内燃机原理内燃机负荷特性实验指导书

Preparedon24November2020内燃机原理内燃机负荷特性实验指导书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(1)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。(2)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(1)该实验使用大型设备，且消耗能源，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。(2)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。(3)实验时必须携带实验指导书、笔及纸。经实验指导教师核对后方能进行实验。(4)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。(5)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，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(1)功率测量原理（同内燃机外特性及部分速度特性实验）。(2)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(1)试验用内燃机一台。(2)功率测量设备1)水力测功机2)电力测功机(3)燃油消耗量测量(4)转速测量(5)压力测量、温度测量(6)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(1)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。(2)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。(3)实验数据的处理、实验报告的撰写。2.实验方法(1)检查仪器、仪表工作正常，接通燃油、冷却水通断阀。(2)起动内燃机，逐步将转速升高至标定转速，并使之稳定运转。(3)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。(4)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。(5)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。(6)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。(7)以功率Pe为横坐标，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(r/min)测功器读数F(N)转矩(Nm)功率Pe(kW)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(kg/h)燃油消耗率(g/kwh)1234567注：Ttq、Pe、GT、be是计算参数，Ttq＝FR(Nm)，R(m)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片所对应的耗油率be最低，为248g/kWh。该点所对应的功率Pe为。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/kWho而且排气温度较高(485'C)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be<265g/kWh时，功率有较宽广的范围，可以从14～19kW。若12h功率标定为18kW，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%=(kW)，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(1)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。(2)遵守《实验室管理规定》。保持实验场地整洁、卫生。(3)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相对湿度RH________％指导教师__________试验人________序号转速n(r/min)功率Pe(kW)油耗(kg/h)油耗率(g/kwh)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(r/min)测功器读数F(N)转矩(Nm)功率Pe(kW)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(kg/h)燃油消耗率(g/kwh)123456789101112注：Ttq、Pe、GT、be是计算参数，Ttq＝FR(Nm)，R(m)为测功机系数，由试验用测功机决定。序号123456789101112131415