内燃机实验实验指导书

内燃机实验实验指导书南昌大学机电工程学院动力工程系发动机实验室目录实验一发动机机械效率的测定实验二柴油机负荷特性实验实验三发动机气道稳流性能实验实验四柴油机燃油喷射过程实验附录一发动机台架试验安全操作规范实验一 发动机机械效率的测定一 试验目的：1、了解发动机试验台架的组成，掌握发动机扭矩、功率、转速及油耗等基本发动机性能参数的测量方法。

熟悉电涡流测功器、油耗转速测量仪、发动机数控试验台等仪器的原理和使用方法。

熟悉FST2E 发动机数控系统的使用方法和用户程序的编制方法。

2、采用油耗线法测定发动机机械效率ηm ，并由此计算出发动机的机械损失功率。

目的在于了解发动机的机械磨擦损失随曲轴转速与负荷的变化规律，以便评定发动机的结构完善程度与调整装配质量；还可以借以推算发动机的指示功率，也可用于评定发动机工作均匀性。

二、试验仪器及设备：2105B 型柴油机 南昌凯马柴油机有限公司CW100-3000/10000电涡流测功机 迈凯（洛阳）机电有限公司FCM-D 油耗转速测量仪 上海内燃机研究所FST2E 发动机数控试验台 迈凯（洛阳）机电有限公司三、实验基本原理：本实验采用油耗线法测定2105B 型直喷非增压柴油机的机械效率ηm 。

实验基本原理为：发动机在某一具体工况下指示热效率为： 136003600()i e m A A u A uP P P B H B H η⨯⨯+==发动机同一转速下空转时指示热效率为：假设发动机该工况下和空转时的指示热效率相同（即ηA=η0），则有：故，该转速的发动机机械损失功率可通过下式计算得到：则，该转速下的有效功率为Pe时机械效率ηm为：eme mPP Pη=+另：由于通过油耗法测得发动机机械效率是基于同一转速下不同负荷时发动机指示热效率相等的假设基础上的，但实际情况是在同一转速下不同负荷时发动机的指示热效率是不同的（特别是在点燃式预混燃烧模式发动机上相差更大）。

因此采用油耗法，某个具体工况点的选取对实验精度影响很大，该工况点的选取应尽量保证其与同转速下空转时的热效率近似。

因此该工况点应选为某个小有效功率点，已提高实验精度。

另外，通过实验测得某一转速下的油耗量曲线（如下图），根据油耗曲线曲线，用作图的方法也可求出发动机在该转速下的机械损失功率Pm 。

具体方法可参阅中国农业机械出版社1984年出版的“柴油机试验”。

umHBP3600⨯=ηmmeAPPPBB+=m eABP PB B=⨯-四、试验步骤：1、完成试验前的安全检查及实验条件完备情况检查（具体内容见附件一），开启FST2E发动机数控测试系统，进入测控界面（如图1所示）。

图1 发动机测控系统操作界面2、起动发动机，预热发动机至热平衡状态（冷却水出水温度达到80±5℃左右,预热方法见附件一）。

3、进入实时测控系统，采用手动控制方式，选取“自然调位”方法控制发动机运行。

通过手动调节发动机的油门使发动机达到要测定的转速（如转速为1400r/min），待发动机稳定运转后，测量该转速下发动机空转时（即输出有效功率为0kW）的油耗量。

4、通过手动调节油门和励磁使得发动机达到相同转速下的某个小有效输出功率工况点（本实验中有效功率可选为2kW）。

让柴油机在此状态下运行2-3分钟，待热稳定后记录下此时的油耗量和有效功率。

5、重实验步骤3-4,测出其它转速下空转和小功率点的油耗量和有效功率。

6、逐渐减小测功器扭矩及转速，空载运行5min后停机。

7、整理实验数据，撰写实验报告。

五、试验数据处理和分析：1．认真记录发动机技术参数和试验数据。

2. 计算不同转速时发动机机械损失功率。

3、绘制机损械失功率Pm随曲轴转速的变化规律曲线，并进行分析4．绘制发动机不同转速下（至少3个转速）机械效率ηm随有效功率Pe的变化规律曲线，并进行分析；附：机械效率试验数据记录表发动机型号：发动机机号：大气温度：℃大气压力：mmHg实验二柴油机负荷特性实验一、实验目的：制取发动机负荷特性曲线的目的在于找出发动机在不同负荷下动转（转速为常数）时的动力性与经济性变化规律，便于使用者将发动机的负荷控制在恰当范围且较为经济的区域下工作。

对不带调整器的（主要为汽油机的、也包括柴油机）负荷特性（节流特性），主要显示发动机在负荷变化时经济指标随发动机有效功率（或平均有效压力）的变化规律。

对带有调速器的（主要为柴油机）的负荷特性，主要显示高压油泵齿条（拉杆）在调速器控制下负荷变化时动力性与经济性指标随发动机有效功率的变化规律，以及检验调速器工作的正确性。

1.熟悉制取发动机负荷特性曲线方法、步骤与基本操作技术；2.了解发动机在不同转速、不同负荷下运转时动力性与经济性的变化规律；二、实验原理：在发动机转速不变的情况下，利用电涡流测功器改变发动机的负荷，同时通过油耗仪测量发动机的燃油消耗率，分别测取不同负荷时柴油机燃油消耗率及其他参数并测，绘制柴油机负荷特性曲线图。

三、实验仪器及设备：2105B型柴油机南昌凯马柴油机有限公司CW100-3000/10000电涡流测功机迈凯（洛阳）机电有限公司FCM-D油耗转速测量仪上海内燃机研究所FST2E发动机数控试验台迈凯（洛阳）机电有限公司四、试验步骤：1、完成试验前的安全检查及实验条件完备情况检查（具体内容见附件一），开启FST2E发动机数控测试系统，进入测控界面（如图1所示）。

图1 发动机测控系统操作界面2、起动发动机，预热发动机至热平衡状态（冷却水出水温度达到80±5℃左右,预热方法见附件一）。

3、进入实时测控系统，本实验可采用手动控制和自动控制两种方式进行，下面以手动控制为例介绍实验步骤。

首先选取“自然调位”方法控制发动机运行。

通过手动调节发动机的油门使发动机达到要测定的转速（如转速为1400r/min），待发动机稳定运转后，测量该转速下发动机空转时（即输出有效功率为0kW）的各实验数据。

4、通过手动调节油门和励磁使得发动机达到相同转速下的有效功率为2kW 的工况点。

让柴油机在此状态下运行2-3分钟，待热稳定后测量各实验数据。

5、重实验步骤4,测出该转速下其它有效功率点（4kW，6kW......，可每隔2kW测试一次，直至该转速下最大功率点（即发动机出现冒黑烟现象））的实验数据。

6、逐渐减小测功器扭矩及转速，空载运行5min后停机。

7、整理实验数据，撰写实验报告。

附：采用自动控制的实验步骤：1、实验准备工作同手动控制。

2、自动控制的实验方法过程：在实验前编制控制过程文件，然后在实验时，采用“程控”模式，则测控系统会按照控制过程文件的设置自动完成实验测试过程，并将实验数据保存在数据文件中。

3、具体操作如下：（1）控制文件编辑:如下图（2）、数据文件设置和保存：（3）自动控制测试：五、试验数据处理及分析：1．认真记录发动机技术参数和试验数据。

2．绘制实验柴油机在不同转速时（至少3个转速）的负荷特性曲线，并进行分析；3. 绘制实验柴油机的万有特性曲线图。

附：负荷特性试验数据记录表发动机型号：发动机机号：大气温度：℃大气压力：mmHg附录一发动机台架试验安全操作规范1、试验前要对试验台架、发动机、测功机、联轴节、各连接螺栓及运动部件进行检查，运动部件运动不得受阻碍，连接不允许有松动现象。

2、检查发动机燃油、机油、冷却水和测功机润滑油、冷却水等是否足正常；检查各仪器仪表如转速表、机油压力表、冷却水温表等是否安装正确。

3、起动、预热发动机，注意联轴节两旁不得站人，按先空车后小负荷运转数分钟，然后逐渐加至中等负荷（或较大负荷）预热发动机至冷却水出水温度达到80±5℃左右。

4、必须在发动机工况稳定之后同时测量各有关参数，整个实验过程中，应保证冷却水出水温度始终控制在80±5℃之间，蒸发水冷式柴油机要等到冷却水沸腾，并且尽量使之波动微小，特性曲线一般测量8～10点。

5、试验后应逐渐减小发动机负荷至空车再运转数分钟后停车。

实验三发动机气道稳流性能实验一试验目的：发动机要具有良好的燃烧过程，获得理想的动力性，经济性及低排放的性能指标，就必须合理匹配燃烧系统。

要使混合气形成过程和燃烧过程完善，必须使缸内有充足的新鲜空气和组织合理的缸内气流运动，而气道的流通性能对发动机的充量系数和缸内气流运动都有重要的影响。

发动机气道稳流性能实验就是利用测试设备获得表示气道流动阻力的流量系数和表征缸内流动强度的涡流强度和涡流比等重要参数，为气道性能设计和改进提供重要依据。

二、试验仪器及设备：TUST105型发动机气道稳流试验台主要由试验台主体、变频器、风机、稳压箱、压力传感器、进（排）气管路和蝶阀孔板流量计, 动量计以及数据采集仪、计算机与打印机等部分组成，实验台总体布置如下图所示：设备名称厂家及型号 TUST102气道稳流试验台天津大学缸盖一个VM28测控用计算机三、实验基本原理：在内燃机中，进气过程进入气缸的空气量和气体的速度分布及其涡流(或滚流)和湍流状况等对燃烧过程有着显着的影响，从而对内燃机的经济性、动力性、排放指标、燃烧噪音和怠速稳定性等产生重要的影响。

中小型高速直喷式柴油机常利用螺旋进气道来产生适当的进气涡流，而在汽油机中则利用进气道与燃烧室的配合来产生适当的滚流，以促进燃料与空气的混合，从而改善燃烧。

一、气道流动特性的定义进气道流动特性一般指流通能力和产生涡流(或滚流)的能力。

目前，评价气道流通特性的方法大部分仍采用在稳流试验台上测得的流量系数和涡流比。

在稳流试验台上测量进气道涡流的方法有叶片风速仪法和涡流动量矩法，测量气道流通能力一般用标准流量计测量。

为了便于对不同形状和尺寸的气道流动性能进行比较，用无量纲流量系数评价不同气门升程下气道的流通能力，用无量纲涡流比来评价不同气门升程下气道形成缸内涡流的能力，用加权平均流量系数和加权平均涡流比来评价气道总的流通能力和涡流能力。

二、评价方法及参数现有气道流动性能主要平价方法有：Ricardo 方法，AVL 方法，FEV 方法，西南研究院SwRI 方法等。

在我国，前三种方法运用比较多。

各种评价方法及评价参数定义如下（一）、Ricardo 方法： 一般流量系数的定义： f Q C Q =实际理论1、 流量系数：f Q C AV ρ=实际式中：Q 实际为实际气体质量流量；V 0为气门出口处气体流速；A 为气门座圈内截面面积。

其中：204A D i V =⨯⨯=式中：D 为气门座内径；i 为每缸进气门数；Dp 为气道的压力降；r m 为气道内空气密度。

平均流量系数C fm ：2121f fmC d C ααααα=-⎰在平均流量系数的计算是Ricardo 方法采用实际的气门升程曲线。

2、涡流比a 、无量纲动量涡流数Nr8R r DMN v QBv ω==式中：M 为涡流动量计测得的动量矩，Q 为质量流量，B 为气缸直径。