7.3. Определение давления рабочего тела в цилиндре двигателя

Цель работы: ознакомиться с устройством и принципом действия пьезокварцевого датчика давления газа в цилиндре двигателя, освоить технику получения индикаторной диаграммы и получения индикаторных показателей двигателя.

Зависимость давления газов в цилиндре двигателя Р от угла поворота коленчатого вала - φ_п.к.в. или текущего значения объема цилиндра двигателя V, полученная в результате индицирования двигателя, называется индикаторной диаграммой.

К индикаторным показателям двигателя относятся: показатели работы и мощности – индикаторная работа цикла L_i, среднее индикаторное давление P_i и индикаторная мощность двигателя N_i; показатели экономичности двигателя – индикаторный к.п.д. _i, удельный индикаторный расход топлива g_i; показатель механической нагруженности основных деталей двигателя – P_max; показатель степени динамической нагруженности – .

Для проведения индицирования лабораторный стенд оборудован пьезокварцевым датчиком давления рабочего тела в цилиндре двигателя, установленным в специальный приемник давления.

Для контроля температуры приемника давления в нем размещена хромель-копелевая термопара с индикацией температуры на индикаторной панели, сопряженной с лабораторным стендом ЭВМ.

ВНИМАНИЕ! При проведении лабораторных работ необходимо контролировать температуру термоприемника! Перегрев датчика давления недопустим и может привести к его поломке! В случае превышения температуры термоприемника величины 215…220 С необходимо остановить двигатель и устранить причину перегрева.

Методологические основы оценки индикаторной работы цикла

Индикаторная работа цикла характеризуется площадью диаграммы в координатах «давление – объем» (P – V).

Полученная в ходе эксперимента индикаторная диаграмма в координатах «давление – угол поворота коленчатого вала» (P – φ_п.к.в.) может быть приведена к виду P – V с использованием следующей зависимости (обрабатываются только линии «сжатия (a-y)» и «сгорания-расширения (y-b)»):

, (7.1)

Где: V_i – текущее значение объема цилиндра, л;

V_a – полный объем цилиндра, л, ;

V_h – рабочий объем цилиндра, л, ;

 – степень сжатия; D и S – диаметр цилиндра и ход поршня, дм;

 – кинематическая функция, ;

φ_п.к.в. – угол поворота коленчатого вала (п.к.в.), отсчитываемый от верхней мертвой точки (в.м.т.), град;

 – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Работу процессов сжатия L_ay, Дж, и сгорания-расширения L_yb, Дж, следует определять по формуле:

, (7.2)

Где: n – число элементарных участков разбиения процессов.

Поскольку при сжатии рабочего тела затрачивается энергия и объем цилиндра уменьшается, работа процесса сжатия будет отрицательной, в то время, как работа процессов сгорания-расширения будет положительной.

Индикаторная работа цикла L_i, Дж, определится:

. (7.3)

Порядок выполнения работы.

1. Запустить двигатель и прогреть его до температуры смазочного масла не ниже 50…55 С при минимальной частоте вращения «холостого» хода.

2. Установить частоту вращения коленчатого вала соответствующую исследуемому режиму нагружения (рекомендуется 1000…1200 мин^-1).

3. На индикаторной панели, сопряженной со стендом ЭВМ, в разделе «Индицирование двигателя» выполнить команду «Индицирование» и записать в протокол наименование файла с индикаторной диаграммой, величину индикаторной работы цикла, вращающий момент двигателя и расход топлива. Внешний вид индикаторной диаграммы можно будет наблюдать на экране индикаторной панели.

4. Нагрузить двигатель, используя нагрузочный дроссель (рекомендуемое значение – 35…40% нагрузки). Управляя положением рейки топливного насоса высокого давления (ТНВД), установить частоту вращения коленчатого вала, соответствующую выбранному значению.

5. Повторить процедуру, соответствующую пункту 3.

6. Нагрузить двигатель, используя нагрузочный дроссель (рекомендуемое значение – 75…80% нагрузки). Управляя положением рейки ТНВД установить частоту вращения коленчатого вала, соответствующую выбранному значению.

7. Повторить процедуру, соответствующую пункту 3.

8. Последовательно снимая нагрузку и перемещая рейку ТНВД установить минимальную частоту вращения коленчатого вала на «холостом» ходу.

9. Остановить двигатель.

Обработка результатов испытаний

По результатам индицирования двигателя определяются среднее индикаторное давление, индикаторная мощность, эффективная мощность, мощность механических потерь, эффективный и индикаторный удельные расходы топлива, эффективный и индикаторный к.п.д.

Максимальная скорость нарастания давления газов W_pmax, МПа/град п.к.в., определяется по касательной к линии давления газов на диаграмме P – φ_п.к.в. в процессе сгорания на участке с наибольшей кривизной:

, (7.4)

Полученные результаты следует оформить в виде протокола испытаний (фрагмент протокола см. таблицу 7.1), содержащего сведения об основных показателях двигателя на исследуемых режимах.

Таблица 7.1

Дата проведения испытаний_____________

Частота вращения коленчатого вала, мин^-1 _____________

М, Нм

GT, кг/ч

Li, Дж

Pi, МПа

Ni, кВт

Ne, кВт

NМ, кВт

gi, г/кВтч

gе, г/кВтч

i

e

Wpmax, МПа/град

При определении указанных величин следует использовать материал раздела 6.3 настоящего Руководства.

Вопросы для проверки и контроля знаний студентов.

1. Назначение и порядок индицирования двигателя.

2. Виды индикаторных диаграмм.

3. Метод определения индикаторной работы цикла.

4. Среднее индикаторное давление цикла.

5. Физический смысл максимальной скорости нарастания давления газов.