Показатели, определяемые пересчетом экспериментальных данных

1. Переписать в табл. 3 (графа 2) значения часовых расходов топлива из табл.2 для каждого из опытов.

2. Определить по кривой мощности значения этого показателя для тех часовых расходов топлива, для которых наносились на графики значения мощности, и занести их в табл. 3 (графа 3).

3. Определить по данным табл. 3 (графа 2 и 3) значения удельного эффективного расхода топлива для каждого из опытов.

4. Полученные значения величины g_e занести в табл. 3 (графа 4).

Таблица 3

5. По данные табл. 3 нанести на графике в принятом масштабе значения величины g_e (г/кВт ч) в виде сплошных точек. При тщательном проведении всех опытов и расчетов точки должны располагаться на кривой.

6. На графиках кривых N_eи g_eвыделить и заштриховать зоны рационального обеднения смеси и методом треугольника определить величину расхода топлива, на которую должны настраиваться главная дозирующая система карбюратора (см. рис.1).

Содержание отчета

Отчет должен содержать: общие положения; таблицу результатов наблюдений (табл. 1); обработку результатов наблюдений по формулам (1)-(5); таблицы результатов обработки наблюдений (табл. 2, 3); графики характеристики по топливу.

Контрольные вопросы

1. Характеристика по топливу, определение понятия и условия получения.

2. Характер протекания кривых мощности и удельного эффективного расхода топлива и его обоснование.

3. Значение характеристики по топливу.

4. Зона рационального обеднения смеси на характеристике по топливу.

5. Определение расхода топлива, отвечающего регулировке ГДУ.

6. Конструкция и технические характеристики экспериментального двигателя и тормозного стенда.

7. Порядок снятия характеристики по топливу.

8. Обязанности наблюдений на рабочих местах.

9. Обработка результатов наблюдений, расчетные формулы.

Лабораторная работа 6

РЕГУЛИРОВОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО УГЛУ ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ

Цель работы: Ознакомиться с методикой снятия регулировочной характеристики карбюраторного двигателя по углуопережения зажигания, выявить характер ее протекания, установить оптимальное значение угла опережения зажигания для заданной частоты вращения вала двигателя.

Оборудование и приборы: двигатель ЗМЗ-66; тормозной стенд типа СТЭУ-28; устройство и приборы для замера расхода топлива, частоты вращения и време­ни; устройство для установки и измерения угла опережения зажигания.

Общие положения

Цель снятия характеристики по зажиганию – выявить характер протекания мощностных и экономических показателей двигателя в зависимости от угла опережения зажигания и определить наивыгоднейшее его значение для исследуемого режима работы.

Углом опережения зажигания называется угол поворота коленчатого вала двигателя от момента подачи искры до прихода поршня в ВМТ. Очевидно, что при различных частотах вращения вала двигателя должны устанавливаться различные углы опережения зажигания.

Установка того или иного угла опережения зажигания производится поворотом корпуса прерывателя-распределителя. При повороте корпуса прерывателя-распределителя против часовой стрелки, т.е. против вращения кулачка прерывателя, размыкание контактов последнего происходит раньше и угол опережения зажигания увеличивается (более раннее зажигание). При повороте корпуса прерывателя-распределителя по часовой стрелке, т.е. по направлению вращения кулачка прерывателя-распределителя, размыкание контактов происходит позже и угол опережения зажигания уменьшается (более позднее зажигания). Около корпуса прерывателя установлена шкала для фиксации его положения.

Измерение угла опережения зажигания производится с помощью безынерционной неоновой лампы, рефлектор которой направлен на шкиве вала. На шкиве вала нанесена метка, а около шкива неподвижно установлен диск с делениями, соответствующими градусам поворота коленчатого вала. Положение метки на шкиве вала против нулевой отметки диска соответствует положению поршня первого цилиндра в верхней мертвой точке. Неоновая лампа электрически соединена с проводом высокого напряжения, идущего на свечу первого цилиндра, поэтому в момент подачи искры лампа загорается и за счет стробоскопического эффекта метка на шкиве вала кажется неподвижной против того деления шкалы диска, которое соответствует установленному углу опережения зажигания.

Получение максимальной мощности и наилучшей топливной экономичности двигателя в основном зависит от организации процесса сгорания рабочей смеси. При этом происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую. Максимум этой энергии должен достигать при положении поршня в ВМТ. В этом случае увеличивается работа расширения газов, уменьшаются тепловые потери в стенку цилиндра и с выпускными газами, мощность двигателя повышается, а удельный расход топлива снижается.

На эффективность процесса сгорания в двигателе влияет большое количество факторов (состав смеси, частота вращения, температура смеси и т.д.), но основное влияние оказывают способы смесеобразования и воспламенения.

В карбюраторных двигателях применяются внешнее смесеобразование (топливовоздушная смесь приготовляется в карбюраторе и практически одинаковая) и принудительное воспламенение смеси из искры, возникающей на электродах свечи зажигания.

От момента начала воспламенения топлива будет зависеть и окончание процесса сгорания, т. к. сгорание топлива происходит не мгновенно, а в течение определенного промежутка времени. Поэтому чтобы процесс сгорания происходил вблизи ВМТ (для получения технико-экономических показателей двигателя), необходимо изменять и начало воспламенения смеси в зависимости от режима работы двигателя.

На рис. 1 показана развернутая индикаторная диаграмма по углу поворота ко­ленчатого вала двигателя (изменение давления в цилиндр двигателя по углу поворота вала двигателя). Пунктирной линией показано сжатие рабочей смеси при выключен­ном зажигании, а сплошной - действительная диаграмма, снятая при рабо­тающем двигателе.

Анализ рис. 1 показывает, что от момента подачи искры на электроды свечи (точка «с¢») до начала отрыва линии сгорания от линии сжатия (точка «с») проходит определенный промежуток времени (первый период сгорания), называемый периодом индукции. На рис. 1 он обозна­чен . В этот период происходит медленное распространение пламени от очага горения. От точки начала воспламенения смеси (точка «с») давление и температура в цилиндре двигателя резко возрастают и давление достигает максимальной величины в точке «z» (вблизи ВМТ на линии расширения).

Процесс основного сгорания принято считать окончившимся в точке «z», хотя точно определить окончание процесса затруднительно. Промежуток от точки «в» до точки «z» называется периодом видимого сгорания (второй период сгорания) За точкой «z» еще некоторое время происходит догорание топлива по линии расширения, которое заканчивается обычно после ВМТ на 10–20° угла поворота вала (третий период сгорания ).

z Т

Р, кгс

Т, °С

в

с P

с¢

, град

ВМТ

Рис. 1. Развернутая индикаторная диаграмма

карбюраторного двигателя по углу поворота коленчатого вала

Наличие этого периода нежелательно, т.к. он протекает с большими тепловы­ми потерями в стенку цилиндра. Регулировочная характеристика по углу опережения зажигания показана на рис. 2.

При позднем зажигании вследствие того, что процесс сгорания идет в увели­чивающемся объеме (поршень идет вниз), максимальные давления циклов снижаются, что, в свою очередь, приводит к уменьшению мощности двигателя, ухудшению его экономичности и значительному перегреву.

При увеличении углов опережения зажигания окончание процесса сгорания приближается к ВМТ, что приводит к увеличению максимальных давлений циклов, возрастанию мощности двигателя, уменьшению тепловых потерь в стенку и с отра­ботавшими газами. Удельные расходы топлива при этом снижаются

N_e, кВт N_e g_e

G_m, кг/ч

g_e, г/кВт G_m

g_e

Рис. 2. Регулировочная характеристика по углу опережения зажигания

Совпадение максимума мощности с минимумом удельного расхода топлива объясняется тем, что часовой расход топлива при сохранении постоянной частоты вращения вала и положении дроссельной заслонки мало изменяется. Они могут косвенно зависеть от других факторов (например, температуры выпускных газов, обогревающих впускной трубопровод), но эти факторы с изменением момента зажигания изменяются не в такой степени, чтобы сильно изменить интенсивность подогрева свежего заряда и тем самым часовой расход топлива.

Дальнейшее увеличение угла опережения зажигания приводит к значительному возрастанию максимальных давлений и температур процесса сгорания. Благодаря этому резко увеличивается время подготовки части смеси, вызывающей появление детонации. Детонирует обычно незначительная часть топлива, окисляющаяся в последнюю очередь, химическая подготовка которого закончилась раньше, чем к нему успел подойти фронт пламени.

Перемещающаяся с большой скоростью взрывная волна, возникающая при детонационном сгорании, вызывает удары о стенки цилиндра и поршни. Последние, вибрируя, издают резкий металлический стук. Одновременно с этим в результате быстрого перемещения волны заметно увеличивается теплопередача в стенку. Это приводит к уменьшению мощности двигателя с одновременным увеличением расхода топлива.

Можно выделить следующие внешние признаки проявления детонации: резкие металлические звуки; повышение температуры головки цилиндров; перегрев двигателя; черная окраска отработавших газов; падение мощности двигателя; увеличение расхода топлива.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что даже при одной и той же частоте вращения вала двигателя и постоянном положении дроссельной заслонки существует наивыгоднейший угол опережения зажигания, при котором мощность двигателя максимальна, а удельный расход топлива минимальный.

В условиях эксплуатации при работе двигателя меняются его частота вращения и нагрузка. С увеличением частоты вращения уменьшается время, отводимое на процессы в двигателе. При возрастании частоты вращения несмотря на увеличение скорости движения смеси в процессе впуска и ее турболизацию, которые приводят к увеличению скорости топлива, относительное время процесса сгорания топлива увеличивается, что затягивает процесс сгорания и ухудшает экономичность двигателя.

Очевидно, что для организации наивыгоднейшего процесса сгорания топлива необходимо увеличить угол опережения зажигания. Для автоматического увеличения угла опережения зажигания при увеличении частоты вращения вала предусмотрен центробежный регулятор.

При дросселировании двигателя уменьшается количество свежей смеси, поступающей в цилиндры. В это же время благодаря стабилизации абсолютного количества остаточных газов в цилиндре относительное их количество резко возрастает. Увеличение относительной доли остаточных газов в рабочей смеси замедляет процесс сгорания. Поэтому для наивыноднейшего его протекания относительно ВМТ увеличивают угол опережения зажигания. Это мероприятие, естественно, не увеличивает скорость сгорания смеси и не сокращает продолжительности сгорания, но более раннее воспламенение смеси обеспечивает своевременно окончание процесса сгорания относительно ВМТ.

Ухудшение экономичности двигателя при дросселировании, характеризуемое возрастанием удельных расходов топлива, объясняется значительным ухудшением процесса смесеобразования, увеличением относительной теплоотдачи в стенку и возрастанием относительных механических и насосных потерь. Чтобы избежать этих нежелательных явлений, необходим вакуумный регулятор, который увеличивает момент подачи искры при работе двигателя на постоянной частоте вращения и постоянно уменьшающемся открытии дросселя, при движении автомобиля с постоянной скоростью по дороге с уменьшающимся сопротивлением.

Регулировочные характеристики по углу опережения зажигания позволяют определить оптимальное его значение при данной частоте вращения данного положения дроссельной заслонки и получить исходные данные для проектирования центробежного и вакуумного регуляторов угла опережения зажигания.

Контрольно-измерительные операции:

Измерение частоты вращения.

Измерение крутящего момента.

Измерение расхода топлива.

Измерение угла опережения зажигания.

Установка зажигания.

Управление дроссельной заслонкой.

Управление нагрузочным реостатом.

Контроль за работой двигателем.

Предварительная обработка результатов наблюдений.

Построение контрольного графика.