《内燃机原理》内燃机负荷特性实验指导书

内燃机负荷特性实验指导书 课程名称：内燃机原理 试验名称：内燃机负荷特性试验 试验课时：2学时针对专业：热能与动力工程车用内燃机方向 一、实验目的及要求实验目的(1) 掌握内燃机负荷特性的试验方法。1) 通过实验掌握内燃机负荷的加载方法和转速、油耗率的测量方法。2) 掌握内燃机功率、转速、油耗等测量仪器设备的选择、操作、使用方法。3) 熟悉负荷特性试验测试数据的分析和处理方法。(2) 通过实验，学习绘制、分析内燃机负荷特性曲线。1) 依据原始数据和处理的数据，绘制内燃机负荷特性曲线。2) 通过分析负荷特性曲线评价内燃机在规定转速下，内燃机部分负荷的经济性，并为合理选用和调整内燃机提供依据。实验要求 (1) 该实验使用大型设备，且消耗能源，考虑教学效果与合理利用资源及降低能源消耗等因素，每次参加试验的学生为10人左右。(2) 实验前，复习内燃机负荷特性试验的相关内容，认真阅读实验指导书及附录中相关实验仪器设备的介绍。 (3) 实验时必须携带实验指导书、笔及记录纸。经实验指导教师核对后方能进行实验。(4) 实验中，按照指导教师的要求操作仪器设备，准确观测、记录数据，按步骤进行试验。(5) 实验后，正确处理实验数据，绘制内燃机负荷特性曲线，分析内燃机在某转速下的负荷特性，认真撰写实验报告。二、实验预习及准备实验原理1.负荷特性的定义当转速n保持不变时，内燃机某些性能参数随负荷的改变而变化的关系称为负荷特性。如图1，图2所示。这些参数主要有小时耗油量B ，燃油消耗率be 。根据需要还可以增加排气温度、过量空气系数及排气烟度等。 图 1 柴油机负荷特性曲线 图2 汽油机负荷特性曲线 2.负荷特性试验的作用负荷特性表明在某规定转速下，各种不同负荷时的耗油率be 随功率Pe变化的关系。通过特性曲线可以找出内燃机所能达到的最大功率Pemax和最低耗油率bemin。还可用来评价标定工况下的经济性，判断功率标定的合理性以及有关调整的正确性。 3.试验原理 (1) 功率测量原理（同内燃机外特性及部分速度特性实验）。 (2) 燃油消耗率的测量原理（同内燃机外特性及部分速度特性实验）。实验设备及仪器 (1) 试验用内燃机一台。 (2) 功率测量设备 1) 水力测功机 2) 电力测功机(3) 燃油消耗量测量 (4) 转速测量 (5) 压力测量、温度测量(6) 烟度测量仪器实验技术标准及规范1.技术标准QC/f524-1999汽车内燃机性能试验方法。实验课时本实验为2学时。三、实验内容与方法实验内容与方法1.实验内容(1) 内燃机有效性能参数B、be等随功率Pe的改变而变化的试验。(2) 保障内燃机正常工作时的冷却水温度、机油温度、机油压力、排气烟度的试验。(3) 实验数据的处理、实验报告的撰写。2.实验方法(1) 检查仪器、仪表工作正常，接通燃油、冷却水通断阀。(2) 起动内燃机，逐步将转速升高至标定转速，并使之稳定运转。(3) 稍加负荷，待达到稳定的热状态后开始试验。可分别按标定功率的25%、50%、 75%、90%、100%、110%等不同工况，逐步增加负荷。在试验中，每调节一次负荷，应同时调节油门位置，使转速保持不变。 (4) 在每一个工况下，测量2-3次消耗一定量燃油所需要的时间。燃油质量的多少，可根据负荷的大小来进行选择。当负荷较小时，可取50g；当负荷较大时，可取100-200g或更多一些。在测完110%负荷后，再测量1-2个点，直至油门调节至最大限制位置，并且再稍加负荷转速就要下降为止，以找出极限功率。 (5) 各次测量均需同时记录下列参数：测功机读数，消耗燃油的质量及所用的时间。可选择记录下列参数：排气温度、冷却水温度、机油温度和压力等。 (6) 计算扭矩Ttq、功率Pe、小时耗油量B和耗油率be连同上述各参数值，一起填入表1所示的表格中。 (7) 以功率Pe为横坐标，分别以be，B及其他所选择的参数为纵坐标，画出曲线，就可得到如图1，图2所示的负荷特性曲线（参考）。表1 负荷特性试验数据记录表时间_年_月_日 地点_ 内燃机型号_测功机型号_ 室温_ 大气压力_mmHg相对湿度RH_ 指导教师_ 试验人_序号转速n(r/min)测功器读数F(N)转矩 (Nm)功率Pe(kW)燃油消耗量出水温度()排气温度()机油温度()燃油温度()机油压力（kPa）烟度测量油量（g）测量时间（s）小时耗油量(kg/h)燃油消耗率(g/kwh)1234567注：Ttq、Pe、GT、be是计算参数，TtqFR(Nm)，R(m)为测功机系数，由试验用测功机决定。3.特性曲线的分析（参考示例） 从图1所示的负荷特性曲线可以看出，在be曲线上，有3个特殊点a、 b、 c。其中a片所对应的耗油率be最低，为248g/kWh 。该点所对应的功率Pe为17.5kW 。所以，此功率即为最经济功率。c点所对应的功率为21kW是该内燃机所能输出的最大功率。但此时耗油率较高，为280g/kWh o而且排气温度较高(485C)排气冒烟较严重。如果继续增加负荷，不仅转速不能稳定，而且功率和转速反而下降，故称为极限功率或冒烟界限。b点所对应的功率为19.7kW称为切点功率。通常将切点功率作为标定功率。这样就既考虑了经济性，又考虑了动力性。也就是说既能够获得较大的功率，又能够使耗油率较低。 从图1中可看出，当该内燃机的be265g/kWh时，功率有较宽广的范围，可以从1419kW 。若12h功率标定为18kW，则不但经济功率范围宽广，而且还具有一定的功率储备。其持续功率为18x90%=16.2 (kW)，耗油率be在258g/kWh以下，接近经济功率。因此，可将该柴油机的12h功率标定为18kW。并从试验中验证，当它以18kW运转时，其排温不高，烟色清晰，水温、机油温度均正常，则标定是正确的。下面分析be曲线的变化规律：当内燃机空转时，负荷为0，则输出的有效功率Pe=0。此时，内燃机的指示功率完全消耗在本身内部的机械损失上。所以be曲线很陡。负荷增加时，内燃机的输出功率Pe相应增加，机械效率提高，使be迅速降低。当负荷增加到a点时，be最低。若负荷继续增加，循环供油量也相应增加，由于转速不变，进气量增加不多，燃烧性能变坏，又因为这时Pe已经较大，再增加的幅度减小，当超过一定的限度（冒烟极限点C）后，Pe反而会下降。因此，耗油率be。曲线就形成如图1所示的形状了。实验注意事项(1) 仔细阅读设备（仪器）操作规程，领会设备（仪器）的使用性能，认真学习设备（仪器）的操作，在得到指导教师的允许后方可操作设备（仪器）。注意个人安全和设备安全，严防违规操作。实验室严禁烟火。(2) 遵守实验室管理规定。保持实验场地整洁、卫生。(3) 实验完毕，整理实验现场，保养设备（仪器）。四、实验报告1实验数据整理将整理后的实验数据和计算结果填入表2中。表2 总功率试验数据记录表时间_年_月_日 地点_ 内燃机型号_测功机型号_ 室温_ 大气压力_mmHg相对湿度RH_ 指导教师_ 试验人_序号转速n(r/min)功率Pe(kW)油耗(kg/h)油耗率(g/kwh)水温()油温()油压（kPa）烟度123456789102作图绘制实验设备仪器的连接简图；绘制内燃机负荷特性试验曲线。3实验分析（1）分析内燃机在某转速下的经济性。（2）分析内燃机油耗随转速改变而变化的规律及内燃机经济使用范围。（3）分析内燃机冷却水温度、机油温度、机油压力在试验中的变化规律及是否在正常范围内。（4）对该内燃机的动力性、经济性等技术状态进行评价。（5）问题与建议。负荷特性试验数据记录表时间_年_月_日 地点_ 内燃机型号_测功机型号_ 室温_ 大气压力_mmHg相对湿度RH_ 指导教师_ 试验人_序号转速n(r/min)测功器读数F(N)转矩 (Nm)功率Pe