Экологическая безопасность двигателей внутреннего сгорания

УДК 621.43 
        Э40 

Рецензент 
 канд. техн. наук, доц. И.М. Князев (ФГБОУ ВО «СибАДИ», г. Омск) 

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве 
методических указаний. 

Э40 

Экологическая безопасность двигателей внутреннего сгорания : 
методические указания к выполнению лабораторных работ / СибАДИ, 
Кафедра «Автоматизация и энергетическое машиностроение» ; сост. 
В.И. Подгурский. – Электрон. дан. – Омск : СибАДИ, 2022. – URL: http://
bek.sibadi.org/MegaPro, для авторизованных пользователей. – Загл. с 
экрана. 

Содержат тематическое наименование лабораторных работ согласно рабочей 
программе теоретического курса. Для каждого лабораторного занятия изложены 
цель и задачи работы,  порядок выполнения и форма отчетности. В конце 
каждой темы имеются контрольные вопросы для закрепления полученных 
знаний и навыков.   
Рекомендованы для студентов, изучающих дисциплины «Экологическая 
безопасность двигателей внутреннего сгорания» и «Нормирование токсичности 
отработавших газов» направления 13.03.03 «Энергетическое машиностроение».  
Имеют интерактивное оглавление. 

Текстовое (символьное) издание (1МБ). 
Системные требования: Intel, 3,4 GHz; 150 Mб; Windows XP/Vista/7/10; 
1 Гб свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов: 
Adobe Acrobat Reader; Foxit Reader 

Редактор О.А. Соболева 
Техническая подготовка – А.А. Орловская 

Издание первое. Дата подписания к использованию 28.11.2022 

Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ 
644080, г. Омск, пр. Мира, 5 
РИО ИПК СибАДИ 
644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая,1 

© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2022 

Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите 
детей от информации, причиняющей вред 
их здоровью и развитию» данная продукция 
маркировке не подлежит 

Введение 
 

Методические указания к выполнению лабораторных работ по 

дисциплине «Экологическая безопасность двигателей внутреннего 
сгорания» подразумевает выполнение лабораторных работ с целью 
глубокого усвоения теоретических разделов дисциплины. Студенты 
получают знания, умения и навыки проведения исследований по 
разделу снижение токсичности воздействием на рабочий процесс, 
диагностики и испытаний бензиновых двигателей внутреннего сгорания. 


По своему содержанию данные методические указания явля-

ются пособием к проведению лабораторных работ, направленных 
на выработку у студентов навыков проведения исследований влияния 
различных факторов на мощностные, экономические и экологические 
показатели работы двигателя. Способности к самостоятельному 
объективному анализу данных, получаемых при проведении 
испытаний. 
 

Техника безопасности и противопожарные меры при 
выполнении лабораторных работ 
 

В целях обеспечения безопасности при проведении испыта-

ний двигателя студенты перед выполнением первой работы должны 
пройти инструктаж по технике безопасности и противопожарным 
мерам. Инструктаж регистрируется в специальном журнале с распиской 
каждого студента о том, что он ознакомлен с правилами и 
обязуется их выполнять. Студенты, не прошедшие инструктаж, к 
выполнению практических заданий не допускаются. 

При выполнении лабораторного практикума возможными ис-

точниками опасности могут быть: 

•  вращающиеся детали двигателя и стенда;  
•  ядовитые и легковоспламеняющиеся материалы, применя-

емые в системе питания, смазки и охлаждения двигателя;  

•  горячие детали выпускной системы и системы охлажде-

ния двигателя;  

•  высокое напряжение в системе зажигания двигателя; 
•  электрическое напряжение в системе питания и управле-

ния стенда;  

•  токсичные отработавшие газы двигателя. 
Студенты обязаны строго выполнять следующие правила по 

технике безопасности и противопожарным мерам: 

1. Во избежание ожогов не следует касаться нагретых стенок 

выхлопных труб, коллекторов, термопар и др. 

2. При работе двигателя запрещается касаться вращающихся 

двигателей или узлов. 

3. Пуск двигателя можно производить только с разрешения 

преподавателя.  

4. Категорически запрещается пользование открытым огнем, 

а также курение в помещении лабораторий. 

5. Запрещается бесцельное включение приборов, измеритель-

ной аппаратуры, кнопочных пускателей, рубильников и переключателей, 
а также прикосновение ко всем токоведущим элементам исследовательского 
стенда. 

6. При обнаружении неисправностей в работе механизмов си-

стем двигателя, измерительной аппаратуре, при появлении посторонних 
стуков в приводных соединительных узлах следует немедленно 
доложить преподавателю, а при явно выраженной неисправности немедленно 
остановить двигатель и выключить всю аппаратуру. 

7. В случае легкой травмы (порезы кожного покрова, удары, 

ожог) нужно немедленно применить средства, имеющиеся в аптечке 
лаборатории, а в случае серьезной травмы необходимо немедленно обратиться 
в медпункт института или вызвать скорую помощь. 

8. В случае пожара нужно накинуть на очаг пламени кошму и 

использовать огнетушитель и песок. При этом двигатель следует немедленно 
заглушить и отключить топливные баки.  

 
Обработка результатов испытаний 
 
Результаты измерений и расчетов заносят в протокол. 
По данным измерений, полученных при испытании двигателя, 

а также по результатам расчетов величин, определяемых аналитически, 
строят графики необходимых зависимостей (характеристики 
двигателя). Опытные точки наносят на график. На графических зависимостях 
величин, получаемых в результате расчетов (например, 
Nе и gе), точки на графике не ставят. 

Формулы для расчёта и единицы измерения параметров ис-

пользуются в соответствии с ГОСТ 14846 и ГОСТ 18509 на испытания 
двигателей: 

1. Крутящий момент двигателя Мк, Н·м, рассчитывают по 

формуле 
 
,
81
,9
вес
к
l
P
М
⋅
⋅
=
 
(1) 

где Рвес – показание измерительного устройства тормоза, Н; l – плечо 
весового устройства тормоза, м. (Для используемых в данной работе 
стендов l = 0,7162 м). 

2. Эффективная мощность двигателя Nе, кВт, рассчитывается 

по формуле 

 
9550

к n
M
Nе
⋅
=
, 
(2) 

где n – частота вращения коленчатого вала, мин -1.  

3. Определение часового расхода жидкого топлива GT, кг/ч, 

проводят по приборам, непосредственно показывающим расход, 
или  по формуле (для весового способа измерения): 

 
τ
G
GT
∆
⋅
=
6,3
, 
(3) 

где G
∆
 – масса контрольной порции топлива, г (обычно G
∆ = 50 г); 
τ – время расхода контрольной порции топлива, с.  

4. Удельный расход топлива gе, г/(кВт·ч) рассчитывается по 

формуле 

 
.
103
⋅
=

e

T
e
N
G
g
 
(4) 

где Ne – мощность, определенная при испытаниях, кВт. 

 
По полученным результатам строятся характеристики двигателя.  
Порядок построения характеристик (графических зависимо-

стей параметров) следующий: 

1. Определяется количество кривых, предполагаемых к по-

строению. 

2. В зависимости от величины максимального значения пара-

метра выбирается масштаб соответствующей шкалы. График должен 
иметь максимальный размер в данной системе координат для 
возможности оценки характера зависимости. 

3. Для построения графиков используется сантиметровая сет-

ка. Шкала строится для диапазона, в котором изменяется данная величина 
при проведении испытания. Шкала подписывается обозначением 
параметра и указанием его размерности. Располагать шкалы 
можно с обеих сторон поля графика. ГОСТ 18509 рекомендует использовать 
следующие масштабы графиков. Рекомендуется применять 
масштабы таким образом, чтобы по построенным кривым был 
виден характер изменения рассматриваемых величин. Показатель 
работы двигателя, принятый за аргумент, откладывается в выбранном 
масштабе по оси абсцисс. 

4. Точки, полученные в ходе эксперимента, наносятся на гра-

фик и соединяются плавной кривой. 

5. Так как при испытаниях всегда имеется некоторый разброс то-

чек (вызванный разными погрешностями), то при проведении плавной 
кривой следует стремиться к тому, чтобы она проходила возможно 
ближе ко всем опытным точкам. Ломаные линии на графиках не допускаются (
если это не выражает характера изменения величины).  

6. При проведении плавной кривой следует уделять внимание 

и выпавшим точкам, устанавливая причины их выпадения. Над 
проведёнными кривыми надписывается буквенное обозначение параметра. 

Требования к отчёту 
 
 Отчет должен содержать следующие разделы: 
- название лабораторной работы; 
- цель, оборудование и оснащение лабораторной работы; 
- краткое изложение теоретических положений; 
- формулы, используемые при расчетах, с расшифровкой вхо-

дящих в них параметров и указанием единиц измерения; 

- протокол результатов испытаний и расчетов; 
- обработку результатов эксперимента с выполнением необ-

ходимых расчётов и построением графиков полученных зависимостей; 

- 
вывод, отражающий суть проделанной работы с анализом 

полученных  результатов и характеристик. 
 
 
 

Лабораторная работа № 1 

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА СМЕСИ НА МОЩ-
НОСТНЫЕ, ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПО-

КАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ 

 

Цели лабораторной работы: закрепление знаний по разделу 

«Снижение токсичности воздействием на рабочий процесс», исследование 
влияния состава смеси на мощностные, экономические и 
экологические показатели работы двигателя. 

Задача исследования: подбор новой регулировки или проверка 

существующей регулировки карбюратора. 

Оборудование и оснащение: имитационная экспериментальная 
установка по определению параметров работы двигателя на различных 
режимах. 

 
Основы теории 
 
Регулировочной характеристикой карбюраторного двигателя 
по составу смеси называют зависимость мощности (или ре) и 
удельного эффективного расхода топлива от состава горючей смеси 
(или часового расхода топлива). Эта характеристика получается при 
постоянных частоте вращения и положении дроссельной заслонки, 
а также при наивыгоднейших для каждого режима углах опережения 
зажигания. Состав смеси (расход топлива) при получении регулировочных 
характеристик варьируется с помощью специальной 
конусной иглы, изменяющей проходное сечение в главном жиклере, 
или изменением давления воздуха в поплавковой камере карбюратора. 

Регулировочные характеристики по составу смеси широко используют 
при выборе регулировок карбюратора и для определения 
наивысших мощностных и экономических показателей при разных 
сочетаниях положения дроссельной заслонки и частоты вращения. 
На рис.1 показана регулировочная характеристика, полученная 
при полном открытии дроссельной заслонки. Максимум мощности 
и минимум удельного расхода топлива всегда получаются 
при разном составе смеси, называемом соответственно мощност-
ным (αм) и экономическим (αэ). 

Рис. 1. Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя  
по составу смеси 
При αм во время сгорания выделяется наибольшее количество 
теплоты, так как из-за недостаточной гомогенности смеси использования 
всего воздуха можно достичь лишь при некотором избытке 
топлива в смеси. Кроме того, при некотором обогащении смеси 
уменьшаются потери теплоты на диссоциацию продуктов сгорания, 
а скорость сгорания и коэффициент молекулярного изменения возрастают. 
При α < αм мощность снижается главным образом из-за 
больших потерь теплоты вследствие химической неполноты сгорания 
топлива. При α > αм мощность уменьшается, так как с топливом в цилиндры 
вводится все меньшее количество теплоты, но теплоиспользо-
вание улучшается, что и служит причиной снижения удельного расхода 
топлива-ge вплоть до достижения ge min при αэ, хотя при этом имеет 
место падение величины механического КПД-ηм. Если же α > αэ, то 
ge вновь возрастает, что связано с ухудшением процессов воспламенения 
и сгорания смеси, а также со снижением ηм. В случае чрезмерного 

обеднения смеси работа двигателя становится неустойчивой вплоть до 
прекращения сгорания в отдельных цилиндрах и циклах. При прогреве 
холодного двигателя очень медленное сгорание бедных смесей 
может сопровождаться хлопками в карбюратор в результате 
воспламенения горючей смеси во впускном трубопроводе в период 
перекрытия клапанов. 
Рациональная регулировка карбюратора должна находиться 
между αэ и αм. Поскольку вблизи αм мощность изменяется мало, а 
удельный расход сильно, то при полностью открытой дроссельной заслонке 
регулировку карбюратора устанавливают несколько беднее 
мощностной. Наоборот, при частичном открытии дроссельной заслонки 
регулировку карбюратора устанавливают несколько богаче αэ, так 
как это позволяет при малом ухудшении экономичности заметно 
улучшить стабильность процесса сгорания и получить некоторый резерв 
на случай обеднения смеси в процессе эксплуатации из-за снижения 
температуры воздуха, осмоления жиклеров или других причин. 
Чем меньше открыта дроссельная заслонка и ниже частота 
вращения, тем ниже величина αэ, а также αм, изменяющаяся в меньшей 
степени. В этом случае зона рациональной регулировки сужается. 
Такие закономерности объясняются ухудшением условий воспламенения 
и сгорания смеси при дросселировании двигателя и 
снижении частоты вращения. 
 
Методика снятия регулировочной характеристики 
карбюраторного двигателя по составу смеси на моторном стенде 
 
Для двигателя, работающего в стационарных условиях, обычно 
снимается одна регулировочная характеристика при нормальной 
частоте вращения коленчатого вала и при полном открытии дросселя. 
Для двигателя, работающего при различной частоте вращения 
коленчатого вала и различных нагрузках, следует снимать серию 
регулировочных характеристик по составу смеси, охватывающих 
наиболее характерные режимы. 
Назначение регулировки карбюратора автомобильного двигателя 
производится на основании результатов сопоставления по минимальным 
значениям ge всех регулировочных характеристик, снятых при  
таких открытиях дросселя и такой частоте вращения коленчатого вала, 
на которых наиболее часто приходится работать двигателю в данных 
условиях. 

Регулировочную характеристику карбюраторного двигателя 
по составу смеси снимают следующим образом. После прогрева 
двигателя, осуществляя постепенно его загрузку, открывают дроссельную 
заслонку. Затем обедняют смесь до появления перебоев в 
работе двигателя, а после этого небольшим обогащением смеси устраняют 
их и доводят тормозом частоту вращения коленчатого вала до 
установленного уровня. После установки оптимального угла опережения 
зажигания и оптимального устойчивого теплового состояния двигателя 
по поданному сигналу производят необходимые замеры. 
По окончании замеров, фиксируемых также сигналом, производят 
изменения регулировки карбюратора в сторону обогащения 
смеси при неизменном положении дросселя и осуществляют серию 
замеров (каждый раз при новом обогащении смеси) до выявления 
максимума кривой Ne = f(n). 
Устанавливаемый для каждого режима испытаний оптимальный 
угол опережения зажигания определяется по показаниям тахометра 
и весового механизма тормоза. 
Регулировочные характеристики карбюраторного двигателя по 
составу смеси обычно снимают при следующих режимах работы: 
- полное открытие дросселя и n = 0,75 · nном; 
- при Ne = 0,75 · Neном и n = 0,75 · nном; 
- при Ne = 0,4 · Neном и n = 0,4 · nном. 
 
Методика снятия регулировочной характеристики карбюраторного 
двигателя по составу смеси с помощью программы 
«Моделирование лабораторного практикума по ДВС» 
 
Лабораторная работа выполняется на IВМ-cовместимом компьютере 
в среде операционной системы Windows 3.1 л и выше. Для 
проведения работы необходимо запустить программу «Моделирование 
лабораторного практикума по ДВС». Для этого необходимо: 
1) выбрать тему 2;