А.С. Березин Транспортные двигатели

61

7.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Перед началом испытаний двигатель прогревают и затем устанавливают необходимый режим работы (число оборотов, положение дроссельной заслонки). Поворачивая корпус прерывателя-распреде- лителя, примерно подбирают угол опережения зажигания, обеспечивающий наибольшее для данного режима показание весов тормоза. Затем корпус прерывателя-распределителя смещают в сторону уменьшения угла опережения зажигания до тех пор, пока показания весов тормоза не снизятся на 10-15%, и производят необходимую коррекцию нагрузки, создаваемой тормозом, с тем, чтобы установить точно заданное число оборотов. После стабилизации теплового режима производят измерения усилий на весах тормоза, расхода воздуха и топлива, угла опережения зажигания.

Затем переходят к определению следующей точки характеристики, увеличив угол опережения зажигания на 2 4° пкв. Измерения производят после корректировки нагрузки и стабилизации теплового режима двигателя. По мере увеличения угла опережения зажигания, мощность двигателя (показания весов тормоза) будет сначала возрастать, а затем уменьшаться. Испытания прекращают, когда показание весов вновь уменьшаться на 2–3%. Желательно, чтобы после максимума мощности на кривой при ранних углах опережения зажигания было определено не менее двух экспериментальных точек.

Внекоторых случаях, при ранних углах опережения зажигания,

вдвигателе может возникнуть детонация. В этом случае дальнейшее увеличение опережения зажигания прекращают, а в протоколе испытаний отмечают появление детонации.

Чтобы избежать детонации, при определении характеристики по углу опережения зажигания, как правило, применяют топливо с заведомо большим октановым числом, чем это необходимо при обычной работе двигателя.

Таким образом, получается регулировочная характеристика для одного режима работы двигателя. Для получения характеристики центробежного регулятора необходимо построить серию регулировочных характеристик для нескольких скоростей вращения коленчатого вала, но при неизменном положении дроссельной заслонки.

Затем, выбирая из каждой регулировочной характеристики ϕ 3опт и соответствующую ему скорость, строят характеристику цен-

тробежного регулятора угла опережения зажигания (Рис. 20)

62

3,град

P=40кг

40

35

30

25

20

500	1000 1500 2000	n, об/мин
	Рис. 20

7.4. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать протокол испытаний с результатами измерений и расчетов, а также графики на миллиметровой бумаге размером 210х 297 мм.

7.5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что называется утлом опережения зажигания ?

2.Что называется регулировочной характеристикой по углу опережения зажигания ?

3.Сколько и какие фазы горения различают в карбюраторном двигателе ?

4.Как должны располагаться фазы горения относительно ВМТ ?

5.Как изменяются максимальные давления и температура цикла при изменении угла опережения зажигания ?

6.Как влияет режим работы двигателя (скорость, нагрузка) на величину оптимального утла опережения зажигания ?

7.Как осуществляется на двигателе автоматическая коррекция угла опережения зажигания при изменении режима работы ?

8.Какова методика снятия регулировочной характеристики по углу опережения зажигания ?

9.Как получить характеристики центробежного и вакуумного регуляторов ?

63

Лабораторная работа № 8

РЕГУЛИРОВОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО СОСТАВУ СМЕСИ

8.1. ЦЕЛИ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Цели работы - закрепление материала лекций по теории рабочих процессов автомобильных двигателей, экспериментальное построение регулировочной характеристики карбюраторного двигателя по составу смеси.

После изучения теоретических положений, изложенных ниже, запускают двигатель, прогревают на малой нагрузке и устанавливают режим работы по указанию преподавателя. Затем изменяют состав смеси и для различных значений α измеряют необходимые для построения регулировочной характеристики значения показателей рабочего процесса двигателя. По результатам испытаний оформляют отчет. Работа расcчитана на 2 часа.

8.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Показатели работы двигателя в значительной мере зависят от состава горючей смеси, т.е. от соотношения топлива и воздуха в смеси, поступающей в цилиндр двигателя. Состав горючей смеси принято оценивать по величине коэффициента избытка воздуха α представляющего отношение действительного количества воздуха в смеси к тому количеству, которое теоретически необходимо для полного сгорания всего поданного топлива.

α	=	Gв	,	(8.1)
		! G
		o t

где Gв - часовой расход воздуха, кг/ч; Gt - часовой расход топлива, кг/ч;

!o - количество воздуха, теоретически необходимое для

полного сгорания I кг топлива. Для бензина обычного состава !o =14,9 кг воздуха/кг топлива.

64

Если топливовоздушная смесь содержит такое количество воздуха, которое теоретически необходимо для полного сгорания содержащегося в смеси топлива, то такая смесь называется нормальной или стехиометрической (α = 1) Если имеет место недостаток воздуха, то такая смесь называется богатой (α < 1 ). Если воздух в избытке - смесь бедная α > 1. Иногда при небольших отличиях α от 1 пользуются терминами «обогащенная» или «обедненная» смесь. И если α намного больше или меньше 1, то пользуются терминами «переобеднённая» или «переобогащенная» смесь.

Следует отметить, что при α ≥ 1 может иметь место неполнота сгорания топлива. Причина - низкое качество смесеобразования, т.е. топливо плохо распылено и испарилось не полностью. Такая неполнота сгорания называется физической. При α < 1 полное сгорание невозможно в принципе, насколько полным бы ни было испарение топлива. Такая неполнота сгорания называется химической.

Продукты сгорания бедных смесей состоят в основном из углекислого газа, паров воды, азота и избыточного кислорода. Продукты сгорания богатых смесей содержат углекислый газ, окись углерода, пары воды, водород, азот. Кроме того, продукты сгорания могут содержать в небольших количествах окислы азота, альдегиды, углеводороды и др.

При обогащении смеси вследствие неполноты сгорания индикаторный КПД двигателя снижается (рис. 21).

Pi

i Pi

.

.

i

Предел эффективного обеднения смеси

Богатые смеси 1,0 Бедные смеси

Рис. 21

65

Теоретически при α =1,0 должно происходить полное сгорание топлива. Однако из-за недостаточной однородности рабочей смеси, а также в результате диссоциации продуктов сгорания, неполное сгорание возможно и при нескольких обедненных смесях. Поэтому окись углерода и водород могут наблюдаться в отработавших газах вплоть до α =1,05 1,1. Это является одной из причин заметного увеличения индикаторного КПД при некотором обеднении смеси выше α =1,0. Индикаторный КПД теоретически должен непрерывно, хотя и не очень, увеличиваться (пунктирная линия на рис. 21), так как из-за уменьшения температуры в процессах сгорания, расширения и снижения теплоемкости продуктов сгорания уменьшается доля теплоты, отводимой с отработавшими газами, а также сокращаются потери тепла из-за диссоциации продуктов сгорания.

Однако вследствие ухудшения протекания воспламенения и сгорания бедных смесей, начиная с определенного значения α , которое называется пределом эффективного обеднения смеси, индикаторный КПД начинает быстро падать.

Рассмотрим влияние состава смеси на среднее индикаторное давление. Казалось бы, что наибольшее среднее индикаторное давление должно быть при стехиометрическом составе смеси (α =1,0). При обеднении смеси среднее индикаторное давление должно падать, так как в цилиндр подается все меньше и меньше топлива, и, следовательно, уменьшается количество выделившегося тепла. При обогащении смеси среднее индикаторное давление также должно уменьшатся, так как топлива вводится больше, но из-за недостатка кислорода в смеси происходит неполное сгорание топлива, и в конечном счете количество выделяемого тепла уменьшается. В действительности наибольшее значение среднего индикаторного давления Pi , а следовательно, и наибольшее при данном числе оборотов зна-

чение мощности двигателя достигаются не при стехиометрическом составе смеси, а при несколько обогащенных смесях (α =0,85 0,95). При обеднении смеси и обогащении её от этого предела среднее индикаторное давление уменьшается (см. рис. 21). Смещение максимума в сторону обогащенных смесей объясняется следующими основными причинами:

1) при некотором обогащении смеси количество тепла, выделяющегося в цилиндре, достигает максимума, так как из-за неидеального перемешивания смеси полное использование воздуха возможно

66

лишь при определенном избытке топлива. Большему выделению тепла способствует и уменьшение потерь тепла, связанных с диссоциацией продуктов сгорания;

2)наибольшая скорость горения, а следовательно, и наиболее полное превращение тепла в работу наблюдаются при несколько обогащенных смесях;

3)по мере обогащения смеси от α =1 увеличивается коэффициент молекулярного изменения смеси при сгорании.

Коэффициент избытка воздуха, при котором достигаются максимум мощности и максимум экономичности двигателя, не является постоянной величиной. Его значение зависит от конструктивных особенностей двигателя, определяющих совершенство процессов смесеобразования и сгорания, а также от режима работы двигателя. Для каждого двигателя эти пределы определяются экспериментально, на основании регулировочных характеристик по составу смеси.

Регулировочной характеристикой двигателя по составу смеси

называется зависимость	показателей рабочего процесса двигателя
( N e , M e , Gt , ge и др.)	от состава смеси при постоянной скорости

вращения коленчатого вала и постоянном положении дроссельной заслонки.

Регулировочные характеристики позволяют:

1.Определить предельные мощностные и экономические показатели для каждого положения дроссельной заслонки на данном скоростном режиме.

2.Выбрать или оценить регулировку топливной аппаратуры.

3.По значениям коэффициента избытка воздуха при максимуме мощности и при минимуме удельного расхода топлива в первом приближении оценить степень совершенства процессов смесеобразования и сгорания.

На рис. 22 показана регулировочная характеристика двигателя, снятая при полном открытии дросселя и n = Const .

Максимум мощности в данном случае достигается при коэффициенте избытка воздуха α мощ = 0,82 , который называется мощност-

ным составом смеси, а минимум удельного расхода топлива при α =1,07, который называется экономичным составом смеси. Как уже отмечалось, ухудшение мощности и экономичности двигателя при обогащении смеси ниже α мощ обусловлено в первую очередь увели-

67

чением потерь тепла из-за химической неполноты сгорания топлива. При обеднении смеси более α =1 мощность уменьшается, так как все меньше и меньше топлива вводится в цилиндры двигателя (в тот же объем воздуха), а топливная экономичность двигателя улучшается из-за более полного использования выделившегося тепла. При составах смеси беднее α эк начинается быстрое увеличение удельного рас-

хода топлива, так как при обедненных смесях ухудшается (замедляется) протекание процесса воспламенения и сгорания смеси в двигателе. При сильном обеднении смеси работа двигателя становится неустойчивой вплоть до появления перебоев (т.е. прекращения сгорания) в некоторых цилиндрах.

Из сказанного следует, что реальные регулировки карбюратора

должны находиться всегда между α					мощ и α				эк , т.е. внутри зоны регу-
лирования, показанной на рис. 22.
	N e , л.с.
80					N e
76															Gt , кг/ч
72
															24
68															22
64								Gt							20
															18
60															16
															14
ge															12
300
280
260								ge
240
220
200
			мощ					эк
	0,7 0,8 0,9 1,0				1,1				1,2

Рис. 22

68

При полном открытии дросселя необходимо получить от двигателя наибольшую мощность. Однако обычно при этом не устанавливают мощностной регулировки. Нормальную регулировку карбюратора при полном открытии дросселя выбирают несколько беднее мощностного состава, но так, чтобы мощность не снижалась больше чем на 1-2%. При частичном открытии дросселя, когда важно обеспечить экономичную работу двигателя, регулировка карбюратора должна устанавливаться вблизи от экономичного состава смеси, оставаясь все же несколько богаче этого предела. Это связано с тем, что при эксплуатации из-за осмоления жиклеров, а также в процессе разгона автомобиля возможно обеднение смеси, подаваемой в двигатель. Обеднение же смеси выше предела эффективного обеднения ведет к быстрому ухудшению экономичности и стабильности работы двигателя.

При изменении скоростного или нагрузочного режима работы двигателя пределы регулирования изменяются. Особенно заметно с уменьшением нагрузки снижается предел эффективного обеднения смеси, так как при прикрытии дросселя резко ухудшаются условия воспламенения и сгорания смеси.

Основными причинами ухудшения воспламенения и уменьшения скорости сгорания при дросселировании являются:

а) уменьшение плотности и температуры заряда в момент воспламенения,

б) уменьшение энергии искрового разряда, которая зависит от плотности смеси,

в) уменьшение концентрации топлива в рабочей смеси, так как горючая смесь, поступающая в цилиндр, в большей степени разбавляется остаточными газами,

г) уменьшение турбулентности смеси в цилиндре.

Практически у современных карбюраторных двигателей предел эффективного обеднения смеси при полностью открытом дросселе соответствует α =1,1 1,25 и уменьшается по мере прикрытия дрос-

селя до α =0,7 1,0.

8.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Определение регулировочной характеристики карбюраторного двигателя производится при постоянном положении дроссельной за-

69

слонки и постоянном числе оборотов путем изменения количества подаваемого топлива.

Определение характеристики начинают с переобогащённых смесей. Затем, постепенно уменьшая расход топлива, обедняют смесь вплоть до прекращения устойчивой работы двигателя. Постоянство числа оборотов при всех значениях расхода топлива обеспечивается регулированием нагрузки, создаваемой тормозом.

Как правило, при каждом расходе топлива подбирается свой наивыгоднейший угол опережения зажигания, по максимуму показаний весов тормоза.

После прогрева двигателя устанавливают режим работы по указанию преподавателя. Затем обогащают смесь до появления перебоев в работе двигателя. Корректируют тормозом скорость вращения коленчатого вала и измеряют усилие на весах тормоза, время расхода порции топлива τ , часовой расход воздуха (показания дифференциального манометра).

Затем, обедняя смесь и корректируя скорость повторяют перечисленные измерения до появления перебоев в работе двигателя, связанных с переобеднением смеси.

8.4. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать протокол испытаний с результатами измерений и расчетов, а также графики на миллиметровой бумаге размером 210х297 мм.

8.5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что называют коэффициентом избытка воздуха ? Какие смеси называются богатыми, бедными и стехиометрическими ?

2.Почему мощность и экономичность двигателя изменяются при изменении коэффициента избытка воздуха ?

3.Какие продукты сгорания содержатся в отработавших газах при работе двигателя на богатых и на бедных смесях ?

4.Что называют пределом эффективного обеднения смеси ? Что ограничивает его величину в карбюраторном двигателе?

5.Почему наибольшее значение Pi и мощности двигателя достигается при обогащенной смеси (α =0,85 0,95), а не при сте-

70

хиометрическом составе ?

6.Что называется регулировочной характеристикой по составу смеси ? Для чего она определяется ?

7.Каков порядок испытаний при определении регулировочной характеристики по составу смеси? Каким образом регулируется подача топлива при снятии характеристики?

8.Что такое зона регулирования, мощностной и экономический составы смеси и каковы их значения в современных двигателях?

9.Как на основании регулировочной характеристики по составу смеси выбрать регулировку карбюратора при работе с пол-

ностью открытым дросселем и при частных нагрузках ?

10.Почему при прикрытии дросселя уменьшается коэффициент избытка воздуха, соответствующий экономическому составу смеси?