Стенд для испытания двигателей внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к испытаниям двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет расширить диапазон исследований работоспособности двигателя внутреннего сгорания при изменении параметров на впуске и выпуске двигателя, а также исследовать работоспособность двигателя на искусственной газовой смеси. Стенд содержит два дизельных двигателя. Впуск испытуемого двигателя соединен с выпуском второго дизельного двигателя через устройство имитации условий на впуске испытуемого двигателя посредством трубопроводов и запорно-регулирующих органов. Впуск второго двигателя соединен с атмосферой. Устройство имитации содержит схемы подготовки искусственной газовой смеси: термолизную, состоящую из модуля адсорберов, соединенного через охладитель отработавших газов и регулирующий клапан со смесителем, и генератора кислорода на основе перхлората натрия, соединенного через редуктор и регулирующий клапан со смесителем, и гидролизную, состоящую из генератора кислорода на основе надпероксида натрия, с регулируемым подводом воды из емкости с помощью циркуляционного насоса, соединенного по линии кислорода с контактным охладителем, а по линии щелочи через разделительную емкость насосом со скоростным нейтрализатором, который, в свою очередь, через фазовый разделитель связан с контактным охладителем. 1 ил.

Устройство относится к машиностроению, в частности к области испытаний двигателей внутреннего сгорания.

В настоящее время известен стенд для обкатки и испытаний двигателей внутреннего сгорания, содержащий два дизельных двигателя, устройство имитации условий на впуске испытуемого двигателя, запорно-регулирующие органы, трубопроводы (АС 1546872 A1, кл. G 01 M 15/00), выбранный нами за ближайший аналог.

В таком стенде возможно варьирование параметров на впуске испытуемого двигателя за счет его связи через успокоительное устройство и эжектор с выпускным коллектором многоцилиндрового многорядного дизельного двигателя с системой отключения подвода топлива в ряд цилиндров.

Однако такой стенд позволяет менять параметры на впуске и выпуске двигателя в определенном, довольно узком диапазоне и исключает возможность работы двигателя по замкнутому циклу с использованием искусственной газовой смеси.

Кроме того, в составе такого стенда отсутствует система подготовки искусственной газовой смеси, что не позволяет исследовать работоспособность двигателя внутреннего сгорания на смеси, отличной от атмосферного воздуха.

Задача, решаемая изобретением, - расширение диапазона исследований работоспособности двигателя внутреннего сгорания при изменении параметров на впуске и выпуске двигателя, а также работы двигателя на искусственной газовой смеси.

Для решения этой задачи предлагается стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания, содержащий два дизельных двигателя, соединенных трубопроводом и запорно-регулирующими органами с устройством имитации. Устройство имитации на впуске испытуемого двигателя содержит различные схемы подготовки искусственной газовой смеси. Термолизная схема, состоящая из модуля адсорберов, соединенного через охладитель отработавших газов и регулирующий клапан со смесителем, и генератора кислорода на основе перхлората натрия, соединенного через редуктор и регулирующий клапан со смесителем. Гидролизная схема, состоящая из генератора кислорода на основе надпероксида натрия с регулируемым подводом воды из емкости циркуляционным насосом, соединенного по линии кислорода с контактным охладителем, а по линии щелочи через разделительную емкость - насосом со скоростным нейтрализатором, который, в свою очередь, через фазовый разделитель связан с контактным охладителем.

Выполнение поставленной задачи достигается за счет возможности изменения качественного и количественного состава искусственной газовой смеси, отличающейся от воздуха, на впуске испытуемого двигателя при помощи устройства имитации условий на впуске испытуемого двигателя в виде гидролизной и термолизной системы подготовки искусственной газовой смеси, а также за счет отсутствия жесткой обратной связи: испытуемый двигатель - устройство имитации параметров на его впуске.

Новым в заявляемом изобретении является наличие устройства имитации параметров на впуске в испытуемый двигатель, выполненного в виде различных схем подготовки искусственной газовой смеси: термолизной, состоящей из модуля адсорберов, соединенного через охладитель отработавших газов и регулирующий клапан со смесителем, и генератора кислорода, соединенного через редуктор и регулирующий клапан со смесителем; и гидролизной, состоящей из генератора кислорода с регулируемым подводом воды, соединенного по линии кислорода с контактным охладителем, а по линии щелочи через разделительную емкость - со скоростным нейтрализатором, который, в свою очередь, через фазовый разделитель связан с контактным охладителем.

Применение в качестве устройства имитации параметров на впуске в двигатель гидролизной и термолизной системы подготовки искусственной газовой смеси не выявлено из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый стенд изображен на чертеже, где 1, 2 - дизельные двигатели внутреннего сгорания, соединенные с воздухозабором задвижками 3, 4 и газовыхлопом задвижками 5, 6. К выхлопному тракту двигателя 1 посредством задвижки 7 присоединено устройство имитации параметров на впуске двигателя 2, выполненное в виде соединенных последовательно: охладителя отработавших газов 8, задвижки 9, модуля адсорберов 10, смесителя 11, задвижки 12. Также к смесителю 11 через редуктор 13 и регулирующий клапан 14 присоединен генератор кислорода 15, выполненный на основе перхлората натрия, и регулирующий клапан 26, осуществляющий байпасирование отработавших газов через модуль адсорберов.

К выхлопному тракту двигателя 2 посредством задвижки 17 присоединено устройство имитации параметров на впуске двигателя 1, выполненное в виде соединенных последовательно: скоростного нейтрализатора 18, фазового разделителя 19, контактного теплообменника 20, задвижки 21. Контактный теплообменник 20 соединен с генератором кислорода 22 по кислородной магистрали и выполняет роль смесителя. Генератор кислорода 22 соединен трубопроводом с емкостью запаса воды 23 посредством насоса 24 и регулирующего клапана 25 (магистраль воды) и со скоростным нейтрализатором 18 - через разделительную емкость 26 посредством насоса 27 (магистраль щелочи). А емкость запаса воды, в свою очередь, соединена с контактным теплообменником 20.

В режиме открытого цикла обе установки работают на воздухе, забираемом из помещения экспериментального комплекса при открытых задвижках 3, 4, 5, 6 и закрытых 7, 12, 17, 21, 28, 29.

Для исследования одного из дизельных двигателей, например 2, используя устройство имитации на впуске, состоящего из термолизной системы подготовки искусственной газовой смеси, запускается генератор кислорода 15. При этом в результате термолизного разложения кислородсодержащего вещества на основе перхлората натрия выделяется газообразный кислород. Открывается задвижка 7, через которую отработавшие газы работающего дизельного двигателя 1 поступают к охладителю газов 8. Затем открываются задвижки 9, 28 и закрываются задвижки 4, 5. При этом отработавшие газы дизеля 1 поступают в модуль адсорберов 10 и смеситель 11 с одновременным открытием регулировочного клапана 14 и подачей кислорода из генератора кислорода 15 через редуктор 13 в смеситель 11. Начинается режим подготовки искусственной газовой смеси. Через открытую задвижку 7 отработавшие газы поступают в модуль адсорберов для удаления из них диоксида углерода CO₂, затем охлажденные и очищенные газы поступают в смеситель 11 и далее через открытую задвижку 28 поступают во всасывающий коллектор дизельного двигателя 2 при закрытой задвижке 4 и, отработав в двигателе, сбрасываются в атмосферу через открытую задвижку 6.

При изменении нагрузки на двигатель необходимо изменять количество подаваемого в смеситель кислорода с помощью регулирующего клапана 14.

Для исследования на стенде дизельного двигателя 1, работающего по замкнутому циклу, открывается задвижка 12 и закрывается задвижка 28.

Выход из режима работы с имитацией условий на впуске в дизельный двигатель 2 предусматривается путем последовательного открытия задвижек 4, 5 и закрытия задвижек 7, 9, 28.

Для работы дизельного двигателя 1, используя устройство имитации на впуске, состоящего из гидролизной системы подготовки искусственной газовой смеси, открываются задвижки 17, 29 и закрывается задвижка 3. Отработавшие газы двигателя 2 подаются в скоростной нейтрализатор 18. Сюда же, из гидролизного генератора кислорода 22 подается через разделительную емкость 26 насосом 27 выделившийся в результате гидролиза технического надпероксида натрия раствор щелочи NaOH. В скоростном нейтрализаторе 18 происходит нейтрализация отработавших газов двигателя: очистка их от сажи и несгоревшего топлива, а также удаление из них диоксида углерода, связывая его с раствором щелочи NaOH и превращая в содовый раствор Na₂CO₃. Разделение потока на газовую и жидкую фракции происходит в фазовом разделителе 19. Газовая фракция поступает в контактный теплообменник (охладитель-промыватель) 20, где происходит обогащение очищенных от CO₂ отработавших газов кислородом и одновременная конденсация водяных паров в емкость запаса воды 23.

Количество выделяемого кислорода регулируется вентелем 25 за счет подачи необходимого расхода воды насосом 24 из 23.

Для исследования на стенде дизельного двигателя 2, работающего по замкнутому циклу, открывается задвижка 21 и закрывается задвижка 29.

Выход из режима работы с имитацией условий на впуске в дизельный двигатель 1 предусматривается путем последовательного открытия задвижки 3 и закрытия задвижек 17, 29.

Настоящая технологическая схема предполагает возможность проводить испытание образцов нового оборудования систем подготовки искусственной газовой смеси. В целях обеспечения безопасности предусматривается один из дизельных двигателей, например 1, запустить по открытому циклу, забирая воздух из атмосферы, а дизельный двигатель 2 - по замкнутому циклу за счет возможной связи между впускными и выпускными коллекторами дизелей. При этом отработавшие газы двигателя 1 могут быть использованы как термолизной, так и гидролизной системой подготовки искусственной газовой смеси. Аналогичные испытания могут осуществляться на двигателе 2.

Изложенное выше изобретение включает в свой состав известные ранее образцы оборудования, что подтверждает возможность его реализации.

Формула изобретения

Стенд для испытания поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащий два дизельных двигателя, трубопроводы, запорно-регулирующие органы, устройства имитации условий на впуске испытуемого двигателя, причем впуск испытуемого двигателя соединен с выпуском второго дизельного двигателя через устройство имитации условий на впуске испытуемого двигателя посредством трубопроводов и запорно-регулирующих органов, а впуск второго двигателя соединен с атмосферой, отличающийся тем, что устройство имитации условий на впуске испытуемого двигателя содержит различные схемы подготовки искусственной газовой смеси: термолизную, состоящую из модуля адсорберов, соединенного через охладитель отработавших газов и регулирующий клапан со смесителем, и генератора кислорода на основе перхлората натрия, соединенного через редуктор и регулирующий клапан со смесителем, и гидролизную, состоящую из генератора кислорода на основе надпероксида натрия, с регулируемым подводом воды из емкости с помощью циркуляционного насоса, соединенного по линии кислорода с контактным охладителем, а по линии щелочи через разделительную емкость насосом со скоростным нейтрализатором, который, в свою очередь, через фазовый разделитель связан с контактным охладителем.

РИСУНКИ

Рисунок 1