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1、内燃机负荷特性实验指导书课程名称：内燃机原理试验名称：内燃机负荷特性试验试验课时：2学时针对专业：热能与动力工程车用内燃机方向一、实验目的及要求实验目的 掌握内燃机负荷特性的试验方法。1 通过实验掌握内燃机负荷的加载方法和转速、油耗率的测量方法。2 掌握内燃机功率、转速、油耗等测量仪器设备的选择、操作、使用方法。3 熟悉负荷特性试验测试数据的分析和处理方法。 通过实验,学习绘制、分析内燃机负荷特性曲线。1 依据原始数据和处理的数据,绘制内燃机负荷特性曲线。2 通过分析负荷特性曲线评价内燃机在规定转速下,内燃机部分负荷的经济性,并为合理选用和调整内燃机提供依据。实验要求 该实验使用大型设备,且消
2、耗能源,考虑教学效果与合理利用资源及降低能源消耗等因素,每次参加试验的学生为10人左右。 实验前,复习内燃机负荷特性试验的相关内容,认真阅读实验指导书及附录中相关实验仪器设备的介绍。 实验时必须携带实验指导书、笔及记录纸。经实验指导教师核对后方能进行实验。 实验中,按照指导教师的要求操作仪器设备,准确观测、记录数据,按步骤进行试验。 实验后,正确处理实验数据,绘制内燃机负荷特性曲线,分析内燃机在某转速下的负荷特性,认真撰写实验报告。二、实验预习及准备实验原理1.负荷特性的定义当转速n保持不变时,内燃机某些性能参数随负荷的改变而变化的关系称为负荷特性。如图1,图2所示。这些参数主要有小时耗油量B
3、,燃油消耗率be。根据需要还可以增加排气温度、过量空气系数及排气烟度等。 图 1 柴油机负荷特性曲线 图2 汽油机负荷特性曲线 2.负荷特性试验的作用负荷特性表明在某规定转速下,各种不同负荷时的耗油率be随功率Pe变化的关系。通过特性曲线可以找出内燃机所能达到的最大功率Pemax和最低耗油率bemin。还可用来评价标定工况下的经济性,判断功率标定的合理性以及有关调整的正确性。 3.试验原理 功率测量原理同内燃机外特性及部分速度特性实验。 燃油消耗率的测量原理同内燃机外特性及部分速度特性实验。实验设备及仪器 试验用内燃机一台。 功率测量设备 1 水力测功机 2 电力测功机 燃油消耗量测量 转速测
4、量 压力测量、温度测量 烟度测量仪器实验技术标准及规范1.技术标准QC/f524-1999汽车内燃机性能试验方法。实验课时本实验为2学时。三、实验内容与方法实验内容与方法1.实验内容 内燃机有效性能参数B、be等随功率Pe的改变而变化的试验。 保障内燃机正常工作时的冷却水温度、机油温度、机油压力、排气烟度的试验。 实验数据的处理、实验报告的撰写。2.实验方法 检查仪器、仪表工作正常,接通燃油、冷却水通断阀。 起动内燃机,逐步将转速升高至标定转速,并使之稳定运转。 稍加负荷,待达到稳定的热状态后开始试验。可分别按标定功率的25%、50%、 75%、90%、100%、110%等不同工况,逐步增加负
5、荷。在试验中,每调节一次负荷,应同时调节油门位置,使转速保持不变。 在每一个工况下,测量2-3次消耗一定量燃油所需要的时间。燃油质量的多少,可根据负荷的大小来进行选择。当负荷较小时,可取50g；当负荷较大时,可取100-200g或更多一些。在测完110%负荷后,再测量1-2个点,直至油门调节至最大限制位置,并且再稍加负荷转速就要下降为止,以找出极限功率。 各次测量均需同时记录下列参数：测功机读数,消耗燃油的质量及所用的时间。可选择记录下列参数：排气温度、冷却水温度、机油温度和压力等。 计算扭矩Ttq、功率Pe、小时耗油量B和耗油率be连同上述各参数值,一起填入表1所示的表格中。 以功率Pe为横
6、坐标,分别以be,B及其他所选择的参数为纵坐标,画出曲线,就可得到如图1,图2所示的负荷特性曲线参考。表1 负荷特性试验数据记录表时间_年_月_日 地点_ 内燃机型号_测功机型号_ 室温_ 大气压力_mmHg相对湿度RH_ 指导教师_ 试验人_序号转速n测功器读数F转矩 功率Pe燃油消耗量出水温度排气温度机油温度燃油温度机油压力kPa烟度测量油量g测量时间s小时耗油量燃油消耗率1234567注：Ttq、Pe、GT、be是计算参数,TtqFR,R为测功机系数,由试验用测功机决定。3.特性曲线的分析参考示例 从图1所示的负荷特性曲线可以看出,在be曲线上,有3个特殊点a、 b、 c。其中a片所对应
7、的耗油率be最低,为248g/kWh 。该点所对应的功率Pe为17.5kW 。所以,此功率即为最经济功率。c点所对应的功率为21kW是该内燃机所能输出的最大功率。但此时耗油率较高,为280g/kWh o而且排气温度较高排气冒烟较严重。如果继续增加负荷,不仅转速不能稳定,而且功率和转速反而下降,故称为极限功率或冒烟界限。b点所对应的功率为19.7kW称为切点功率。通常将切点功率作为标定功率。这样就既考虑了经济性,又考虑了动力性。也就是说既能够获得较大的功率,又能够使耗油率较低。 从图1中可看出,当该内燃机的be265g/kWh时,功率有较宽广的范围,可以从1419kW 。若12h功率标定为18k
8、W,则不但经济功率范围宽广,而且还具有一定的功率储备。其持续功率为18x90%=16.2 ,耗油率be在258g/kWh以下,接近经济功率。因此,可将该柴油机的12h功率标定为18kW。并从试验中验证,当它以18kW运转时,其排温不高,烟色清晰,水温、机油温度均正常,则标定是正确的。下面分析be曲线的变化规律：当内燃机空转时,负荷为0,则输出的有效功率Pe=0。此时,内燃机的指示功率完全消耗在本身内部的机械损失上。所以be曲线很陡。负荷增加时,内燃机的输出功率Pe相应增加,机械效率提高,使be迅速降低。当负荷增加到a点时,be最低。若负荷继续增加,循环供油量也相应增加,由于转速不变,进气量增加
9、不多,燃烧性能变坏,又因为这时Pe已经较大,再增加的幅度减小,当超过一定的限度冒烟极限点C后,Pe反而会下降。因此,耗油率be。曲线就形成如图1所示的形状了。实验注意事项 仔细阅读设备仪器操作规程,领会设备仪器的使用性能,认真学习设备仪器的操作,在得到指导教师的允许后方可操作设备仪器。注意个人安全和设备安全,严防违规操作。实验室严禁烟火。 遵守实验室管理规定。保持实验场地整洁、卫生。 实验完毕,整理实验现场,保养设备仪器。四、实验报告1实验数据整理将整理后的实验数据和计算结果填入表2中。表2 总功率试验数据记录表时间_年_月_日 地点_ 内燃机型号_测功机型号_ 室温_ 大气压力_mmHg相对
10、湿度RH_ 指导教师_ 试验人_序号转速n功率Pe油耗油耗率水温油温油压kPa烟度123456789102作图绘制实验设备仪器的连接简图；绘制内燃机负荷特性试验曲线。3实验分析1分析内燃机在某转速下的经济性。2分析内燃机油耗随转速改变而变化的规律及内燃机经济使用范围。3分析内燃机冷却水温度、机油温度、机油压力在试验中的变化规律及是否在正常范围内。4对该内燃机的动力性、经济性等技术状态进行评价。5问题与建议。负荷特性试验数据记录表时间_年_月_日 地点_ 内燃机型号_测功机型号_ 室温_ 大气压力_mmHg相对湿度RH_ 指导教师_ 试验人_序号转速n测功器读数F转矩 功率Pe燃油消耗量出水温度排气温度机油温度燃油温度机油压力kPa烟度测量油量g测量时间s小时耗油量燃油消耗率123456789101112注：Ttq、Pe、GT、be是计算参数,TtqFR,R为测功机系数,由试验用测功机决定。序号123
