发动机特性实验指导书201501

汽车与交通学院

《汽车发动机原理B》

实验指导书

适用专业: 汽车服务工程                      

课程代码:  60103         

学时:   40    学分:  2.5   

编写单位: 动力机械与工程系 

编 写 人: 张正芳  王永忠   

审 核 人:    曾  东  建    

审 批 人:    孙  仁  云    

目   录 

实验一  发动机机械损失的测定（灭缸法）  （实验代码1）……………………………2

实验二  发动机机械损失的测定（倒拖法）  （实验代码2）……………………………5

实验三   柴油机供油提前角调整特性实验或

        汽油机点火提前角调整特性实验（实验代码3）…………………………………7

实验四  四冲程发动机的速度特性实验（实验代码4）…………………………………… 9

实验五　四冲程发动机的负荷特性实验（实验代码5）……………………………………11

实验六　柴油机调速特性实验（实验代码6）………………………………………………13

实验七  调速器工作性能实验（实验代码7）………………………………………………15

实验报告格式及要求 …………………………………………………………………………17

主要参考文献 …………………………………………………………………………………17

实验一  发动机机械损失的测定（灭缸法）（实验代码1）

一、实验目的和任务

1、通过讲授和进行发动机机械效率的实际操作，熟悉常用的发动机测试设备，学会正确地操作，并懂得正确地进行发动机实验的方法。

2、掌握用灭缸法测定多缸发动机的机械效率。

二、实验仪器、设备及材料

供实验用多缸柴油机（或汽油机）1台，测功机1台，油耗和转速测定装置1套、秒表、气压计、干湿球温度计、工具等各一套。

三、实验原理、步骤及注意事项

（－）熟悉发动机实验用各项测试设备，结合课堂讲授，在教师和实验员的具体指导下，通过操作实践掌握：各项发动机测试设备的操作方法和注意事项；发动机实验程序，测试结果的整理和实验报告的制作。

（二）发动机机械损失的测定

可用下列方法测定发动机的机械损失：

示功图法　从示功仪器录取气缸示功图，从中求出指示功率Pi，又从测功测得的有效扭矩Ttq，求得有效功率Pe值。则

倒拖法　当发动机以给定的工况运行，其热力状态达正常值后，切断发动机的供油，用电力测功机拖动发动机，测得拖动功率即为该工况下的机械损失功率Pm，则

负荷特性法　测取给定工况下柴油机的负荷特性，绘制以平均有效压力pme值为横坐标的小时耗油量曲线，在曲线上接近直线的线段作切线，延长与横轴相交。交点至原点的距离即为pmm。

在测得给定工况Pe后：（见下图）

注：此法只适用于柴油机。

灭缸法　此法仅适用于多缸发动机。发动机在给定工况下稳定运转后，先测出其有效功率Pe的值，然后切断某一缸供油（或熄火），调节负荷，使发动机恢复原有转速，测取此时的有效值Pe1，那么，该缸的指示功率值为：

BA

B kg/h

pme kPa

pme

pmm

BB

图解法确定pmm值

依次类推

……

式中注脚分别为1、2……i缸，i为发动机的气缸数。所以，发动机在给定工况下的指示功率为：

则

如果认为各缸负荷是均一的，那么，只需切断任一气缸的供油（或熄火）便可求得：

应当指出：机械效率的构成，即影响机械损失的因素比较复杂，而且随发动机的热力状态而改变，因此上述方法都只能提供近似值，其中以示功图法的误差最小，但需要有复杂的设备，而且只能供实验研究用。灭缸法简便易行，只要测功机有足够的精确度，那么误差可控制左右。

本实验采用灭缸法。为此：

1、机械效率的测定，必须在熟悉发动机实验各项设备的操作和注意事项后进行。

2、对实验发动机作例行检查和保养。

3、起动发动机，并运转至正常工作状态。同时选定一个转速值进行该转速下的机械效率的测定。

4、调速器操纵手柄置于最大“油门”位置（或汽油机节气门处于最大开度），调节测功机负荷，使发动机稳定在选定转速下工作。测定发动机在该工况下的扭矩值Ttq和相应转速值n。

5、切断第一缸的供油（第一缸熄火），调节测功机负荷，维持选定转速不变。注意，转速要尽可能调节准确。

6、测定有效扭矩值Ttq和选定转速值n，算出Pe值。

7、恢复第一缸供油（恢复第一缸点火），待运转正常后，切断第二缸的供油（第二缸熄火），重复第5、6项。依次类推完成其余各缸的有效扭矩值和选定转速值的测定。

8、计算发动机的有效功率值Pe和Pe1、Pe2……Pei值。

9、按灭缸法所列公式，计算发动机在选定转速下的机械效率ηm。

10、同理，给定另一转速，按上述步骤进行测定，可获得该转速下的机械效率ηm。

给定不同转速进行测定，便可获得一系列ηm。据此可绘制该发动机的ηm随转速而变化的曲线.。

四、思考题

1、简述发动机机械效率的测定方法和测定原理，并对测定的准确性作一评价。

2、试分析测定机械效率的过程中为什么要始终维持发动机转速为一恒值，它对测定结果有什么影响？

附：

灭缸法测量发动机机械效率测量记录表

发动机型号： _________________测功机型号：_________  ________燃油规格：_______   __

大气压力： ___________     大气温度： ________________大气湿度：____________ ______

实验地点： ___________  _____实验人员： _____________    ___实验日期：___________ __

实验二  发动机机械损失的测定（倒拖法）（实验代码2）

一、实验目的和任务

1、通过讲授和进行发动机机械效率的实际操作，熟悉常用的发动机测试设备，学会正确地操作，并懂得正确地进行发动机实验的方法。

2、掌握用倒拖法测定发动机的机械效率。

二、实验仪器、设备及材料

供实验用多缸柴油机（或汽油机）1台，测功机1台，油耗和转速测定装置1套、秒表、气压计、干湿球温度计、工具等各一套。

三、实验原理、步骤及注意事项

（－）熟悉发动机实验用各项测试设备，结合课堂讲授，在教师和实验员的具体指导下，通过操作实践掌握：各项发动机测试设备的操作方法和注意事项；发动机实验程序，测试结果的整理和实验报告的制作。

（二）发动机机械损失的测定

倒拖法　当发动机以给定的工况运行，其热力状态达正常值后，切断发动机的供油，用电力测功机拖动发动机，测得拖动功率即为该工况下的机械损失功率Pm，则

本实验采用倒拖法。为此：

1、机械效率的测定，必须在熟悉发动机实验各项设备的操作和注意事项后进行。

2、对实验发动机作例行检查和保养。

3、起动发动机，并运转至正常工作状态。

4、选定一个转速值进行该转速下的机械效率的测定，测定有效扭矩值Ttq和选定转速值n，算出Pe值。

5、切断发动机的供油（或熄火），用电力测功器拖动发动机，维持选定转速不变。注意，转速要尽可能调节准确。

6、测定测功器倒拖扭矩和选定转速值n，算出Pm值。

7、按倒拖法所列公式，计算发动机在选定转速下的机械效率ηm。

8、同理，给定另一转速，按上述步骤进行测定，可获得该转速下的机械效率ηm。

给定不同转速进行测定，便可获得一系列ηm。据此可绘制该发动机的ηm随转速而变化的曲线.。

四、思考题

1.根据所测发动机在某一转速下测得的机械效率的结果，试分析影响机械效率的因素有哪些？提高机械效率的措施有哪些？

2.绘制机械效率随发动机转速而变化的曲线。

附：

倒拖法测量发动机机械效率测量记录表

发动机型号： _________________测功机型号：_________  ________燃油规格：_______   __

大气压力： ___________     大气温度： ________________大气湿度：____________ ______

实验地点： ___________  _____实验人员： _____________    ___实验日期：___________ __

实验三   柴油机供油提前角调整特性实验

                          汽油机点火提前角调整特性实验（实验代码3）

一、实验目的和任务

1、了解供油（或点火）提前角改变时，发动机动力性和经济性变化规律，从而确定发动机在每种转速下工作时的最佳供油（或点火）时间。

2、若柴油机具有喷油提前角自动调节装置时，借此可核查装置工作的正确性；对于汽油机来说可借此核查点火提前角调节装置工作的正确性。

二、实验仪器、设备及材料

供实验用柴油机（或汽油机）1台，水力或电力测功机1台，油耗和转速测定装置，秒表，气压计，温度计（测大气温度），湿度计（测大气湿度），常用工具1套。

三、实验原理、步骤及注意事项

1、在实验开始前，应对全部实验设备及仪器进行仔细的检查，必要时进行维护。

2、用定时管法确定供油提前角；或用频闪法确定点火提前角。

3、对被测试的柴油机（或汽油机）进行例行检查和保养。然后，起动柴油机（或汽油机），使其运转至正常工作状态。

4、将喷油泵供油拉杆固定在最大供油位置（为了防止发动机有可能飞车，供油拉杆可由调速器操纵手柄置于最大“油门”位置）；或将节气门处于最大开度。

5、调节测功机负荷，使发动机稳定在标定转速值，测取各项原始数据：测功机读数（即发动机扭矩）值、n值、t值，并作好记录。

6、每做一个供油（或点火）提前角度后，改变供油（点火）间隔角2°或3°，每个测点的油耗克数应相同。测试结束后把各项数据记录下来，为了检查每个试点的准确性，需要绘制监督曲线，如图所示。各测试点数据如不符合监督曲线的规律，需重做，直到相符为止。

供油（点火）提前角特性实验监督曲线

7、在整个测试过程中，要始终维持发动机在标定转速下工作，并尽可能做到准确。水温、机油温度、机油压力均在正常工作范围之内。

8、根据原始数据，逐点算出Pe、B、be值，并绘成供油（点火）提前角调整特性曲线。

9、需要制取其他转速的供油（点火）提前角特性，方法同前。

10、在实验进行时，应分别观察并记录大气压力值，大气温度值和大气湿度值。若不符合“GB”规定标准，应对计算结果加以修正。

四、思考题

1、绘制被测试柴油机供油提前角调整特性曲线（附原始记录），并分析该发动机供油提前角对发动机性能的影响，为什么？ 

2、绘制被测试汽油机点火提前角调整特性曲线（附原始记录），并分析该发动机供油提前角对发动机性能的影响，为什么？

附：

发动机供油提前角（或点火提前角）调整特性实验记录表

发动机型号： _________________测功机型号：_________  ________燃油规格：_________

大气压力： ___________     大气温度： ________________大气湿度：________________

实验地点： ________________实验人员： _____________  ___实验日期：___________ __

一、实验目的和任务

1、了解发动机在油门开度一定时，发动机扭矩Ttq、功率Pe、有效燃油消耗率be和小时耗油量B随发动机转速n变化而变化的规律，从而确定发动机工作时的最佳转速范围。

2、熟悉发动机速度特性的制取方法。

二、实验仪器、设备及材料

测试用发动机、测功机（水力或电力测功机），油耗和转速测定装置，秒表，气压计，大气温度计，常用工具等各一套。

三、实验条件、步骤及注意事项

（一）实验条件

在实验过程中，若把油门开度置于最大位置，则所测特性为外特性，否则便是部分负荷速度特性。因此，制取速度特性时应把油门开度置于某一确定的位置。维持发动机的冷却水温、机油温度和机油压力在正常的工作范围内。

汽油机点火时间由自动点火提前角调整装置控制。柴油机的供油时间由喷油提前角自动调节器控制。

（二）实验步骤

1、首先对所用设备及仪表进行仔细检查，必要时进行保养。

2、对被测试作起动前的例行保养。然后起动发动机，使其运转至正常技术状态。

3、按部位分工后，开始进行实验；将油门固定在某一确定的开度，使发动机满负荷稳定运转在最低转速处。此时，即为实验的起点。测取并记录耗一定量燃油ΔV毫升所需要的时间t、测功机读数P和转速n，然后，操纵测功机依次减小发动机的负荷，使其转速逐渐增加，并根据所选择的转速间隔，使发动机稳定工作在某一转速处。这时，再测取并记录耗油ΔV所需时间t、测功机读数P值及此时的转速。

注意：最后测点应以发动机功率开始下降为准，对于带有限速器的汽化器，则应以限速器开始起作用为最后测点。

4、在制取每一点时，均需记录发动机水温、机油温度及机油压力等参数。

为了及时掌握实验进行的准确性，作监督曲线如图所示：

5、根据原始数据，逐点算出T1q、Pe、B、be值，并绘制被测发动机速度特性曲线。

6、在实验开始和结束时，应分别观察并记录大气状态：压力，温度，相对湿度。如不符合“GB”规定标准，则应对计算结果加以修正。

四、思考题

1、整理计算所测实验数据，绘制被测发动机的速度特性曲线，并作特性变化规律的分析。

2、分析实验过程中出现的主要问题有哪些？这些问题对测量结果有何影响？

3、根据试验数据和曲线，分析内燃机动力、经济性能变化规律及原因。

4、大气压力、大气温度和相对温度对试验结果有何影响？

5、汽车在实际运行中，什么时候内燃机工作在速度特性之下？

图　速度特性实验监督曲线

附：

发动机速度特性实验记录表

发动机型号： _________________测功机型号：_________  ________燃油规格：______  ___

大气压力： ___________     大气温度： ________________大气湿度：__________________

实验地点： ________________实验人员： _____________  ___实验日期：___________   __

实验五  四冲程发动机的负荷特性实验（实验代码5）

一、实验目的和任务

1、通过实验，找出发动机在不同负荷下工作时的动力性与经济性的变化规律。

2、了解（或熟悉）测功机的特性和工作原理，掌握测功机的操作方法。

3、了解（或熟悉）制取发动机的负荷特性的方法、步骤与基本操作技术。

4、了解柴油机（或汽油机）当转速不变时，燃油消耗率be，每小时油耗量Ｂ，排气温度tr，随负荷Pe（或pme）变化的规律。

二、实验仪器、设备及材料

测功机（水力或电力）一台，柴油机或汽油机（单缸或多缸）一台，转速表（机械式或数字式）一只，温度计（排气温度、水温、油温）若干只，机油压力表，天平（或自动油耗测量仪），秒表，计算器一只，工具一套。

三、实验条件、步骤及注意事项

（一）实验条件

1、调整柴油机（或汽油机）各参数（供油提前角或点火提前角、喷油压力、供油量、配气相位、气门间隙等）到规定值，紧固各连接螺栓，使发动机处于最佳技术状态。

2、起动发动机后，使发动机运转到正常工作状况。

（二）实验步骤及注意事项

1、

图：负荷特性实验曲线趋势

起动柴油机（或汽油机），看油压正常否，有无漏气、漏水、漏油现象，发动机响声正常否，如有不正常情况应排除后，方能计速。选取制取负荷特性的转速值。并逐步加载，使发动机在选定转速下达到初步稳定的热平衡状态。

2、观察发动机的转速（±1%），水温、机油温度和压力以及排温，是否达到规定值，只有达到规定值时，才能进行实验。

3、把柴油机（或汽油机）的转速保持在选定转速，逐渐增加负荷，第一次增加负荷后，调节油门，待发动机稳定运转在选定转速下时，测量一次油耗G所用时间Δt，并计算出Pe、be、B的值，记录于表中。再增加负荷，重复上述步骤。

4、也可以从大负荷测试到低负荷。测量点最少不小于六点，取八个实验点较好。

5、测试完成后，按规定将柴油机（或汽油机）熄火，整理现场。

四、思考题

1、在坐标纸上以be、B、tr为纵坐标，以Pe为横坐标绘制出被实验的发动机在选定转速时的负荷特性曲线。

2、你认为做好柴油机（或汽油机）负荷特性实验的要点是什么？

3、根据实验所绘出的特性曲线，简明分析评价你所实验发动机的性能。

附：

发动机负荷特性实验记录表

发动机型号： _________________测功机型号：_________  ________燃油规格：_________

大气压力： ___________     大气温度： ________________大气湿度：________________

实验地点： ________________实验人员： _____________  ___实验日期：___________ __

实验六　柴油机调速特性实验（实验代码6）

一、实验目的和任务

1、了解带调速器工作时，在负荷稳定的条件下，柴油机动力性和经济性的变化规律。

2、检查调速器的工作性能。

二、实验仪器、设备及材料

被测柴油机1台，测功机1台，油耗和转速测定装置1套，秒表，气压计，温度计（测室温），湿度计，常用工具各1套。

三、实验条件、步骤及注意事项

（一）实验条件

柴油机供油提前角选在标定工况时的最佳供油时刻，供油量按使用工况调整。

在实验过程中，维持发动机的冷却水温、机油温度、机油压力在正常工作范围之内。

（二）实验步骤

1、对所用设备、仪器及被试柴油机进行例行的检查与保养。

2、起动发动机，并预热至正常工作状态，将调速器操纵手柄置于最大（油门）位置（也可做中间某一位置的调速特性实验）。

3、使柴油器在无负荷情况下，达到最高空转转速。待柴油机工作稳定后，开始测试。每测一个试点的具体方法与前述速度特性实验相同：并把每一试点时测得的P值，t值，n值及指示发动机工作的仪表读数记录下来。

4、此后，逐渐增加负荷，在75%Pe以后的实验点，负荷增加量要减小，而且可用升速或降速的办法，找出调速器开始起作用的转斩点和速度特性段上的Ttpmax点。

5、绘制监督曲线如图

n

be（ g/kw·h）

Ttq(N,m)

图　调速特性实验监督曲线

6、必要时，可作部分负荷调速特性实验，方法类同。

7、实验完毕，应使发动机在怠速运转几分钟，待热状态正常后，停车。

四、思考题

1、对所测数据，必要时进行修正，整理，然后计算出发动机扭矩，有效功率，小时耗油量和耗油率，并填制测试记录。

2、作调速特性曲线，并作出分析。

3、对本次实验作出评价。

附：

柴油机调速特性实验记录表

发动机型号： _________________测功机型号：_________  ________燃油规格：_____  ____

大气压力： ___________     大气温度： ________________大气湿度：__________________

实验地点： ________________实验人员： _____________  ___实验日期：_________   __ __

实验七　调速器工作性能实验（实验代码7）

一、实验目的和任务

1、测定转速波动率；

2、测定瞬时调速率δ1，稳定调速率δ2和发动机转速稳定所需时间。

二、实验仪器、设备及材料

被测柴油机1台，测功机1台（最好是用电力测功机或直接连接发电机组（因水力测功机负荷突变有滞后现象）），油耗和转速测定装置1套，秒表，气压计，温度计（测室温），湿度计，常用工具各1套。

三、实验条件、步骤及注意事项

（一）实验条件

柴油机供油提前角选在标定工况时的最佳供油时刻，供油量按使用工况调整。

在实验过程中，维持发动机的冷却水温、机油温度、机油压力在正常工作范围之内。

（二）实验步骤

1、在已测试调速特性在发动机上，加上全负荷，使之在标定转速nN下运转。当运转十分稳定后，测定其转速波动率φ，按下式计算：

nmax——测试期间的最高转速（转/分）

nmin——测试期间的最小转速（转/分）

n平均——测试期间的平均转速（转/分）

2、在“1”项测定结束后，突然切断全部负荷，测取突卸负荷后的转速n1，和最大的瞬时转速n2，工作稳定后的转速，即稳定转速（n3）以及达到稳定转速（n3）的时间ts实验应重复数次，以求准确。

然后，按下列公式计算：

式中δ1——瞬时调速率（%）

δ2——稳定调速率（%）

n1——突卸负荷时转速（转/分）

n2——突卸负荷后的最高瞬时转速（转/分）

n3——突卸负荷后的稳定转速（转/分）

nn——标定转速（转/分）

四、思考题

1、将实验结果附在调速特性实验报告后面；

2、对本次实验作出评价。

附：

柴油机调速器工作性能实验记录表

发动机型号： _________________测功机型号：_________  ___  _____燃油规格：_________

大气压力： ___________     大气温度： ________________大气湿度：__________________

实验地点： ________________实验人员： _____________  ___实验日期：___________   __

实验序

实验报告格式及要求

实验报告要求按照西华大学汽车与交通工程学院《实践教学环节质量标准及日常运行用表》中的相关规定和格式进行。实验指导书后的思考题按照老师所指定的题目进行回答。另外：

1．实验过程中要严肃认真地做好实验记录，确认所记录的数据无误后，认真填写在有关表格中。

2．根据实验目的和要求，对实验数据进行整理计算，并将计算结果填写在相应的表格中。

3．要求书写整洁，字体端正。

主要参考文献

《车辆内燃机原理》，孙军编，高等教育出版社，2011.06

《内燃机学》，周龙保编，机械工业出版社，2005.1