Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest badanie silnika spalinowego o zapłonie iskrowym oraz na pod­stawie pomiarów i obliczeń opracowanie charakterystyk silnika, sporządzenie bilansu ener­getycznego jak również pomiar niektórych szczególnie interesujących wielkości np.: jednost­kowego zużycia paliwa. Obiektem naszych badań jest silnik służący do napędu samochodu osobowego FSO 1300 (Polski Fiat).

Przebieg ćwiczenia

Ćwiczenia składało się z kilku stanowisk pomiarowych. Stanowiska te to :

• Hamulec hydrauliczny (hamulec łopatkowy typu Frouda), który ma za zadanie obcią­żać silnik momentem oporowym, czyli zrównoważyć moment silnika, umożliwić na­stawienie i utrzymanie stałej prędkości obrotowej silnika, zapewnić pomiar momentu obrotowego na wale silnika, zapewnić szybką zmianę obciążenia i szybkie osiąganie stanu równowagi, umożliwić ciągłą pracę, zapewnić możliwe największą dokładność odczytów wielkości siły i prędkości obrotowej. Hamulec ten jest całkowicie napeł­niony wodą. Woda wypełniająca kadłub hamulca stwarza opór hydrodynamiczny, który przenosi się w postaci momentu oporowego na kadłub hamulca. Na ramieniu hamulca powstaje siła P, która przez popychacz przenosi się na układ dźwigni działa­jących na mechanizm dynamometru. Na wyskalowanej tarczy dynamometru pojawia się wskazanie siły P w kG.

• Urządzenie do pomiaru prędkości obrotowej. Bezpośredni sposób pomiaru polega na użyciu obrotomierzy (tachometrów) dających możliwość odczytania chwilowej pręd­kości kątowej w dowolnych jednostkach. Obrotomierze można podzielić na: mecha­niczne, magnetyczne, impulsowe i inne.

• Układ do pomiaru zużycia paliwa. Pomiar ten polega na zmierzeniu natężenia prze­pływu paliwa do silnika. Do pomiaru zużycia paliw ciekłych używa się tzw. miernic. Zazwyczaj zużycie wyznacza się mierząc czas spalania określonej objętości lub masy paliwa. Najprostszą miernicą objętościową użytą w doświadczeniu jest naczynie skła­dające się z jednej lub kilku szklanych kul o dokładnie znanej objętości, połączonych cienką rurką szklaną. Naczynie napełnia się paliwem i uruchamia silnik, a w momen­cie gdy poziom paliwa pokrywa się z linią skali objętości pomiarowej rozpoczyna się pomiar czasu, który kończy się w chwili osiągnięcia dolnego wskaźnika poziomu pa­liwa.

• Pomiar natężenia przepływu cieczy. W celu określenia straty chłodzenia dla silnika spa­linowego konieczna jest znajomość strumienia masy płynu przepływającego przez chłodnicę. W naszym ćwiczeniu cieczą chłodzącą była woda. Do pomiaru przepływu tej wody służyła danaida. Danaida jest urządzeniem do pomiaru strumienia objętości wypływającej cieczy składającym się z naczynia o przekroju kołowym lub prostokąt­nym, o sztywnych ściankach, w dnie którego umieszczono otwór lub otwory wypły­wowe oraz z płynowskazu umożliwiającego pomiar wysokości słupa cieczy h nad tymi otworami. W celu uspokojenia powierzchni cieczy w części pomiarowej danaida posiada szereg przegród wykonanych z blachy pełnej lub z blachy z otworami. Otwór wypływowy jest typu kryzy lub dyszy w naszym przypadku jest typu kryzy.

Ćwiczenie wykonywaliśmy dla otwarcia przepustnicy gaźnika na 25% i 50%. Po prze­kręceniu kluczyka na pulpicie sterowniczym został uruchomiony silnik. Poczekaliśmy na ustalenie się warunków cieplnych pracy silnika, a następnie ustawiliśmy 25 procentowe otwarcie przepustnicy gaźnika. Przy takim otwarciu silnik obciążyliśmy hamulcem w taki sposób aby prędkość obrotowa na wale silnika ustaliła się na poziomie 2400 obr/min. Odpo­wiada to dolnej wartości mierzonej mocy. Po ustaleniu parametrów roboczych na tym pozio­mie odczytaliśmy wskazanie dynamometru hamulca i jednocześnie zmierzyliśmy czas zuży­cia 25cm^3 paliwa. Dalsze punkty charakterystyk uzyskaliśmy wykonując pomiary przy co­raz to wyższych prędkościach obrotowych, zmienianych o 200obr/min. aż do osiągnięcia 4000obr/min. Drugą serię pomiarową wykonaliśmy w identyczny sposób przy 50% otwarciu przepustnicy gaźnika. Podczas tej drugiej serii wykonaliśmy dodatkowe 5 pomiarów dla 3000 obr/min. Mierzyliśmy również temperaturę wody na wejściu i wyjściu dzięki miernikom.

Schemat stanowiska pomiarowego i jego opis

Tabela pomiarowa

Otwarcie przepustnicy gaźnika 25%
Obroty silnika n, obr/min.	2400	2600	2800	3000	3200	3400	3600	3800	4000
Siła na hamulcu P, kG	24	22,5	22	22	21,5	20,5	19,5	18,5	17,5
Czas zużycia 25cm^3 paliwa, s	16	14	13,5	13	12	11,5	11	10,5	10

Otwarcie przepustnicy gaźnika 50%
Obroty sil­nika n, obr/min.	2400	2600	2800	3000	3000	3000	3000	3000	3200	3400	3600	3800	4000
Siła na ha­mulcu P, kG	34,5	34	33	32	32	32,5	32,5	32,5	32	31,5	31	30,5	29,5
Czas zużycia 25cm^3 pa­liwa, s	13	12	11,2	10	10	10	10	10,1	9,5	9	8,6	8	7,2
Temp. wody dopływającej				12,2	12,2	12,2	12,2	12,2
Temp. wody wypływającej							18,1	18,3						19	19,1	19,2
Spiętrzenie danaidy h, mm							14,5	14,5						14,5	14,5	14,5
Temp. spalin							460	480						500	550	560
Udział obję­tościowy CO w spalinach %							2,4	2,4						2,4	2,4	2,4
Lambda,							1	1						1	1	1

Obliczenia

Dla 3000obr/min. przy 25%

Dla 3000obr/min przy 50%.

Takie pomiary powtórzyliśmy 5-krotnie,a więc wyliczając śred­nią uzyskujemy:

Siła na hamulcu P=32,1[kG]

Czas zużycia 25cm^3 paliwa - 10[s]

Temp. wody dopływającej

Temp. wody wypływającej

Spiętrzenie danaidy h=151[mm]

Temp. spalin

Udział objętościowy CO w splinach 2,4%

Lambda

Strata chłodzenia:

Strata odlotowa:

Strata niezupełnego spalania:

TABELA WIELKOŚCI OBLICZONYCH

Lp	n	Nu	Gu	gu	Mo	Qo	Qu	Sch	Sodl	SCO	no
		Obr/min	kW	Kg/h	Kg/kWh	J	kW	kW	kW	kW	kW	%	%
			Charakterystyka				Bilans energetyczny
1	2400	14,1	4,64	0,33	56,13	56,06	14,1	-	-	-	0,251	25%
2	2600	14,3	4,64	0,32	52,54	56,06	14,3	-	-	-	0,255
3	2800	15,1	4,8	0,31	51,52	58	15,1	-	-	-	0,260
4	3000	16,1	4,98	0,30	51,27	60,1	16,1	-	-	-	0,267
5	3200	16,9	5,4	0,32	50,45	65,25	16,9	-	-	-	0,259
6	3400	17,1	5,64	0,33	48,05	68,15	17,1	-	-	-	0,250
7	3600	17,2	5,9	0,34	45,64	71,2	17,2	-	-	-	0,241
8	3800	17,23	5,9	0,34	43,62	71,2	17,23	-	-	-	0,241
9	4000	17,65	6,2	0,35	42,15	74,9	17,65	-	-	-	0,235
1	2400	20,3	5,1	0,25	80,81	61,6	20,3	-	-	-	0,329		50%
2	2600	21,6	5,6	0,26	79,37	67,6	21,6	-	-	-	0,319
3	2800	22,6	6,2	0,27	77,11	74,9	22,6	-	-	-	0,301
4	3000	23,75	6,5	0,27	75,63	78,54	23,75	19,6	13,54	0,3	0,300
5	3200	25,1	6,9	0,27	74,94	83,37	25,1	-	-	-	0,301
6	3400	26,2	7,2	0,27	73,62	87	26,2	-	-	-	0,301
7	3600	27,3	7,6	0,27	72,45	91,8	27,3	-	-	-	0,297
8	3800	28,4	8,1	0,28	71,40	97,8	28,4	-	-	-	0,290
9	4000	28,9	8,1	0,28	69,02	97,8	28,9	-	-	-	0,295

Q_sr= Q_o - Q_u - Q_ch - Q_w=21,35[kW]

S_odl'=S_CO+S_odl

	Qo	Qu	Sch	Sodl'	Qsr
[kW]	78,54	23,75	19,6	13,84	21,35
[%]	100	30,24	24,95	17,63	27,18

Wykresy

Wnioski

Godzinowe zużycie paliwa jest najmniejsze przy najmniejszych obrotach silnika a mianowicie przy 2400 obr/min. Tak samo jest z jednostkowym zużyciem paliwa, które jest najmniejsze przy naj­mniejszych obrotach silnika. Jednostkowe zużycie paliwa natomiast zmniejszyło się dopiero przy 4000obr/min. Zauważyć możemy również że przy 50% otwarciu przepustnicy godzi­nowe zużycie paliwa jest większe niż przy 25% otwarciu przepustnicy. Silnik pracuje najle­piej dla 2800 i 3000 obr/min przy 25% otwarciu przepustnicy. W tym zakresie prędkości ob­rotowych pracę silnika charakteryzują duża sprawność oraz najmniejsze obciążenie mecha­niczne i zużycie poruszających się części. Ponadto występuje wówczas małe zużycie pa­liwa. Zauważamy że jednostkowe zużycie paliwa zmalało przy 4000obr/min przy 50% otwar­ciu przepustnicy a więc wysnute spostrzeżenia pozwalają postawić zasadniczy wniosek: nie należy się obawiać eksploatacji samochodu z wyższymi prędkościami obrotowymi silnika, gdyż największe zużycie pracujących części silnika występuje w czasie użytkowania pojazdu na małych prędkościach obrotowych.

---