Стенд для исследования тепловой и химической стойкости поршня двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1984 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к испытаниям поршней двигателей внутреннего сгорания. Известен стенд для исследования тепловой и химической стойкости поршня двигателя внутреннего сгорания, содержаищй цилиндр с гильзой, выпускным органом и испытуемым порш нем, а также камеру сгорания с форсуночной головкой и запальником, причем камера сгорания размещена на цилиндром Недостатком известного стенда является отсутствие системы регулир вания теплового потока по сечению поршня с целью воспроизведения усло вий, близких к реальным. Кроме того невозможно изменение температуры продуктов сгорания без изменения соотношения компонентов (горючего и воздуха), т.е. при постоянном коэффициенте избытка окислителя. Выхлопное окно в устройстве выполнено в виде кольцевой щели, что не соответствует реальному полю скоростей газа в районе поршня. Цель изобретения - обеспечение возможности регулирования тепловых потоков и приближение поля скоростей газа в районе поршня к реальному, а следовательно, повьш1ение эффектив ности. Указанная цель достигается тем, что стенд для исследования тепловой и химической стойкости поршня двигателя внутреннего сгорания, содержащи цилиндр с гильзой, выпускным органом и испытуемым поршнем, а также камеру сгорания с форсуночной головкой и запапьником, причем камера сгорания размещена над цилиндром, дополнитель но содержит трубчатый охладитель, ре .гулятор расхода, охлаждаемое сопло и источник охладителя, причем трубча тый охладитель размещен между камерой сгорания и цилиндром и связан с источником охладителя и регулятором расхода, а охлаждаемое сопло размещено на выходе из выпускного органа На фиг. 1 изображен стенд, общий вид, на фи1ч 2 - сечение А-А на фиг Данный вариант стенда (фиг. 1 и предназначен для испытания поршня мотоциклетного двигателя. Стенд содержит оребренный цилиндр t с гильзой 2, в которой установлен исследуемый пор.иень 3, скрепленный С шатуном 4 и серьгой 5, имеющей возможность перемещения по направляющим, закрепленным на крьш1ке 6 (с целью регулирования положения поршня по высоте и воспроизведения боковых нагрузок на него). К окну в цилиндре, заканчивающемуся выхлопным патрубком, пристыковано охлаждаемое жидкостью сопло 7, размер которого расчитан на создание в стенде определенного рабочего давления при заданном расходе компонентов топлива. Сопло работает в режиме критического истечения. Расход охлаждающей жидкости обеспечивает возможность длительной работы сопла, в том числе на форсированных режимах. К цилиндру крепится секционная охлаждаемая жидкостью камера 8 сгорания с форсуночной головкой 9. Общая длина камеры сгорания выбирается из условия обеспечения времени, в течение которого достигается заданная полнота сгорания. На камере сгорания установлен запальник 10. На днище форсуночной головки, расположенной напротив дниша исследуемого поршня, смонтированы центробежные форсунки 11 горючего (в данном случае форсунка одна). Фор-сунки окислителя (воздуха) выполнены в виде отверстий в днище форсуночной головки. Взаимное расположение форсунок горючего и окислителя выбирается из условий обеспечения распыла, а также с учетом реального распределения тепловых потоков по днищу поршня. Секции камеры сгорания (на фиг. 1 и 2 одна) служат для регулирования температуры газа. Для этого в указанных секциях смонтирован трубчатый охладитель в виде набора труб 12, к которым подводится охлаждающая жид- кость. Регулирование температуры газообразных продуктов сгорания производится за счет теплоотдачи от газа в охлаждающую жидкость. Расположение труб по поперечному сечению камеры сгорания, их форма, размер, параметры движения по ним охлаждающей жидкости подбираются из условия обеспечения заданного распределения тепловых потоков по сечению поршня. Один из возможных вариантов расположения труб по поперечному сечению камеры показан на фиг. 2. Каждая

труба снабжена дросселем 13 для регулирования расхода охладителя.

Корпус форсунки горючего установлен во втулке 14, имеющей сферическую опорную поверхность, вследствие чего ось форсунки может быть расположена под углом к оси камеры. Тем самым можно создавать неравномерное поле температур по сечению камеры и дополнительно к набору труб влиять на распределение тепловых потоков по сечению поршня.

Втулка 14 после установки форсунки в заданном положении фиксируется поджатием штуцера 15.

Для обеспечения условий теплосъема с. цилиндра, близких к реальным, рядом со стендом размещен вентилятор 16, создающий воздушный поток. Регулированием скорости и направления воздушного потока вентилятора также воздействуют на распределение тепловых noToijoB в цилиндре и поршне, добиваясь приближения их к реальным.

Во время испытания поршня и проведения измерений температуры и тепловых потоков в различных точках поршня форсуночная головка создает стационарный поток продуктов сгорания омывающий днище поршня и выходящий через выхлопное окно и охлаждаемое сопло в.атмосферу.

Условия испытания - средние давление, температура, химический состав продуктов сгорания, поле скоростей вблизи днища поршня поддерживаются близкими к реальным.

Это позволяет сократить количество потребных испытаний для получения достоверных данных о стойкости поршня на тех или иных режимах. Кроме того, установка позволяет проводить испытания поршней на форсированных режимах - при повышенных расходах компонентов топлива, давлениях, температурах продуктов сгорания. Это влечет за собой сокращение сроков экспериментальной обработки новых конструкций поршня, материалов покрытий его дни1да и т.д., как по сравнению с прототипом, так и по сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят натурный двигатель внутреннего сгорания, так как определение стойкости поршней производится путем стендовых и дорожных испытаний двигателя. Испытания на натурном двигателе не позволяют осуществить широкое варьирование температурной газа и другими параметрами, определякяцими тепловые нагрузки на поршень, из-за ограничений, связанных с возможностью осуществления рабочего цикла. Кроме того, при дорожных испытаниях невозможно обеспечить длительную непрерывную работу двигателя на одном режиме.

Продолжительность испытаний на предлагаемом стенде для получения сравнительных данных о живучести поршня составляет несколько минут или, в крайнем случае, часов. Таким образом, уменьшение продолжительности испытаний на несколько порядков, соответственно снижает стоимость испытания.

Ч

IS

СТЕНД ДНЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ И ХИМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндр с гильзой, выпускным органом и испытуемым поршнем, а также камеру сгорания с форсуночной головкой и запальником, причем камера сгорания размещена над цилиндром, отличающийся тем, что, с целью повьппеНИН эффективности, он дополнительно содержит трубчатый охладитель, регулятор расхода, охлаждаемое СОПЛО- и источник охладите:ля, причем трубчатый охладитель раз мещен меяду камерой сгорания и цилиндром и связан с источником охладителя и регулятором расхода, а охлаждаемое сопло размешено на выходе из выпускного органа.