Katedra Silników Spalinowych i Transportu Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa POLITECHNIKA RZESZOWSKA	Grupa L2 II MT-Di
		Rok akad. 2013/2014 Semestr: letni
Laboratorium Silników Spalinowych	Ćwiczenie nr 11
Temat: Wyznaczanie charakterystyki kąta wyprzedzenia zapłonu (wtrysku) silnika

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było dokonanie pomiarów temperatury spalin, godzinowego zużycia paliwa oraz siły na hamulcu dla różnych zadanych kątów wyprzedzenia wtrysku, w celu dalszego wykreślenia charakterystyki kąta wyprzedzenia wtrysku silnika.

2. Wiadomości ogólne

Charakterystyką kąta wyprzedzenia wtrysku (zapłonu) silnika nazywamy charakterystykę regulacyjną, przedstawiającą zależność mocy użytecznej Ne (momentu obrotowego Mo bądź średniego ciśnienia użytecznego pe) oraz jednostkowego zużycia paliwa g_e dla różnych kątów wyprzedzenia wtrysku (zapłonu). Wykonuje się ją przy założonym stałym godzinowym zużyciu paliwa G_e oraz stałej prędkości obrotowej n. Dodatkowo, można na niej umieścić takie parametry jak temperatura spalin t_sp i zadymienie spalin D (tylko dla silników z zapłonem samoczynnym).

3. Schemat i opis stanowiska badawczego

Stanowisko badawcze składało się z hamowni, ze znajdującym się w niej silnikiem SB 3,1 CR o zapłonie samoczynnym. Podłączona jest do niego aparatura pomiarowa mierząca następujące parametry:

-prędkość obrotową n

-godzinowe zużycie paliwa G_e

-temperaturę spalin t_sp

-siłę hamulca F

Dodatkowo, silnik został podłączony do sterownika, którego zadaniem była zmiana kąta wyprzedzenia wtrysku paliwa o określoną wartość.

4. Przebieg ćwiczenia

• Przygotowanie silnika do pracy, podłączenie aparatury pomiarowej oraz jego uruchomienie,

• Zadanie założonego obciążenia,

• Zadanie ustalonej dla pomiaru prędkości obrotowej,

• Zadanie pierwszej wartości kąta wyprzedzenia wtrysku,

• Pomiar godzinowego zużycia paliwa, temperatury spalin, siły hamulca,

• Przeprowadzenie pomiarów dla kolejnych kątów wyprzedzenia wtrysku,

• Ustalenie pracy hamowni na biegu jałowym,

• Wyłączenie silnika.

5. Obliczenia i wyniki

1. Wyznaczenie mocy użytecznej

$$Ne = \frac{P*n}{K}$$

$$Ne = \frac{62N*1000\frac{\text{obr}}{\min}}{10000\frac{N*obr}{kW*min}} = 6,2kW$$

Ze względu na różnicę na warunki panujące na hamowni a warunkami normalnymi, należy wyznaczyć dodatkowy współczynnik korekcji mocy.

α_c = (f_a)^f_m

$$f_{a} = (\frac{100 - \varnothing_{r}p_{\text{sr}}}{p_{y} - \varnothing_{y}p_{\text{sy}}})*{(\frac{T_{y}}{298})}^{0,7}$$

$$f_{a} = (\frac{100 - 0,73kPa}{99kPa - 1,22kPa})*\left( \frac{294,8K}{298} \right)^{0,7} = 1,007$$

f_m = 0, 036 * q_c − 1, 14

$$q_{c} = \frac{q}{r_{r}}$$

$$q = \frac{z*\dot{V}}{v_{h}*n}$$

$$\dot{V} = G_{e}*\frac{1000}{3600}$$

$$G_{e} = = \frac{1,696\frac{\text{kg}}{h} + 1,689\frac{\text{kg}}{h} + 1,693\frac{\text{kg}}{h} + 1,709\frac{\text{kg}}{h} + 2*1,702\frac{\text{kg}}{h} + 1,704\frac{\text{kg}}{h}}{7} = 1,699\frac{\text{kg}}{h}$$

$$\dot{V} = 1,699\frac{\text{kg}}{h}*\frac{1000}{3600} = 0,47\frac{g}{s}$$

$$q = \frac{120000*\dot{0,47\frac{g}{s}}}{1,845\text{dm}^{3}*1000\frac{\text{obr}}{\min}} = 30,569\frac{\text{mg}}{l*cykl}$$

$$q_{c} = \frac{30,569\frac{\text{mg}}{l*cykl}}{1} = 30,569\frac{\text{mg}}{l*cykl}$$

Jako że q_c < 37, 2, przyjmuję wartość f_m = 0, 2

α_c = (1, 007)^0, 2 = 1, 001

Moc użyteczna po korekcji:

Ne_c = Ne * α_c

Ne_c = 6, 2kW * 1, 001 = 6, 21kW

1. Obliczenie jednostkowego zużycia paliwa

$$g_{e} = \frac{G_{e}}{\alpha_{c}*Ne}$$

$$g_{e} = \frac{1,699\frac{\text{kg}}{h}*1000}{6,14kW} = 276,71\frac{g}{\text{kWh}}$$

1. Obliczenie momentu obrotowego

$$M_{o} = 9550*\frac{\text{Ne}}{n}$$

$$M_{o} = 9550*\frac{6,2kW}{1000\frac{\text{obr}}{\min}} = 59,21Nm$$

Moment obrotowy po korekcji:

$$M_{o} = 9550*\frac{6,21kW}{1000\frac{\text{obr}}{\min}} = 59,27Nm$$

1. Obliczenie faktycznego kąta wyprzedzenia wtrysku

$$1000\frac{\text{obr}}{\min} = 16,67\frac{\text{obr}}{s}$$

400μs = 0, 0004s

$$16,67\frac{\text{obr}}{s}*0,0004s = 0,0066obr$$

0, 0066obr * 360 = 2, 4 ≅ 2

∝ = 5 − 2 = 3

5. Karta pomiarowa

Charakterystyka kąta wyprzedzenia wtrysku silnika o ZS dla prędkości obrotowej n=1000 obr/min
Kąt wyprzedzenia wtrysku ∝ww
°OWK
0
3
6
9
12
15
18

6. Wnioski

Jak widać z charakterystyki oraz karty pomiarowej, dla badanego silnika optymalny kąt wtrysku paliwa mieści się w zakresie od 6 do 15 stopni obrotu wału korbowego przed górnym martwym punktem. Silnik osiąga wtedy największą moc, a jednostkowe zużycie paliwa przyjmuje najniższe wartości. Najniższa wartość ge osiągnięta została dla 6°OWK, i wynosi około 268 g/kWh. W tym punkcie również moc przyjmuje jedne z najwyższych wartości wynoszące 6,31kW.