Стенд "Рабочие процессы бензиновых двигателей внутреннего сгорания с электронным нагружающим устройством"
Автоматизированный лабораторный стенд «Рабочие процессы бензиновых двигателей внутреннего сгорания с электронным нагружающим устройством» предназначен для проведения комплекса теоретических, практических и лабораторных работ по изучению конструкции, принципов работы и испытаний двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в учебных курсах: «Двигатели автомобилей и тракторов», «Анализ конструкции и расчет ДВС», «Испытания двигателей».
Лабораторный стенд должен обеспечивать изучение:
Общие технические требования:
1. Лабораторный стенд должен быть выполнен в виде напольной рамной конструкции, состоящей из следующих модулей: модуль ДВС, блок нагружения и модуль системы управления и анализа информации.
2. Электропитание лабораторного стенда:
3. Питание стенда должно осуществляться с использованием автоматических выключателей.
4. Стенд должен иметь возможность подключения к контуру защитного заземления лаборатории.
5. Оптический измеритель температуры деталей двигателя должен дистанционно измерять температуру деталей двигателя до предельной температуры, не менее 300 ОС.
6. Рама стенда должна иметь защитное порошковое покрытие.
7. Габаритные размеры стенда (без лабораторного стола), мм, не более: 1500х1100х600.
8. Масса стенда, кг, не более: 200.
Лабораторный стенд должен содержать:
1. Модуль ДВС.
Модуль должен представлять собой поршневой одноцилиндровый двигатель воздушного охлаждения с верхним расположением распределительного вала и принудительной системой смазки. Двигатель должен быть закреплен на стальной виброгасящей плите весом не менее 30 кг. Стальная плита должна крепиться к раме через резиновые подушки.
Выходной вал двигателя должен быть соединен с электрогенератором, использующемся в качестве нагружателя.
Генератор синхронный бесщеточный переменного тока напряжением 220 В.
Генератор должен быть оснащен датчиком вращающего момента и соединен с блоком нагружения электрическим кабелем.
Технические характеристики двигателя и электрогенератора приведены в таблице 1.
Таблица 1
Наименование параметра Значение параметра
Двигатель: 1-цилиндровый четырёхтактный бензиновый двигатель воздушного охлаждения
Рабочий объем цилиндра, см3, не менее 196
Номинальная мощность при 3000 мин-1, кВт, не менее 3,6
Максимальная мощность при 3600 мин-1, кВт, не менее 4,0
Система смазки Комбинированная, с принудительной циркуляцией смазочного масла и разбрызгиванием. Рабочая жидкость в системе смазки - моторное масло. Привод маслонасоса - от коленчатого вала
Объем моторного масла, л, не более 0,6
Система охлаждения Воздушная, принудительного типа от крыльчатки маховика
Направление вращения коленчатого вала Против часовой стрелки (со стороны вала отбора мощности)
Топливо Автомобильный неэтилированный бензин
Емкость топливного бака, л, не менее 2
Система пуска Возвратный пусковой механизм
Свеча зажигания Никелевый электрод, откручивающееся SAE-подключение, с плоским седлом.
Электрогенератор: однофазный генератор переменного тока
Максимальная мощность генератора, кВт, не менее 2,2
Напряжение, В, не более 230
Максимальная сила тока, А, не менее 8,7
2. Блок нагружения.
Блок должен представлять собой металлический короб с набором термоэлектрических нагревателей воздушного типа, суммарной мощностью, превышающей паспортную мощность электрогенератора.
Блок должен быть снабжен вентилятором для продувки термоэлектрических нагревателей и фланцем для подключения блока нагружения к вентиляционному каналу. Величина нагрузки, потребляемой блоком нагружения должна регулироваться бесступенчато во всем диапазоне потребляемой нагрузки.
3. Модуль системы управления и анализа информации.
Модуль должен состоять из панели управления, комплекта датчиков и контроллера.
Лицевая часть панели управления должна быть изготовлена из листового алюминия толщиной не менее 2,5 мм со специальным анодированным слоем. На панель должны быть нанесены цветные обозначения и надписи. Обозначения и надписи должны быть напечатаны по технологии цифровой металлографики. На панели управления должны быть расположены: клавиша включения питания стенда; амперметр, для измерения силы тока в нагружателе; вольтметр, для измерения напряжения нагружателя; рычаг управления положением дроссельной заслонки, кнопка аварийной остановки двигателя.
Комплект датчиков должен состоять из следующих элементов:
Информация с датчиков температур, давлений, усилий и положения коленчатого вала обрабатывается управляемыми усилителями. Данные поступают в контроллер, который управляет усилителями и обменивается информацией с компьютером по шине USB 2.0.
Контроллер должен представлять собой аналого-цифровой преобразователь выполненный на электронной плате, на базе контроллера типа PIC18F2550 со следующими техническими характеристиками: тип архитектуры: RISC; разрядность: 8-бит; тактовая частота, не менее 48МГц; размер области программы, не менее 32 Кбайт; размер ОЗУ, не менее 4 KБайт; размер EEPROM: не менее 512 Байт; не менее 8-аналоговых входов, не менее 4-аналоговых выхода; , не менее 24-дискретных входа/выхода; поддержка интерфейсов: USB, RS-232, RS-485, SPI, I2C; поддержка датчиков: тензометрического сопротивления, термосопротивления, термопары, индукционные датчики, оптопары с открытым оптическим каналом; периферия, не менее 8 битное ЦАП, не менее 10 битное АЦП, не менее 16 разрядная ШИМ, не менее 16 разрядный счетчик-таймер, аналоговый компаратор, оптически развязанные выходы типа открытый коллектор, токовые ключи.
Программное обеспечение должно предоставлять возможность сохранения мгновенных показателей и результатов испытаний двигателя в файл носителя информации для последующей обработки. На монитор ЭВМ выводятся показатели и результаты испытаний бензинового двигателя.
Технические характеристики датчиков
№ п/п Наименование Характеристика
4. Автоматическое рабочее место (АРМ) для подключения к лабораторному стенду.
АРМ предназначено для подключения к лабораторному стенду через модуль ввода-вывода с целью снятия и построения статических и динамических характеристик исследуемых элементов и схем, а также управления ими.
Минимальные требования к АРМ приведены
№ п/п Наименование Характеристика
5. Лабораторный стол.
Стол должен быть предназначен для установки модулей и ноутбука.
Стол должен содержать:
Габаритные размеры лабораторного стола (ШхВхГ), не более: 800х800х600 мм.
6. Модуль управления питанием и дистанционного контроля стенда.
7. Методические указания к проведению лабораторных работ.
В комплект поставки комплекса должны входить методические указания по проведению лабораторных работ.
Методические указания должны быть выполнены в виде брошюры формата А4.
- устройства и принципов работы двигателя;
- методов испытаний двигателей внутреннего сгорания и измерительной аппаратуры;
- методов оценки эффективных показателей двигателей;
- методов оценки показателей экономичности двигателей;
- методов оценки экологических показателей двигателей;
- методов термометрирования двигателей;
- методов оценки параметров устройств газообмена двигателей;
- основных принципов и правил проведения технического обслуживания двигателей.
Общие технические требования:
1. Лабораторный стенд должен быть выполнен в виде напольной рамной конструкции, состоящей из следующих модулей: модуль ДВС, блок нагружения и модуль системы управления и анализа информации.
2. Электропитание лабораторного стенда:
- напряжение питания стенда, не более - 230 В;
- род и частота тока - переменный, не более 50 Гц;
- напряжение и род тока питания элементов системы управления, не более - 12 В, постоянный;
- потребляемая мощность, не более: 1 кВт.
3. Питание стенда должно осуществляться с использованием автоматических выключателей.
4. Стенд должен иметь возможность подключения к контуру защитного заземления лаборатории.
5. Оптический измеритель температуры деталей двигателя должен дистанционно измерять температуру деталей двигателя до предельной температуры, не менее 300 ОС.
6. Рама стенда должна иметь защитное порошковое покрытие.
7. Габаритные размеры стенда (без лабораторного стола), мм, не более: 1500х1100х600.
8. Масса стенда, кг, не более: 200.
Лабораторный стенд должен содержать:
1. Модуль ДВС.
Модуль должен представлять собой поршневой одноцилиндровый двигатель воздушного охлаждения с верхним расположением распределительного вала и принудительной системой смазки. Двигатель должен быть закреплен на стальной виброгасящей плите весом не менее 30 кг. Стальная плита должна крепиться к раме через резиновые подушки.
Выходной вал двигателя должен быть соединен с электрогенератором, использующемся в качестве нагружателя.
Генератор синхронный бесщеточный переменного тока напряжением 220 В.
Генератор должен быть оснащен датчиком вращающего момента и соединен с блоком нагружения электрическим кабелем.
Технические характеристики двигателя и электрогенератора приведены в таблице 1.
Таблица 1
Наименование параметра Значение параметра
Двигатель: 1-цилиндровый четырёхтактный бензиновый двигатель воздушного охлаждения
Рабочий объем цилиндра, см3, не менее 196
Номинальная мощность при 3000 мин-1, кВт, не менее 3,6
Максимальная мощность при 3600 мин-1, кВт, не менее 4,0
Система смазки Комбинированная, с принудительной циркуляцией смазочного масла и разбрызгиванием. Рабочая жидкость в системе смазки - моторное масло. Привод маслонасоса - от коленчатого вала
Объем моторного масла, л, не более 0,6
Система охлаждения Воздушная, принудительного типа от крыльчатки маховика
Направление вращения коленчатого вала Против часовой стрелки (со стороны вала отбора мощности)
Топливо Автомобильный неэтилированный бензин
Емкость топливного бака, л, не менее 2
Система пуска Возвратный пусковой механизм
Свеча зажигания Никелевый электрод, откручивающееся SAE-подключение, с плоским седлом.
Электрогенератор: однофазный генератор переменного тока
Максимальная мощность генератора, кВт, не менее 2,2
Напряжение, В, не более 230
Максимальная сила тока, А, не менее 8,7
2. Блок нагружения.
Блок должен представлять собой металлический короб с набором термоэлектрических нагревателей воздушного типа, суммарной мощностью, превышающей паспортную мощность электрогенератора.
Блок должен быть снабжен вентилятором для продувки термоэлектрических нагревателей и фланцем для подключения блока нагружения к вентиляционному каналу. Величина нагрузки, потребляемой блоком нагружения должна регулироваться бесступенчато во всем диапазоне потребляемой нагрузки.
3. Модуль системы управления и анализа информации.
Модуль должен состоять из панели управления, комплекта датчиков и контроллера.
Лицевая часть панели управления должна быть изготовлена из листового алюминия толщиной не менее 2,5 мм со специальным анодированным слоем. На панель должны быть нанесены цветные обозначения и надписи. Обозначения и надписи должны быть напечатаны по технологии цифровой металлографики. На панели управления должны быть расположены: клавиша включения питания стенда; амперметр, для измерения силы тока в нагружателе; вольтметр, для измерения напряжения нагружателя; рычаг управления положением дроссельной заслонки, кнопка аварийной остановки двигателя.
Комплект датчиков должен состоять из следующих элементов:
- датчик разряжения во впускном трубопроводе;
- датчик давления отработавших газов в выпускном трубопроводе;
- датчик температуры смазочного масла;
- датчик температуры отработавших газов;
- датчик температуры свежего заряда;
- датчик массового расхода воздуха во впускной системе;
- бесконтактный измеритель температуры деталей двигателя (пирометр);
- весовое устройство для измерения массового расхода топлива;
- датчик частоты вращения коленчатого вала;
- датчик вращающего момента двигателя.
Информация с датчиков температур, давлений, усилий и положения коленчатого вала обрабатывается управляемыми усилителями. Данные поступают в контроллер, который управляет усилителями и обменивается информацией с компьютером по шине USB 2.0.
Контроллер должен представлять собой аналого-цифровой преобразователь выполненный на электронной плате, на базе контроллера типа PIC18F2550 со следующими техническими характеристиками: тип архитектуры: RISC; разрядность: 8-бит; тактовая частота, не менее 48МГц; размер области программы, не менее 32 Кбайт; размер ОЗУ, не менее 4 KБайт; размер EEPROM: не менее 512 Байт; не менее 8-аналоговых входов, не менее 4-аналоговых выхода; , не менее 24-дискретных входа/выхода; поддержка интерфейсов: USB, RS-232, RS-485, SPI, I2C; поддержка датчиков: тензометрического сопротивления, термосопротивления, термопары, индукционные датчики, оптопары с открытым оптическим каналом; периферия, не менее 8 битное ЦАП, не менее 10 битное АЦП, не менее 16 разрядная ШИМ, не менее 16 разрядный счетчик-таймер, аналоговый компаратор, оптически развязанные выходы типа открытый коллектор, токовые ключи.
Программное обеспечение должно предоставлять возможность сохранения мгновенных показателей и результатов испытаний двигателя в файл носителя информации для последующей обработки. На монитор ЭВМ выводятся показатели и результаты испытаний бензинового двигателя.
Технические характеристики датчиков
№ п/п Наименование Характеристика
- Датчик температуры смазочного масла измерение температуры не менее 140 С при рабочем давлении смазочного масла не более 0,6 МПа
- Датчик массового расхода воздуха измерение расхода воздуха не менее 1 м3/мин
- Датчик разряжения во впускном трубопроводе измерение разряжения не менее 0,01 МПа при рабочей температуре газа не более 100 С
- Датчик температуры свежего заряда измерение температуры не менее 100 С при разряжении не менее 0,1МПа
- Датчик давления отработавших газов в выпускном трубопроводе измерение давления не менее 0,1 МПа при рабочей температуре газа не более 400 С
- Датчик температуры отработавших газов измерение температуры газа не менее 400 С при давлении не менее 0,25 МПа
- Датчик вращающего момента двигателя Тензометрический датчик, рабочее напряжение в пределах 10-15В, входное сопротивление не менее 420 Ом, выходное сопротивление не более 350 Ом
- Бесконтактный измеритель температуры деталей двигателя (пирометр) Оптический измеритель температуры, дистанционное измерение температуры деталей двигателя не менее 300 С.
- Датчик частоты вращения коленчатого вала рабочее напряжение в пределах 10-30В DC, ток не более 200мА. Диапазон измеряемой частоты вращения в пределах 0-4000 об/мин
- Весовое устройство для измерения массового расхода топлива Погрешность измерения веса до 5 кг не более 1грамм
4. Автоматическое рабочее место (АРМ) для подключения к лабораторному стенду.
АРМ предназначено для подключения к лабораторному стенду через модуль ввода-вывода с целью снятия и построения статических и динамических характеристик исследуемых элементов и схем, а также управления ими.
Минимальные требования к АРМ приведены
№ п/п Наименование Характеристика
- Процессор с количеством ядер, не менее 2
- Частота работы процессора, ГГц, не менее 1,5
- Емкость жесткого диска, Гб, не менее 320
- Емкость оперативной памяти, Мб, не менее 2048
- Мышь USB
- Диагональ монитора, не менее 15,6''
- Исполнение АРМ Ноутбук
5. Лабораторный стол.
Стол должен быть предназначен для установки модулей и ноутбука.
Стол должен содержать:
- металлокаркас, выполненный из стального, квадратного профиля сечением не менее 25х25мм;
- столешницу, выполненную из ламинированного ДСП толщиной не менее 16мм.
Габаритные размеры лабораторного стола (ШхВхГ), не более: 800х800х600 мм.
6. Модуль управления питанием и дистанционного контроля стенда.
7. Методические указания к проведению лабораторных работ.
В комплект поставки комплекса должны входить методические указания по проведению лабораторных работ.
Методические указания должны быть выполнены в виде брошюры формата А4.
Перечень лабораторных работ:
1. Силовые установки и применяемая измерительная аппаратура:
1.1. Изучение особенностей конструкции двигателя и нагрузочного устройства.
1.2. Методы испытаний двигателей.
2. Оценка эффективных показателей двигателя и показателей экономичности:
2.1. Определение характеристики холостого хода двигателя.
2.2. Определение скоростных характеристик двигателя.
2.3. Определение нагрузочных характеристик двигателя.
2.4. Определение регулировочных характеристик двигателя.
3. Оценка экологических показателей двигателя:
3.1. Определение токсичности отработавших газов двигателя.
4. Термометрирование двигателя:
4.1. Определение температуры деталей двигателя.
4.2. Определение температуры смазочного масла.
4.3. Определение температуры свежего заряда и отработавших газов.
5. Оценка параметров устройств газообмена двигателя:
5.1. Определение гидравлического сопротивления элементов выпускной системы.
6. Техническое обслуживание двигателей:
6.1. Правила и порядок проведения технического обслуживания двигателей.
1. Силовые установки и применяемая измерительная аппаратура:
1.1. Изучение особенностей конструкции двигателя и нагрузочного устройства.
1.2. Методы испытаний двигателей.
2. Оценка эффективных показателей двигателя и показателей экономичности:
2.1. Определение характеристики холостого хода двигателя.
2.2. Определение скоростных характеристик двигателя.
2.3. Определение нагрузочных характеристик двигателя.
2.4. Определение регулировочных характеристик двигателя.
3. Оценка экологических показателей двигателя:
3.1. Определение токсичности отработавших газов двигателя.
4. Термометрирование двигателя:
4.1. Определение температуры деталей двигателя.
4.2. Определение температуры смазочного масла.
4.3. Определение температуры свежего заряда и отработавших газов.
5. Оценка параметров устройств газообмена двигателя:
5.1. Определение гидравлического сопротивления элементов выпускной системы.
6. Техническое обслуживание двигателей:
6.1. Правила и порядок проведения технического обслуживания двигателей.
