ГАЗОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКРУЧЕННОГО ВОЗДУШНОГО ПОТОКА В ЦИЛИНДРЕ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F02B31/00 G01M15/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в стендах для испытания двигателей внутреннего сгорания.

Известна установка для продувки впускных органов дизеля, обеспечивающая определение расхода воздуха, гидравлических потерь в них, а также суммарного момента количества движения (МКД) потока воздуха в цилиндре двигателя (авторское свидетельство N 189183, СССР, кл. 42, 7/04 МПК G 01 l, G 01 m). Для определения МКД воздушного потока используется спрямляющая решетка с обтекателем. Закрученный поток воздуха направляется по обтекателю на лопатки решетки, которые расположены по периферии диска в осевом направлении. При этом закрученный поток спрямляется, а на лопатках решетки образуется реактивный момент, который регистрируется динамометром.

Недостатком установки является то, что основной измерительный элемент установки спрямляющая решетка, с точки зрения ее геометрических параметров, не обеспечивает получения достоверных данных о МКД. Наличие обтекателя в центральной части спрямляющей решетки создает дополнительное сопротивление движению воздушного потока, вызывает его торможение и отклонение к периферийной части решетки, что приводит к изменению тангенциальной составляющей потока в целом и, как показали исследования, занижению показаний МКД на 20.25%
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является установка для измерения и исследования закрученного воздушного потока в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания (заявка ФРГ N 261325, F 02 B 31/00), оснащенная системой измерения газодинамических показателей и содержащая головку цилиндров со съемной гильзой, впускной тракт с клапаном, измеритель момента количества движения потока воздуха, выполненный в виде перфорированного диска (спрямляющей решетки) с каналами, размещенного перпендикулярно оси цилиндра и служащего для спрямления закрученного потока воздуха. В известном техническом решении отсутствует обтекатель в центральной части спрямляющей решетки, что обеспечивает получение более достоверных данных о МКД.

Недостатком известного устройства является следующее.

Исходя из требований, предъявляемых к устройствам для исследования воздушных потоков, конструктивное исполнение используемых датчиков должно обеспечивать минимальное возмущение исследуемого воздушного потока. В известном устройстве спрямляющие каналы перфорированного диска в поперечном сечении имеют круглую форму и при любой компоновке не обеспечивают максимального для данной конструкции значения коэффициента живого сечения - закрытой оказывается около 65% поверхности перфорированного диска. Это вызывает повышенное гидравлическое сопротивление, приводит к возникновению возмущений воздушного потока и, как следствие, снижению точности измерения МКД и газодинамических показателей.

Целью изобретения является повышение точности измерения МКД закрученного воздушного потока, создаваемого во впускном канале двигателя внутреннего сгорания и газодинамических показателей.

Цель достигается тем, что газодинамическая установка для измерения и исследования закрученного воздушного потока в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, оснащенная системой измерения газодинамических показателей, содержащая головку цилиндров со съемной гильзой, впускной тракт с клапаном, измеритель момента количества движения потока воздуха, выполненный в виде перфорированного диска с каналами, размещенного перпендикулярно оси цилиндра и служащего для спрямления закрученного потока, имеет согласно изобретению измеритель МКД с каналами шестиугольной формы, образующими сотовую структуру.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая установка отличается наличием нового элемента измерителя МКД с каналами шестиугольной формы, образующими сотовую структуру.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема газодинамической установки для измерения и исследования закрученного воздушного потока в цилиндре двигателя внутреннего сгорания.

Газодинамическая установка содержит головку цилиндров 1 со съемной гильзой 2, впускной тракт 3 с клапаном 4 и измеритель момента количества движения потока воздуха 5. На монтажном столе 6 закреплен цилиндр 7 со смонтированным в нем измерителем МКД 5, соединенный с одной стороны через ресивер 8 и трубопровод 9 с вакуумным насосом 10, а с другой стороны со съемной гильзой 2, головкой цилиндров 1, впускным трактом 3 и устройством замера расхода воздуха 11. Головка цилиндров 1 снабжена механизмом перемещения клапана и микрометрическим измерителем хода клапана 12. Для измерения давлений в различных сечениях установка оборудована системой U-образных манометров 13. Измеритель МКД потока 5 выполнен в виде диска с каналами шестиугольной формы, образующими сотовую структуру, размещен перпендикулярно оси цилиндра 7, жестко закреплен на валу 14, установленном в подшипниках качения 15. Под действием вращающего момента диск может поворачиваться на определенный угол, преодолевая усилие двух тензобалок 16, закрепленных на боковой поверхности цилиндра 7. Сигнал от тензодатчиков, величина которого пропорциональна моменту на диске, поступает на тензоусилитель, выход которого соединен с входом цифрового вольтметра. Тензоусилитель и цифровой вольтметр образуют измерительно-информационный комплекс 17, на цифровом табло 18 которого отображаются результаты измерений МКД. Для снижения амплитуды колебаний перфорированного диска используются гидравлические демпферы 19 лопаточного типа. В качестве гасящей колебания жидкости используется моторное масло.

Предлагаемая конструкция измерителя МКД имеет каналы шестиугольной формы, образующие сотовую структуру, что позволяет на 9% повысить коэффициент живого сечения перфорированного диска по сравнению с диском, имеющим круглые каналы, и тем самым снизить гидравлическое сопротивление, повысить точность измерения МКД и газодинамических показателей.

Известно, что коэффициент живого сечения определяется по выражению
f=F_ж/F
где F_ж площадь живого сечения диска; F фронтальная площадь диска.

Из чертежа видно, что для диска с круглыми каналами
f=0,91(d/(d+2δ))²
где d гидравлический диаметр канала; δ толщина стенки канала.

Аналогично для диска с шестиугольными каналами
f=(d/(d+2δ))²
То есть коэффициент живого сечения для диска с шестиугольными каналами на 9% выше.

Установка работает следующим образом.

В головке цилиндра 1 с впускным каналом при помощи механизма перемещения 11 впускной клапан устанавливается на заданную величину его хода. Вакуумным насосом 10 в цилиндре создается разрежение. Воздух поступает во впускной канал головки цилиндра 1, проходит через щель открытого впускного клапана, закручивается и входит в нижней части цилиндра в каналы измерителя момента количества движения 5. Проходя по каналам перфорированного диска, закрученный поток спрямляется, создавая момент, величина которого регистрируется при помощи тензодатчиков и отображается на цифровом табло 18 измерительно-информационного комплекса 17. Вращающий момент в решетке равен МКД, теряемому потоком в спрямляющем аппарате за единицу времени. Одновременно замеряются расход воздуха и перепады давления в различных сечениях впускной системы.

Таким образом, установка позволяет оценивать форму впускного канала как по пропускной способности, так и по интенсивности создаваемого вихревого движения воздушного потока в цилиндре. При этом использование в качестве измерителя МКД диска с каналами шестиугольной формы, образующими сотовую структуру, позволяет повысить точность измерения момента количества движения закрученного потока и газодинамических показателей.

Использование: в двигателестроении, в стендах для испытания двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: установка содержит головку цилиндров со съемной гильзой, впускной тракт с клапаном, измеритель момента количества движения потока воздуха, выполненный в виде диска с каналами шестиугольной формы, образующими сотовую структуру, что позволяет повысить точность измерения момента количества движения закрученного потока и газодинамических показателей при оценке формы впускного канала. 1 ил.

Газодинамическая установка для измерения и исследования закрученного воздушного потока в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащая головку цилиндров со съемной гильзой, впускной тракт с клапаном, измеритель момента количества движения потока воздуха, выполненный в виде диска с каналами, размещенного перпендикулярно оси цилиндра и служащего для спрямления закрученного потока воздуха, и систему измерения газодинамических показателей, отличающаяся тем, что каналы измерителя момента количества движения потока воздуха в поперечном сечении выполнены шестиугольными и образуют сотовую структуру.