Основы научных исследований и испытаний двигателей (стр. 4 )

Рис. 2.2 Графики характеристики устойчивости

где – минимальное значение крутящего момента при испытаниях на устойчивость; – максимальное значение.

На рис. 2.2: – частота вращения вала двигателя; – крутящий момент; – часовой расход топлива; – температуры охлаждающей жидкости и масла.

2.4.  Определение механических потерь и равномерности работы цилиндров

Рассмотрим три метода определения механических потерь: I) по данным индицирования и тормозных испытаний; 2) метод прокручивания коленчатого вала; 3) метод отключения цилиндров. Стандартами на испытания двигателей рекомендованы два последних метода.

Определение механических потерь по данным индицирования и тормозным испытаниям.

Мощность механических потерь двигателя определяется по формуле:

где – индикаторная мощность (определяется по индикаторной диаграмме); – эффективная мощность (определяется по данным тормозных испытаний).

При этом методе нет никаких допущений на условия испытаний, поэтому можно считать этот метод наиболее правильным. Однако метод имеет существенные недостатки: I) сложность индицирования всех цилиндров многоцилиндрового двигателя; 2) большая ошибка определения индикаторной мощности, а, следовательно, и механических потерь.

Метод. проворачивания коленчатого вала заключается в том, что коленчатый вал двигателя, работавшего на определенном режиме, немедленно после выключения подачи топлива или зажигания прокручивается балансирной машиной с тем же числом оборотов. Изморенная по нагрузке и числу оборотов мощность, затрачиваемая на проворачивание вала, принимается за мощность механических потерь

, где – нагрузка по тормозу; – частота вращения вала двигателя;

– постоянная тормоза.

При прокручивании вала двигателя необходимо поддерживать температуру масла , охлаждающей жидкости.

Среднее давление механических потерь определится по зависимости

где – постоянная величина; – коэффициент тактности; рабочий объем цилиндра, л; – число цилиндров двигателя.

По данным испытаний строится график характеристики механических потерь (рис. 2.3).

Рис. 2.3 Графики характеристики механических потерь двигателя

Однако при проворачивании вала неработающего двигателя происходит изменение механических потерь:

1)  уменьшение максимального давления газов в 1,5-3 раза снижает с силы трения (особенно между поршнем и цилиндром) и механические потери;

2)  поскольку при прокручивании вала двигателя линии сжатия и расширения по индикаторной диаграмме сливаются, то исчезает свободный выпуск и в принудительном выпуске участвует в 3-4 раза большее количество рабочего тела, чем при нормальном рабочем процессе. Это приводит к увеличению роботы на выпуск и к увеличению потерь насосные хода до .

Так как доля мощности трения деталей в механических потерях значительно выше, чем мощность насосных ходов то общая мощность механических потерь при проворачивании должна заметно понизиться против действительной. Поэтому причинение этого метод рекомендуется для сравнительных заводских испытаний одной и той же модели двигателя .

Метод отключения цилиндров. Эффективную мощность двигателя при работе всех цилиндров можно выразить через индикаторные мощности механических потерь отдельных цилиндров (на примере четырехцилиндрового двигателя)

Если отключить первый цилиндр, то его индикаторная мощность будет равна нулю. Тогда эффективная мощность будет

Допускается равенство до и после отключения величин найдем разность эффективных мощностей до и после отключения (при одинаковой частоте вращения вала двигателя)

Итак, индикаторная мощность отключенного цилиндра

В дальнейшем отключается второй цилиндр (первый включается) и так последовательно отключаются все цилиндры, что позволяет определить индикаторные мощности всех цилиндров.

Их сумма приравнивается к индикаторной мощности двигателя

что позволяет определить мощность механических потерь

и механической КПД

Таким образом, данные по механическим потерям полученные этим методом, имеют допущения:

1)  мощность механических потерь каждого цилиндра не меняется при его выключении. В действительности при выключении уменьшается мощность трения;

2)  индикаторная мощность каждого из работающих цилиндров не изменяется при выключении одного из них. Однако при отключении одного из цилиндров может измениться наполнение действующих цилиндров.

Характеристика равномерности работы цилиндров дает представление о степени различия индикаторных мощностей отдельных цилиндров двигателя при различных частотах вращения коленчатого вала.

Характеристика снимается следующим образом, на каждом скоростном режиме измеряется крутящий момент двигателя при работе всех цилиндров и при последовательном выключении каждого из них (между 10 и 15 с после выключения). При этом определяются индикаторные мощности каждого цилиндра, как это описано выше (метод отключения цилиндров). До выключения двигатель должен проработать с полной подачей топлива не менее 10 минут.

Вычисляется коэффициент равномерности работы цилиндров на каждом скоростном режиме

где – минимальное и максимальное значения условной индикаторной мощности цилиндров.

По данным испытаний строится график характеристики равномерности работы цилиндров, представляющий зависимость коэффициента равномерности работы цилиндров от частоты вращения вала двигателя .

2.5.  Ускоренные стендовые испытания на надежность

Как было показано выше, определению показателей надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость узлов и деталей), как правило, выполняется при эксплуатационных испытаниях машины в течение длительного времени.

Общее время испытания машины (двигателя) можно уменьшить, если часть показателей надежности (например, безотказность, долговечность) определять при стендовых испытаниях двигателя. При этом уменьшается себестоимость испытаний.

Сокращение времени испытаний двигателя на надежность на стендах достигается за счет ужесточения режимов нагружения двигателя (по нагрузке, по частоте вращения, по видам нагружения). При этом количество и характер отказов двигателя должны быть примерно такими же, как и за время эксплуатационных испытаний. Это иллюстрируется на рис. 2.4, где – время эксплуатационных испытаний; – время ускоренных стендовых испытаний.

По данным времени испытаний можно оценить коэффициент ускорения