Методика измерения расхода воздуха

Для определения часового расхода воздуха двигателя чаще ис­пользуют метод измерения при помощи острой диафрагмы на спе­циальной установке (рис. 4) [14].

Установка состоит из впускной трубы 3, диафрагмы 4, водяного дифференциального манометра 2, измеряющего перепад давлений до и после диафрагмы, и рессивера 1 для успокоения колебаний воздуха во впускной трубе (объем рессивера должен превышать рабочий объем цилиндра двигателя не менее чем в 200 раз). Диафрагма, помещенная во впускной измерительной трубе, дрос­селирует воздушный поток. Диаметр отверстия диафрагмы выби­рается с таким расчетом, чтобы сопротивление всей установки было равно сопротивлению воздухоочистителя, снимаемого с дви­гателя'.

На рис. 5 показан разрез диафрагмы, установленной в изме­рительной трубе. Ось диафрагмы должна совпадать с осью трубы.

Действительный часовой расход воздуха рассчитывают по фор­муле:

где А — заданная величина; — разность давлений в трубе и диафрагме, мм вод. ст. дифференциального манометра; —

плотность воздуха,

Постоянную величину А, представляющую собой произведение различных коэффициентов, подсчитывают для разных диаметров отверстий диафрагмы при определенном сечении измерительной трубы. Такие значения, подсчитанные для измерительной трубы диаметром 60 мм, приведены ниже.

Диаметр отверстия диафрагмы, мм 20 30 40 50

Значение А ' 3,1 6,95 13,55 24,2

4.4. Методика обработки результатов испытаний, определение основных показателей работы двигателя

Все экспериментально полученные данные обрабатываются и заносятся в журнал испытания. Неооходимые расчеты выполня­ются по следующим зависимостям [1 — 3, 5, 6, 8, 9].

Крутящий момент двигателя устанавливается из выра­жения

где — усилие на рычаге тормоза, кгс; — длина плеча рычага тормоза, м; — соответственно передаточное число

и КПД передачи от вала двигателя к валу тормоза.

Чаще у стендов длина плеча рычага тормоза и

вал двигателя соединен с валом тормоза напрямую (, ). Поэтому крутящий момент М_к рассчитывается по фор­мулам

Когда известны эффективная мощность и частота вращения

коленчатого вала п, крутящий момент можно подсчитать по фор­муле

Значение крутящего момента двигателя при номинальной ча­стоте вращения, соответствующее номинальной мощности, назы­вается номинальным крутящим моментом

Максимальный крутящий момент — максимальное зна-

чение крутящего момента двигателя по скоростной характеристике при полном открытии дросселя или при полной подаче топлива (указывается, при какой частоте вращения). При наличии кор­ректора подачи топлива определяется при работе двигателя

с корректором.

Номинальный коэффициент запаса крутящего момен­та (%) — отношение разности между максимальным и но­минальным крутящими моментами к номинальному крутящему моменту:

Эффективная мощность — это мощность двигателя, от­даваемая потребителю, т. е. вся полезная мощность. Она опре­деляется по зависимости

При известных значениях крутящего момента и частоты

вращения п эффективная мощность может быть вычислена по формуле

Через среднее эффективное давление и частоту враще-

ния п эффективная мощность рассчитывается следующим образом:

где — объем одного цилиндра, л (дм³); i — число цилиндров;

— тактность двигателя, для 2-тактных двигателей г = 2, для 4-тактных =4.

Номинальная мощность— назначаемая пред-

приятием-изготовителем эффективная мощность дизеля при но­минальной частоте вращения, положении органов управления ре­гулятора частоты вращения, соответствующем полной подаче топ­лива, стандартных атмосферных условиях, температуре и плот­ности топлива. Дизель, установленный на испытательном стенде,

должен быть без вентилятора, воздухоочистителя, глушителей шу­ма выпуска и впуска, искрогасителя, выпускной трубы и нейт­рализатора отработанных газов, а также без оборудования, по-

\ требляющего мощность двигателя, но не обслуживающего его.

) Эксплуатационная мощность — назначаемая

предприятием-изготовителем эффективная мощность дизеля при номинальной частоте вращения, положении органов управления регулятора частоты вращения, соответствующем полной подаче топлива, стандартных атмосферных условиях, температуре и плот­ности топлива. Дизель, установленный на испытательном стенде, должен быть укомплектован всем обслуживающим его оборудо­ванием независимо от того, установлено оно на дизеле или трак­торе, сельскохозяйственном комбайне или другой самоходной сель­скохозяйственной машине, для которой этот дизель предназначен; оборудование, не обслуживающее дизель, но потребляющее его мощность, должно быть отключено или снято, а в том случае, если это не предусмотрено конструкцией, должно работать без нагрузки.

Мощность нетто — эффективная мощность уста-

новленного на испытательном стенде дизеля при положении ор­ганов управления регулятора частоты вращения, соответствующем полной подаче топлива. Дизель должен быть укомплектован всем обслуживающим его оборудованием, в том числе радиатором си­стемы охлаждения, независимо от того, установлено оно на дизеле ^х) или тракторе (комбайне, другой сельскохозяйственной машине), для которого этот дизель предназначен. Оборудование, не обслу­живающее дизель, должно быть отключено или снято, а в случае, если это не предусмотрено конструкцией, должно работать без нагрузки. Капот должен быть снят. Мощность нетто определяют у дизелей, предназначенных для экспорта.

Приведенная мощность нетто — мощность

нетто при давлении сухого воздуха 99 кПа и температуре окру­жающего воздуха 25 °С.

Максимальная мощность нетто — наи-

большее значение мощности нетто, полученное во время испы­таний.

Максимальная мощность — наибольшее зна-

чение эффективной мощности установленного на испытательном стенде дизеля при положении рычага управления регулятором ча­стоты вращения, соответствующем полной подаче топлива.

Номинальная частота вращения — частота

вращения коленчатого вала дизеля, при которой предпри-

ятием-изготовителем Назначаются номинальная и эксплуатацион­ная мощности.

Индикаторная мощность — мощность двигателя, соответ­ствующая индикаторной работе цикла,

где — мощность механических потерь, кВт.

Индикаторная мощность при известном среднем индикаторном давлении может быть найдена по формуле

Мощность механических потерь — это мощность, за-

трачиваемая внутри двигателя на преодоление трения в движу­щихся деталях, между движущимися деталями и воздухом, на привод вспомогательных механизмов, на насосные потери. Она определяется методом прокрутки двигателя от динамометра, ме­тодом выключения цилиндров, методом выбега и др.

Мощность механических потерь методом прокрутки находится по зависимости

Если известно условное давление механических потерь р_мп, то N_Mn определяется по формуле

Средним индикаторным давлением р_{ называется условное по­стоянное давление газов в цилиндре, при котором произведенная ими за один такт работа равна индикаторной работе цикла:

При известной индикаторной мощности р_; рассчитывается по формуле

(.

Среднее эффективное давление р_е представляет собой услов­ное постоянное давление в цилиндре двигателя, при котором произведенная в нем за один такт работа равна эффективной работе цикла, При известной эффективной мощности р_е находится

по формуле

При заданном значении крутящего момента двигателя р_е мож­но рассчитать по формуле

Условное среднее давление механических потерь — часть

среднего индикаторного давления, затрачиваемого на преодоление механических потерь двигателя:

Через мощность механических потерь можно представить зависимостью

Расход топлива (кг/ч) — расход топлива за 1 ч на за­данном режиме работы двигателя. При испытании он определяется следующим образом:

где — масса дозы топлива, израсходованного за время замера, г; — продолжительность работы двигателя за время опыта, с. Удельный расход топлива — масса топлива, рас-

ходуемая в двигателе за 1 ч, отнесенная к соответствующей эф­фективной мощности:

Через теплоту сгорания и эффективныйвыразится

следующей зависимостью:

где — низшая теплотворная способность топлива, МДж/кг, для дизельного топлива = 42,7 МДж/кг; — эффективный КПД двигателя.

Удельный индикаторный расход топлива (г/(кВтч)) — масса топлива, расходуемая двигателем за 1 ч, отнесенная к еди­нице индикаторной мощности:

или

где — индикаторный КПД.

Цикловая подача топлива (г/цикл) — количество топлива, расходуемое на один цикл работы двигателя:

Степень неравномерности регулятора частоты вращения вычисляется по формуле

где— максимальная частота вращения холостого хода,

об/мин; — частота вращения, при которой дизель развивает 90 % эксплуатационной мощности при работе по регуляторной ветви регуляторной характеристики, об/мин.

Теоретический расход воздуха (кг/ч) — расчетное ко-

личество расходуемого двигателем воздуха без учета потерь на впуске:

Здесь

где — давление окружающего воздуха, кПа; — тем-

пература окружающего воздуха,

Действительный расход воздуха (кг/ч) — измеренное ко­личество воздуха, израсходованного двигателем.

Коэффициент наполнения представляет собой отношение действительного весового количества свежего заряда, поступив-

шего в цилиндры двигателя, к весовому количеству свежего за­ряда, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндров при атмосферных давлении и температуре окружающего двигатель воздуха:

или

Коэффициент избытка воздуха характеризует каче-

ственный состав топливно-воздушной смеси и рассчитывается по формуле

где — количество воздуха, теоретически необходимое для

полного сгорания 1 кг топлива, кг, для дизельного топлива = 14,3 кг, для бензинов = 14,8 кг.

4.5. Приведение параметров двигателя во время испытаний к стандартным условиям

Мощность, крутящий момент, среднее эффективное давление, часовой и удельный расходы топлива при номинальной частоте вращения и положении органов регулятора частоты вращения, соответствующем полной подаче топлива, а также на режимах максимальной мощности и максимального крутящего момента (кроме мощности нетто и максимального крутящего момента нет­то) следует приводить к стандартным атмосферным условиям, тем­пературе и плотности топлива. Это допускается на всех ре­жимах при снятии регуляторной и (или) скоростной характери­стики [3 ].

Стандартными атмосферными условиями считаются: атмосфер­ное давление — 101,3 кПа; температура воздуха — 20 °С; от­носительная влажность воздуха — 50 %.

Стандартную температуру топлива принимают равной 20 °С, а его стандартную плотность — 0,830 т/м³ при 20 °С.

Приведенные мощность , крутящий момент , среднее эффективное давление и удельный расход топлива рас­считывают по формулам

где — коэффициенты приведения соответственно мощ-

ности и удельного расхода топлива.

Коэффициенты приведения определяют по следующим форму­лам:

ще— плотность топлива при 20 , (рассчитывают

по ГОСТ 3900—85);

— изменение атмосферного давления по сравнению со

стандартным, кПа,

— изменение парциального давления водяного пара по сравнению с парциальным давлением при стандартных атмосфер­ных условиях, кПа,

— парциальное давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, кПа, определяемое по данным, при­веденным ниже.

Температура

воздуха, 0 10 20 30 40 50 60 70

Парциальное давле­ние насыщенного водяного пара, кПа 0,6 1,2 2,3 4,2 7,4 12,3 19,9 31,2

At_окр— изменение температуры окружающего воздуха по срав­нению со стандартной, ,

— изменение температуры топлива по сравнению со стан­дартной, ,

— поправочный коэффициент, соответствующий изменению атмосферного давления на 1 кПа, ;

— поправочный коэффициент, соответствующий изменению

парциального давления водяного пара на 1 кПа, 1/кПа;

— поправочный коэффициент, соответствующий изменению

температуры окружающего воздуха на , ;

— поправочный коэффициент, соответствующий изменению

температуры топлива на

Значения поправочных коэффициентов для 4-тактных дизелей без наддува и с турбонаддувом при изменении атмосферного дав­ления, температуры окружающего воздуха и топлива соответст­венно в пределах от 88 до 105 кПа и от 0 до 70 °С приводятся в табл. 2.

Таблица 2