Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Стендовые испытания современных автомобильных ДВС, оснащенных комплексными микропроцессорными системами управления. Учебно-методическое пособие для вы
.pdf
5. Привести график механической характеристики тормозного устройства
(зависимость крутящего момента от частоты вращения ротора) при его
работе как в традиционном асинхронном, так и в синхронном режиме.
Теоретические сведения
В настоящее время действующим стандартом, устанавливающим объемы и
методы стендовых испытаний автомобильных ДВС, является ГОСТ 14846-81.
Рассматриваемые испытания предназначены для определения:
- условных механических потерь;
- показателей на холостом ходу;
- мощностных и экономических показателей при полных нагрузках;
- мощностных и экономических показателей при частичных нагрузках;
- равномерности работы цилиндров;
- безотказности работы;
- дымности отработавших газов.
Стандарт регламентирует особые условия проведения лабораторных
испытаний:
1. Двигатели серийного изготовления и опытные образцы новых и
модернизированных двигателей перед испытаниями должны пройти обкатку в
объеме, установленном технической документацией на обкатку двигателей,
утвержденной в установленном порядке. Двигатели, бывшие в эксплуатации, обкатке
не подвергают.
2. Испытания проводят преимущественно при температуре окружающего
воздуха 283 К ≤ Т ≤ 313 К (10 ºС ≤ T ≤ 40 ºС) и атмосферном давлении 80 кПа ≤ PА ≤
110 кПа (600 мм рт. ст. ≤ PА ≤ 825 мм рт. ст.). Испытания допускается проводить в
помещении с кондиционированным воздухом, где возможна регулировка его
параметров (температуры и давления).
3. Температуру топлива на входе в топливную систему дизеля поддерживают в
пределах, установленных технической документацией изготовителя.
4. Испытания проводят на топливе и масле, установленных в технической
документации изготовителя.
5. При проведении испытаний температуру охлаждающей жидкости и масла в
двигателе поддерживают в пределах, указанных в технических условиях на
двигатель. При отсутствии таких указаний температуру охлаждающей жидкости на
выходе из двигателя поддерживают в пределах 75-85ºС, а масла 80-100ºС.
6. При проведении испытаний двигателей воздушного охлаждения
температуру окружающего воздуха поддерживают в пределах, указанных в
технических условиях на двигатель. При отсутствии таких указаний температура
окружающего воздуха не должна превышать +40ºС. Температура двигателя в точке,
указанной в технических условиях на двигатель, должна поддерживаться в пределах
между максимальным значением, указанным в технических условиях на двигатель, и
уменьшенным на 20ºС.
11
7. Для поддержания температур, установленных в пп. 3, 5 и 6, может
использоваться, при необходимости, вспомогательная система охлаждения или
автономный вентилятор.
8. При каждом испытании число точек измерений должно быт достаточным
для того, чтобы при построении характеристики выявить форму и характер
протекания кривой во всем диапазоне исследуемых режимов.
9. Показатели двигателя могут определяться как при ручном, так и при
автоматическом управлении стендом. Показатели двигателя должны определяться
при установившемся режиме работы.
В соответствии с [1], установившийся режим работы – режим, при котором
крутящий момент, частота вращения, температура охлаждающей жидкости,
температура масла, а для двигателя воздушного охлаждения и температура двигателя
изменяются за время измерения не более чем на 2%.
Таким образом, под установившимся режимом работы ДВС подразумевается
такой режим, при котором его параметры регулирования и эффективные
характеристики не изменяются во времени (либо изменяются в пределах ±2% в
течение 30 с, [1]);
Соответственно, неустановившийся режим определяется при несоблюдении
рассмотренных условий [2,3].
В процессе экспериментального определения мощностных и экономических
показателей, рассматриваемые показатели могут быть определены нетто либо брутто.
Разница в приведенных вариантах состоит в различной комплектации испытуемого
ДВС – нетто или брутто. Согласно первому варианту, двигатель имеет комплектацию
и настройку, приближенную к соответствующей при его установке в
автотранспортном средстве.
Требования к комплектации двигателя при определении эффективных
показателей брутто допускают его оснащение и регулировку в соответствии с
рекомендованной предприятием-изготовителем мощностной настройкой.
Полный перечень требований к комплектации испытуемого ДВС приведен в
обязательном приложении 1 стандарта [1], а также в приложении А настоящего
учебно-методического пособия.
Тормозные устройства стендов служат для создания внешнего сопротивления,
которое поглощает мощность, развиваемую двигателем.
В зависимости от принципа создания тормозного момента различают
механические, воздушные, гидравлические и электрические тормозные устройства.
Первые три типа тормозных устройств используют только для торможения
двигателей, а электрические тормоза – также для пуска и холодной обкатки
двигателя.
Тормоз любого типа характеризуется следующими основными параметрами:
максимальной и минимальной поглощаемыми мощностями; максимальной и
минимальной частотами вращения; максимальным и минимальным тормозными
моментами.
12
В механических тормозных устройствах механическая энергия, развиваемая
двигателем, поглощается работой сил трения. Шкив механического тормоза
охватывается гибкой стальной лентой, облицованной фрикционным материалом,
благодаря чему между шкивом и лентой возникают силы трения, которые
компенсируют энергию, развиваемую двигателем, превращая ее в теплоту, которая
отводится в охлаждающую среду (обычно в воду). Механические тормоза просты по
устройству, но обладают малой энергоемкостью, нестабильной характеристикой и
плохой способностью к саморегулированию (момент торможения у них почти не
зависит от частоты вращения).
В воздушных тормозах (мулинетках) развиваемая двигателем мощность
затрачивается на перемещение и частично на нагрев воздуха.
Гидравлические тормозные устройства весьма энергоемки, просты по
конструкции и в свое время получили широкое распространение в практике
стендовых испытаний двигателей. Поглощаемая гидравлическим тормозом энергия
расходуется на совершение гидродинамической работы и работы трения
(вращающегося ротора о жидкость). По конструкции в основном различают
штифтовые, дисковые и лопастные гидравлические тормоза.
Электрические тормозные устройства, обладающие рядом преимуществ по
сравнению с механическими и гидравлическими, нашли широкое применение в
испытательской практике. Электрические тормоза переменного тока на базе
асинхронных двигателей с фазным ротором просты по устройству, имеют
сравнительно небольшие габариты, но не обеспечивают достаточно широкого
диапазона регулирования частоты вращения. Указанная проблема может быть
решена при обеспечении их работы в синхронном режиме.
Для экспериментального определения рассматриваемых показателей
эффективности работы ДВС, в ходе выполнения настоящей лабораторной работы
применяется специальный тормозной стенд, являющийся модернизированной
версией обкаточно-тормозного стенда КИ-5543-ГОСНИТИ. Схема и режимы работы
приведены соответственно на рис. 1.1 и рис. 1.2. Испытуемый двигатель УМЗ-4216
соединен с ротором электрического тормозного устройства прямой передачей.
Лабораторный стенд оснащен дополнительным трансмиссионным активным
динамометром, расходомером воздуха, поступающего в двигатель, а также
микропроцессорными автоматическими системами диагностики и сбора данных.
Схема электрическая функциональная комплексной микропроцессорной
системы управления испытуемым двигателем УМЗ-4216, оснащенного контроллером
МИКАС М 10.3, а также диагностический интерфейс OBD-II приведены на рис. 1.3.
13
14
15
Рисунок. 1.3 Схема электрическая функциональная КМПСУД двигателя УМЗ-4216 с контроллером МИКАС М 10.3
Порядок выполнения работы
Задание №1
Выполнить требования пунктов I (1, 2, 3) задач к работе.
Студент должен ознакомиться с инструкцией по технике безопасности и
противопожарным мероприятиям, приведенной в настоящем учебно-методическом
пособии и в соответствующем отчете о проведении инструктажа.
Задание №2
Выполнить требование пункта II (3) – изложить в индивидуальном отчете о
выполнении лабораторной работы необходимый материал в письменном виде.
Привести формулу для расчета величины эффективной мощности ДВС Ne при
известных значениях индикаторной мощности Ni и мощности механических потерь
Nm.
Привести формулу для расчета величины эффективного крутящего момента
Me при известной эффективной мощности Ne (кВт) и соответствующей ей частоте
вращения коленчатого вала n (мин-1).
Выполнить требование пункта II (4).
Изложить в письменном виде особенности и область применения
рассматриваемых способов для определения расхода топлива, раскрыть их
преимущества и недостатки. Необходимый материал содержится в источниках [1].
Задание №3
Выполнить требование пункта III (1).
Составить таблицу, в которой будут приведены основные характеристики
испытуемой модели ДВС. Обязательными для рассмотрения являются такие
параметры и характеристики: максимальная эффективная мощность N
emax
номинальная частота вращения коленчатого вала nN, максимальная величина
крутящего момента M
и соответствующая частота вращения коленчатого вала nM,
emax
число цилиндров i и тип их расположения, диаметр D и ход поршня S, рабочий объем
V, степень сжатия ε, тип камеры сгорания, индекс ГРМ, число клапанов на цилиндр,
тип привода распределительного вала, скоростной коэффициент кС., коэффициент
приспособляемости к
[4,5], литровая мощность NЛ, удельная поршневая мощность
M.
NП, тип системы питания, тип системы зажигания, модель контроллера.
Требуемые для приведения в работе параметры и характеристики
исследуемого ДВС возможно найти в соответствующих источниках [6, 7].
Выполнить требование пункта III (2).
Основное внимание при этом уделить взаимному расположению испытуемого
ДВС, тормозного устройства и агрегатов трансмиссии.
,
16
Выполнить требование пункта III (3).
Составить кинематические схемы для всех допускаемых режимов работы
тормозного устройства и его балансирного силоизмерительного механизма:
двигательного, нейтрального и тормозного. Необходимо уметь объяснить назначение
каждого из рассматриваемых режимов и соответствующее взаимное направление сил
и моментов в тормозном устройстве.
Выполнить требование пункта III (4).
С помощью психрометрического гигрометра ВИТ-1 определить температуру
воздуха в лаборатории и абсолютную влажность; барометрическое давление
измерить при использовании барометра-анероида БАММ-1. Полученные результаты
внести в табл. 1.1.
Таблица 1.1.
Параметры окружающей среды в лаборатории
Параметры окружающей среды
t o,C PА, кПа φ,%
В соответствии с индивидуальным вариантом задания, которым является
порядковый номер по списку студента в журнале старосты академической группы,
выбрать из табл. 1 приложения Б исходные данные и определить величину
относительной влажности в соответствии с данными табл. 2.
Отчет о выполнении задач лабораторной работы оформить в виде вывода.
Знать ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Виды испытаний, которым подвергаются автомобильные двигатели в соответствии
с ГОСТ 14846-81.
2. Основные особенности комплектации и настройки испытуемого ДВС при
определении эффективных мощностных и экономических показателей нетто и
брутто в соответствии с ГОСТ 14846-81.
3. Раскрыть определение понятия «эффективные характеристики ДВС».
4. Необходимость определения параметров окружающей среды в лаборатории перед
выполнением цикла испытаний.
5. Назначение и принцип работы электрического тормозного устройства и его
балансирного силоизмерительного механизма.
6. Назначение двигательного режима работы стенда.
7. Назначение тормозного режима работы стенда.
17
Лабораторная работа №2
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В ДВС
Цель работы: экспериментальным путем определить условную мощность
механических потерь, условное среднее давление механических потерь и условный
механический КПД двигателя.
Оборудование: стенд для испытания с необходимыми приборами, автомобильный
двигатель.
Задачи:
I. Подготовка к выполнению работы.
1. Ознакомиться с порядком определения условных механических потерь в
соответствии с ГОСТ 14846-81.
2. Изучить рекомендованный в настоящем учебно-методическом пособии
теоретический и практический материал по определению и
последовательности определения величин условных механических потерь в
ДВС.
II. Знать.
1. Порядок выполнения процедуры определения величин условных
механических потерь методом прокручивания коленчатого вала двигателя
балансирной машиной.
2. Определение понятий:
- механический КПД ДВС;
- индикаторный КПД ДВС;
- эффективный КПД ДВС;
- мощность механических потерь;
- коэффициент наполнения цилиндров ДВС;
- объемный расход воздуха двигателем;
- массовый расход воздуха двигателем.
III. Уметь.
1. В процессе работы на лабораторном стенде выполнить непосредственное
изменение первичных параметров, обуславливающих величины условных
механических потерь в ДВС.
2. Выполнить расчет показателей условных механических потерь в
соответствии с ГОСТ 14846-81.
3. С помощью применения расходомера воздуха, принцип действия которого
основан на изменении разницы давлений на сужающем устройстве,
определить объемный и массовый расход потребляемого ДВС воздуха.
4. Рассчитать коэффициент наполнения ДВС.
Теоретические сведения
Индикаторные показатели в достаточной степени отражают качественные
стороны преобразования теплоты
в работу в двигателе, но не учитывают потери
18
энергии на трение, привод вспомогательных механизмов, процессы впуска и
0
0, 035 ( ),
p X Y V p p
⋅
⋅
τ
выпуска.
Таким образом, общий (эффективный) КПД ДВС определяется совершенством
его термодинамического цикла, а также механическими потерями в механизмах и
системах [1]:
,
ηηη
⋅=
(2.1)
mie
где
ηi
– индикаторный КПД ДВС;
ηm
– механический КПД ДВС.
Понятия индикаторного и механического КПД ДВС студенты должны знать в
результате освоения лекционного курса и проведения практических занятий по
данной дисциплине [8].
Механический КПД ДВС и соответственно величины потерь на трение
возможно определить различными способами.
Известный расчетный способ определения механического КПД ДВС
базируется на следующей эмпирической зависимости:
pm = Х + Y⋅V
,
(2.2)
п.ср.
- для дизельного двигателя с газотурбинным наддувом:
m
где pm – среднее условное давление механических потерь, МПа; V
скорость поршня, м/с; PK, P0 – соответственно, величины давления воздуха на входе
в компрессор и выходе из него, МПа; X, Y – эмпирические коэффициенты,
приведенные в таблице 2.1.
Механический КПД ДВС:
где pe – среднее эффективное давение в цилиндре, МПа.
Среднее эффективное давение для четырехтактных ДВС определяется
выражением
0,125
p
к
= ⋅ + ⋅ + ⋅ −
p
0
( )
=
η
m
30
p
=
e
п.сер. к
p
e
, (2.4)
pp
+
me
N
e
, МПа, (2.5)
nV
⋅
h
(2.3)
– средняя
п.ср
где N
- эффективная мощность ДВС (кВт) на установившемся режиме работы с
e
полной нагрузкой при частоте вращения коленчатого вала n (мин-1); τ – тактность
ДВС; i - число цилиндров в двигателе; Vh - рабочий объём ДВС, л.
19
В таблице 2.2 приведены ориентировочные диапазоны значений
механического КПД поршневых ДВС различных конструкций.
Таблица 2.1
Значения коэффициентов X и Y
Тип ДВС X Y
С принудительным воспламенением:
m > 1, i ≤ 6
0,049
0,0152
m ≤ 1, i ≤ 6 0,034 0,0113
m < 1, i = 8
Двигатели с впрыскиванием и электронным управлением
0,039
0,024
0,0132
0,0053
С самовоспламенением: 0,089 0,0118
m – отношение хода поршня к диаметру цилиндра, m = S/D, i – число цилиндров.
Таблица 2.2
Ориентировочные диапазоны значений механического КПД поршневых ДВС
Тип ДВС Бензиновые
Механический
КПД
ηm = 0,8...0,92
Дизельные
без наддува
(с наддувом)
ηm = 0,7...0,82
(ηm = 0,8...0,9)
Газодизельные
без наддува
(с наддувом)
ηm = 0,7...0,82
(ηm = 0,8...0,9)
Газовые
ηm =0,75...0,82
В настоящей лабораторной работе рассматривается определение искомых
показателей условных механических потерь в соответствии с ГОСТ 14846-81
методом прокручивания коленчатого вала двигателя балансирной машиной [8].
Порядок выполнения работы
Задание №1
Выполнить требования пунктов I (1, 2) задач к работе.
Задание №2
Выполнить требование пункта II (1) – изучить рекомендованный в настоящем
учебно-методическом пособии теоретический и практический материал по
определению и последовательности определения величин условных механических
потерь в ДВС.
Выполнить требование пункта II (2) – изложить в индивидуальном отчете о
выполнении лабораторной работы необходимый материал в письменном виде.
Задание №3
Выполнить требование пункта III (1).
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]