柴油机示功图制取实验报告

1、试验题目：柴油机示功图的制取目录试验题目：柴油机示功图的制取 11. 实验目的： 22. 实验仪器 23. 试验方法 34. 数据处理 4a) 纯压缩线与上止点确定 4b) 绘制P 图 6C)曲轴转角修正与任意时刻气缸容积计算 6d) 各工况示功图绘制 7e) 各工况示功图对比分析 9f) 根据dp- d 曲线判断着火始点 11g) 燃烧放热规律分析 125. 附录 151. 实验目的:1）了解和掌握发动机缸内压力测试系统结构、原理和测试方法。2）掌握纯压缩线测量、上止点确定的方法及发动机燃烧过程、p V、P图的制取。3）掌握实验数据计算整理、曲线的制作及结果的分析方法。4）掌握柴油机燃烧和放

2、热过程。2. 实验仪器试验柴油机参数：型号SQR481结构形式盒式直列冷却木冷冲程（S4缸数481tS7rm924KMtt17 5克速/(rrnSOO额定功率（kW）93i .(rFTllnJOOO最大煬徒压力/MFg16最大 CNmrpm)271/2000排動L1.905最低巔油淆耗厚（全负荷）kWh）212燃油压力加f还145其他试验设备:测帛项目仪關设备名称型号转矩測昴交潦电力测功机HT350燼烧为析仪DEWE5000转速测量光电编码器KiStIerTyPe2614A4II压测量缸R专磁養BelrU PSG排放测呈PM測呈仪DM5500Nox/ H C/C OJ1J1 仪HdrIha M

3、frXa 3曲L油耗测科计CMF系列興时油耗测星仪试验装置简图进 气 管测功机数据采集系统计算机ECU3.试验方法1）检查发动机安装是否正确、安全、可靠。打开燃油开关、冷却水阀及各测试尾气处理颗粒捕集器系统开关，启动发动机，检查运转时有无明显的不稳定现象。无问题时则进行发动机预热工作2）将试验工况设定到目标工况1300 r/mi n 。测量、记录发动机燃烧过程中第 三缸的压力与曲轴转角3）采用倒拖法来测量纯压缩线，确定上止点，4）根据所测上止点以及发动机参数，计算发动机在1300 r/min 工况下的各项 参数，绘制油门为12%，15%，18%工况下的p V、P 图。4. 数据处理a）纯压缩线

4、与上止点确定采用所有的循环进行平均，利用MATLAB 进行数据处理通过对倒拖纯压缩线做一系列等压线，求中点并拟合的方法来求上止点。禾U 用MATLAB软件结合手工拟合确定最高点坐标时，转角为359.1 °偏差为0.9利用MATLAB进行曲线拟合，结果如下Gen eral model GaUSS8:f(x)=a1*exp(-(x-b1)c1)2) + a2*exp(-(x-b2)c2)2) +a3*exp(-(x-b3)c3)2) + a4*exp(-(x-b4)c4)2) +a5*exp(-(x-b5)c5)2) + a6*exp(-(x-b6)c6)2) + a7*exp(-(x-

5、b7)c7)2) + a8*exp(-(x-b8)c8)2)COeffiCie nts (With 95% Con fide nce boun ds):a1 =17.72(-37.29, 72.73)b1 =360.9(354.3, 367.4)c1 =15.88(9.168, 22.59)a2 =17.01(6.346, 27.67)b2 =365.7(356.9, 374.5)c2 =44.04(34.55, 53.53)a3 =1.228(-3.899, 6.356)b3 =379.6(364.3, 394.9)c3 =12.99(1.995, 23.99)a4 =7.383(-41.9

6、9, 56.76)b4 =348.9(278.5, 419.2)c4 =19.08(-9.211,47.37)a5 =-3.381(-11.9, 5.138)b5 =396.2(376.1,416.3)c5 =25.93(14.53, 37.33)a6 =-0.0116(-4.816e+14, 4.816e+14)b6 =331.6(-1.617e+15, 1.617e+15)c6 =0.06525(-3.457e+14, 3.457e+14)a7 =1.579(-1.491,4.65)b7 =315.8(220.4, 411.1)c7 =63.52(25.86, 101.2)a8 =1.18

7、7(1.167, 1.207)b8 =354.1(347, 361.2)c8 =728.4(685, 771.7)Good ness of fit:SSE: 23.71R-SqUare: 0.9998AdjUSted R-SqUare: 0.9998RMSE: 0.1155利用MATLAB找出曲线的最大值对应的X值，ans =359.1445偏差为 0.8555b）绘制P 图利用MATLAB绘制P 图如下力最大点，这与柴油的喷射与燃烧有着直接的关系。C）曲轴转角修正与任意时刻气缸容积计算直列四缸四冲程柴油机，排量：1.905e-3 m3i=4缸径：81mm 行程： 92.4mm 压缩比17.5

8、连杆长度：I = 144 mm 曲拐半径r =46.2mm连杆比R=lr=3.11688单缸燃烧室容积解得?燃烧室=2.8863636e-5 m3记活塞位移为h2 2由余弦定理有r h 2rh cos 贝y h r CQS J2 /sin $?= ?1 +?排?+ ?燃烧室?燃烧室(? ?0os?- ? (?ZSin?2)?=?1 +写(?+ 1-cos?7 ?- ?此处的应该用修正后的值进行计算。d）各工况示功图绘制根据以上计算结果，建立第三缸气缸容积与压力的一一对应关系，进而绘制各种工况的示功图如下：其中压力的单位是 bar （ Ibar =100 千帕=1e5pa）体积的单位是立方米70

9、12%时示功图23456A _ 一 - OOOOOOO 6 5 4 3 2 1£Hta体积?15%时示功图OOO6 4 28023456体枳 r3×W4-IEqH 8060402000123456体仙 ×10i4e）各工况示功图对比分析对上图数据进行积分处理，从而计算单缸每循环的循环功， 泵气损失功，静 指示功如下表。工况/%泵气损失动力循环功静指示功最大压力/bar12%2.63108.23110.8664.4415%3.74187.13190.8772.5518%3.53205.29208.8275.21静指示功y = 1632.6x - 74.709R2 =

10、 0 882I、厶J .JJL-B250.00200.00150.00100.0050.000.000%5%10%15%20%容积变化功随曲轴转角与容积变化如下图（以12%工况为例）1DO 2003004500600700 OO由于实验机型为含涡轮增压，废气再循环的柴油机，可以发现泵气损失为正功，这是由于涡轮增压以及是在低负载情况下测得，同时也可以发现，随着油门开度的增加，静指示功和最大压力都有所上升，从而使发动机能输出更大功率。f）根据dp- d 曲线判断着火始点利用一种近似的方法来找燃烧始点，根据 dp- d 曲线的最大值判断着火始点。当dp-d 取最大值时，可以认为缸内气体脱离纯压缩线，

11、开始燃烧。如图103&斗20-Ioo 0 I(K) 20030040050600700800工况/%I着火位置/°12%-1.6615%-2.0618%-2.46以上止点为参考点，可见，柴油机在达到上止点前喷油，且随着工况的增加喷油提前。g）燃烧放热规律分析放热规律如下? 1 ? ?= (? + ? ? 1 ? ?污养?+计命?)在实验过程中，k的值会发生变化,但我们采用整个循环的平均k值来简化计算，不妨认为k为常数，取k=1.36? ?因此可令&寸云?= 0。同时，由于整个循环时间较短，气缸传热系数不大，故忽略气缸散热，认为？?？?（？? ?） = 0, 因此，上述

12、放热规律的公式可以简化为 需=角（?籍?,而公式中的各量已经由前述计算得到。其中由于dV/d 如果采用差分方法计算，会在上止点处有较大误差，故利?+Sin ?sos ? ?- Sin2?用V的表达式，计算微分? ? 1? ?丁 ?(Sin利用MATLAB编程，绘制放热量Q与温度变化得到如下图表:可见，在喷油时，由于燃料存在一定的吸热，同时由于此时存在相变以及新物质的加入，导致刖面公式不成立，且整个放热过程速度较快，但由于活塞越过 上止点时速度较快，这一段的数据点较少，温度压力又变化十分迅速，所以在300 到360 °之间放热量错误，现忽略燃料放热，既 需恒为正值，对累计放热率曲 线进

13、行修正。得到以下放热曲线190Q1500OQo翌ar5000 *- -Ioo0 IDO 2003004 SOO 600700Ift轴转角L5÷H 捋5(-,-5800一 _ _ _Oo500OTOMO2Ji 1IIlllI JL J7D4005007M-,-500SOO冃轴转角-150O(X)1-IM)sac'18¾B4放熬仆桩K)Oo1002003004005006007MLrAOO通过修正计算效率，如下表工况/%循环热效率12%41.04%15%44.92%18%45.53%虽然实验存在一定误差，但可以定性看出，柴油机燃烧是一个快速的过程,随着油门开度的增加，最

14、高温度以及放热量都有所上升，同时在压缩和做功阶段近似一个等熵过程，热量变化很小5. 附录计算所用MATLAB源代码:clc;clear;%清楚内存中的所有变量close allload('p')P00=reshape(p00,1800,size(p00,1)1800);avep00 = mean(P00,2);avep00 =avep00'P12=reshape(p12,1800,size(p12,1)1800);avep12 = mean(P12,2);avep12 =avep12'P15=reshape(p15,1800,size(p15,1)1800);a

15、vep15 = mean(P15,2);avep15 =avep15'P18=reshape(p18,1800,size(p18,1)1800);avep18 = mean(P18,2);avep18 =avep18'phi=0:0.4:719.6;figure %纯压缩Plot(Phi,avep00,'linewidth',2);hold onfor i=-3:0.5:11plot(260,460,30+i,30+i)endplot(359.1,359.1,0,50)figure %p-phi 图hold onylabel('压力 /bar')

16、;xlabel('曲轴转角 phi');Plot(Phi,avep00,'linewidth',2);Plot(Phi,avep12,'linewidth',2);Plot(Phi,avep15,'linewidth',2);Plot(Phi,avep18,'linewidth',2);Iegende 纯压缩','12%','15%','18%');set(gca,'fontsize',14) %将其余公共字体设置为14grid On%fun=

17、(x)2.8863636e-5*(1+8.25*(4.11688-cos(x)-sqrt(3.11688A2-(sin(x)F2);V=ZeroS(1,size(phi,2);for i=1:SiZe(Phi,2)v(i)=fun(phi(i)-0.8555)*pi180);endfigure %示功图12hold onPlOt(V,avep12,'linewidth',2);ylabel('压力 /bar');xlabel('体积 m3');title('12% 时示功图')set(gca,'fontsize',

18、14) %将其余公共字体设置为14grid onfigure %示功图15hold onPlOt(V,avep15,'linewidth',2);ylabel('压力 /bar');xlabel('体积 m3');title('15% 时示功图')set(gca,'fontsize',14) %将其余公共字体设置为14grid onfigure %示功图18hold onPlOt(V,avep18,'linewidth',2);ylabel('压力 /bar');Xlabe1(

19、9;体积m3');title('18% 时示功图')set(gca,'fontsize',14) % 将其余公共字体设置为 14grid Onshg;figure %示功图对比hold OnPlot(V,avep12,'linewidth',2);Plot(V,avep15,'linewidth',2);Plot(V,avep18,'linewidth',2);ylabel('压力');xlabel('体积');title('不同工况下示功图对比')Iegen

20、de12%','15%','18%')；set(gca,'fontsize',14) % 将其余公共字体设置为 14grid Ondisp('最大压力')max(avep12)max(avep15)max(avep18)%积分处理w12=zeros(1,size(phi,2);for i=1:SiZe(Phi,2)-1w12(i+1)=w12(i)+(avep12(i+1)+avep12(i)2*(v(i+1)-v(i);endw12=w12*1e5;disp('12% 时静指示功')w12(1800)di

21、sp('泵气损失')w12(450)-w12(1)+w12(1800)-w12(1350)disp('动力循环功')w12(1350)-w12(450)figurehAx,hLine1,hLine2 = PIotyy(Phi,w12,phi-0.9,v);%画出双 y 轴图像ylabel(hAx(1),'容积变化功TfontSiZe',14) %设置左边y坐标轴的标签ylabel(hAx(2),'容积变化TfontSiZe',14) %设置右边y坐标轴的标签xlabel('曲轴转角 TfontSiZe',14)w1

22、5=zeros(1,size(phi,2);for i=1:SiZe(Phi,2)-1w15(i+1)=w15(i)+(avep15(i+1)+avep15(i)2*(v(i+1)-v(i);w15=w15*1e5;disp('15%时静指示功')w15(1800)disp('泵气损失')w15(450)-w15(1)+w15(1800)-w15(1350)disp('动力循环功')w15(1350)-w15(450)w18=zeros(1,size(phi,2);for i=1:SiZe(Phi,2)-1w18(i+1)=w18(i)+(ave

23、p18(i+1)+avep18(i)2*(v(i+1)-v(i);endw18=w18*1e5;disp('18%时静指示功')w18(1800)disp('泵气损失')w18(450)-w18(1)+w18(1800)-w18(1350)disp('动力循环功')w18(1350)-w18(450)load('t')T12=reshape(t12,1800,size(t12,1)1800);avet12 = mean (T12,2);avet12 =avet12'T15=reshape(t15,1800,size(t15

24、,1)1800);avet15 = mean (T15,2);avet15 =avet15'T18=reshape(t18,1800,size(t18,1)1800);avet18 = mean (T18,2);avet18 =avet18'%放热分析k=1.4;Phi=Phi-0.8555;fun=(x)2.8863636e-5*8.25*(sin(x)+sin(x)*cos(x)/sqrt(3.11688A2-(sin(x)F2);dv=zeros(1,size(phi,2);for i=1:SiZe(Phi,2)dv(i)=fun(phi(i)*pi180)*0.4*pi

25、180;endq12=zeros(1,size(phi,2);for i=1:SiZe(Phi,2)-1q12(i)=(k*(avep12(i)+avep12(i+1)2*(dv(i)+(v(i)+v(i+1)2*(avep12(i+1)-avep12(i)(k-1);endq12=q12*1e5;m,pos=max(q12);Phi(PoS)%瞬时放热figurePlotyy(Phi,q12,phi,v);%画出双 y 轴图像%修正for i=600:900if q12(i)<0q12(i)=0;endendfor i=1:SiZe(Phi,2)-1q12(i+1)=q12(i)+q1

26、2(i+1);endfigurehAx,hLine2 = PIotyy(Phi,avet12,phi,q12);%画出双 y 轴图像ylabel(hAx(1),'气缸温度TfontSiZe',14) %设置左边y坐标轴的标签yIabeI(hAx(2),'累计放热量TfontSiZe',14) %设置右边y坐标轴的标签xlabel('曲轴转角 TfontSiZe',14)title('12%时放热分析')n12=(w12(1350)-w12(450)(q12(1260)-q12(890)q15=zeros(1,size(phi,2)

27、;for i=1:SiZe(Phi,2)-1q15(i)=(k*(avep15(i)+avep15(i+1)2*(v(i+1)-v(i)+(v(i)+v(i+1)2*(avep15(i+1)-avep15(i)(k-1);endq15=q15*1e5;%瞬时放热%修正for i=600:900if q15(i)<0q15(i)=0;endendfor i=1:SiZe(Phi,2)-1q15(i+1)=q15(i)+q15(i+1);endfigurehAx, ,hLine2 = PlOtyy(Phi,avet15,phi,q15);%画出双y轴图像ylabel(hAx(1),'气缸温度TfontSiZe',14) %设置左边y坐标轴的标签ylabel(hAx(2),'累计放热量TfontSiZe',14) %设置右边y坐标轴的标签xlabel('曲轴转角 TfontSiZe',14)title('15%时放热分析')n15=(w15(1350)-w15(450)(q15(1350)-q15(450)q18=zeros