汽车发动机原理实验指导书(教材)

1. 做好仪器、设备的调试，准备好油料、工具。 2. 检查油箱中的油量、发动机的机油量及冷却水箱中的水量。 3. 实验前要求学生预习，仔细阅读实验指导书及课本有关知识，做到心中有数。
五、实验步骤（以汽油机为例）
1. 按操作规程起动、预热发动机，使水温、油温达到规定要求，并在整个实验过程中 尽量保持不变。 2.把节气门固定在预先选定的位置上（做外特性实验时，节气门全开） ，按工况点顺序， 逐渐增加（或减小）测功器负荷，使发动机由高速向低速运行。依次改变转速，转速每减少 100~200r/min 测量一次，在发动机工作转速范围内，适当分布 8 个以上测量点。每个工况点 稳定运行１min 后，记录发动机转速、测功器读数、燃油消耗量、耗油时间、排气温度和压 力、发动机进、出水温度、机油温度和压力、进气温度和压力、大气温度和压力、大气湿度 等数据。 ３.实验结束，逐渐减小节气门开度与测功器负荷，发动机怠速运转５min 后停机。
f n Z / 60 n 60 / 60 n
所以，当齿数为 60 时，磁电传感器脉冲信号的频率与转速的数值相同。 磁电式转速计的结构简单，工作安全可靠，转速精度高，测速范围广，绝大多数测功机 都采用这种结构。
图 1-3 磁电式转速计原理 1－齿盘 2－线圈 3－永久磁铁
四、实验准备
学生实验守则
1． 学生进入实验室，应遵守实验室安全工作守则中的有关条款。 2． 按时上、下课，不得无故迟到或早退。 3． 在实验室应保持安静，不得大声喧哗和打闹。 4． 保持实验室内整洁，不得随地吐痰和乱扔纸屑杂物；实验完毕要整理好实验器具，清扫 实验场地。 5． 爱护室内一切设备和器具，未经实验教师许可，不得擅自动用或拿出室外。 6． 严格遵守操作规程，注意操作安全，避免人身和仪器设备事故，如有仪器、设备、工具 损坏、丢失或事故发生应立即报告，依据事故性质按章处理。 7． 实验时要听从实验教师的指导，并按实验指导书内规定的内容进行实验，认真对待实验 考核，按时完成作业。 8． 凡不遵守本规则，经制止无效时，指导教师有权其停止实验，退出实验室。
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发动机速度特性曲线
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实验 2
一、实验目的
发动机负荷特性实验
1、了解发动机测试系统的原理及构造， 2、掌握发动机负荷特性实验原理、方法及实验步骤；培养对试验的数据处理和分析能 力，正确地编写实验报告。
二、仪器设备
（一）实验仪器名称 l. 测功器 2. 发动机 3. 转速表 4. 油耗仪 5. 蓄电池或起动电源 6. 实验数据处理机 7. 稳压电源 8. 废气分析仪 9. 水温控制指示器 10. 油温控制指示器 11. 排气温度计 12. 气压计 11. 干湿温度计 （二）实验台简介 发动机实验台架装置见图 2-1。
图 2-1
发动机台架实验简图
1—冷却水箱 2—空气流量计 3—稳压箱 4—量油装置 5—燃油箱 6—测功器 7—转速表 8—消声器 9—垫层 10—基础 11—底板 12—高压气瓶 13—示功器 14—混合水箱
由于发动机实验时有较大的振动和旋转力矩， 所以实验台固定于坚固、 防震的混凝土基 础上。 为保证发动机能迅速拆装和对中， 安装发动机的铸铁支架和底板常做成可调节高度和 位置的形式。 发动机曲轴与测功器转子轴用联轴节连接。 通过测功器和转速表所测数据， 可以计算出
发动机台架实验简图 6—测功器 7—转速表
1—冷却水箱 2—空气流量计 3—稳压箱 4—油耗仪 5—燃油箱 8—消声器 9—垫层 10—基础 11—底板 14—混合水箱
由于发动机实验时有较大的振动和旋转力矩， 所以实验台固定于坚固、 防震的混凝土基 础上。 为保证发动机能迅速拆装和对中， 安装发动机的铸铁支架和底板常做成可调节高度和 位置的形式。 发动机曲轴与测功器转子轴用联轴节连接。 通过测功器和转速表所测数据， 可以计算出 被测发动机的功率。 为保持发动机工作时水温不变， 设有专门可调水量的冷却系统。 燃料由专用油箱通过油
湖南大学
I
目录 实验 1 实验 2 发动机速度特性实验…………………………………………… 1 发动机负荷特性实验…………………………………………… 5
II
实验 1
一、实验目的
发动机速度特性实验
1、了解发动机测试系统的原理及构造， 2、掌握发动机速度特性实验原理、方法及实验步骤；培养对试验的数据处理和分析能 力，正确地编写实验报告。
图 2-2
平衡式电机结构
4—定子外壳 7—基座
1—转子 2、6—滚动轴承 3、5—滑动轴承
平衡式电机结构如图 2-2 所示。直流电机转子 1 由发动机带动并在定子（外壳）磁场中 旋转。定子 （外壳） 支承在与转子轴同心的滚动轴承上，可自由摆动。外壳与测力机构相连， 依靠外壳摆动角度的大小来指示测力机构读数。 发动机带动转子在定子磁场中转动时， 转子线圈切割磁力线而产生感应电流。 感应电流 的磁场与定子磁场相互作用产生方向相反的电磁力矩， 定子外壳受到的电磁力矩与转子旋转 方向相同，与发动机加于转子的扭矩大小相等。因此，通过外壳摆动角度经测力机构可反映 发动机输出功率的大小。在一定转速下，改变定子磁场强度（通过改变激磁机组供给平衡电 机的激磁电流的大小）及负荷电阻即可调节负荷。 2. 转速测定 在转速测量上，采用非接触式的磁电式转速传感器，将转速信号转换成电信号输出。
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量测量装置供给发动机的燃料供给系。 实验室有特殊的通风装置和消声装置， 以排出发动机 的有害排放气体，降低室内噪声。
三、实验设备及原理
在测功器上通过测量发动机的输出扭矩和转速，由下式计算出发动机的有效功率：
Pe
Ttq n 9550
式中：Pe——发动机有效功率，kW； n——发动机转速，r/min；
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被测发动机的功率。 为保持发动机工作时水温不变， 设有专门可调水量的冷却系统。 燃料由专用油箱通过油 量测量装置供给发动机的燃料供给系。 实验室有特殊的通风装置和消声装置， 以排出发动机 的有害排放气体，降低室内噪声。
三、实验原理
在测功器上通过测量发动机的输出扭矩和转速，由下式计算出发动机的有效功率：
二、仪器设备
（一）实验仪器名称 l. 测功器 2. 发动机 3. 转速表 5. 蓄电池或起动电源 6. EMC900 控制仪 7. 稳压电源 9. 油温恒温调节装置 10. 温度传感器 12. 压力传感器 （二）实验台简介 发动机实验台架装置见图 1-1。 4. 油耗仪 8. 水温恒温调节装置
图 1-1
八、思考题
1.简述电涡流测功器的测量原理。 2.在进行发动机台架实验前要对实验系统做哪些基本准备和检查工作。
九、实验报告内容 1、实验目的
2、仪器设备名称及发动机测试系统组成方框图 3、简述实验步骤 4、实验结果及分析 • 1）记录数据及数据处理 • 2）根据数据作出性能曲线 • 3）结果分析 5、.回答思考题。
六、数据记录与处理
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1.记录数据 将测量数据记录在实验报告记录表 1-1 中。 2.数据处理 根据测量结果，按下列公式计算 发动机扭矩和发动机功率
Ttq KF
Pe
Ttq n 9550
B 1000 Pe
小时耗油量和燃油消耗率
B 3.6
m t
be
式中
Ttq ——发动机扭矩（N·m） ；
Pe
Ttq n 9550
式中：Pe——发动机有效功率（kW） ； n——发动机转速（r/min） ；
Ttq ——发动机输出扭矩（N·m） 。
1.扭矩的测量 发动机的扭矩是应用测功器来测量的。 常用的测功器有水力测功器、 平衡式电力测功器 和电涡流测功器。它们的基本测量原理相同，不同的是施加阻力的方式不一样。水力测功器 是通过改变水量来改变作用于曲轴上的阻力矩， 而电力测功器和电涡流测功器是通过改变激 磁电流进而改变作用于曲轴上的电磁力矩来改变发动机阻力矩的。 下面以电力测功器为例说明测量原理。 平衡式电力测功器由平衡电机、测力机构、交流机组、激磁机组、负荷电阻等组成。
K——测功器常数； F ——测功器读数（N） ； n ——发动机转速（r/min） ； ； B ——小时耗油量（kg/h） m ——油耗质量（g） ； ； t ——消耗 m （g）燃油所需时间（s）
Pe ——消耗 m （g）燃油时测量的有效功率（kW） ； be ——燃油消耗率[g/（kW·h）]。
图 1-2
电涡流测功机结构简图
1、 感应盘 2出水管道 8、油杯 9、测速齿轮 10、轴承座 11、进水管道 12、支撑环 13、外环 14、底座
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电涡流测功机主要由旋转部分（感应盘） 、摆动部分（电枢和励磁部分） 、测力部分和 校正部分组成。其结构简图见图 1-2。 由结构简图可知，感应盘形状犹如直齿轮，产生涡流地方在冷却壁上。励磁绕组通上 直流电后，则围绕励磁绕组产生一个闭合磁通。当感应盘被原动机带动旋转时，气隙磁密 随感应盘的旋转而发生周期性变化，在冷却室表面及一定深度范围内将产生涡流电势，并 产生涡流，该涡流所形成的磁场又与气隙磁场相互作用，就产生了制动转矩。该转矩通过 外环及传力臂传至测力装置上，由力传感器将力的大小转换成电信号输出，从而达到测转 矩的目的 2. 转速测定 现代的测功机几乎都采用磁电式转速计。如图 1-3 所示，在转轴上装有测速齿盘 1 和装 在支架上的磁电传感器。磁电传感器由绕有线圈 2 的永久磁铁 3 制成。齿盘一般制有 60 个 齿。 当轴旋转时， 每转一周， 磁电传感器能产生 60 个脉冲信号。 设脉冲信号的频率ｆ （Hz） ， ｎ为发动机的转速（r/min） ，Z 为齿数，则：
湖南大学机械与运载工程学院 发动机原理实验指导书
编
写： 刘 云
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实验室安全工作守则
实验室安全工作是预防事故，保证人身安全和国家财产不受损失的重要工作。 1. 实验室管理人员或实验指导教师，对初次进实验室的师生，要进行安全教育，并加强安 全操作技术方面的指导。 2. 未经实验教师许可，学生不得擅自动动用设备。 3. 启动设备前后要进行安全检查，发现问题要立即采取措施，防止事故发生。使用设备中 出现异常现象，要立即停机，待排除故障再重新使用。 4. 在操作高速运转设备时，实验指导教师和学生的工作服，应穿戴整齐。操作时，人体与 运转部位要保持一定安全距离； 5. 用电线路电气设备的绝缘情况应当良好， 并要有可靠的接地； 插头与插座必须接触牢固； 并严禁超负荷用电； 6. 机械设备的高速运转部位应加装防护罩； 起重设备应标注起重吨位且吊装严禁超载； 运 动部位要定期保养，及时润滑； 7. 使用易燃物品的实验室，对易燃物品要妥善保管，安全使用，严禁烟火； 8. 易产生废气、油气、毒气和粉尘的实验室，要注意通风换气，以免中毒； 9. 实验用发动机及机动车辆应严格执行防冻规定； 10. 实验室工作人员应会使用设置的各种消防器材； 当实验室发生险情时，在场人员应当费力抢救；发生被盗、破坏、损坏等情况时，要注 意保护现场，并向上级及时汇报。 安全工作，人人有责！ 湖南大学