Лабораторная работа 5

РЕГУЛИРОВОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО ТОПЛИВУ

Цель работы: Ознакомиться с методикой снятия регулировочной характеристики по топливу (составу смеси), выявить характер ее протекания, определить зависимость экономичности и мощности двигателя от состава смеси и наивыгоднейшую регулировку карбюратора на принятом режиме его работы.

Регулировочную характеристику по топливу снимают при постоянном положении дроссельной заслонки, постоянной частоте вращения вала двигателя и наивыгоднейшем угле опережения зажигания. Переменный параметр – часовой расход топлива – получают изменением проходного сечения жиклеров или изменением разряжения в поплавковой камере карбюратора.

Оборудование и приборы: двигатель 3МЗ-66; электротормозной стенд СТЭУ-40; устройство для изменения состава смеси (расход топлива); устройство и приборы для измерения времени расхода топлива, частоты вращения вала, изменения угла опережения зажигания и определения его величины.

При выполнении работы необходимо иметь соответствующей набор жиклеров или карбюратор с устройством для независимого изменения состава смеси.

Общие положения

Регулировочная характеристика по топливу (составу смеси) представляет собой графическую зависимость изменения эффективной мощности N_eдвигателя, удельного расхода топлива g_eв зависимости от изменения часового расхода топлива G_m. Соотношение между количеством воздуха и количеством топлива, поступившим в цилиндры двигателя, изменяются в соответствии с режимом работы карбюраторного двигателя (скоростного или нагрузочного). Отношение действительного количества воздуха, поступившего в двигатель, к теоретически необходимому для полного сгорания топлива называется коэффициентом избытка воздуха .Данный коэффициентколичественно характеризует состав смеси ; от величины зависят пределы воспламенения топлива и скорость сгорания. Так, при < 1 смесь считается богатой (воздуха меньше, чем нужно для полного сгорания топлива, смесь богата топливом), а при > 1 смесь считается бедной (смесь богата воздухом).

Для бензиновоздушных смесей верхним пределом воспламенения является = 0, 5, а нижним - = 1, 25, т. е. при = 0, 5 и при =1, 25 бензовоздушная смесь не воспламеняется. На пределы воспламенения горючей смеси влияют не только состав смеси, но и другие факторы (степень сжатия, подогрев смеси, количество остаточных газов, температура поршня и стенок цилиндра).

С подогревом смеси пределы воспламенения расширяются, количество остаточных газов в смеси уменьшает эти пределы. На рис. 1 показана скорость сгорания бензовоздушных смесей в зависимости от состава смеси.

W, _м/с

10

8

6

2

0, 4 0, 8 1, 2 1, 6

Рис. 1. Скорость сгорания безвоздушных смесей

Анализ рис. 1 показывает, что максимальная скорость сгорания наблюдается при = 0, 8-0, 9; для более богатой или бедной смеси скорость уменьшается.

В зависимости от скорости сгорания и, следовательно, коэффициента избытка воздуха процессы в камере сгорания протекают различным образом. Это приводит к изменению параметров рабочего процесса карбюраторного двигателя, в частности, к изменению эффективной мощности и экономичности.

При работе карбюраторного двигателя на полном дросселе максимальная эффективная мощность лежит в области изменения коэффициента избытка воздуха

= 0, 8 – 0, 9,

а минимальные удельные расходы топлива – в области

= 1, 1 – 1, 2.

Экспериментальными данными установлено, что наибольшая мощность двигателя при его работе на обогащенных смесях объясняется тем, что:

1. Смесь сгорает с наибольшей скоростью и, следовательно, с наименьшей продолжительностью по времени, что снижает тепловые потери двигателя в стенку цилиндра.

2.При сгорании богатых смесей отмечается наибольший прирост количества молекул.

3. Уменьшается теплоемкость продуктов сгорания.

При сгорании обогащенных смесей образуется значительное количество окиси углерода СО, теплоемкость которого примерно на 50 % ниже, чем трехатомного. Следовательно, с отработавшими газами уходит меньшее количество тепла.

Таким образом, при обогащении горючих смесей наблюдаются наибольшие значения максимальных и средних индикаторных давлений, но при этом ухудшается экономичность двигателя вследствие химической неполноты сгорания топлива.

На переобогащенных горючих смесях уменьшается скорость сгорания, снижаются мощность двигателя и экономичность, чему способствует увеличивающаяся химическая неполнота сгорания. Поэтому горючие смеси, которые принято называть переобогащенными ( =0, 8), непригодны для эксплуатации двигателя.

Переход к нормальным и далее к обедненным горючим смесям вызывает снижение скоростей сгорания и уменьшение теплотворной способности свежего заряда, вследствие чего мощность двигателя неизбежно уменьшается. Однако экономичность двигателя при этом возрастает, достигая наибольших значений при =1, 10-1, 15. Это объясняется тем, что происходит более полное сгорание топлива; понижаются температура, давление процессов сгорания и температура расширения вследствие уменьшения теплотворной способности свежего заряда; уменьшается теплоемкость продуктов сгорания.

В таких условиях тепловой баланс двигателя складывается наиболее удовлетворительно, обеспечивая получение наименьших удельных расходов топлива.

Переход на чрезмерно обедненные горючие смеси ведет к неустойчивой работе двигателя, сопровождается обратными хлопками в карбюратор, резким ухудшением экономичности и уменьшением мощности двигателя. Резкое возрастание удельных расходов топлива на переобедненных горючих смесях объяснятся сильным понижением скоростей сгорания; одновременно с этим резко возрастают относительные механические потери в результате значительного снижения средних индикаторных давлении цикла.

На рис. 2 приведена регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по топливу (составу смеси). Заштрихованная область, расположенная между N_{e max} и g_{e min}, называется областью рационального обеднения смеси.

Регулировочная характеристика по составу смеси (топливу) снимается для того, чтобы установить влияние состава смеси на мощность и удельный расход топлива, а также значения расходов топлива или коэффициента избытка воздуха, соответствующие мощностному ( _м) N_em и экономическому ( _э) g_{e min} составам смеси. Кроме того, регулировочная характеристика по топливу позволяет настраивать главную дозирующую систему карбюратора.

N_e c n = const

= const

a b g_e

_{э м} G_m( )

Рис. 2. Регулировочная характеристика двигателя по топливу

Для нахождения величины расхода топлива, на которую следует настраивать главную дозирующую систему карбюратора, на графике строится вспомогательный ABC (см. рис. 2) с катетами, параллельными осям координат.

Размеры катетов соответствуют одинаковому числу единиц мощности и часового расхода, взятых в масштабе графика (например, 2 кВт и 2 кг/ч; 3 кВт и 3 кг/ч и т.д.). После построения катетов проводят гипотенузу AC треугольника и параллельно ей касательную к кривой мощности. Абсцисса точки касания гипотенузы к кривой мощности определит расход топлива, на который необходимо настраивать главную дозирующую систему карбюратора. Настройка главной дозирующей системы на минимальный расход топлива _э или максимальную мощность _m не применяются, т.к. малейшее нарушение регулировки могут сместить ее за пределы области рационального обеднение смеси.

При регулировке карбюраторного двигателя на максимальную мощность удельный расход топлива повышается на 12-20 %, при регулировке на минимальную мощность удельный расход топлива снижается на 0-15 %. Регулировку карбюратора в эксплуатационных условиях следует устанавливать с учетом конкретных обстоятельств эксплуатации автомобиля. При длительной работе двигателя на полном дросселе регулировку следует приблизить к максимальной мощности, при длительной работе на прикрытом дросселе – к минимальному удельному расходу топлива.

Контрольно-измерительные операции:

Измерение частота вращения.

Измерение крутящего момента.

Измерение расхода топлива.

Управление дроссельной заслонкой, изменение угла опережения зажигания, контроль за работой двигателя.

Измерение угла опережения зажигания.

Управление нагрузочным реостатом.

Управление устройством для измерения состава смеси.

Предварительная обработка результатов и построение контрольного графика.