Politechnika Warszawska

Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych

Laboratorium silników spalinowych

Ćwiczenie 3: Charakterystyka szybkościowa silnika spalinowego ZI

Sprawozdanie

Grupa dziekańska 3.4

Zespół laboratoryjny D7

1. Mirosław Turlej

2. Damian Michalak

3. Piotr Piekarski

4. Mariusz Zmysłowski

5. Marek Pierzchała

6. Konrad Korzeniewski

7. Piotr Sobiech

8. Grzegorz Stalewski

9. Piotr Pawluczuk

10. Mariusz Marzec

Wprowadzenie

Charakterystyka szybkościowa, to rodzaj charakterystyki silnika, wyznaczana, gdy ten pracuje z całkowicie otwartą przepustnicą lub pompą wtryskową ustawioną na maksymalną wydajność. Rozróżnia się charakterystyki szybkościowe zewnętrzne, mocy maksymalnej, granicy dymienia, ekonomiczne i częściowe.

Charakterystyki zewnętrzne (eksploatacyjne) przedstawiają jaka jest zależność mocy użytecznej, momentu obrotowego, natężenia zużycia paliwa oraz jednostkowego zużycia paliwa od prędkości obrotowej silnika. Można ją wykonać zarówno dla silników wysokoprężnych oraz z zapłonem iskrowym. Na jej podstawie można określić jaka jest największa, osiągalna prędkość samochodu przy określonych oporach ruchu.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki eksploatacyjnej, sporządzanej przy ustalonych parametrach silnika z zapłonem iskrowym:

• maksymalne otwarcie przepustnicy;

• regulacja gaźnika;

• ustalony kąt wyprzedzenia wtrysku;

• ustalony kąt wyprzedzenia zapłonu.

Przebieg ćwiczenia, otrzymane dane

Po ustaleniu prędkości obrotowej silnika na poziomie 1700 obr/min, rozpoczęliśmy pomiar momentu obrotowego oraz czasu potrzebnego na zużycie 50 cm³ etyliny. Następnie dla kolejnych pomiarów zwiększaliśmy prędkość obrotową o 300 obr/min, aż do osiągnięcia poziomu 5000 obr/min. Otrzymaliśmy następujące dane:

n	Me	t
[obr/min]	[Nm]	[s]
1700	111	29,43
2000	108	24,81
2300	16	21,78
2600	130	18,12
2900	131	16,34
3200	126	15,46
3500	123	14,12
3800	123	12,46
4100	122	11,18
4400	127	10,03
4700	130	9,12
5000	129	8,25

W obliczeniach przyjmujemy gęstość benzyny wynoszącą 0,720 g/cm³ (w temperaturze 15° i liczby oktanowej = 95, na podstawie karty charakterystyki benzyny bezołowiowej wg rozp. MZ z dnia 3 lipca 2002 – Dz. U. Nr 140, poz 1171).

Obliczenia

Przykładowe obliczenia przedstawiamy dla pierwszego pomiaru (n = 1700 obr/min) i przedstawiamy je poniżej:

Moc efektywna N_e:

$$N_{e} = M_{e}\omega = M_{e}\frac{2\pi n}{60} = 0,111kNm\frac{2\pi \bullet 1700obr/min}{60} \approx \mathbf{19,76}\mathbf{\text{kW}}$$

Godzinowe zużycie paliwa G_e:

$$G_{e} = \frac{3,6{\bullet V}_{p} \bullet \rho_{p}}{t} = \frac{3,6 \bullet 50\text{cm}^{3} \bullet 0,720g/\text{cm}^{3}}{29,43s} \approx \mathbf{4,3}\mathbf{g/s}$$

Jednostkowe zużycie paliwa g_e:

$$g_{e} = \frac{G_{e} \bullet 10^{3}}{N_{e}} = \frac{19,76kW \bullet 10^{3}}{4,3g/s} \approx \mathbf{22}\mathbf{2,85}\mathbf{g/kWh}$$

Wyniki obliczeń dla wszystkich danych:

n	Me	t	Ne	Ge	ge
[obr/min]	[Nm]	[s]	[kW]	[g/s]	[g/kWh]
1700	111	29,43	19,76062	4,40367	222,8508
2000	108	24,81	22,61947	5,2237	230,9382
2300	116	21,78	27,93923	5,950413	212,977
2600	130	18,12	35,39528	7,152318	202,0698
2900	131	16,34	39,78303	7,931457	199,3678
3200	126	15,46	42,22301	8,382924	198,5392
3500	123	14,12	45,08185	9,17847	203,5957
3800	123	12,46	48,94601	10,40128	212,5052
4100	122	11,18	52,38082	11,59213	221,3048
4400	127	10,03	58,5174	12,92124	220,8102
4700	130	9,12	63,98377	14,21053	222,0958
5000	129	8,25	67,54424	15,70909	232,5748

Na podstawie otrzymanych wyników wykreśliliśmy wykresy zależności: N_e(n), M_e(n), G_e(n), g_e(n). Zamieszczamy je na kolejnej stronie.

Wnioski

Na otrzymanych wykresach widać zależności momentu obrotowego, mocy efektywnej silnika, godzinowego i jednostkowego zużycia paliwa od prędkości obrotowej danego motoru. Obiektem badań była jednostka napędowa marki Rover o pojemności 1,4 dm³, pochodząca z samochodu osobowego FSO Polonez.

Moment obrotowy silnika osiągnął największe wartości (131 Nm) przy prędkości obrotowej mieszczącej się w zakresie około 2400 – 3000 obr/min. Zbliża się również do tej wartości przy maksymalnej prędkości obrotowej. Najniższa wartość z kolei osiągana jest przy ok. 2000 obr/min.

Moc efektywna przyrasta w całym okresie prędkości obrotowej silnika, aż do osiągnięcia maksymalnej wartości (67,5 kW) przy n = 5000 obr/min.

Godzinowe zużycie paliwa wzrasta w funkcji prędkości obrotowej silnika niemal w całym zakresie liniowo. Przy mocy maksymalnej badanej jednostki napędowej osiągane jest również maksymalne zużycie paliwa i jest ono ponad 3 razy większe niż minimalne i wynosi około 15,7 g/s.

Jednostkowe zużycie paliwa osiąga największe wartości przy minimalnych i maksymalnych prędkościach obrotowych silnika. Najmniejsze z kolei, w podobnym zakresie do tego, w którym motor osiąga największy moment obrotowy.

Na podstawie otrzymanych wykresów można określić jakiego zakresu prędkości obrotowych silnika używać w zależności od tego, czy chcemy poruszać się dynamicznie, czy oszczędnie. Największą dynamikę osiągniemy utrzymując prędkość obrotową na poziomie około 2800 obr/min oraz 5000 obr/min. Najkorzystniej będzie jednak korzystać z zakresu prędkości obrotowych w okolicy 3000 obr/min. Moment obrotowy jest wtedy wystarczająco duży, by skutecznie przeciwstawiać się oporom ruchu, a jednocześnie jednostkowe zużycie paliwa plasuje się tam w okolicach minimum uzyskiwanego przez ten silnik.