Освоить методику определения нагрузочных характеристик и получить на ЭВМ графические зависимости изменения параметров двигателя от нагрузки

Вид материала

Документы

Содержание Теоретическая часть 4. Организация выполнения вычислительного эксперимента при снятии характеристик на ЭВМ Краткая справка по работе с клавиатурой Порядок снятия характеристики Рис. 4.1. Рабочее окно режима "Диаграмма" Рис. .3. Расположение информации в окне при работе в режиме 5. Методика проведения лабораторной работы Информационная строка Приборная зона Зона управления Доп. панель управления Удалить все Дроссельная заслонка Частота вращения 5.2 Варьируемые конструктивные и регулировочные параметры и Наименование параметра 6. Содержание отчета

Подобный материал:

• Программа: День 1 Риск менеджмент в лизинговой компании: Риски, связанные с лизинговой, 36.18kb.
• Лекция Понятие архитектуры вс и ЭВМ, 87.83kb.
• Лекция: графические процессоры и редакторы, 204.53kb.
• Улучшение экологических и экономических характеристик газопоршневого двигателя Камаз, 91.61kb.
• Исследование интегрирующих и дифференцирующих цепей, 177.42kb.
• «Исследование асинхронного конденсаторного двигателя», 34.15kb.
• Доклад посвящен вопросам создания автоматизированной системы определения параметров, 27.09kb.
• Електромеханічні системи та автоматизація, 164.34kb.
• 1. ЭВМ и вычислительные системы Оценка технико-эксплуатационных характеристик эвм,, 76.1kb.
• Р. В. Гуров Методология проектирования операций, 149.09kb.

1. Цель работы
   

Освоить методику определения нагрузочных характеристик и получить на ЭВМ графические зависимости изменения параметров двигателя от нагрузки.

2. Содержание работы
   

1. Изучить методику определения нагрузочных характеристик двигателя, освоить компьютерный интерфейс программы для ЭВМ, с помощью которой осуществляется моделирование характеристик.
   
2. Провести вычислительный эксперимент по снятию нагрузочной характеристики двигателя. Получить графическую зависимость изменения удельного и часового расходов топлива от нагрузки двигателя для стандартных внешних условий, регулировок и заданных конструктивных параметров.
   
3. Оценить влияние на протекание характеристики изменения некоторых конструктивных и регулировочных параметров двигателя.
   
4. Выполнить анализ факторов, определяющих изменение основных показателей двигателя при работе по нагрузочной характеристике, оценить фактические значения полученных показателей.
   

3. Теоретическая часть
   

1. Определение и назначение
   

Нагрузочной характеристикой двигателя называется зависимость изменения часового, удельного расходов топлива и других показателей от его мощности или крутящего момента, пропорциональных нагрузке при постоянной частоте вращения коленчатого вала.

Нагрузочная характеристика позволяет установить часовой и удельный расходы топлива при различных мощностях двигателя. Если снимается несколько характеристик при различных скоростных режимах, то определяются наивыгоднейшие режимы работы двигателя как по мощности, так и по оборотам.

В условиях эксплуатации двигатель с искровым зажиганием работает по нагрузочной характеристике, когда автомобиль движется с постоянной скоростью (n=const) по дороге с переменным профилем. В этом случае с увеличением нагрузки (подъем в гору или ухудшение дорожных условий) для поддержания постоянных оборотов водитель открывает дроссельную заслонку.


3.2. Анализ нагрузочной характеристики двигателя с искровым

зажиганием


На рис. 3.1(а) показан вид нагрузочной характеристики двигателя с искровым зажиганием, а на рис. 3.1(б) показано изменение параметров, определяющих нагрузочную характеристику двигателя с искровым зажиганием.




а)


б)


Рис. 3.1 Вид нагрузочной характеристики дизеля (а) и изменение определяющих ее параметров (б)


По оси абсцисс отложены величины нагрузки (мощности) в процентах; за 100% принимают мощность, развиваемую при полном открытии дроссельной заслонки при данном числе оборотов.

Часовой расход топлива в этом случае зависит от двух изменяющихся параметров - коэффициента наполнения _v и коэффициента избытка воздуха  (рис. 3.1б):

, (3.1)

где А₁ – постоянный множитель, куда входят объем, тактность двигателя и другие параметры.

Характер изменения коэффициента избытка воздуха  зависит от конструкции и настройки карбюратора или программы контроллера и изменяется в узких пределах: 0,5…0,6 на холостом ходу; 1,05…1,1 на малых и средних мощностях; 0,8…0,9 на полных или близких к ней мощностях.

По мере прикрытия дроссельной заслонки коэффициент наполнения цилиндра h_v падает и при холостом ходе он в 4-5 раз меньше, чем при полной мощности, что приводит к уменьшению часового расхода топлива. Однако G_Т=f(N_e) меняется не по линейному закону. На режимах, близких к холостому ходу G_Т возрастает, т.к. хотя горючей смеси поступает в цилиндр немного, но она переобогащена. При мощности двигателя более 80% N_{e max} вступает в работу экономайзер (или увеличивается время открытия топливных инжекторов), смесь обогащается до мощностного состава (a = 0,8…0,9) и часовой расход топлива увеличивается.

Изменение удельного расхода топлива от мощности определяется изменением индикаторного и механического КПД: , (3.2)

где Н_и – теплота сгорания топлива.

В карбюраторных двигателях карбюратор (или система впрыска в инжекторных двигателях без нейтрализатора отработавших газов) отрегулирован на условия поддержания при всех мощностях состава смеси, соответствующего наибольшей экономичности, т. е. наибольшего индикаторного КПД _i. При этом с ростом мощности он увеличивается. Лишь при обогащении смеси экономайзером или топливными форсунками (инжекторами) индикаторный КПД уменьшается вследствие ухудшения полноты сгорания смеси. Снижение _i при малом открытии дроссельной заслонки (малой мощности) объясняется ухудшением процесса сгорания из-за относительного увеличения количества остаточных газов, плохого смесеобразования и относительного увеличения тепловых потерь. В инжекторных двигателях с нейтрализатором отработавших газов состав смеси почти на всех режимах поддерживается близким к стехиометрическому, поэтому там зависимости _i и g_e от мощности имеют другой характер.

Механический КПД определяется зависимостью

. (3.3)

Значение среднего индикаторного давления (Р_i) определяется в основном наполнением цилиндра (_v), т.к. отношение меняется в узких пределах. Среднее давление механических потерь (Р_м) при n = const практически постоянно.

При работе двигателя на холостом ходу с постоянной угловой скоростью Р_м = Р_i и g_e  , т.к. вся работа газов идет на преодоление сил трения и привод агрегатов. С увеличением мощности двигателя увеличивается индикаторный и особенно механический КПД, что ведет к снижению удельного расхода топлива. Таким образом, изменение произведения _i _м определяет характер протекания g_e. Наименьшее значение g_e соответствует наибольшему _i_м (обычно при 80% N_{e max}). При дальнейшем увеличении мощности (открытии заслонки) вступает в работу экономайзер (увеличивается время открытия инжекторов), смесь обогащается, ухудшается полнота сгорания смеси (уменьшается _i), что ведет к увеличению удельного расхода топлива.

4. Организация выполнения вычислительного эксперимента при снятии характеристик на ЭВМ


Компьютерный программный комплекс по моделированию характеристик двигателя находится в директории «Madibook». Для начала работы программы необходимо запустить исполнительный файл «start.exe». После появления рабочей заставки необходимо последовательно перейти в следующие директории:

«Лабораторный практикум»\ «Лабораторный практикум по теории ДВС»\ «Двигатель с искровым зажиганием»\ «Нагрузочная характеристика»\ «Лабораторная работа».

После этого на экране появляется основное меню программы.

Для управления ходом эксперимента на экране имеются поля, соответствующие определенным командным функциям, которые активизируются следующим образом: используя клавиши направления клавиатуры компьютера <>, <>, <>, <>, следует установить на экране курсор-стрелку на требуемое управляющее поле и нажать клавишу <Enter> для запуска функции.

Управляющее поле выполнено в виде выпуклой клавиши, на которую нанесено условное обозначение режима или функции. Запуск функции сопровождается на экране эффектом «нажатия» клавиши. Виды операций управления сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Клавиша	Действие
<> <> <> <>	Перемещение курсора стрелки на экране по управляющим полям
<Enter>	Запуск функции, присвоенной управляющему полю, на котором установлен курсор стрелка
<FI>	Переход в меню справочной системы

Продолжение таблицы 4.1

<Ctrl>+<F1>	Вывод на экран информации о функции управляющего поля, на котором установлен курсор стрелка
<Alt>+<X>	Аварийное завершение лабораторной работы

4.1. Описание основного меню.


В верхней части экрана расположены управляющие поля вызова основного меню меню и завершения лабораторной работы выход. Между этими полями находится информационная строка, в которую выводятся сообщения, характеризующие состояние проведения эксперимента.

Основное меню содержит набор управляющих полей, с помощью которых обеспечивается вызов следующих режимов работы:

справка	–– переход в меню справочной системы;
диаграмма	–– переход в меню построения диаграмм
протокол	–– вывод таблицы с исходными данными и результатами расчетов
вариантный счет	–– хранение и сравнительный анализ снятых характеристик
доп. панель управления	–– смена наименования регулируемого параметра и дополнительной панели управления
настройка	–– ввод учетной информации (ФИО и группа)
стенд	–– снятие характеристики

4.2. Основные режимы работы и их управляющие поля.


Режим "Справка" позволяет экспериментатору вывести на экран необходимую справочную информацию. В центре экрана выводится меню выбора разделов справочной информации. Это меню включает следующие функции:

Краткая справка по работе с клавиатурой — описание действий, выполняемых при нажатии определенных клавиш.

Описание управляющих полей — информация об управляющих полях для каждой командной функции.

Порядок снятия характеристики — типовой порядок действий пользователя при выполнении эксперимента.

Методика расчета — алгоритм и описание формул, по которым производится расчет.

Режим «Стенд». В этом режиме экспериментатор, управляя стендом, выполняет снятие характеристики двигателя. Расположение информации

Рис. 4.1. Рабочее окно режима "Диаграмма"

Рис. 4.2. Рабочее окно режима «Протокол»

на экране в этом режиме будет приведено ниже (рис. 5.1 ).

Режим «Диаграмма» позволяет анализировать снятую характеристику двигателя в виде графиков. На экран выводится система меню (рис. 4.1). Управляющие поля, обозначенные 1, 2, 3, 4, обеспечивают построение заранее сформированной диаграммы, имеющей свой набор параметров.

После выбора управляющего поля появляется нужная диаграмма. На поле диаграммы в левом верхнем углу выводятся управляющие поля:

возврат	–– возврат к основному меню;
печать	–– вывод диаграммы на печатающее устройство

Режим «Протокол» дает возможность вывести на экран или напечатать таблицы с числовыми значениями параметров двигателя, полученных в точках замера. На экран выводится окно, содержащее протокол работы с управляющими полями (рис. 4.2).

В режиме «Протокол», в котором используется таблица с большим количеством строк, в левой части экрана расположена вертикальная линейка с бегунком, отмечающим текущее расположение экрана на все поле данных. С помощью управляющих полей  и  осуществляется перемещение по таблице вверх и вниз.

В верхней части протокола имеются следующие управляющие поля:

печать	— предназначено для вывода протокола на печатающее устройство;
удалить	— удаление из протокола варианта, на который указывает маркер в виде прямоугольника, расположенный в строке номеров вариантов;
 	— передвижение в сторону уменьшения или увеличения номера варианта;

Режим «Дополнительная панель управления» производит выбор дополнительного изменяемого параметра. На экран выводится меню с набором параметров (рис. .3.).

После выбора какого-то параметра соответствующим образом изменяется состояние управляющего поля доп. панель управления, доступ к которому осуществляется из режима "Стенд".

Режим «Настройка» позволяет экспериментатору задать учетную информацию (фамилию и группу), которая при выводе на печать протокола или диаграмм будет помещена в определенное место на распечатке.

Рис. .3. Расположение информации в окне при работе в режиме

"Дополнительная панель управления"

4.3. Сохранение результатов работы


Параллельно с выводом на принтер, а также если принтер не подсоединен, при нажатии управляющего поля «Печать» в режимах «Протокол» и «Диаграмма» данные сохраняются на диске.

Имена файлов с результатами из режима «Протокол» сохраняются в каталоге MADIBOOK\LAB\RESULT\IMI под именем ISKNxxx.RES для нагрузочной характеристики бензинового двигателя, где ххх - цифры от 000 до 999, указывающие порядковый номер файла.

При выводе на печать из режима «Диаграмма» в том же каталоге результатов создается файл с аналогичным именем в формате DXF, который занимает на диске от 300 кБайт и выше. Для распечатки используются программы, распознающие данный формат (например AutoCad или AutoSketch).


5. Методика проведения лабораторной работы


Экспериментальные данные для моделирования характеристик двигателей с искровым зажиганием были получены при исследованиях ряда моделей двигателей ВАЗ. Это ограничивает возможности изменения рабочего объема двигателей при имитации характеристик.

После нажатия управляющего поля “Стенд” основного меню в лабораторной работе появляется следующая компьютерная модель испытательного стенда (рис. 5.1.)

Экран разбит на следующие зоны:

Информационная строка	— здесь выводятся контрольные сообщения типа «установка подготовлена к работе», «двигатель вышел на холостой ход» и др.
Приборная зона	— в этой зоне располагаются окна, в которые выводятся значения исследуемых параметров двигателя.
Зона управления	— здесь находятся управляющие поля, выполненные в виде ползунов с цифровыми табло.
Зона диаграммы	— служит для размещения информации о процессе снятия характеристики: трассы основных параметров двигателя, точки всех произведенных замеров.
Доп. панель управления	–– отражает значения варьируемых параметров

зона диаграммы



приборная зона




информационная строка


зона управления


доп. панель управления




Рис.5.1. Расположение информации на экране в основном рабочем режиме снятия

характеристики


В верхней части экрана расположены управляющие поля вызова основного меню меню и завершения лабораторной работы выход. В правой части находятся управляющие поля:

Масштаб	— производится уточнение масштаба диаграммы в соответствии с диапазоном конкретных частот вращения. Все установки и текущий режим работы двигателя сохраняются;
Удалить все	— производятся очистка поля диаграммы и инициализация протокола. Все установки и текущий режим работы двигателя сохраняются;
Вкл	–– запуск двигателя включением подачи топлива с помощью открытия дроссельной заслонки;
Выкл	— остановка двигателя выключением подачи топлива с помощью закрытия дроссельной заслонки;
Замер	— запись текущих значений параметров двигателя в протокол.

Снятие характеристики двигателя производится с помощью следующих управляющих полей:

Дроссельная заслонка	— выполняет функцию управления положением дроссельной заслонки. Изменение положения дроссельной заслонки производится управляющими полями  и , расположенными по обе стороны от ползуна, указывающего относительное положение заслонки. Диапазон изменения —от 0 (заслонка полностью прикрыта) до 100% (заслонка полностью открыта). Шаг регулирования — 1%;
Частота вращения	— управляет тормозной установкой стенда. Регулирование осуществляется аналогично управлению дроссельной заслонкой. Увеличение частоты вращения перемещением ползуна в сторону max означает уменьшение нагрузки на двигатель, уменьшение частоты вращения перемещением ползуна в сторону min означает увеличение нагрузки на двигатель
доп. панель управления	–– дает возможность поочередно управлять различными дополнительными параметрами (атмосферные условия, мех. потери и др.).

5.1. Порядок выполнения лабораторной работы


1. Запустить программу на выполнение.

2. С помощью управляющего поля «Меню» вызвать на экран основное меню

3. Через основное меню перейти в режим «Стенд», используя для этого поле «Стенд»

4. Установить в поле «Доп. панель управления» значение диаметра цилиндра D или хода поршня S в соответствии с заданием.

5. Произвести запуск двигателя. Для этого необходимо включить подачу топлива, «нажав» кнопку «Вкл» в поле «Подача топлива». Дроссельная заслонка при этом автоматически установится в положение 100%.

6. Изменяя положение дроссельной заслонки карбюратора путем перемещения ползунка в поле «Дроссельная заслонка» и регулируя нагрузку тормоза в поле «Настройка тормоза (Частота вращения)» зоны управления установить максимальное значение крутящего момента при заданной частоте вращения двигателя. Численные значения данных параметров выводятся на индикаторах М_к и n панели приборов.

7. Перед началом снятия характеристики произвести настройку стенда, используя поле «Масштаб»

8. После стабилизации теплового состояния и скоростного режима произвести замеры, используя поле «Замер».

9. Перейти к следующему режиму по нагрузке, уменьшая подачу топлива прикрывая дроссельную заслонку и поддерживая неизменной заданную частоту вращения настройкой тормоза. Произвести замер.

10. Таким же образом зарегистрировать параметры работы на 6 – 8 режимах.

В диапазоне изменения нагрузки от N_{e max} до значения 50% N_{e max} замеры следует производить с небольшим интервалом изменения подачи топлива для более точного определения зоны минимального удельного расхода топлива. Минимальная нагрузка составляет 5…20% N_{e max}.

12. Закончив снятие характеристик, выйти в основное меню и запустить режим построения характеристик двигателя в виде графиков, используя управляющее поле «Диаграмма».

13. Просмотреть полученные характеристики на экране, а также произвести вывод на печать или в файл, для чего «нажать» на поле “Печать”.

14. Через основное меню перейти в режим «Протокол», используя для этого управляющее поле «Протокол».

15. Просмотреть таблицу значений на экране, а также произвести вывод на печать или в файл, «нажав» на поле “Печать”.

16. Установить и изменить регулировочные параметры двигателя в поле «Доп. панель управления» в соответствии с заданием, очистить поле диаграммы с помощью управляющего поля «Удалить все» и повторить действия по пунктам 5…15. Так как программа позволяет варьировать только один параметр, установленное ранее (в п. 4) значение диаметра цилиндра D или хода поршня S автоматически возвращается к значению прототипа (8271, ВАЗ-2106)

17. Закончить выполнение лабораторной работы на компьютере. Для этого следует «нажать» на управляющее поле «Выход».

Конкретное задание на выполнение лабораторной работы определяется и формулируется преподавателем и выдается каждому студенту индивидуально.


5.2 Варьируемые конструктивные и регулировочные параметры и

пределы их изменения

Таблица 5.1

Обозначение параметра	Наименование параметра	Пределы изменения параметра
1	2	3
В0	Атмосферное давление	650…800 мм. рт. ст.
t0	Температура окружающей среды	0…40 С
n	Частота вращения коленвала	800…6350 об/мин
S	Ход поршня	64…79 мм
D	Диаметр цилиндрв	69…91 мм
Квп	Коэффициент изменения эффективного проходного сечения впускной системы	0,5…1,5
Крк	Коэффициент регулировки дозирующей системы топливной аппаратуры (карбюратора или системы впрыска) в сторону обеднения или обогащения смеси	0,9…1,1
Кмп	Коэффициент изменения внутренних механических потерь	0,7…1,3
Кск	Коэффициент изменения проходного сечения в горловине впускного клапана	0,7…1,3
уст	Начальный угол опережения зажигания	+10… -20 ПКВ

Примечание. Значения безразмерных коэффициентов, меньшие 1, указывают на уменьшение соответствующего параметра относительно номинального значения на соответствующее количество процентов. Значения безразмерных коэффициентов, большие 1, соответственно, имеют обратный смысл.


6. Содержание отчета


Отчет о выполненной лабораторной работе должен содержать следующие части и разделы:

1. Титульный лист (см. приложение А).
   

2. Цель работы.

3. Определение и назначение нагрузочной характеристики двигателя.

4. Индивидуальное задание на проведение лабораторной работы.
   
5. Нагрузочная характеристика двигателя при заданных конструктивных параметрах (диаметр цилиндра D, ход поршня S); этот раздел включает:
   
   1. Таблицу протокола проведения лабораторной работы (см. приложение Б);
      
   2. График нагрузочных характеристик двигателя (см. приложение В).
      
6. Значения параметров двигателя:
   
   1. Максимальная мощность N_{e max} двигателя при заданной частоте вращения;
      
   2. Минимальный удельный расход топлива при заданной частоте вращения, соответствующий ему часовой расход топлива, а также мощность, соответствующая указанным расходам;
      
7. Результаты исследования влияния изменяемых конструктивных и регулировочных параметров двигателя на его параметры, указанные в п. 6. Результаты представляются в виде таблиц и графиков.
   
8. Выводы по работе. В выводах необходимо провести анализ результатов исследования, проведенного в п. 7.
   

Отчет оформляется на листах формата А4 (297210). Требования к оформлению по ГОСТ 2.105-95.

7. Сдача работы
   

Преподаватель принимает работу и проставляет зачет с оценкой в баллах после того, как студент предъявит полностью выполненный отчет согласно п. 6, а также ответит на контрольные вопросы из «Контролирующей системы», доступ к которой аналогичен доступу к лабораторной работе (см. п. 4).

7. Список рекомендуемой литературы
   

1. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для втузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания»/ Д.Н.Вырубов и др.. Под ред. А.С. Орлина – М.: Машиностроение, 1983.
   
2. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М. Высшая школа, 1975.
   
3. ГОСТ 14846-81. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний.