实验十 轻菲动力循环
一、实验目的
1、 本实验目的使选修改课程的学生了解实际内燃机的工作原理，掌握测试内燃机相关性能研究方法，运用所学的知识来联系、分析实际内燃机的问题。
2、 运用所学的专业知识按实验大纲的要求，对实验结果进行分析总结。
3、 学会使用测功机，油耗仪进行目的性实验。
二、实验内容及基本原理
实验原理:
1. 内燃机实际工作过程的理想化:
内燃机实际工作过程并不是一个封闭循环，因为第二个循环又要重新吸入新鲜空气。为便于研究和分析，并找出影响内燃机循环热效率的因素，则将实际工作过程作如下的理想化：
(1) 进、排气的数量变化过程，即工质状态没有发生变化。此外，进气过程中工质对活塞作的功与排气过程中活塞对工质作的功，近似相等而相互抵消。
(2) 略去喷油的重量，可以认为各个热力过程中工质的质量不变，是由一定工质在气缸中进行封闭循环。
(3) 整个循环过程中，假定工质的化学成分不变，比热也不变因此把燃烧过程看作是由外界对工质的加热过程。
(4) 略去压缩和膨胀过程中工质与气缸壁间的热量交换近似认为是绝热过程。
(5) 用定容放热过程来代替废气排入大气的实际过程。
图1 柴油机理想循环的P—v图和T—s图
2. 涡轮增压器
涡轮增压器是用来提高发动机功率和减少排放的重要部件，它本身不是一种动力源，而是利用发动机排气中的剩余能量来工作，其作用是向发动机提供更多的压缩空气。
涡轮增压器安装在发动机排气管上，发动机气缸排出的废气推动涡轮叶片转动，在带动压气机叶轮将空气加压后送入气缸，因为进入气缸的空气增多，所以允许喷入更多的燃油会使燃油燃烧得更加充分，从而使发动机产生更高的功率或降低排放。涡轮增压器还可以使发动机在高原上工作时获得功率补偿。
3．发动机的特性包括：负荷特性、速度特性、调速特性。
负荷特性是柴油机最基本的特性，测定的目的是找出不同负荷下运转的经济性。根据各种转速下的负荷特性可以绘制柴油机得万有特性，测定的方法是保持柴油机的转速不变，通过测功机从低负荷开始加载直至全负荷，在此同时调节油门位置以适应负荷的改变。
速度特性是柴油机的主要特性之一，测定他的目的是找出柴油机在不同转速下工作时起动力性和经济性的变化规律，以及对应最大功率、最大扭矩和最低燃油消耗率时的转速，从而可以确定柴油机最有利的工作转速范围。测定的方法是保持它的循环供油量不变，即喷油泵拉杆或齿条位置固定，通过改变测功机的负荷来改变柴油发动机的转速。在实验转速内任意选择几种转速工况，可以从低速往高速测定或从高速往低速测定，每隔50至100转/分测一个点。
测定调速特性的目的是为了分析柴油机在调速器控制下不同负荷时的动力特性和经济性，以及用来检查调速器和校正器的工作质量。测定的方法是将调速手柄固定在某一位置，由调速器自动控制喷油泵拉杆或齿条的移动，使负荷由零逐渐变到最大，在测定负荷的同时测量转速。
4．有效性能指标
有效性能指标的计算包括：有效功率、机械功率、平均有效压力、有效热效率、有效油耗率。
内燃机的有效功率可以利用扭矩传感器分别测出发动机在某一工况下曲轴的输出转矩及同一工况的发动机转速，按以下公式求得：
式中
为发动机的输出转矩，单位为N.m。则发动机的有效功率与指示功率之比称为机械效率。
有效热效率是每循环所作的有效功与所消耗的柴油所含的热量的比值. 柴油的热值取
。
-每循环所作的有效功
-每循环所消耗的柴油所含的热量(J)
亦可转为 
q-每循环单位时间所消耗的柴油所含的热量(
/s)
有效油耗率
是指单位时间内单位有效功率的柴油消耗量
-柴油机每小时消耗的燃油量(
)
-柴油机单位时间内发出的有效功率(
)
实验内容：
测试安装涡轮增压器后柴油发动机的速度特性，所谓的速度特性就是指当供油量调节机构（齿条或油门杆位）位置一定时，柴油机的功率、扭矩、燃油消耗率等指标随转速变化的关系。测定速度特性的目的是找出柴油机的不同转速下工作时其动力性和经济性的变化规律，以及对应于最大功率，最大扭矩和最低燃油消耗率时的转速，从而可以确定柴油发动机最有利的工作转速范围。由速度特性的定义可以知道要测其速度特性，只需保持它的循环供油量不变，即喷油泵拉杆或齿条位置固定，通过改变测功机的负荷来改变柴油发动机的转速。在实验转速内任意选择几种转速工况，可以从低速往高速测定或从高速往低速测定，每隔50转/分测一个点。试验中通过油耗仪测得发动机的油耗量，发动机的有效功率则通过试验台上的电涡流测功机测的加载量换算得到，预测功机配套的控制器上能读到测功机的转速，而测功机的转速和发动机的转速一致。这样就可以得到发动机的耗油量、转速、实际功率。实验模型如下图2：
图2 涡轮增压试验物理模型
三、实验仪器设备及实验装置
1. 常柴牌的N485Q型柴油发动机
2.盖瑞特（Garrett）旁通式涡轮增压器
3. 洛阳南峰机电设备制造有限公司生产的CW-100型涡流测功机
4.油耗仪
5．实验台油路布置见图3
注：图中的箭头表示燃油的流向
图3试验台油路示意图
6.测功机水路布置见图4
注：图中的箭头表示水流的方向
图4 测功机循环水路示意图
四、实验步骤
1.检查油箱内是否有油、发动机的油路是否通畅。
2.检查发动机与测功机连接处是否牢固可靠。
3.接通油耗仪测功机控制显示器电源看他们是否能正常工作，并将测量时间设置为10秒。
4.打开循环水路中水泵的电源，察看测功机循环水路是否通畅。
5.起动发动机，让其怠速状态10分钟。
6.调大发动机油门，当测功机控制显示器上的转速显示到1800转时便固定油门位置。
7.发动机在空载下运转2-3分钟后，记录下5组该状态下的转速、扭矩、和10秒内的燃油消耗量。
8.调节测功机控制显示器上的加载旋钮，转速每降低50左右记录对应状态下的9组数据。
9.当发动机转速降到1600左右记录数据后停止加载，而后从1600转以升高50左右逐步卸载你并记录对应状态下的数据，直到空载为止。
10.让发动机空载运行5分钟左右停车。
11.停车5分钟左右关循环水路中水泵的电源，然后依次将测功机、油耗仪的电源切断实验结束。
五、实验准备及预习要求
1. 预先掌握实验指导书的内容,实验器材的使用方法及安全注意事项.
2. 对以下内容进行预习:
u 内燃机的工作原理
u 内燃机的性能指标
u 内燃机速度特性,负荷特性及调速特性
六、实验报告内容及格式
1. 实验目的
2. 实验内容
3. 实验装置
4. 实验原理
5. 实验步骤
6. 实验结果与分析
7. 思考题分析