

热能与动力工程、车辆工程、汽车服务工程

3.先修课程

《发动机构造》、《热能与动力机械测试技术》。

4.实验项目与学时分配（见表一）

表一实验项目与学时分配

序号

实验项目名称

实验学时

每组人数

实验类型

开出要求

实验一

发动机速度特性

2

8～10

综合

必做

实验二

发动机负荷特性

2

8～10

综合

必做

5.实验改革与特色

通过学生在实验过程中的实际操作，培养学生的实验技能和实际动手的能力，进一步加深对理论知识的掌物和理解。

实验一发动机速度特性

一、实验目的

1、掌物发动机速度特性的试验方法。

2、学会对实验数据进行处理，对实验结果进行分析；并绘制发动机速度特性曲线图。

二、实验条件

1、玉柴YC6J180-42柴油发动机机（Pemax=132kW/2500r/min）一台

2、CW260型电涡流测功机一台

3、FST3发动机数控试验台一台

4、FCMM-2油耗测量仪一台

5、0＃国Ⅲ柴油20升

三、实验原理

发动机速度特性：

在发动机油门开度一定（部分开度或全开）的情况下，研究其功率Pe、扭矩Ttq、耗油量B及燃油消耗率be与转速n之间的关系。

四、实验内容和要求

1、调整测功机负荷及指挥全组协调动作，一人；测功机负荷的调整应均匀、准确，尽量避免大幅度增加或减小测功机负荷，造成发动机的转速剧烈波动。

2、调节、监视发动机油门，一人；当发动机出现异常情况时应立即减小或关闭发动机油门。

3、测量发动机转速和油耗，一人；测量转速时，应注意转速的上下波动情况，当转速的波动值超过±20r/min，该组实验数据应视为无效并重做。

4、调节，监视发动机冷却水出水温度，一人；保持发动机冷却水出水温度稳定在80±5℃范围内，出现气阻现象（无冷却水排除或冷却水出水温度超过100℃），应立即报告，以便及时停机。

5、监视发动机机油压力、温度，一人；出现异常情况应及时报告。

6、记录发动机扭矩（测功机读数）Ttq、发动机转速n、耗油质量△m和耗油时间△t,一人；实验数据记录应准确无误。

7、绘制实验监督曲线，一人；当发现实验过程中因某些特殊原因而引起误差过大的点，应及时指出，以便补测校正。

五、实验方法与步骤

1、按照附录一《发动机台架试验安全操作规范》，作好试验前的准备工作。

确认发动机台架系统（含发动机和测功机等）油、水、电连接正常。

2、FST3发动机数控试验台上电，进入数控试验台操作界面，确认各项监测数据正常，选择恒转速工作模式。

3、起动发动机。

发动机数控试验台油门上电、励磁上电，预热发动机至发动机冷却水出水温度为80±5℃。

同时了解发动机数控试验台基本工作原理。

4、预热完成后，调节发动机油门开度至最小，发动机回到怠速。

开始发动机速度特性实验。

5、改变测功机设定转速至实验最低转速1000r/min，调整发动机油门开度，使其达到实验所需开度（30-40%;400-500Nm），固定油门开度大小。

在整个实验过程中，油门开度不再发生改变。

待发动机的工况稳定后，测量其燃油消耗量△m（g），测量二次，同时测量该工况下的发动机扭矩（测功机读数）Ttq和发动机转速n，并记录保存实验数据。

6、改变测功机设定转速（每次的改变量不要太大）至1200r/min，待发动机的工况稳定后，测量其燃油消耗量△m（g），测量二次，同时测量该工况下的发动机扭矩（测功机读数）Ttq和发动机转速n，并记录保存实验数据。

7、依次增加测功机设定转速分别至1000r/min、1200r/min、1400r/min、1600r/min、1800r/min、2000r/min，2200r/min,2400r/min重复上述测量，并记录保存实验数据。

8、以发动机转速n为横坐标，发动机扭矩（测功机读数）Ttq为纵坐标绘制实验监督曲线。

9、实验完毕后，应逐渐减小测功机负荷至发动机空负荷再低速运转数分钟后停车，抄录整理实验数据，将数据记入实验记录表（见表二），作好保养清理工作，经实验指导老师签字后即可离开实验室。

六、实验的重点或难点

1、测功机负荷的调整。

2、实验数据的处理以及结果分析。

七、实验注意事项

1、在测发动机外特性时，发动机的最大功率工况属短时间运转范围，不能长时间运转，否则对发动机寿命影响甚大，因此这时的测量要求迅速、准确，尽量缩短其运转时间。

2、在测发动机外特性时，因负荷较大，联轴节可能断裂飞出伤人，因此要注意安全，联轴节两旁不得站人。

3、随时注意调节发动机冷却水的出水温度，并保持在80±5℃。

4、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。

八、思考题

1、整理分析试验数据，参考教材绘制发动机速度特性曲线图（要求用坐标纸或计算机绘制）。

2、部分开度速度特性曲线的变化和外特性相比有何不同？

其原因何在？

对运输车辆有何好处？

3、分析本次实验的结果，指出功率Pe、扭矩Ttq、燃油消耗率be曲线的形状是怎样形成的？

4、运输式汽油发动机额定功率与固定式柴油发动机额定功率有何不同？

5、标准大气状况如何定义，怎样将重要的实验数据修正为标准大气状况下数值？

表二发动机速度特性试验数据记录表

发动机型号出厂编号

测功机型号测功机系数

进气温度℃

大气温度：

干球　℃湿球℃

进气总压kPa（mmHg）

水蒸气分压kPa（mmHg）

试验目的

试验单位

试验日期

试验人

燃油密度

校正系数

序

号

测功机

有效功率

kw

有效扭矩

N·m

燃油消耗量

燃油消耗率

（g/kw·h）

冷却水温度

转速

r/min

磅秤读数

实测

校正

实测

校正

容积或

质量

cm3或g

时间

实测

kg/h

实测

校正

签字年月日

实验二发动机负荷特性

一、实验目的

1、掌物发动机负荷特性的试验方法。

2、学会对实验数据进行处理以及对实验结果进行分析，并绘制发动机负荷特性曲线图。

二、实验条件

1、玉柴YC6J180-42柴油发动机机（Pemax=132kW/2500r/min）一台

2、CW260型电涡流测功机一台

3、FST3发动机数控试验台一台

4、FCMM-2油耗测量仪一台

5、0＃国Ⅲ柴油20升

三、实验原理

发动机负荷特性：

在保持发动机转速n不变的情况下，调节发动机油门开度的大小，改变每循环供油量，研究发动机的燃油消耗量B、燃油消耗率be与功率Pe之间的关系。

四、实验内容和要求

1、调节发动机油门开度及指挥全组协调动作，一人；当发动机出现异常情况时应立即减小或关闭节气门。

2、调整测功机负荷，一人；测功机负荷的调整应均匀、准确，尽量避免大幅度增加或减小测功机负荷，造成发动机的转速剧烈波动。

3、监视发动机转速和测量油耗，一人；监视转速时，应注意转速的上下波动情况，当转速的波动值超过±20r/min，该组实验数据应视为无效并重做。

4、调节，监视发动机冷却水出水温度，一人；保持发动机动机冷却水出水温度稳定在80±5℃范围内，出现气阻现象（无冷却水排除或冷却水出水温度超过100℃），应立即报告，以便及时停机。

5、监视发动机机油压力、温度，一人；出现异常情况应及时报告。

6、记录发动机扭矩（测功机读数）Ttq、发动机转速n、耗油质量△m和耗油时间△t,一人；实验数据记录应准确无误。

7、绘制实验监督曲线，一人；当发现实验过程中因某些特殊原因而引起误差过大的点，应及时指出，以便立即补测校正。

五、实验方法与步骤

1、按照附录一《发动机台架试验安全操作规范》，作好试验前的准备工作。

确认发动机台架系统（含发动机和测功机等）油、水、电连接正常。

2、FST3发动机数控试验台上电，进入数控试验台操作界面，确认各项监测数据正常，选择恒转速工作模式。

3、起动发动机。

发动机数控试验台油门上电、励磁上电，预热发动机至发动机冷却水出水温度为80±5℃。

同时了解发动机数控试验台基本工作原理。

4、预热完成后，调节发动机油门开度至最小，发动机回到怠速。

开始发动机速度特性实验。

5、改变测功机设定转速为负荷特性实验转速1400r/min，调节发动机油门开度的大小，使之处于最大位置。

待发动机的工况稳定后，测量其燃油消耗量△m（g），测量二次，同时测量该工况下的发动机扭矩（测功机读数）Ttq和发动机转速n，并记录保存实验数据。

6、根据发动机在该转速下输出的最大扭矩计算并确定发动机扭矩Ttq（发动机负荷）调节量的大小，保证实验工况点不少于7个点，以便绘制发动机负荷特性曲线。

7、依次减小发动机油门开度的大小（此时测功机自动调整发动机的负荷大小，保持发动机转速稳定在1400r/min）使发动机扭矩（测功机读数）Ttq每次降低50N.m,重复实验步骤5，记录保存实验数据。

直至测功机的读数接近为零。

8、以发动机扭矩（测功机读数）Ttq为横坐标，耗油质量△m为纵坐标绘制监督曲线。

9、实验完毕后，将发动机空负荷、低速运转数分钟后停车，并抄录整理实验数据，将数据记入实验记录表（见表三），作好保养清理工作，经实验指导老师签字后即可离开实验室。

六、实验的重点或难点

1、发动机油门开度的调整。

2、实验数据的处理以及结果分析。

七、实验注意事项

1、在测量负荷特性的过程中，当发动机油门开度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，因此这时的测量要求迅速、准确（油耗可以只测量一次），尽量缩短其运转时间。

2、发动机上有很多旋转部件，实验过程中不要离发动机太近，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，不要触摸，以免烫伤。

4、随时注意调节发动机冷却水的出水温度，并保持在80±5℃。

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。

八、思考题

1、整理分析试验数据，参考教材绘制发动机负荷特性曲线图（要求用坐标纸或计算机绘制）。

2、比较发动机负荷特性和速度特性的区别？

3、结合本次实验的结果，指出随着发动机负荷的变化，其燃油消耗率如何变化？

为什么？

4、标准大气状况如何定义，怎样将重要的实验数据修正为标准大气状况下数值？

表三柴油机负荷特性实验数据记录表

发动机型号出厂编号

测功机型号测功机系数

进气温度℃

大气温度：

干球　℃湿球℃

进气总压kPa（mmHg）

水蒸气分压kPa（mmHg）

试验目的

试验单位

试验日期

试验人

燃油密度

校正系数

序

号

测功机

有效功率

kw

有效扭矩

N·m

燃油消耗量

燃油消耗率

（g/kw·h）

冷却水温度

转速

r/min

磅秤读数

实测

校正

实测

校正

容积或

质量

cm3或g

时间

实测

kg/h

实测

校正

签字年月日

附录一发动机台架试验安全操作规范

1、试验前要对试验台架、发动机、测功机、联轴节、各连接螺栓及运动部件进行检查，运动部件运动不得受阻碍，连接不允许有松动现象。

2、检查发动机燃油、机油、冷却水和测功机润滑油、冷却水等是否足正常；检查各仪器仪表如转速表、机油压力表、冷却水温表等是否安装正确。

3、起动、预热发动机，注意联轴节两旁不得站人，按先空车后小负荷运转数分钟，然后逐渐加至中等负荷（或较大负荷）预热发动机至冷却水出水温度达到80±5℃左右。

4、必须在发动机工况稳定之后同时测量各有关参数，整个实验过程中，应保证冷却水出水温度始终控制在80±5℃之间，蒸发水冷式柴油机要等到冷却水沸腾，并且尽量使之波动微小，特性曲线一般测量8～10点。

5、试验后应逐渐减小发动机负荷至空车再运转数分钟后停车。

附录二绘制曲线要求

1、测量点在图中的位置必须标明，曲线不得将点完全覆盖。

2、在同意坐标系中有几条曲线，可用不同的符号表示不同曲线上的点。

3、将各测点连成曲线时，必须圆滑过渡，按其特性的规律画，不得连成折线。

4、曲线线型粗细适中，以清楚为原则。

坐标比例应参考有关资料合理选择。

5、同一坐标系中有多种曲线时，应分别表明各自的比例尺。

附录三实验数据的计算

1、主要数据名称、单位及通用符号（见表六）

表六主要数据名称、单位及通用符号

名称

法定单位

符号

进气温度

℃

摄氏度

t

进气温度

K

开尔文

T

进气干空气压

kPa

千帕斯卡

Pd

水蒸气分压

kPa

千帕斯卡

Pw

进气总压

kPa

千帕斯卡

P

测功机磅秤读数

N

牛顿

W

测功机臂长

m

米

L

测功机常数

C

转速

r/min

转/分

N

实测有效扭矩

N·m

牛顿·米

Ttq

校正有效扭矩

N·m

牛顿·米

Ttqo

实测有效功率

kW

千瓦

Pe

校正有效功率

kW

千瓦

Peo

燃料消耗量或供油量

kg/h

千克/时

B

实测燃油消耗率

g/kW·h

克/千瓦·时

be

校正燃油消耗率

g/kW·h

克/千瓦·时

Beo

燃油密度

g/cm3

克/厘米3

ρf

燃油消耗时间

s

秒

△t

燃油消耗容积

cm3

厘米3

△V

燃油消耗质量

g

克

△m

汽油机校正系数

αa

柴油机校正系数

αd

2、发动机的标准进气状态（见表七）

表七标准进气状态

进气参数

法定单位

米制单位

进气温度T

298K

25℃

进气干空气压Pd

99kPa

≈742.5mmHg

水蒸气分压Pw

1kPa

≈7.5mmHg

进气总压P

100kPa

≈750mmHg

3、计算公式

1）基本计算公式

a.实测有效扭矩Ttq=W·L

b.实测有效功率Pe=（2π·W·L·n）/60×1000

=0.1047×10-3·W·L·n

=C·W·n

c.燃料消耗量或供油量B=3.6×△m/△t

=3.6×△V·ρf/△t

d.实测燃油消耗率be=1000×B/Pe

e.进气干空气压Pd=P-Pw

2）汽油机校正

a.汽油机校正系数αa=（9912/Pd）·（T/298）0.6

b.校正有效扭矩Ttqo=αa·Ttq

c.校正有效功率Peo=αa·Pe

d.校正燃油消耗率beo=αa·be

注：

该校正系数αa适用于化油器式及电子控制式汽油机（在不同的进气状态下，控制混合气的空/燃比不变）。

在全负荷的工况下，应保持进气温度T在298～308K（25～35℃），进气干空气压Pd在80～110kPa的范围内。

试验时应采取措施或选择适当的时间，使发动机的实际进气状态在上述范围内。

校正系数αa应在0.93～1.07的范围内，如果超出，应在试验报告及试验曲线上标明实际进气状态。

3）柴油机校正

a.柴油机校正系数αd=（fa）fm

其中进气因数

非增压及机械增压柴油机fa=（99/Pd）·（T/298）0.7

涡轮增压柴油机fa=（99/Pd）0.7·（T/298）1.2

柴油机特性指数fm=0.036·q/r-1.14

b.校正有效扭矩Ttqo=αd·Ttq

c.校正有效功率Peo=αd·Pe

d.校正燃油消耗率beo=αd·be

注：

柴油机校正系数αd应在0.9～1.1的范围内，如果超出，应在试验报告及试验曲线上标明实际进气状态。

附录四发动机试验数据记录表（见表八）

表八发动机试验数据记录表

发动机型号号码

测功机号

进气温度℃

大气温度：

干球　℃湿球℃

进气总压kPa（mmHg）

水蒸气分压kPa（mmHg）

试验目的

试验单位

试验日期

试验人

燃油密度

校正系数

序

号

测功机

有效功率

kw

有效扭矩

N·m

燃油消耗量

燃油消耗率

（g/kw·h）

冷却水温度

转速

r/min

磅秤读数

实测

校正

实测

校正

容积或

质量

cm3或g

时间

实测

kg/h

实测

校正