Politechnika Warszawska

Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych

Laboratorium silników spalinowych

Ćwiczenie 3: Charakterystyka szybkościowa silnika spalinowego ZI

Sprawozdanie

Grupa dziekańska 3.1z

Zespół laboratoryjny Z-5

1. Kapica PIotr

2. Koziorowski Michał

3. Łuniewski Piotr

4. Czmut Krzysztof

5. Bylinka Maciej

6. Damian Rendzikowski

7. Ernest Kocon

8. Michał Krzysztofiak

Wprowadzenie

Charakterystyka szybkościowa, to rodzaj charakterystyki silnika, wyznaczana, gdy ten pracuje z całkowicie otwartą przepustnicą lub pompą wtryskową ustawioną na maksymalną wydajność. Rozróżnia się charakterystyki szybkościowe zewnętrzne, mocy maksymalnej, granicy dymienia, ekonomiczne i częściowe.

Charakterystyki zewnętrzne (eksploatacyjne) przedstawiają jaka jest zależność mocy użytecznej, momentu obrotowego, natężenia zużycia paliwa oraz jednostkowego zużycia paliwa od prędkości obrotowej silnika. Można ją wykonać zarówno dla silników wysokoprężnych oraz z zapłonem iskrowym. Na jej podstawie można określić jaka jest największa, osiągalna prędkość samochodu przy określonych oporach ruchu.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki eksploatacyjnej, sporządzanej przy ustalonych parametrach silnika z zapłonem iskrowym:

• maksymalne otwarcie przepustnicy;

• regulacja gaźnika;

• ustalony kąt wyprzedzenia wtrysku;

• ustalony kąt wyprzedzenia zapłonu.

Przebieg ćwiczenia, otrzymane dane

Po ustaleniu prędkości obrotowej silnika na poziomie 1500 obr/min, rozpoczęliśmy pomiar momentu obrotowego oraz czasu potrzebnego na zużycie 50 cm³ etyliny. Od prędkości 3600 obr/min pomiar czasu obejmował 100cm^3 etyliny. Następnie dla kolejnych pomiarów zwiększaliśmy prędkość obrotową o 300 obr/min, aż do osiągnięcia poziomu 5100 obr/min. Otrzymaliśmy następujące dane:

n	Me	t
[obr/min]	[Nm]	[s]
1500	107	33.56
1800	111	27.06
2100	108	23
2400	121	19.65
2700	133	16.93
3000	133	15.43
3300	126	15.28
3600	123	26.59
3900	123	24.28
4200	124	21.84
4500	129	20.34
4800	130	20.02
5100	131	19

W obliczeniach przyjmujemy gęstość benzyny wynoszącą 0,720 g/cm³ (w temperaturze 15° i liczby oktanowej = 95, na podstawie karty charakterystyki benzyny bezołowiowej wg rozp. MZ z dnia 3 lipca 2002 – Dz. U. Nr 140, poz 1171).

Obliczenia

Przykładowe obliczenia przedstawiamy dla pierwszego pomiaru (n = 1700 obr/min) i przedstawiamy je poniżej:

Moc efektywna N_e:

$$N_{e} = M_{e}\omega = M_{e}\frac{2\pi n}{60} = 0,111kNm\frac{2\pi \bullet 1700obr/min}{60} \approx \mathbf{19,76}\mathbf{\text{kW}}$$

Godzinowe zużycie paliwa G_e:

$$G_{e} = \frac{3,6{\bullet V}_{p} \bullet \rho_{p}}{t} = \frac{3,6 \bullet 50\text{cm}^{3} \bullet 0,720g/\text{cm}^{3}}{29,43s} \approx \mathbf{4,3}\mathbf{g/s}$$

Jednostkowe zużycie paliwa g_e:

$$g_{e} = \frac{G_{e} \bullet 10^{3}}{N_{e}} = \frac{19,76kW \bullet 10^{3}}{4,3g/s} \approx \mathbf{22}\mathbf{2,85}\mathbf{g/kWh}$$

Wyniki obliczeń dla wszystkich danych:

n [obr/min]	Mo [Nm]	tsr	N	G	ge	ηe
1500	107	33,56	16,80751	4,451728	264,8653	0,316089
1800	111	27,06	20,923	5,521064	263,8754	0,317275
2100	108	23	23,75043	6,495652	273,4962	0,306114
2400	121	19,65	30,41061	7,603053	250,0132	0,334866
2700	133	16,93	37,60485	8,824572	234,6658	0,356767
3000	133	15,43	41,78317	9,682437	231,7306	0,361286
3300	126	15,28	43,54246	9,777487	224,5506	0,372838
3600	123	26,59	46,36989	11,23731	242,3406	0,345468
3900	123	24,28	50,23405	12,30643	244,9817	0,341744
4200	124	21,84	54,53803	13,68132	250,8583	0,333738
4500	129	20,34	60,7898	14,69027	241,6568	0,346446
4800	130	20,02	65,3451	14,92507	228,4039	0,366548
5100	131	19	69,96324	15,72632	224,7797	0,372458

Na podstawie otrzymanych wyników wykreśliliśmy wykresy zależności: N_e(n), M_e(n), G_e(n), g_e(n). Zamieszczamy je na kolejnej stronie.

Wnioski

Na otrzymanych wykresach widać zależności momentu obrotowego, mocy efektywnej silnika, godzinowego i jednostkowego zużycia paliwa od prędkości obrotowej danego motoru. Obiektem badań była jednostka napędowa marki Rover o pojemności 1,4 dm³, pochodząca z samochodu osobowego FSO Polonez.

Moment obrotowy silnika osiągnął największe wartości (131 Nm) przy prędkości obrotowej mieszczącej się w zakresie około 2400 – 3000 obr/min. Zbliża się również do tej wartości przy maksymalnej prędkości obrotowej. Najniższa wartość z kolei osiągana jest przy ok. 2000 obr/min.

Moc efektywna przyrasta w całym okresie prędkości obrotowej silnika, aż do osiągnięcia maksymalnej wartości (67,5 kW) przy n = 5000 obr/min.

Godzinowe zużycie paliwa wzrasta w funkcji prędkości obrotowej silnika niemal w całym zakresie liniowo. Przy mocy maksymalnej badanej jednostki napędowej osiągane jest również maksymalne zużycie paliwa i jest ono ponad 3 razy większe niż minimalne i wynosi około 15,7 g/s.

Jednostkowe zużycie paliwa osiąga największe wartości przy minimalnych i maksymalnych prędkościach obrotowych silnika. Najmniejsze z kolei, w podobnym zakresie do tego, w którym motor osiąga największy moment obrotowy.

Na podstawie otrzymanych wykresów można określić jakiego zakresu prędkości obrotowych silnika używać w zależności od tego, czy chcemy poruszać się dynamicznie, czy oszczędnie. Największą dynamikę osiągniemy utrzymując prędkość obrotową na poziomie około 2800 obr/min oraz 5000 obr/min. Najkorzystniej będzie jednak korzystać z zakresu prędkości obrotowych w okolicy 3000 obr/min. Moment obrotowy jest wtedy wystarczająco duży, by skutecznie przeciwstawiać się oporom ruchu, a jednocześnie jednostkowe zużycie paliwa plasuje się tam w okolicach minimum uzyskiwanego przez ten silnik.