УНИВЕРСАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ДВС Российский патент 2014 года по МПК G01M15/04 G01M15/06 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к установкам для исследования рабочих процессов в камере сгорания двигателей и аппаратуре для испытания кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и цилиндропоршневой группы (ЦПГ).

Для выбора и расчета параметров двигателя внутреннего сгорания необходимо знать моторные свойства используемого топлива. Важнейшими показателями моторных свойств топлива для двигателей с искровым зажиганием являются октановое число и период индукции топлива.

Известны способ и устройство для измерения октанового числа [патент RU 2121668], в котором для его определения первое и второе эталонные топлива, имеющие различные октановые числа, и тестируемое топливо подаются в топливное впускное отверстие двигателя с несколькими последовательными значениями расхода, затем вычисляется расход, который даст максимальную интенсивность детонации. Недостатком такого способа определения октанового числа является большая погрешность измерения, так как необходимо иметь эталонные топлива, октановые числа которых определяются также с определенной погрешностью.

Эти недостатки устранены в способе и устройстве для измерения октанового числа [заявка на изобретение RU 96107199]. Точность измерения достигается за счет применения компьютера для управления процессом измерения и обработки полученных данных. Однако измерения проводятся на двигателе, и изменение степени сжатия связано с техническими трудностями.

Эти недостатки устранены в способе оценки детонационной стойкости автомобильных бензинов [патент RU 2339037] при испытаниях на одноцилиндровой установке с переменной степенью сжатия при работе ее в режимах исследовательского метода. Недостатками данного способа являются дороговизна оборудования, проведение оценки детонационной стойкости проводится по калибровочным таблицам, невозможность определения периода инжекции топлива.

Наиболее близким (прототипом) к заявленному изобретению является однотактная машина для определения периода индукции топлив [В.И. Сороко-Новицкий, «Динамика процесса сгорания и влияние его на мощность и экономичность двигателя»], которая состоит из цилиндра с поршнем, в котором происходит рабочий процесс, индикатора, который записывает давление в цилиндре на бумажном барабане, который вращается при помощи электромотора, приводом машины служит пневмоцилиндр с источником воздуха высокого давления. Недостатками такой машины являются отсутствие возможности построения диаграммы давления по углу поворота кривошипа, приспособленность к проведению только одного вида испытаний, отсутствие возможности исследования процесса сгорания при искровом зажигании.

Целью изобретения является разработка простой и эффективной установки для исследования параметров сгорания топлива и топливных композиций, определения моторных свойств топлива, а также для изучения составляющих механических потерь в КШМ и ЦПГ.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в простоте, эффективности и точности определения параметров процесса сгорания топлива в цилиндре двигателя и составляющих механических потерь в КШМ и ЦПГ на одной универсальной установке, позволяющей исключить влияние различных факторов, искажающих результаты моторных (стендовых) испытаний, а также значительно уменьшить затраты денежных средств на ее изготовление благодаря использованию доступных деталей серийных двигателей.

Универсальная безмоторная установка для определения параметров рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания и испытания кривошипно-шатунного механизма содержит (фиг.1) ресивер с нагревательным элементом 1, вертикальный цилиндр 2, клапан 3, водяную рубашку 4, поршень 5, свечу зажигания 6, датчик давления 7, резьбовые шпильки с регулировочными шайбами 8, шатуны 9 и 10, кулису 11, датчик угла поворота кулисы 12, горизонтальный цилиндр 13 с поршнем 14, клапан 15, пневмораспределитель 16, водяную рубашку 17, клапан 18, вентиль 19, ресивер 20, манометр 21, вентиль 22, пневмодроссель 23, кривошип 24, электропривод 25, тахометр 26, секундомер 27, вольтметр 28, амперметр 29.

Универсальная безмоторная установка для определения параметров рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания и испытания кривошипно-шатунного механизма работает следующим образом. При определении моторных свойств топлива горючая смесь заданного состава из воздуха и паров топлива (топливной композиции), нагретая до заданной начальной температуры в ресивере с нагревательным элементом 1, поступает в вертикальный цилиндр 2 через клапан 3. Температурный режим цилиндра 2 регулируется при помощи водяной рубашки 4. Сжатие смеси производится поршнем 5, воспламенение горючей смеси осуществляется принудительно от свечи зажигания 6, давление регистрируется датчиком давления 7, степень сжатия регулируется резьбовыми шпильками с регулировочными шайбами 8. Шатун 9 поршня 5 шарнирно соединен с шатуном 10 и кулисой 11. Положение поршня 5 определяется датчиком 12 угла поворота кулисы 11. Шарнирное соединение выполнено легкоразборным. Усилие сжатия возникает за счет избыточного давления в горизонтальном цилиндре 13 с поршнем 14. Сжатый воздух поступает в горизонтальный цилиндр 13 через клапан 15 и пневмораспределитель 16. Цилиндр 13 также снабжен водяной рубашкой 17 и соединен через клапан 18, вентиль 19 с ресивером 20, оборудованным манометром 21. Выпуск отработавших газов из цилиндра 2 осуществляется через вентиль 22. Сопротивление движению поршня 5 может регулироваться при помощи пневмодросселя 23. Для определения энергии активации топлива проводится опыт с самовоспламенением горючей смеси стехиометрического состава.

При исследовании составляющих мощности механических потерь, испытании новых конструкций кривошипно-шатунного механизма, деталей цилиндропоршневой группы используется горизонтальный цилиндр 13. В этом случае шатун 12 соединяется с кривошипом 24 электропривода 25, вертикальный цилиндр 2, шатун 10 и кулиса 11 не используются.

Испытания по определению величины механических потерь в КШМ проводят следующим образом. Запускают электропривод 25 и устанавливают по тахометру 26 заданный программой испытаний скоростной режим вращения кривошипа 24. Открывают вентиль 19 и нагружают из ресивера 20 поршень 14 горизонтального цилиндра 13 газовой нагрузкой соответствующей среднему индикаторному давлению реального работающего двигателя, что позволяет имитировать реальную газовую нагрузку поршневых колец на зеркало цилиндра 13. С помощью дросселя 23 поддерживают необходимое на выпуске противодавление. Включают секундомер 27 и по манометру 21 контролируют объемное количество воздуха, перекаченное в единицу времени установкой, что обеспечивает возможность контроля за работой кольцевых стыков поршня. По вольтметру 28 и амперметру 29 контролируют мощность электропривода, затрачиваемого на работу кривошипно-шатунного механизма горизонтального цилиндра 13, а по разности мощности, затраченной на работу электропривода, и мощности, затраченной на перекачивание воздуха из ресивера 20 в атмосферу, определяют величину механических потерь.

Таким образом, описываемая установка, являясь полным аналогом ДВС, позволяет без каких-либо ограничений снимать информацию о рабочих процессах в цилиндрах в большом объеме при длительной работе двигателя.

Универсальная безмоторная установка может быть использована для определения параметров рабочего процесса ДВС и испытания кривошипно-шатунного механизма (КШМ), а также оценки механических потерь. Установка содержит вертикальный цилиндр с поршнем, датчик давления, регистратор давления, шатун, соединенный с КШМ горизонтального цилиндра с поршнем и рубашкой охлаждения, соединенного с источником высокого давления. Установка также содержит ресивер с нагревательным элементом, присоединенный к вертикальному цилиндру с поршнем, манометр, связанный с ресивером, свечу зажигания со стандартной батарейной системой зажигания, размещенную в вертикальном цилиндре с резьбовыми шпильками с регулировочными шайбами для изменения степени сжатия, датчик угла поворота кулисы, размещенный с возможностью определения положения поршня вертикального цилиндра, ресивер, пневмораспределитель и пневмодроссель, присоединенные к горизонтальному цилиндру. В состав установки включен электропривод, с возможностью шарнирного соединения с шатуном горизонтального цилиндра, вольтметр, амперметр, подключенные к электроприводу с возможностью обеспечения контроля его мощности, и тахометр, связанный с валом электродвигателя. Технический результат заключается в повышении точности определения параметров рабочего процесса и составляющих механических потерь в КШМ. 1 ил.

Универсальная установка для исследования рабочих процессов ДВС и испытания кривошипно-шатунного механизма (КШМ), содержащая вертикальный цилиндр с поршнем, датчик давления, регистратор давления, шатун, соединенный с КШМ горизонтального цилиндра с поршнем и рубашкой охлаждения, соединенного с источником высокого давления, отличающаяся тем, что дополнительно содержит ресивер с нагревательным элементом, присоединенный к вертикальному цилиндру с поршнем, манометр, связанный с ресивером, свечу зажигания со стандартной батарейной системой зажигания, размещенную в вертикальном цилиндре с резьбовыми шпильками с регулировочными шайбами для изменения степени сжатия, датчик угла поворота кулисы, размещенный с возможностью определения положения поршня вертикального цилиндра, ресивер, пневмораспределитель и пневмодроссель, присоединенные к горизонтальному цилиндру, электропривод, с возможностью шарнирного соединения с шатуном горизонтального цилиндра, вольтметр, амперметр, подключенные к электроприводу с возможностью обеспечения контроля его мощности, и тахометр, связанный с валом электродвигателя.