Politechnika ÅšlÄ…ska
Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki
Instytut Techniki Cieplnej
Silniki Spalinowe
SPRAWOZDANIE
Badanie głównych parametrów eksploatacyjnych silnika
o zapłonie iskrowym na stanowisku hamownianym
wyposażonym w hamulec elektrowirowy
Mechanika i Budowa Maszyn
Sekcja nr 2
Rok 2015/2016, Semestr V
Wykonawcy:
1. Dworaczek Paweł
2. Hapeta Mateusz
3. Jakubiec Paweł
4. Kapias Tomasz
5. Kapica Wojciech
6. Koziatek Szymon
7. Kwaśniok Oliwier
8. Lampert Marcin
9. Merchut Roman
10. Plata Kamil
11. Rduch Błażej
12. Romanek Piotr
13. Skrobol Paweł
14. Szczypek Wojciech
15. Urbański Bartłomiej
Gliwice, 25.11.2015
(Miejsce i data wykonania ćwiczenia)
Wstęp
Silniki spalinowe w przeważającym stosunku wykorzystywane są jako silniki trakcyjne, zamontowane
w pojazdach. Przeprowadzanie badań konkretnych jednostek napędowych może przysporzyć wiele trudności.
Najprostszym sposobem, niewymagającym demontażu, jest wykorzystanie hamowni podwoziowej, na której
pojazd przekazuje moc zespołowi pomiarowemu poprzez koła. Do wyznaczenia charakterystyk silnika konieczne
jest zatem uwzględnienie oporów układów przeniesienia napędu z silnika na koła.
Dokładne badania silników spalinowych przeprowadza się na tzw. hamowni silnikowej. Jednostka napędowa
montowana jest na stanowisku pomiarowym, jej wał połączony z hamulcem elektrowirowym (przykładowo)
symulującym opory jakie musi pokonać pojazd podczas jazdy. Silnik podczas badań musi być odpowiednio
chłodzony (olej, oraz czynnik chłodzący) oraz zasilany poprzez stacjonarny system podawania paliwa.
Wymienione powyżej systemy zintegrowane są z systemem pomiarowym, dzięki czemu możliwy jest odczyt
poszczególnych parametrów, m.in. takich jak: moment (na hamulcu), chwilowe zużycie paliwa, stopień otwarcia
przepustnicy, temperatury: oleju, otoczenia, ciśnienie otoczenia oraz wilgotność powietrza.
Wyniki badań pozwalają na wyznaczenie charakterystyk, takich jak: obciążeniowe, prędkościowe, mocy
częściowych, regulacyjne, zewnętrzne.
Stanowisko pomiarowe
W stanowisku do badania silnika spalinowego (Rys.1.) zamontowany został silnik 170A1.046. Obciążenie
generuje hamulec elektrowirowy. Stanowisko zawiera trzy wymienniki ciepła odpowiadające za utrzymywanie
odpowiedniej temperatury wody chłodzącej blok silnika oraz wody w obiegu chłodzenia hamulca. Dodatkowo
zastosowano chłodnicę oleju. Zasilanie paliwem odbywa się poprzez zbiornik odpowiadający za wagowy pomiar
ilości benzyny, następnie trafia ona do pompy paliwa, skąd pompowana jest do jednopunktowego wtrysku.
Obsługa stanowiska odbywa się poprzez odpowiednie oprogramowanie komputerowe sprzężone ze sterownikami
niezbędnych procesów. Badanie jest w pełni automatyczne, zarówno w kwestii rozruchu, jak i regulacji silnika.
Parametry pracy silnika wyświetlane są w sposób ciągły, zmiana pracy również przebiega bezpośrednio
po przestawieniu wartości zadanych.
Rys. 1. Schemat stanowiska pomiarowego1
1
y
ródło: Instrukcja laboratoryjna:  Badania hamowniane głównych parametrów eksploatacyjnych silnika ZI , Politechnika Śląska, Instytut Techniki Cieplnej
Parametry badanej jednostki napędowej2
Tabela 1. Dane techniczne badanego silnika
Przebieg badań
Pomiary wykonywano dla stałej prędkości obrotowej  ustalonej na 3000 obr/min. Zadawano moment na hamulcu
(wartość ta następnie pokrywała się, w większości, z momentem zmierzonym). Regulowano pracą silnika
od 1Nm/rad z krokiem co 5Nm/rad oraz co 10Nm/rad w wyższych obszarach pracy. Ostatniego pomiaru
dokonano dla w pełni otwartej przepustnicy  zadano moment dużo wyższy niż możliwy do osiągnięcia, przez co
zmierzono moment maksymalny silnika.
Dla jednego ustalonego punktu pracy dokonywano kilku odczytów parametrów, następnie wartości te uśredniono
do przeprowadzenia obliczeń i wyznaczenia charakterystyk.
Dokonywano pomiarów takich wielkości, jak:
·ð moment (na hamulcu), Nm/rad
·ð chwilowe zużycie paliwa, g/s
·ð stopieÅ„ otwarcia przepustnicy, %
·ð temperatury: oleju, otoczenia, °C
·ð ciÅ›nienie otoczenia, kPa
·ð wilgotność powietrza. %
2
y
ródło: Instrukcja laboratoryjna:  Badania hamowniane głównych parametrów eksploatacyjnych silnika ZI , Politechnika Śląska, Instytut Techniki Cieplnej
Dane pomiarowe
Tabela 2. Dane z pomiarów
Parametr Jednostka Wartość
r obr/min 3000
0
M Nm/rad 0 5 10 15 20 25 30 40 50 100
zad
Me Nm/rad 1 5 10 15 20 25 30 40 50 62
0,51 0,52 0,55 0,61 0,68 0,77 0,84 1,02 1,22 1,53
m g/s 0,49 0,52 0,54 0,60 0,67 0,76 0,87 1,03 1,22 1,52
p
0,50 0,52 0,55 0,61 0,68 0,75 - - - -
40,0 44,6 51,3 58,9 66,2 70,9 75,0 77,0 78,5 80,5
t °C - - 52,6 59,4 67,6 71,8 75,8 77,4 78,9 80,8
ol
- - 55,5 62,5 69,0 72,8 - - - -
pot kPa 98 98 98 98 98 98 98 98 98 98
22 22 22 23 24 25 25 26 26 26
t °C
ot
- - - - - 25 26 26 26 27
31,6 31,0 30,5 29,3 28,4 27,6 26,9 26,5 26,3 25,9
Ć %
- - - - - 27,4 26,7 26,4 26,2 -
Ä… % - 12,7 13,7 15,7 18,0 20,3 23,3 30,3 39,7 99,3
Dane obliczeniowe (po uśrednieniu i ewentualnej zmianie jednostek) oraz wyniki
Tabela 3. Dane do obliczeń
Parametr Jednostka Wartość
r obr/min 3000
0
Mzad Nm/rad 0 5 10 15 20 25 30 40 50 100
Me Nm/rad 1 5 10 15 20 25 30 40 50 62
m kg/h 1,80 1,87 1,97 2,18 2,44 2,74 3,08 3,69 4,39 5,49
p
t °C 40,0 44,6 53,1 60,3 67,6 71,8 75,4 77,2 78,7 80,7
ol
p kPa 98 98 98 98 98 98 98 98 98 98
ot
t °C 22,0 22,0 22,0 23,0 24,0 25,0 25,5 26,0 26,0 26,5
ot
Ć % 31,6 31 30,5 29,3 28,4 27,5 26,8 26,45 26,25 25,9
Ä… % - 12,7 13,7 15,7 18,0 20,3 23,3 30,3 39,7 99,3
Tabela 4. Wyniki obliczeń *
N kW 0,31 1,57 3,14 4,71 6,28 7,85 9,42 12,57 15,71 19,48
e
N KM 0,43 2,14 4,27 6,41 8,55 10,68 12,82 17,09 21,36 26,49
e
b kg/kWh 5,730 1,192 0,626 0,463 0,388 0,348 0,327 0,294 0,280 0,282
e
· -5%
% 1,54 7,39 14,07 19,02 22,73 25,30 26,98 30,01 31,52 31,27
· % 1,46 7,03 13,36 18,06 21,59 24,03 25,64 28,51 29,94 29,70
· % 1,39 6,69 12,73 17,20 20,57 22,89 24,41 27,15 28,52 28,29
+5%
Tabela 5. Wartość opałowa benzyny wraz z zakładaną możliwą zmianą (wg instrukcji + - 5%)
W , kJ/kg 43000 * · -5% dn
- sprawność wyznaczona dla W -5%
dn
· +5% - sprawność wyznaczona dla Wdn+5%
W -5%,
kJ/kg 40850
dn
W kJ/kg 45150
dn+5%,
 Opracowanie wyników  przykładowe obliczenia dla M =10Nm/rad
zad
1. Wyznaczenie mocy silnika
)
(
a) Przeliczenie jednostek na konie mechaniczne
2. Wyznaczenie jednostkowego zużycia paliwa

3. Wyznaczanie sprawności silnika
Charakterystyka silnika
Charakterystyki parametrów pracy silnika ZI podczas badania hamownianego
mp, kg/h
·, %
30
be, kg/kWh
Ne, kW
5,2
25
4,2
20
b
3,2
mp
15
·
Ne
2,2
10
1,2
5
0,2 0
0 10 20 30 40 50 60
Me, Nm/rad
Rys.2. Charakterystyka silnika prezentujÄ…ca wskaz
niki pracy wyznaczone na podstawie pomiarów
Wnioski i spostrzeżenia
Badanie silnika na hamowni silnikowej pozwala zebranie dokładnych i wiarygodnych pomiarów
charakteryzujących jego pracę. Hamulec połączony jest bezpośrednio z wałem silnika, także nie trzeba
uwzględniać sprawności układów przenoszących napęd, takich jak np. skrzynia biegów.
Podczas badania utrzymywał się stały wzrost temperatury oleju, wolniejszy przyrost można zaobserwować
od wartości zdanej momentu wynoszącej 30Nm/rad, około 30 minut po rozpoczęciu ćwiczenia. Można
wnioskować, że ustaliÅ‚y siÄ™ wtedy termiczne warunki pracy silnika (wg Tabeli 1. - ok.80°C), a ich ewentualna
zmiana zależała już tylko od zmiany obciążenia.
Wyznaczona charakterystyka mocy (Rys.2.) jest wprost proporcjonalna do momentu, co wynika z zależności
ją opisującej. Regulacja mocy realizowana jest przez stopień otwarcia przepustnicy, przy stałej prędkości
obrotowej zależny od obciążenia. Maksymalną moc otrzymano dla maksymalnego momentu, który dla danego
silnika wyniósł 62 Nm/rad (wyznaczenie tej wielkości było możliwe przez maksymalne otwarcie przepustnicy).
Maksymalna moc katalogowa jest wyższa od wyznaczonej, jednak badania przeprowadzano dla innych wartości
prędkości obrotowej.
Punkt mocy maksymalnej jest równocześnie obszarem maksymalnej sprawności (Rys. 2.). Silnik pracuje zatem
najbardziej optymalnie w obszarze momentu zbliżonego do momentu maksymalnego. Wynikiem wzrostowej
tendencji charakterystyki sprawności jest odpowiadające jej malejące jednostkowego zużycia paliwa.
Przy wyższej sprawności procesu konwersji energii chemicznej paliwa na energię mechaniczną, potrzebna jest
mniejsza ilość paliwa na jednostkę mocy (rośnie jednak strumień paliwa ze względu na wyższą moc).
Charakterystyczne na wykresie są wartości wyznaczone dla pierwszego punktu pomiarowego, dla zerowego
momentu założonego, czyli stanu nieobciążonego silnika. Zmierzony moment wynosi 1 Nm/rad co jest wynikiem
występujących w układzie oporów. Silnik nie dostarcza użytecznej mocy, jednak zużywa paliwo, dlatego jego
jednostkowy strumień jest nieproporcjonalnie większy do wartości w pozostałych punktach.
Wahania wartości opałowej paliwa od -5% do +5% (od pewnego ustalonego poziomu) przekładają się
na maksymalną zmianę sprawności badanego silnika o 1,5 punktu procentowego.