Стенд для исследования газовоздушного тракта поршневого двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение может быть использовано в стендах для статической и динамической продувок газовоздушного тракта (Т) поршневого двигателя (Д) внутреннего сгорания. Изобретение позволяет расширить функци

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 М 15/00

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

2g

7Ð

Ц

I! (21) 4920105/06 (22) 19.03.91 (46) 23.09.92. Бюл. N 35 (71) Производственное объединение "Турбомоторный завод" (72) С,А.Корж и B.Н.Богомолов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1024788, кл. G 01 М 15/00, 1983, „„5U„„1763932 А1 (54) СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОВОЗДУШНОГО ТРАКТА ПОРШНЕВОГО

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение может быть использовано в стендах для статической и динамической продувок газовоздушного тракта (Т) поршневого двигателя (Д) внутренного сгорания.

Изобретение позволяет расширить функци1763932

15

25 ональные возмо>кности и приблизить условия испытаний к реальным путем моделирования динамики течений газовоздушного потока как в одноцилиндровых, так и многоцилиндровых Д. Стенд снабжен двумя ресиверами (Р) 5 и 19, на Р 5 установлено не менее четырех съемных головок цилиндров

1, объединенных общим выпускным Т3. P 19 объединяет впускные Т головок цилиндров

1, Внутри P 5 установлено не менее четырех цилиндровых втулок 4, к нижнему торцу каждой из которых присоединена соосно с втулкой клапанная коробка 6, которая разделяет полости цилиндровой втулки 4 и P

5, Клапанная коробка 6- снабжена лепест-: ковыми или пластинчатыми клапанами 31 с суммарным эффективным проходным сечением, не меньшим эффективного проходного сечения выпускного Т, и отрегулированными на давление открытия, равное разности максимальных давлений отработавших газов за периоды свободных

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к стендам для исследования газовоздушного тракта — стендам для статической и динамической продувок газовоздушного тракта поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Известны стенды для статической продувки только впускного тракта (1), для статической продувки только выпускного тракта (2). Недостатком этих стендов является невозможность воспроизводить течения газовоздушного потока, параметры которых соответствуют реальным параметрам течений в двигателях.

Известны также стенды динамических продувок отдельно впускного тракта и отдельно выпускного тракта двигателя (2,3), позволяющие воспроизводить течения, с параметрами, близкими к осредненным параметрам течений в определенные периоды газообмена в двигателях и допускающие возможность проведения статических продувок .

Общим недостатком известных стендов является их функциональная ограниченность, а, именно, возможность производить либо только статические, либо только динамические продувки или и те и другие виды продувок или только впускного или только выпускного трактов двигателей, Наиболее близким по технической сущности к заявляемому стенду является выбранное в качестве прототипа устройство и принудительных выпусков Д. К P 5 и P 19 от двух источников сжатого воздуха 21 и 22 подводятся две магистрали, От источника сжатого воздуха 21 к P 19 подводится магистраль с давлением, равным максимальному давлению отработавших газов за период свободного выпуска Д, от источника сжатого воздуха 22 к P 5 подводится магистраль с давлением, равным максимальному давлению отработавших газов за период принудительного выпуска Д. Причем последняя магистраль с помощью запорных элементов

23 и 24 имеет возможность отключаться от источника сжатого воздуха 22 и сообщаться с атмосферой. Для изменения закона перемещения впускных 17 и выпускных 18 клапанов головок цилиндров 1 и порядка работы цилиндров распределительный вал

7 механизма привода клапанов головок цилиндров снабжен съемными впускными 33 и выпускными 34 кулачковыми шайбами. 2

З.п, ф-лы, 2 ил. для исследования газодинамических процессов в цилиндре двигателя (4), Известное устройство содер>кит источник сжатого воздуха, ресивер, с установленной на нем съемной головкой цилиндра, снабженной впускным и выпускным трактами с клапанами, съемную цилиндровую втулку, снабженную кольцами для регулирования внутреннего объема, и установленную внутри ресивера, три механизма перемещения, один из которых взаимодействует с подви>кным поршнем и цилиндровой втулкой, а два других — с клапанами головки цилиндра.

Известное устройство обеспечивает статические продувки впускного и выпускного трактов и позволяет исследовать процесс продувки.

Известное устройство обладает следующими недостатками. Имеющиеся в устройстве приводы не обеспечивают динамических перемещений как клапанов, так и поршня, а позволяют фиксировать вышеуказанные детали в строго определенных, заранее заданных поло>кениях в пространстве. Поэтому данная установка не позволяет проводить динамические продувки впускных и выпускных трактов, что при доводочных испытаниях газовоздушных

30 трактов двигателей проводит к необходимости проведения моторных испытаний. Кроме этого, известная установка позволяет моделировать течения газовоздушного по1763932

20

30

40

50

55 тока только в одноцилиндровых двигателях, поскольку в ней отсутствуют элементы для имитации возмущений газовоздушного потока от работы соседних цилиндров, объединенных в один выпускной тракт, всегда имеющих место в многоцилиндровых двигателях. В результате снижается точность моделирования динамики реального течения газовоздушного потока в многоцилиндровых двигателях, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и приближение условий испытаний к реальным путем моделирования динамики течений газовоздушного потока как в одноцилиндровых, так и многоцилиндровых двигателях.

Указанная цель достигается тем, что стенд для исследования газовоздушного тракта поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащий источник сжатого воздуха, ресивер с установленной нэ нем съемной головкой цилиндра, снабженной впускным и выпускным трактами с клапанами, съемную цилиндровую втулку, снабженную кольцами для регулирования внутреннего объема и установленную внутри ресивера, механизм привода клапанов головки цилиндра и систему трубопроводов подвода и отвода газовоздушного потока, снабжен двумя ресиверами, на одном из которых установлено не менее четырех съемных головок цилиндров, объединенных общим выпускным трактом, второй ресивер объединяет впускные тракты головок цилиндров, внутри первого ресивера установлено не менее четырех цилиндровых втулок, к нижнему торцу каждой цилиндровой втулки присоединена съемная клапанная коробка, разделяющая полости каждой цилиндровой втулки и первого ресивера, и снабженная клапанами с суммарным эффективным проходным сечением не меньшим эффективного проходного сечения выпускного тракта и отрегулированными на давление открытия, равное разности максимальных давлений отработавших газов за периоды свободного и принудительного выпусков двигателя, к ресиверам от двух источников сжатого воздуха подводятся две магистрали, одна из которых с давлением, равным максимальному давлению отработавших газов за период свободного выпуска двигателя, подводится ко второму ресиверу, другая — с давлением, равным максима lb ному давлению отработавших газов за период принудительного выпуска двигателя подводится к первому ресиверу, причем последняя магистраль имеет возможность с помощью запорных элементов отключаться от источника сжатого воздуха и сообщаться с атмосферой, механизм привода клапанов головок цилиндров содержит распределительный вал со съемными кулачковыми шайбами с приводом от электродвигателя, клапаны в клапанных коробках выполнены лепестковыми или пластинчатыми..

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый стендотличается .наличием новых узлов; дополнительного источника сжатого воздуха, не менее четырех головок цилиндров с общим выпускным трактом, ресивера, обьединяющего впускныетракты головок цилиндров, не менее. четырех съемных цилиндровых втулок, клапанных коробок, присоединенных к нижним торцам цилиндровых втулок и оснащенных клапанами, расп редел ител ьного вала со съемными кулачковыми шайбами механизма привода клапанов головок цилиндра.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Распределительный вал со съемными кулачковыми шайбами — известное конструктивное решение в области двигателестроения. Однако введение сьемных кулачковых шайб в указанной связи с остальными решениями позволяет приобрести заявляемому стенду новые свойства, а именно, менять порядок работы головок цилиндров, имитируя тем самым работу многоцилиндрового двигателя с числом цилиндров, обьединенных общим выпускным трактом, кратным 2,3,4, Таким образом, заявляемый стенд соответствует критерию изобретения "существенные отличия", На фиг. 1 представлена схема стенда; на фиг, 2 — внешний вид стенда для исследования газовоздушного тракта поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Стенд состоит из четырех съемных головок цилиндров 1 с впускными трактами 2 и общими выпускными трактами 3, четырех сьемных цилиндровых втулок 4, установленных на ресивер 5, съемных клапанных коробок 6, присоединенных соосно к нижним торцам цилиндровых втулок 4 и отделяющих полости этих втулок от полости ресивера 5, механизма привода клапанов головок цилиндров с приводом через ременную передачу от электродвигателя постоянного тока (нэ черте>ке не показан), состоящего из распределительного вала 7, рокеров 8, штанг 10 и 11, коромысел 12 и 13, траверс 14 и 15, пружин 16, впускных 17 и выпускных 18 клапанов; ресивера 19, объединяющего впускные тракты 2 головок цилиндров 1, дроссельной заслонки 20, установленной на

1763932 выпускном тракте 3; компрессора 21, подсоединенного через систему трубопроводов к ресиверу 19, компрессора 22, подсоединенного через систему трубопроводов к ресиверу 5; системы трубопроводов и двух задвижек 23 и 24, с помощью которых ресивер 5 отключается от компрессора 22 и сообщается с атмосферой. Для измерения параметров, подаваемого от компрессоров воздуха, перед ресиверами 5 и 19 установлены термопары 25 и манометры 26, а для измерения расхода воздуха — мерные диафрагмы 27. Для измерения мгновенных значений расхода воздуха в необходимом сечении элементов газовоздушных трактов, например, во впускном тракте головки цилиндра, устанавливаются малоинерционная термопара 28 и гребенка 29, состоящая иэ трубок Пито или используется датчик термоанемометра. Цилиндровые втулки 4 составные, состоят из дистанционных колец

30, благодаря которым можно изменять внутренний объем втулок, В клапанных коробках 6 установлены клапаны 31 (лепестковые или пластинчатые) с суммарным эффективным проходным сечением не меньшим эффективного проходного сечения выпускного тракта 3 и отрегулированные на давление открытия, равное разности максимальных давлений отработавших газов за периоды свободного и принудительного выпусков двигателя. Для демонтажа клапанных коробок 6 и дистанционных колец 30 в ресивере 5 предусмотрены лючки

32, Распределительный вал 7 механизма привода клапанов головок цилиндров снаб>кен съемными впускными 33 и выпускными

34 кулачковыми шайбами, благодаря которым можно изменять заклинку, закон перемещения впускных 17 и выпускных 18 клапанов и порядок работы цилиндров.

Работа стенда показана на примерах различных режимов продувок.

Нестационарный поток воздуха в выпускном тракте 3 (динамическая продувка) (см. фиг.1) создается в результате многоцикловой работы механизма привода клапанов головок цилиндров. При открытии впускных клапанов 17 воздух от комп рессора 21 через ресивер 19 и впускной тракт 2 поступает в цилиндровую втулку 4 с давлением, равным максимальному давлению отработавших газов двигателя за период свободного выпуска. Одновременно в ресивер 5 от компрессора 22 подается воздух с давлением, равным максимальному давлению отработавших газов двигателя за период принудительного выпуска. При открытии выпускных клапанов 18 начинается истечение воздуха из объема цилиндровой втулки

4 и впускного тракта 2 в выпускной тракт 3, Происходит продувка, После закрытия впускных клапанов 17 происходит истечение воздуха из объема цилиндровой втулки 4 в выпускной тракт 3. По мере истечения воздуха давление в цилиндровой втулке 4 падает. При достижении равенства давлений в полостях цилиндровой втулки 4 и ресивера

5 открываются лепестковые или пластинчатые клапаны 31 клапанной коробки 6 и на5

10 чинается истечение воздуха из ресивера 5 в выпускной тракт 3, продолжающееся до закрытия выпускных клапанов 18, Далее цикл работы повторяется. Аналогичные циклы происходят и в остальных цилиндрах, сдви15 нутых по времени в соответствии с установленным с помощью кулачковых шайб 33 и

34 распределительного вала 7 (cM. фиг. 2), порядком работы цилиндров, С помощью дроссельной заслонки 20 в выпускном трак20 те можно устанавливать различные противодавления. Рассмотренный выше цикл работы стенда позволяет смоделировать импульс давления, имеющий место в выпускном тракте двигателя, состоящий из двух

25 периодов: периода свободного выпуска, характеризующегося повышенным давлением. и периода принудительного выпуска, характеризующегося относительно низким дав30 лением, Причем, меняя внутренний объем цилиндровой втулки 4 путем изменения количества дистанционных колец 30, можно изменять форму импульса давления, что позволяет увеличивать точность имитации имвыпускном тракте двигателя. Объединяя в один выпускной тракт выпуски из четырех головок цилиндров 1 и изменяя соответствующим образом заклинку съемных кулачковых шайб 33 и 34 распределительного вала

7 механизма привода клапанов головок цилиндров, можно создавать возмущения воздушного потока в выпускном тракте от работы других головок цилиндров 1 и тем самым воспроизводить течения воздушного потока с параметрами, соответствующими параметрам течений газовоздушного потока в выпускных трактах многоцилиндровых

45 двигателей с объединением числа цилиндров в один выпускной тракт, кратным 2,3,4.

Остальные режимы продувок производят с демонтированными клапанными коробками 6.

При динамической продувке впускных

55 трактов отключают путем демонтажа штанг

10 привод выпускных клапанов 18. Ресивер

5 с помощью задвижек 23 и 24 отключают от компрессора 22 и сообщают с атмосферой.

Нестационарный поток воздуха во впускном тракте создается также, как и в случае

35 пульса давления, имеющего место в

1763932

10 динамической продувки выпускного тракта, B результате многоцикловой работы механизма привода клапанов головок цилиндров, В момент открытия впускных клапанов воздух от компрессора 21 через ресивер 19 5 с давлением, равным давлению наддува двигателя, проходит через исследуемый элемент впускного тракта 2, цилиндровую втулку 4 и через ресивер 5 удаляется в атмосферу. 10

При динамических продувках впускных и выпускных трактов необходимую частоту вращения распределительного вала 7 механизма привода клапанов головок-цилиндров, разную для процессов впуска и 15 выпуска, определяют по известной методике (2).

При работе стенда в режиме статиче-. ской продувки элементов выпускного тракта, впускные. клапаны 17 закрыты. Возду от 20 компрессора 22 с необходимым давлением через ресивер 5 и цилиндровую втулку 4, где происходит выравнивание эпюры скоростей потока в радиальном сечении, поступает через выпускные клапаны 18 в выпускной 25 тракт 3, а оттуда удаляется в атмосферу, В режиме статической продувки элементов впускного тракта 2, выпускные клапаны 18 закрыты. Воздух от компрессора 21 через ресивер 19, где происходит выравни- 30 вание эпюры скоростей потока в радиальном сечении, поступает в исследуемый элемент впускного тракта 2, а оттуда через цилиндровую втулку 4 и ресивер 5удаляется в атмосферу. При этом ресивер 5 отключает- 35 ся от компрессора 22 с йомощью задвижки

23.

При статических продувках требуемая высота подьема клапанов устанавливается с помощью микрометрического винта (на 40 черте>ке не показан).

Таким образом, благодаря своим функциональным возможностям заявляемый стенд позволяет при доводке газовоздушных трактов двигателей избе>кать моторных 45 испытаний, существенно снизив тем самым трудоемкость, материальные затраты и время исследований.

Формула изобретения 50

1, Стенд для исследования газовоздушного тракта поршневого двигателя внутрен- него сгорания, содержащий источник сжатого воздуха, ресивер с установленной на нем съемной головкой цилиндра, снаб- 55 женной впускным и выпускным трактами с клапанами, съемную цилиндровую втулку, снабженную кольцами для регулирования внутреннего объема и установленную внутри ресивера, механизм привода клапанов головки цилиндра и систему трубопроводов подвода и отвода газовоздушного. потока, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и приближения условий испытаний к реальным путем моделирования динамики течений газовоздушного потока как в одноцилиндровом, так и мнбгоцилиндровом двигателе, стенд снабжен двумя ресиверами, на бдном из которых устайовлено не менее четырех съемных головок цилиндров, обьединенных общим выпускным трактом, второй ресивер обьединяет впускные тракты головок цилиндров, вн /три первого ресивера установлено не менМчетырех цилиндровых втулок, к нижнему торцу каждой цилиндровой втулки присоединена соосно с ней съемная клапанная коробка, разделяющая полости каждой цилиндровой втулки и первого ресивера и снабженная клапанами с суммарным эффективным проходным сечением, не меньшим эффективного проходного сечения выпускного тракта, и отрегулированными на давление открытия, равное разности максимальных давлений отработавших газов за периоды свободного и принудительного выпусков двигателя, к ресиверам от двух источников сжатого воздуха подводятся две магистрали, одна из которых с давлением, равным максимальному давлению отработавших газов за период свободного выпуска двигателя, подводится к второму ресиверу, другая с давлением, равным максимальному давлению отработавших газов за период принудительного выпуска двигателя, подводится к первому ресиверу, причем последняя магистраль имеет возможность с помощью запорных элементов отключаться от источника сжатого воздуха и сообщаться с атмосферой, механизм привода клапанов головок цилиндров содержит распределительный вал с приводом от электродвигателя.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что распределительный вал механизма привода клапанов головок цилиндров имеет сьемные кулачковые шайбы, 3. Стенд по пп, 1 и 2, отл и ч а ю щи йс я тем, что клапаны в клапанных коробках выполнены лепестковыми или пластинчатыми, 1763932

Редактор

Заказ 3452 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель В,Золотов

Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец