Grupa M1

Sem. VI

Rok akademicki 2009/10

Sprawozdanie z laboratorium silników spalinowych

Ćwiczenie nr 9

Temat :

Charakterystyki eksploatacyjne silnika o zapłonie samoczynnym z pomiarem zadymienia spalin.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie z metodami wyznaczania charakterystyk eksploatacyjnych silnika o zapłonie samoczynnym za pomocą hamowania silnika przy pomocy hamulca elektrowirowego, wykreślenie charakterystyki uniwersalnej oraz dokonanie oceny uzyskiwanych wyników i osiągów w całym zakresie jego pracy.

2. Opis przebiegu ćwiczenia

2.1 Podstawowe dane techniczne badanego silnika:

Silnik o zapłonie samoczynnym Perkins AD3.152
Parametr	Jednostka	Wartość
Układ cylindrów	-	R - rzędowy
Liczba cylindrów, c	-	3
Rodzaj wtrysku	-	Bezpośredni
Stopień sprężania, ε	-	16,5
Średnica cylindra, D	mm	91,44
Skok tłoka, S	mm	127
Pojemność skokowa silnika, Vss	dm^3	2,502
Nominalna moc silnika, Ne	kW	34,6
Prędkość obrotowa mocy nominalnej, nN	obr/min	2250
Maksymalny moment obrotowy silnika, Mo	Nm	165,4
Prędkość obrotowa momentu obrotowego, nM	obr/min	1300÷1400
Statyczny kąt wyprzedzenia wtrysku paliwa, αww	˚OWK	17

2.2 Hamulec elektrowirowy

Definicja

Hamulec elektrowirowy obciąża badany silnik, momentem powstającym w wyniku generowania prądów wirowych w obwodzie magnetycznym hamulca. Jest to prądnica, której sprawność jest równa zero. Czyli cała energia doprowadzona do hamulca jest zamieniana na ciepło odprowadzone przez układ chłodzenia.

Budowa

Rys. 1. Schemat budowy hamulca typu EMX

Hamulec elektrowirowy EMX składa się z następujących zespołów :
- zespołu roboczego hamulca
- podstawy hamulca.
Schemat konstrukcyjny hamulca przedstawiono na rys. nr 1.
Zespół roboczy hamulca zbudowany jest następująco. Wirnik wraz z wałem ułożyskowany jest w obudowie zespołu roboczego.
Wirnik wykonany jest w formie stalowej tarczy uzębionej na obwodzie.
Nad wirnikiem umieszczona jest cewka elektromagnesu, z boku wirnika umieszczone są komory chłodzące, zamknięte pokrywami bocznymi, przymocowanymi do korpusu hamulca, który osłania cewkę od zewnątrz, jednocześnie stanowi zamknięcie obwodu magnetycznego. Jest to obudowa zespołu roboczego.
Zespół roboczy jest ułożyskowany względem podstawy hamulca, na łożyskach tocznych.
Do korpusu hamulca jest przymocowane ramię, na którym jest zamocowany łącznik tensometrycznego przetwornika siły, łącznik jest zakończony przegubem kulistym, który zapobiega przenoszeniu momentów zginających na tensometryczny przetwornik siły. Na górze ramie posiada specjalną półkę do ustawiania ciężarów wzorcowych służących do kalibracji układu pomiaru momentu obrotowego.
Na wale hamulca jest zamocowany nadajnik impulsów. A do podstawy jest umocowany indukcyjny czujnik do pomiaru prędkości obrotowej.
Podobne ramię jest przymocowane do podstawy hamulca które poprzez taki sam łącznik jest połączone z tensometrycznym przetwornikiem siły od dołu.
Podstawa hamulca jest wykonana jako sztywna stalowa, spawana skrzynka, posiadająca w swojej dolnej części zbiornik do którego spływa woda z komór chłodzących.
Woda jest odprowadzana do instalacji poprzez króciec posiadający gwint wewnętrzny.

2.3 Zasada działania

Hamulec elektrowirowy działa następująco, obracający się w polu magnetycznym wirnik powoduje lokalne wahania indukcji magnetycznej od stanu gdy w określonym obszarze znajduje się ząb wirnika do stanu, gdy jego miejsce przejmuje wrąb.
Zmiany lokalnych strumieni wywołują prądy wirowe w masywnych częściach obudowy hamulca, które współdziałając ze strumieniem magnetycznym są źródłem momentu hamującego.
Moment hamujący stara się obrócić zespołem roboczym hamulca, który z kolei będąc zamocowanym obrotowo względem podstawy i podparty tensometrycznym przetwornikiem siły pozwala na jego pomiar.

2.4 Zasada pomiaru momentu hamującego i prędkości obrotowej

Znając długość ramienia oraz wartość tej siły możemy obliczyć moment obrotowy z jakim w danej chwili hamulec obciąża silnik zgodnie ze wzorem.
M = P·L
M_Nm - moment hamujący
P_N - siła działająca na tensometryczny przetwornik siły.
L_m - ramie pomiarowe hamulca
Do pomiaru prędkości obrotowej zastosowano czujnik indukcyjny współpracujący z nadajnikiem impulsów.

3. Wyniki pomiarów i obliczeń

L.p.	n	Mo	τ	Ge	Ne	Mor	Ner	Ner	ge	pe	per
			Nm	s		kW	Nm	kW	KM
1	803	166	47,0	1,25	13,96	165,18	13,89	18,89	89,98	8,338	8,297
2	901	170	42,1	1,40	16,04	169,16	15,96	21,70	87,71	8,538	8,496
3	1002	170	38,7	1,52	17,84	169,16	17,75	24,14	85,62	8,539	8,497
4	1101	168	35,8	1,64	19,37	167,17	19,27	26,21	85,09	8,438	8,396
5	1202	169	33,0	1,78	21,27	168,17	21,17	28,78	84,10	8,487	8,445
6	1300	166	30,5	1,93	22,60	165,18	22,49	30,58	85,82	8,338	8,297
7	1401	165	28,2	2,09	24,21	164,19	24,09	32,75	86,75	8,288	8,247
8	1500	162	26,5	2,22	25,45	161,20	25,32	34,43	87,66	8,137	8,097
9	1601	159	25,3	2,33	26,66	158,22	26,53	36,07	87,83	7,987	7,947
10	1703	156	24,2	2,43	27,82	155,23	27,68	37,64	87,78	7,835	7,796
11	1802	153	23,1	2,55	28,87	152,25	28,73	39,06	88,76	7,684	7,646

Warunki pomiaru :

Warunki normalne :

Ponieważ zmiany ciśnienia atmosferycznego, wilgotność powietrza czy jego temperatura mają wpływ na mierzone wartości - zostały one znormalizowane i uzyskane wyniki pomiarowe są przeliczane na wartości skorygowane o parametry normalne (wg. DIN 70020 - 25 stopni Celsjusza i 1000 hPa = 750 mmHg (nie uwzględnia wilgotności).

Przykładowe obliczenia dla punktu 5

Obliczenie mocy

Gdzie:

M_o - moment obrotowy [Nm]

Obliczenie współczynnika korekcji do warunków normalnych K_o

Obliczenie momentu skorygowanego do warunków normalnych M_or

Obliczenie mocy skorygowanej do warunków normalnych N_er

Przeliczenie mocy skorygowanej do warunków normalnych N_er na KM

Obliczenie sekundowego zużycia paliwa

Gdzie :

V - objętość pomiarowej dozy paliwa

τ - czas spalania dozy pomiarowej

ρ_pal - gęstość paliwa

Obliczenie jednostkowego zużycia paliwa

Obliczenie średniego ciśnienia efektywnego p_e

Obliczenie średniego ciśnienia efektywnego skorygowanego do warunków normalnych p_er

Zadymienie spalin

n = 800 zadymienie - 54%	n = 900 zadymienie - 57%	n = 1000 zadymienie - 50%
n = 1100 zadymienie - 46%	n = 1200 zadymienie - 48%	n = 1300 zadymienie - 41%
n = 1400 zadymienie - 42%	n = 1500 zadymienie - 56%	n = 1600 zadymienie - 49%
n = 1700 zadymienie - 58%	n = 1800 zadymienie - 53%

Wnioski:

Szczytowy moment obrotowy silnika pomierzony przez nas nie pokrywa się maksymalnym momentem podawanym w danych technicznych. Maksymalny moment pomierzone przez nas 169,16 Nm jest wyższy i występuje przy niższej prędkości obrotowej silnika 900÷1000
. Moc maksymalna rozwijana przez silnik jest niższa niż podają dane techniczne, ale nie dokonywaliśmy pomiaru w zakresie obrotów mocy maksymalnej podawanej przez dane techniczne, a po wykresie możemy wnioskować, że będzie ona rosnąć wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika. Z wykresów wynika, że jednostkowe zużycie paliwa występuje zaraz za wartością maksymalną momentu obrotowego a przed maksymalną mocą. Wykres średniego ciśnienia efektywnego jest odwzorowaniem wykresu momentu obrotowego, ponieważ jest jego funkcją za pośrednictwem mocy, która jest bezpośrednio funkcją momentu. Najmniejsze zadymienie spalin jest w zakresie 1300÷1400
czyli tuż za najmniejszym jednostkowym zużyciem paliwa.

---