Способ определения индикаторной мощности при стендовых испытаниях многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом Российский патент 2017 года по МПК G01M15/04 G01M15/05 

Изобретение относится к области стендовых испытаний поршневых двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано для определения индикаторной мощности многоцилиндровых двигателей.

Известен способ определения индикаторной мощности (N_i) х-го цилиндра многоцилиндрового двигателя, заключающийся в том, что при работе на заданном режиме определяют эффективную мощность двигателя на заданном режиме N_e при всех работающих цилиндрах, последовательно отключают топливоподачу в каждом из цилиндров и определяют эффективную мощность двигателя при неизменной подаче топлива в оставшиеся работающие цилиндры, и по разнице рассчитывают индикаторную мощность отключенного цилиндра, используя формулу (Стефановский Б.С. Испытания двигателей внутреннего сгорания. - М.: Машиностроения, 1972, с. 61)

где N_ix - индикаторная мощность отключенного цилиндра;

N_e(j) и N_e(j-1) - эффективные мощности соответственно j и (j-1) работающих цилиндров, определяемые по динамометру тормозного стенда.

Данный способ принят в качестве прототипа.

Недостатком указанного прототипа является то, что его применение возможно только для двигателей без наддува, у которых отключение одного из цилиндров не влияет на работу остальных.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении точности определения индикаторной мощности.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе определения индикаторной мощности при стендовых испытаниях многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, заключающемся в том, что при работе на заданном режиме определяют эффективную мощность двигателя N_e при всех работающих цилиндрах, затем определяют эффективную мощность двигателя при работе двигателя на части цилиндров, и по разнице определяют величину индикаторной мощности, согласно изобретению, при работе на заданном режиме для определения эффективной мощности двигателя N_e при всех работающих цилиндрах дополнительно измеряют давление воздуха перед компрессором р_вс, давление отработавших газов после турбины р₂, расход воздуха двигателем G_в и давление наддувочного воздуха р_к, при работе двигателя на части цилиндров для определения эффективной мощности двигателя дополнительно измеряют давление воздуха перед компрессором , давление отработавших газов после турбины , расход воздуха двигателем и давление наддувочного воздуха , затем переходят на заданный режим работы двигателя со всеми включенными цилиндрами и изменяют значения давления воздуха перед компрессором р_вс и давление отработавших газов после турбины р₂ до совпадения значений расхода воздуха двигателем G_в и давления наддувочного воздуха р_к при работе двигателя на всех цилиндрах со значениями расхода воздуха двигателем и давления наддувочного воздуха при работе двигателя на части цилиндров, и с учетом этого определяют значение эффективной мощности N_e, которое используют для определения индикаторной мощности.

Дополнительное измерение давления воздуха перед компрессором р_вс, давления отработавших газов после турбины р₂, расхода воздуха двигателем G_в и давления наддувочного воздуха р_к при всех работающих цилиндрах, а также давления воздуха перед компрессором , давления отработавших газов после турбины , расхода воздуха двигателем и давления наддувочного воздуха при работе двигателя на части цилиндров связано с тем, что отключение топливоподачи, например, в одном из цилиндров, снижает среднюю температуру отработавших газов в выпускном коллекторе, т.е. уменьшает их располагаемую энергию перед турбиной. Вследствие этого снижается мощность турбины, соответственно и мощность приводимого от нее компрессора. Это приводит к уменьшению давления наддувочного воздуха и, как следствие, уменьшению расхода воздуха двигателем . Таким образом, цилиндры многоцилиндрового двигателя с газотурбинным наддувом при отключении одного из них начинают работать не в том режиме, в каком они работали, когда топливоподача осуществлялась во все цилиндры, и суммарная мощность двигателя уменьшается в результате снижения расхода воздуха двигателем . При этом снижение мощности многоцилиндрового двигателя с газотурбинным наддувом при отключении одного из цилиндров происходит на величину индикаторной мощности этого цилиндра, а также на величину снижения мощности остальных цилиндров за счет снижения расхода воздуха двигателем .

В таблице 1 приведены результаты испытаний многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом.

За исходный (заданный) режим принята работа двигателя в штатном варианте на всех 12 цилиндрах.

Характер изменения показателей двигателя сохраняется одним и тем же при отключении любого цилиндра, а именно: уменьшается эффективная мощность двигателя Ne, расход воздуха двигателя G_в и давление наддува р_к. Частота вращения коленчатого вала при этом поддерживалась постоянной. Также сохранялась неизменной топливоподача в работающие цилиндры.

Из таблицы видно, что отключение топливоподачи в любой из цилиндров сопровождается не только ожидаемым снижением мощности двигателя, но и снижением давления наддувочного воздуха p_k на 0,12÷0,15 бар, т.е. на 1…8% и расхода воздуха двигателем G_в на 180÷220 кг/час.

После начала топливоподачи очередной форсункой соответствующий цилиндр вступает в работу, и показатели двигателя восстанавливаются в соответствии с исходным режимом.

Способ осуществляется следующим образом.

При проведении стендовых испытаний многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом при запуске и работе двигателя на заданном режиме со всеми работающими цилиндрами измеряют давление воздуха перед компрессором р_вс, давление отработавших газов после турбины р₂, расход воздуха двигателем G_в и давление наддувочного воздуха р_к и определяют эффективную мощность N_e. Далее, при работе двигателя на части цилиндров (при отключении топливоподачи в один из цилиндров) измеряют давление воздуха перед компрессором , давление отработавших газов после турбины , расход воздуха двигателем и давление наддувочного воздуха . За счет того что при отключении, по меньшей мере, одного из цилиндров изменяются условия работы остальных цилиндров, то значения давления воздуха перед компрессором , давления отработавших газов после турбины , расхода воздуха двигателем и давления наддувочного воздуха будут меньше, чем при работе двигателя со всеми цилиндрами. После измерения давления воздуха перед компрессором , давления отработавших газов после турбины , расхода воздуха двигателем и давления наддувочного воздуха определяют эффективную мощность .

После этого переходят на режим работы двигателя на всех цилиндрах, в результате чего давление наддувочного воздуха р_к и расход воздуха двигателем G_в увеличатся за счет увеличения располагаемой энергии отработавших газов перед турбиной.

После этого, продолжая работать на всех цилиндрах, изменяют значения давления воздуха перед компрессором р_вс и давления отработавших газов после турбины р₂ до совпадения значений расхода воздуха двигателем G_в и давления наддувочного воздуха р_к со значениями расхода воздуха двигателем и давления наддувочного воздуха при работе двигателя на части цилиндров, и с учетом этого% определяют значение эффективной мощности N_e, которое используют для определения индикаторной мощности. После чего по разнице определяют индикаторную мощность отключенного цилиндра.

В итоге проведения испытаний на двух описанных режимах становится известной мощность двигателя, по крайней мере, с одним выключенным цилиндром и мощность двигателя со всеми работающими цилиндрами N_e. Поэтому при определении разницы остается истинная индикаторная мощность отключенного цилиндра.

Изобретение относится к области стендовых испытаний поршневых двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано для определения индикаторной мощности многоцилиндровых двигателей. Способ определения индикаторной мощности при стендовых испытаниях многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, заключающийся в том, что при работе на заданном режиме определяют эффективную мощность двигателя N_e при всех работающих цилиндрах, затем определяют эффективную мощность двигателя N_e' при работе двигателя на части цилиндров, и по разнице N_e - N_e' определяют величину индикаторной мощности, при этом при работе на заданном режиме для определения эффективной мощности двигателя N_e при всех работающих цилиндрах дополнительно измеряют давление воздуха перед компрессором, давление отработавших газов после турбины, расход воздуха двигателем и давление наддувочного воздуха, при работе двигателя на части цилиндров для определения эффективной мощности двигателя N_e' дополнительно измеряют те же параметры, затем переходят на заданный режим работы двигателя со всеми включенными цилиндрами и изменяют значения давления воздуха перед компрессором и давление отработавших газов после турбины до совпадения значений расхода воздуха двигателем и давления наддувочного воздуха при работе двигателя на всех цилиндрах со значениями расхода воздуха двигателем и давления наддувочного воздуха при работе двигателя на части цилиндров, и с учетом этого определяют значение эффективной мощности, которое используют для расчета индикаторной мощности. 1 табл.

Способ определения индикаторной мощности при стендовых испытаниях многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, заключающийся в том, что при работе на заданном режиме определяют эффективную мощность двигателя N_e при всех работающих цилиндрах, затем определяют эффективную мощность двигателя при работе двигателя на части цилиндров и по разнице определяют величину индикаторной мощности, отличающийся тем, что при работе на заданном режиме для определения эффективной мощности двигателя N_e при всех работающих цилиндрах дополнительно измеряют давление воздуха перед компрессором р_вс, давление отработавших газов после турбины р₂, расход воздуха двигателем G_B и давление наддувочного воздуха р_к, при работе двигателя на части цилиндров для определения эффективной мощности двигателя дополнительно измеряют давление воздуха перед компрессором давление отработавших газов после турбины , расход воздуха двигателем и давление наддувочного воздуха , затем переходят на заданный режим работы двигателя со всеми включенными цилиндрами, и изменяют значения давления воздуха перед компрессором р_вс и давление отработавших газов после турбины р₂ до совпадения значений расхода воздуха двигателем G_B и давления наддувочного воздуха р_к при работе двигателя на всех цилиндрах со значениями расхода воздуха двигателем и давления наддувочного воздуха при работе двигателя на части цилиндров, и с учетом этого определяют значение эффективной мощности N_e, которое используют для расчета индикаторной мощности.