实验三发动机万有特性试验.docx
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实验三发动机万有特性试验
“发动机万有特性试验”实验指导书
（中南林机电院刘谦钢）
一、实验目的及要求（参见“发动机原理实验教程”P8）
1实验目的：
1.1掌握发动机万有特性的试验方法。
1.1.1掌握发动机负荷的加载方法和转速、燃油消耗率的测量方法。
1.1.2掌握发动机功率、转速、油耗等测量仪器设备的选择、操作、使用方法。
1.1.3熟悉发动机万有特性测试数据的分析和处理方法。
1.2通过实验，学习绘制、分析发动机万有特性曲线。
1.2.1依据原始数据和处理的数据，绘制发动机万有特性曲线。
1.2.2通过分析万有特性曲线评价发动机在各种工况下的经济能，并为合理选用发动机和了解发动机在各种工况下的性能提供资料。
2实验要求：
2.1每次参加试验的学生为10～20人。
2.2实验前复习发动机原理教材中发动机万有特性的相关内容，认真阅读实验指导书及其附件。
2.3实验时应作好记录纸笔等准备，按指导书操作仪器设备、试验及作好实验记录。
2.4实验后，严格按实际实验数据正确处理实验数据，绘制发动机万有特性曲线，分析发动机在各种工况下的经济性，认真撰写实验报告。
二、实验预习及准备（参见“发动机原理实验教程”P8～P9。
）
1实验原理：
（参见“发动机原理实验教程”P1～P4。
）
1.1万有特性定义：
即发动机主要性能参数之间相互关系的综合特性。
在万有特性曲线上，可以表示3个或3个以上的性能参数之间的关系，故又称为多参数特性曲线。
最常见的形式是以转速n为横坐标，以平均有效压力Pc为纵坐标，在图上画出许多条等油耗率ge曲线、等功率Pe曲线。
1.2万有特性的作用
发动机负荷特性和功率特性分别从不同角度反映出发动机的主要性能随负荷或转速变化的规律，从而可以基本评价发动机的性能和判断是否能够满足发动机的要求。
而万有特性则是一种能同时反映出各种不同工况（功率（扭矩）/转速）下油耗率等性能的曲线。
1.3测量原理
1.3.1功率测量原理（同发动机总功率试验）
1.3.2燃油消耗率测量原理（同发动机总功率试验）
1.3.3排温、油温测量原理（同发动机总功率试验）
2实验设备及仪器：
详见附件2。
3实验技术标准及规范
3.1技术标准
3.1.1JB/T1147.2-2007《中小功率内燃机第2部分：
试验方法》
3.1.2JB/T1147.1-2007《中小功率内燃机第1部分：
通用技术条件》
3.2技术规范
3.2.1试验时发动机应带的附件及试验一般条件控制的要求详见附件4：
“发动机原理实验教程”附录G--“发动机试验技术条件及规范”。
3.2.2《FC2000测控系统操作规程一》及《FC2000测控系统操作规程二》（见附件）。
3.2.3S1110发动机主要技术参数表（见附件3）。
三、实验内容与方法
1实验内容
1.1发动机性能参数Gf、ge等随功率Pe的改变而变化的试验。
1.2保证发动机正常工作的排气温度、冷却水温度、机油温度的测量。
1.3实验数据的处理方法、实验报告的撰写等。
2实验方法
2.1检查确认安全防护措施已落实、实验所用仪器设备正常及发动机润滑油（机油）、冷却水加注正常，接通燃油、测功器冷却水通断阀。
2.2将发动机油门置于起动位置，起动发动机。
对于冷机，低速（2000r/min以下）空载运行2到3分钟后逐渐加大油门使发动机转速至标定转速，再逐步增加油门及负载至标定功率（整个过程不少于15分钟）。
2.3发动机在标定工况运转稳定后，按下面“发动机万有特性特性试验表”项目进行试验。
在每一特性试验中顺序使发动机达到各规定工况点稳定运行2到4分钟后，测量每一工况下的转速、功率、扭矩、燃油消耗量、排气温度、机油温度等参数。
功率、扭矩、燃油消耗量的测量必须在排气温度等温度稳定后才能开始测量，并至少连续测量3次燃油消耗量，取其中2次最接近值之一在附表1“发动机台架试验数据报告表”上作好记录（考虑数据较多，本次试验结果采用测控系统自动记录数据，每组试验结束后由实验指导老师将各实验组试验数据集中打印分发）。
发动机万有特性特性试验表
序号
设定转速
试验项目
FC2000测控系统控制模式
备注
第一组
第二组
第三组
1
nb
nb
nb
负荷特性
M/n
1）按25%、50%、75%、90%、100%、110%标定扭矩（此点视实际取舍）及100%油门工况顺序进行。
2）nb代表额定转速。
2
nb-200
nb-200
nb-200
3
nb-400
nb-400
nb-400
4
nb-600
nb-600
nb-600
5
nb-800
nb-800
nb-800
6
nb-1000
nb-1000
nb-1000
2.5根据实测参数值，计算出其它间接测量结果（即计算值），填入“发动机台架试验数据记录表”。
根据“发动机台架试验数据记录表”数据，按有关教材描述的方法或按2.10条“万有特性曲线的制取方法”绘制万有特性曲线。
绘制实验仪器设备连接简图。
2.8实验停机。
实验完毕停机前，应先弱微减小油门，然后卸去全部负荷，再逐步减小油门，让发动机在低速（1200r/min左右）空载运转2分钟左右后，将油门关到最小位置停机。
在冬天，如发动机水箱冷却液未采取防冬措施，停机后还应放干水箱冷却液，以防发动机冻伤。
（注：
本次实验样机实验完毕要求放水。
）
2.9进行实验结束后的收工工作。
实验停机后，应关闭所有使用仪器设备的电源；关闭燃油、测功器冷却水通断阀，对设备进行必要保养；将台架现场所使用的工具放入工具箱或专门指定的位置；清扫实验现场及控制室。
（注：
必须养成良好的工作习惯，本条亦计入实验成绩考核！
）
2.10万有特性曲线的制取方法
2.10.1综合绘制法
2.10.1.1根据整理完毕的各转速负荷特性试验值以功率Pe为横坐标，燃油消耗率ge为纵坐标，以同一比例尺画出负荷特性曲线簇（为使图面清晰便于作图，可以同一比例尺将6条负荷特性曲线分画在两张或多张坐标图上）。
2.10.1.2根据发动机工作转速范围及平均有效压力范围，在万有曲线坐标纸上以转速n为横坐标，平均有效压力Pc为纵坐标，标出各坐标值。
根据发动机功率范围，选定几个恰当的功率，将每一选定功率下根据横坐标各转速计算得到的相应平均有效压力Pc标出，然后连接起来，就得到了每一选定功率的等功率曲线。
2.10.1.3根据各转速下负荷特性试验中最大平均有效压力，在万有曲线图上画出各转速下最大平均有效压力曲线。
2.10.1.4作等油耗率ge线。
在2.10.1步中所绘负荷特性曲线图上，选择不同的油耗率点（如220、225等）作与横坐标Pe平行的直线，它们分别与不同转速下的ge-Pe曲线有1到2个交点。
然后将各交点所对应转速n和功率Pe值转换到以转速n为横坐标，平均有效压力Pc为纵坐标的万有曲线坐标内，将不同转速下油耗率相等的各点连接起来，就得到了万有曲线图中的等油耗线。
将功率Pe转换为平均有效压力Pc的方法为：
Pc=（30000×τ×Pe）/（Vh×i×n） （kPa）
Pe--发动机有效功率，kW；τ--发动机冲程数；Vh--单气缸容积，L
n—发动机转速，r/min；i--发动机气缸数。
2.10.2直接作图法
在此不作详述。
请各自参考“发动机原理实验教程”P16～P17。
3实验注意事项
3.1仔细阅读附件5《仪器设备基本操作规程》，领会仪器设备的基本使用性能，认真学习仪器设备的基本操作，在得到指导老师的允许后方可操作仪器设备。
3.2注意个人安全和仪器设备安全，严禁违规操作。
实验室严禁烟火。
在实验台架现场，除了正常调节油门时必须靠近发动机外，其余时间均应与发动机台架保持足够的距离。
严禁在台架高速旋转部位与旋转中心垂直的方向逗留。
发动机工作时不允许抹擦发动机及台架的任何部位，同时要防止排气管高温烫伤，并对双耳做好适当的噪声防护。
3.3遇到突发事故（如发动机“飞车”等），实验台架现场的学生应紧急离开现场，交由指导老师负责处理。
控制室里的同学可在控制室里协助处理，如：
发动机“飞车”时赶紧对发动机测控系统采取快速关小油门及快速增加负荷的操作控制；按下“紧急停车”按钮等。
4、实验报告
4.1实验目的
4.2实验原理
4.3实验内容
4.4实验数据：
实验后打印出的数据表。
4.5发动机性能实验曲线图：
绘制万有特性曲线图（手绘）。
4.6实验分析：
4.6.1根据所绘万有特性曲线图，分析实验发动机在某转速下的经济性。
4.6.2根据所绘万有特性曲线图，找出此实验发动机的最经济区（即最内层的等ge曲线所包围的区域）的转速、负荷（平均有效压力Pc）及功率范围。
4.6.3问题与建议。
附表:
1
发动机台架试验数据记录表
第页共页
制造厂:
大气压力:
kPa
测功机型号:
燃油牌号:
修正系数
供油提前角：
型号:
进气温度:
℃
功率公式:
机油牌号:
α:
指导老师：
编号:
相对湿度:
%
试验日期:
试验地点:
β:
试验人：
序号
转速
功率
扭矩
燃油消耗
比燃油消耗
排气
机油
冷却水温
平均有效压力
实测排放物浓度（PPM）
实测
修正
实测
修正
油量
油耗
实测
修正
温度
烟度
压力
温度
进水
出水
NOx
HC
CO
CO2
O2
r/min
kW
N.m
g
kg/h
g/kW.h
℃
FSN
MPa
℃
℃
℃
kPa
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
附件2：
实验仪器设备名细表
序号
仪器设备名称
型号规格
精度等级
设备编号
备注
1
发动机自动测控系统（矮柜）
FC2000
±0.4%F.S
F-N-020
综合系统
2
电涡流测功机
GW100
±0.5%F·S
C-N-004
与FC2000系统配套使用
3
智能油耗仪
FC2210（1000g）
±0.4%F·S
F-N-017
4
动漕式水银气压表
DYM1（81-110kPa）
±40Pa
P-N-05
5
拉压力传感器
YZC-516（500kg）
±0.02%F·S
C-N-004
配于GW100电涡流测功机上
6
磁电式转速传感器
磁电式
/
7
温湿度变送器
JWSL-2AT（0-100%）
（0-50℃）
±3%RH
±0.5℃
F-N-020
与FC2000系统配套使用
8
热电偶
K型：
（0-1000℃）
±1%F·S
9
热电阻
Pt100：
（0-100℃）
±1%F·S
10
压力变送器（大气压力）
CYB-111G（80-110kPa）
0.3级
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