4.5. Расчетные зависимости, используемые при обработке экспериментальных данных

При обработке результатов испытаний двигателей необходимо соблюдать терминологию, принятые условные обозначения и пользоваться расчетными зависимостями в соответствии с данным пособием.

Далее приведены зависимости для определения по экспериментальным данным (прямые измерения) параметров косвенных измерений.

1. Частота вращения коленчатого вала (к.в.) двигателя – n может измеряться разными способами. Если n измеряется специализированным прибором с установленным классом или оговоренной погрешностью СИ, то принимается погрешность, записанная в его паспорте. Если частота вращения измеряется как количество оборотов к.в. за промежуток времени t, то

n = n_/t, (38)

где n_ – суммарное количество оборотов к.в. за время t , c.

Абсолютная погрешность измерения n в соответствии с табл. 1 приложения

n =n_∑²/t²+t^n^t⁴)^1/2. (39)

2. Крутящий (эффективный) момент двигателя (при определении его тормозным устройством балансирного типа).

М_е = РL , (40)

где Р – усилие на плече тормоза, Н (кН);

L – длина плеча (рычага), м.

Абсолютная погрешность при измерении М_е

М_е =(Δp²L²+ΔL²p²)^1/2. (41)

3. Эффективная мощность для тормозов балансирного типа

N_e = M_e·n/9550. (42)

Абсолютная погрешность N_e определяется согласно зависимости (41). Для электрического тормоза с закрепленным статором N_e определяется следующим образом:

N_e = I U/10³ _r, (43)

где I – сила тока в цепи ротора электрического генератора, А;

U – напряжение на выходных клеммах ротора генератора, В;

_r – КПД электрического генератора.

Абсолютная погрешность N_e для данного случая равна

N_e=N_e·((^U²η_r²+U²I²η_r²+η_r²I²U²)/η_r²)^1/2. (44)

4. Среднее эффективное давление – Р_е равно удельной работе за цикл с учетом механических потерь:

Р_е =  М_е/318V_л = K₁ M_e, (45)

где V_л = V_hi – литраж двигателя;

V_h – рабочий объем цилиндра;

 – тактность двигателя ( = 4 для 4-тактных двигателей и  = 2 для 2-тактных).

К₁ =  /318 V_n.

Абсолютная погрешность

Р_е = К₁М_е. (46)

5. Среднее индикаторное давление – р_i (условное, постоянное избыточное давление в цилиндре двигателя, которое, действуя на поршень, совершает работу за такт расширения, равную работе газов за цикл). Или, иначе, р_i равно работе за цикл отнесенной на единицу рабочего объема т.е. удельной работе двигателя. Она определяется экспериментально путем снятия индикаторной диаграммы (зависимости давления в цилиндре двигателя от угла поворота коленчатого вала) или менее точными косвенными методами: прокруткой двигателя или выбегом т. е. определения значений P_e и среднего давления механических потерь р_м:

p_i = Р_е + Р_м. (47)

Абсолютная погрешность

p_i =(ΔP_e²+ΔP_м²)^1/2. (48)

Если известна индикаторная мощность, то

p_i = 30  N_i/V_л n = К₂ N_i/n, (49)

где N_i – индикаторная мощность;

K₂ = 30/V_л.

Погрешность

Р_i =(n²K²N_i²+K₂²N_i²n²)/n⁴)^1/2.

6. Индикаторная мощность

N_i = V_л P_i n/30  = К₃Р_i n, (50)

K₃ = V_л/30.

Абсолютная погрешность определяется в соответствии с (41).

7. Среднее давление механических потерь  P_м может быть определено путем индицирования двигателя (снятия индикаторной диаграммы) следующим образом:

Р_м = p_i  Р_е. (51)

Абсолютная погрешность в этом случае

 Р_м =(Δp_i²+ΔP_e²)^1/2. (52)

Если механические потери определяются прокручиванием двигателя (при прокручивании вначале находится N_м), то Р_м определяется подобно (45).

8. Мощность механических потерь – N_м в случае, если известно Р_м, находится следующим образом:

N_м = V_л P_м n/30 . (53)

Погрешность определяется в соответствии с (39).

Если механические потери определяются прокручиванием двигателя, то мощность механических потерь определяется подобно (42).

9. Механический КПД – _м характеризует механические потери (совершенство конструкции двигателя):

_м = Р_е/р_i = N_e/N_i = 1 – P_м /P_i = 1  N_м /N_i . (54)

Погрешность для данного случая определяется как в (39).

10. Часовой расход топлива, кг/ч,

G_т = 3,6 G_т/t , (55)

где G_т – вес дозы (навески) топлива, израсходованного за время замера, г;

t – время измерения, с.

Абсолютная погрешность

G_т =((ΔG_т²t²+Δt²G_т²)/t²)^1/2. (56)

11. Удельный эффективный расход топлива – g_e, г/кВтч, – расход топлива, приходящийся на единицу эффективной мощности при работе двигателя в течение 1 ч.

g_e = 10³ G_т/N_e. (57)

Погрешность удельного расхода g_е

g_e =((ΔG_т²N_e²+ΔN²G_т²)/N_e²)^1/2.

12. Удельный индикаторный расход топлива – g_i, г/кВт.ч, расход, приходящийся на единицу индикаторной мощности при работе двигателя в течение 1 ч.

g = 10·G_т/N_i. (58)

Погрешность g_i определяется подобно g_e.

13. Эффективный КПД двигателя  _е показывает отношение части тепла, преобразованного в полезную работу на валу двигателя, ко всему теплу, подведенному в двигателе:

_е = 3600/Н_и g_e. (59)

Абсолютная погрешность определения эффективного КПД двигателя

_е =((ΔН_и+Δg_e)²/(Н_и+g_e)²)^1/2, (60)

где Н_и – низшая теплота сгорания, равная 44 МДж/кг для бензина и 42,5 МДж/кг для дизельного топлива.

14. Индикаторный КПД двигателя – _i показывает, какая часть всего затраченного в двигателе тепла преобразуется в индикаторную работу:

_i = 3600/Н_и g_i. (61)

Погрешность индикаторного КПД определяется подобно (60).

15. Часовой расход воздуха

G_в = 3600  F_o ·(2g_вΔp)^1/2, (62)

где  – коэффициент расхода, зависящий от формы и размеров диафрагмы, насадки, или сопла;

F_o – площадь отверстия диафрагмы, мм;

p – перепад давления на шайбе, мм вод. ст.;

g – ускорение свободного падения, м/c²;

_в – плотность воздуха при испытании двигателя, кг/м³;

_в = 0,464 B_o/T_o. (63)

Здесь В_о – атмосферное давление воздуха при испытании двигателя, мм рт. ст.;

Т_о – температура воздуха перед входом в расходомер, К.

Погрешность G_в равна

G_в = 1/2·((Δp²Δρ_к²+ρ_к²Δ(Δp)²)/(ρ_кΔp))^1/2.

16. Коэффициент избытка воздуха –  представляет собой отношение фактически поступившего в двигатель за 1 ч количества воздуха G_в к теоретически необходимому для полного сгорания топлива:

 = G_в/G_т l_o , (64)

где l_o – количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кг; для двигателей с принудительным зажиганием l_o = 15 кг возд./кг топ.; для дизелей l_o = 14,5 кг возд./ кг топ.

Погрешность коэффициента избытка воздуха 

 = ((G_т²ΔG_е²+G_е²ΔG_т²)/ G_т²)^1/2.

17. Коэффициент наполнения  _v представляет собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при условии, что температура и давление в нем равны температуре и давлению среды, из которой поступает свежий заряд:

_v = 33,6 G_в/V_л _в n = в G_в/n . (65)

Погрешность _v определяется, как и для .