Исследование рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания индицированием

 

8.1 Цель и содержание работы

Определение и анализ индикаторных и эффективных показателей двигателя на заданном режиме; сопоставление удельных показателей с аналогами; Ознакомление с устройством и принципом работы пневмоэлектрического индикатора МАИ-2; изучение и практическое применение методики снятия индикаторной диаграммы, её обработки и анализа; составление заключения о совершенстве испытанного двигателя.

Организационная форма занятия – в основу занятия положен метод экспериментального определения показателей работы силового агрегата с помощью приборов и оборудования тормозной испытательной установки.

.

8.2 Методические рекомендации

Под индицированием понимают экспериментальное определение индика­торных показателей двигателя: среднего индикаторного давления, индикатор­ной мощности и др. Наиболее точно их определяют на основе обработки инди­каторной диаграммы, записанной с помощью специального устройства – инди­катора, у которого датчик давления установлен в стенке камеры сгорания. При отсутствии индикатора применяют метод выключения цилиндров.

Метод выключения цилиндров принципиально основывается на условии, что потери на трение в двигателе не зависят от числа работающих цилиндров, следовательно, при выключении из работы одного из цилиндров уменьшение эффективной мощности ДВС равно индикаторной мощности этого цилиндра.

Этим методом параметры определяются приближенно ввиду того, что выключение сгорания в цилиндре изменяет температурные условия и условия смазывания и трения по сравнению с нормально работающим цилиндром, а за­траты мощности на газообмен в выключенном цилиндре не устраняются.

Работа, совершаемая газами в цилиндре двигателя, выражается в определенном масштабе, площадью индикаторной диаграммы, представляющей собой зависимости

P = ƒ ₁(v) при 18О°≤ φ≤360° и

P = ƒ ₂(v) при 360°< φ ≤540°, где

р – давление газов в цилиндре;

V – объем цилиндра, соответствующий углу поворота коленчатого вала.

Заменив площадь диаграммы равновеликим прямоугольником с длиной горизонтальной стороны, равной (в определенном масштабе) объему индицируемого двигателя, можно получить среднее давление р_i, которое представляет собой некоторое постоянное давление, условно действующее на поршень в течение одного такта. Зная р_i, легко подсчитать величину N_i, g_i (см. л.р. 1).

С помощью индикаторной диаграммы также определяется:

-сила давления газов, в том числе максимальная (по Рz);

-продолжительность фаз сгорания;

-степень повышения давления и жесткость работы двигателя.

Кроме того, при обработке диаграммы по специальной методике можно определить показатели политроп сжатия и расширения, текущие значения температуры газа, характеристику тепловыделения.

Приборы, служащие для получения индикаторных диаграмм, называются индикаторами, они делятся на две основные группы:

а) индикаторы, позволяющие получить индикаторную диаграмму каждого отдельного рабочего цикла;

б) индикаторы, позволяющие получить многоцикловые диаграммы, дающие характер изменения давления за несколько сотен циклов.

К группе б) принадлежит пневмоэлектрический индикатор стробоскопического типа с электроконтактными датчиками давления МАИ-2.

Индикатор МАИ-2 предназначен для индицирования поршневых ДВС с n ≤ 3500 мин^-1, в диапазоне изменения давлений от 0,02 до 15 мН/м² (0,2–150 кг/см²). Он позволяет получать диаграммы с размерами по оси давлений до 180 мм, по оси углов поворота – 360 мм. Индикаторная диаграмма получается путем фиксирования в координатах Р – φ отдельных точек рабочего цикла ДВС на вращающемся барабане, соединенном с валом исследуемого двигателя.

Конструктивно индикатор МАИ-2 выполнен из нескольких узлов, связанных между собой электрической и пневматической системами. Такими узлами являются: записывавшая часть, приемник давления, индуктивный отметчик ВМТ, индуктивный отметчик момента искрообразования, пульт управления.

Записывающая часть индикатора (рисунок 1) имеет измерительный механизм и барабан 9, на котором производится запись диаграммы. Измерительный механизм представляет собой пружинно-поршневой манометр, состоящий из гильзы 10, неподвижного плунжера II, подвижного плунжера 12, пружины 13 и разрядного штифта 14. Давление газа из пневмосистемы передается в измерительный механизм через жидкость, поступающую в гильзу из расширительного бачка 4 через полый плунжер II. Жидкость воздействует на подвижной плунжер 12, который растягивает пружину 13. Разрядный штифт 14 жестко связан с подвижным плунжером, нагруженный пружиной 13, поэтому его перемещение пропорционально давлению в пневмосистеме, а т. к. ось измерительного механизма параллельна оси барабана, то по его образующей расположена ось давления. Муфта 15 обеспечивает соединение барабана индикатора с валом ДВС всегда в одном положении друг относительно друга. По окружности барабана расположена шкала углов п.к.в.

Приемник давления 2 установлен в стенке КС испытуемого двигателя 1. Пневмосистема 3 соединена с верхней полостью приемника давления и расширительным бачком 4. Воздух или азот поступает в пневмосистему из баллона 5 через кран наполнения 6, а в атмосферу вытекает при открытии крана 7. Давление газа в пневмосистеме контролируется манометром 8. Газ, находящийся в пневмосистеме, воздействует на мембрану 18 приемника давления 2. С другой стороны на неё воздействует давление в цилиндре ДВС. При небольшом избытке давления в цилиндре (0,02 – 0,03) мН/м² мембрана будет прогибаться, касаться неподвижного контакта 17 и замыкать электрическую цепь. При равенстве или избытке давления со стороны пневмосистемы цепь будет разомкнута. Таким образом мембрана является чувствительным элементом, замыкающим или размыкающим цепь при изменении соотношения давлений в цилиндре и пневмосистеме. Контакт 17 приемника давления 2 соединен с тиратронным преобразователем 16, который при замыкании или размыкании цепи генерирует электрические импульсы высокого напряжения, поступающие на разрядный штифт 14. Между разрядным штифтом 14 и барабаном 9 в момент подачи импульса происходит искровой разряд, который оставляет на индикаторной бумаге, закрепленной на барабане, темную точку.

Для нанесения отметок ВМТ используется индуктивный датчик, устанавливаемый на картере вблизи маховика. На маховике установлен сердечник из мягкого железа. При нахождении поршня индицируемого цилиндра в ВМТ сердечник пересекает продольную плоскость симметрии

датчика – возникающий при этом импульс поступает в тиратронный преобразователь.

Для нанесения отметок момента подачи искры служит индукционный датчик, представляющий собой несколько витков изолированной проволоки на проводе высокого напряжения свечи зажигания индицируемого цилиндра. В момент искрообразования в датчике индуктируется импульс, также поступающий на тиратронный преобразователь.

Пульт управления объединяет электрическую и пневматическую системы. Тиратронный преобразователь пульта питается от сети 220 В. Экранированными проводами он соединяется с приемником давления, отметчиком ВМТ, отметчиком момента подачи высоковольтного импульса на свечу.

В результате совместной работы всех систем индикатора МАИ-2 при медленном изменении оператором давления в пневмосистеме от р > р_z до р₀ или от р₀ до р > р_z на индикаторной бумаге получают индикаторную диаграмму, состоящую из отдельных точек, принадлежащих разным циклам. При этом каждому рабочему циклу соответствует только 2 точки – одна на линии сжатия (когда мембрана 18 и контакт 17 замыкает электрическую цепь), другая – на линии расширения (когда мембрана 18 и контакт I7 размыкают электрическую цепь).

Такой принцип записи диаграммы называется стробоскопическим.