Стенд для исследования цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1985 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к поршневым машинам, в частности к их .испытаниям, и может быть использовано для исследования цилиндропоршневой группы дизельных, карбюраторных двигателей, компрессоров, насосов и т.д.

Известны стенды для исследования цилиндропоршневой группы двигателя в-нутреннего сгорания (ДВС), содержащие корпус, гильзу, поршень с кольцами, шатун, основной кривошипный вал, устройство упругой подвески гильзы, датчик осевого смеш,ения гильзы и регистрируюш.ую аппаратуРУВ таких стендах перемещение гильзы в осевом направлении под действием сил трения регистрируется оптической или иной системой измерения. Уплотнение надпорщневого пространства между подвижной в осевом направлении гильзой и головкой цилиндров обеспечивается уплотнительными кольцами или сильфонными уплотнениями 1 .

Недостатком данных стендов является отсутствие возможности выделить потери на трение поршневых колец из общих потерь на трение в цилиндропоршневой группе, что связано с наличием боковой силы из-за влияния особенностей работы кривошипно-шатунного механизма.

Известны стенды для исследования цилиндропорщневой группы ДВС, содержащие корпус, гильзу, поршень с кольцами, шатун, основной кривошипный вал, устройство упругой подвески гильзы, датчик осевого смещения гильзы и регистрирующую аппаратуРУ 2.

В таких стендах гильза упруго подвешена в специальном корпусе, который крепится к блоку цилиндров, крышка цилиндров и стопорный стержень с эластичным демпфером применены для уменьшения влияния бокового усилия, прижимающего поршень к стенке, на замеры сил трения. При измерении сил трения только колец необходима разбррка установки, в результате которой устанавливается шатун большей длины, крышка цилиндров заменяется направляющей максимально возможной длины, которая воспринимает боковое усилие. Привод установки осуществляется от постороннего источника энергии, при этом происходящие в цилиндре процессы не отвечают условиям работы цилиндропоршневой группы ДВС при реальных нагрузочных, скоростных и тепловых режимах работы.

Кроме того, недостатком этих стендов является недостоверность результатов исследований вследствие необходимости разборки цилиндро-поршневой группы в период определения составляющих потерь на трение.

Известны стенды для исследования цилиндропоршневой группы ДВС,содержащие

корпус, гильзу, поршень с кольцами, щатун, основной и дополнительный кривошипные валы, по меньшей мере по одной шестерне наружного и внутреннего зацепления, устройство упругой подвески гильзы, датчик осевого смещения гильзы и регистрирующую аппаратуру, причем гильза подвешена в корпусе через устройство упругой подвески, поршень через шатун связан с дополнительным кривошипным валом, на коренной шейке которого размешена шестерня наружного зацепления, связанная с шестерней внутреннего зацепления, а коренная шейка дополнительного кривошипа размещена в кривошипной шейке основного кривошипа 3.

Такие стенды не позволяют без дополнительных операций, переделок менять кривошипно-шатунный механизм на штоковый, что снижает эффективность исследований, достоверность результатов.

Целью изобретения является повышение

достоверности исследований, а именно определения величин,,составляющих потери на трение в цилиндропоршневой группе ДВС. Указанная цель достигается тем, что стенд для исследования цилиндропоршневой

группы двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, гильзу, поршень с кольцами, шатун, основной и дополнительный кривошипные валы, по меньшей мере по одной шестерне наружного и внутреннего зацепления, устройство упругой подвески

гильзы, датчик осевого смещения гильзы и регистрирующую аппаратуру, причем гильза подвешена в корпусе через устройство упругой подвески, порщень через шатун связан с дополнительным кривошипным валом, на коренной шейке которого размещена шестерня наружного зацепления, связанная с шестерней внутреннего зацепления, а коренная шейка дополнительного кривошипа размещена в кривощипной шейке основного кривошипа, дополнительно содержит тормозное

устройство, соединительное звено и подшипник корпуса, причем радиусы основного и дополнительного кривошипных валов выполнены равными между собой, диаметр шестерни наружного зацепления равен-двум радиусам кривошипов, шестерня внутреннего

зацепления размещена в подшипнике корпуса, тормозное устройство размешено в корпусе с возможностью взаимодействия с шестерней внутреннего зацепления, а соединительное звено связано с кривошипами основного и дополнительного кривошипных валов.

На фиг. 1 изображен стенд, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (при устранении качательного движения шатуна); на фиг. 3 - поперечный разрез с качательным движением шатуна; на фиг. 4 - вариант конструктивного выполнения упруго подвешенной гильзы ци.тиндра; на фиг. 5 - конструктивное выполнение тормоза в виде стопоров, работа по кривошипношатунной схеме (передаточное число равно + 1); на фиг. б - вариант устройства при заторможенных шестернях 8 и 9 в случае работы по штоковой схеме (передаточное число механизма синхронизации равно -1); на фиг. 7 - вариант применения ленточного тормоза для остановки шестерен 8 и 9 при устранении качательного движения шатуна; на фиг. 8 - разрез Б-Б на фиг. 7. Стенд содержит поршень 1, шатун 2, перемещающиеся в упруго подвесной гильзе 3, установленной в неподвижном корпусе 4 (фиг. 1-3). Нижняя головка шатуна 2 охватывает кривошипную шейку ведомого звена 5, которое жестко связано с шестернями 6 и 7 одинакового диаметра. Эти шестерни вместе с шестернями 8 и 9 внутреннего зацепления образуют механизм синхронизации вращения ведомого звена 5 и основного кривошипного вала 10. Шестерни 8 и 9 установлены в корпусе 4 таким образом, что обеспечена возможность как фиксации их относительно корпуса 4 в одном случае, так и вращения их с угловой скоростью, равной угловой скорости основного кривошипного вала 10, - в другом. В первом случае передаточное число механизма синхронизации равно + 1, а во втором -1. Перемещение гильзы 3 под действием возникающих сил трения замеряется датчиками 11. В головке цилиндров установлен датчик 12, регистрирующий среднее индикаторное давление. Кроме того, в корпусе 4 установлены датчики 13, с помощью которых проводится термометрирование гильзы. Расстояние от оси коренных шеек ведомого звена 5 до центра нижней головки шатуна равно радиусу кривошипа и составляет 1/4 хода поршня. На ведомом звене 5 и основном кривошипном валу имеются конструктивные элементы, позволяющие производить фиксацию их взаимного положения с помощью соединительного звена 14 (фиг. 3) в положении, когда их радиусы расположены на одной прямой и направлены в одну сторону. Шестерни 8 и 9 связаны с корпусом через тормозное устройство 15. Возможен ввод в конструкцию отключаемой зубчатой передачи, связывающей шестерни 8 и 9 с основным валом 10 с передаточным числом, равным +1 (не показана). Основным требованием к механизму синхронизации движения ведомого звена относителБНо кривошипного вала является обеспечение передаточного числа между ведомым звеном 5 и основным кривошипным валом 10, равного или -1, или +1. Описанный механизм, состоящий из звеньев 5-10, при постоянно неподвижных относительно корпуса шестернях 8 и 9 ввод тормозного устройства 15, позволяющего либо затормозить шестерни 8 и 9, либо обеспечить им свободу, а также введение в конструкцию соединительного звена 14, фиксирующего взаимное положение звеньев 5 и 10, позволяет обеспечить pa6oty устройства как по криЕошипно-шатунной, так и по штоковой схемам. Перемещение гильзы цилиндра 3 (фиг. 4) регистрируется тензодатчиками, наклеенными на упругие элементы 16 и 17. Для устранения действия боковой силы на -подвеску гильзы конструкция содержит радиальные упоры 18 и 19, размещенные между блоком и гильзой, а связь опор гильзы с упругими элементами 16 и 17 выполнена через щарниры. Винты 20, взаимодействующие с цилиндром и радиальными упорами 18, обеспечивают центрирование гильзы в цилиндре и регулирование радиальных упоров по мере износа сопряжений в результате эксплуатации. Для устранения посторонних сил трения скольжения между радиальными упорами 18 и 19 и гильзой 3 имеются шаровые опоры 21, закрепленные в сепараторе 22. Для изменения передаточного числа механизма синхронизации на основном валу 10 установлено соединительное звено 14 (фиг. 3), которое может быть выполнено в виде обоймы, неподвижно установленной относительно основного вала, с помощью которой, а также штифтов 23 и болтов 24 обеспечивается вращение ведомого звена 5 совместна с основным валом (фиг. 5-7). Для фиксации положения ведомого звена 5 относительно радиуса кривошипа основного вала 10 на соединительном звене 14 (обойме ) и шестернях 8 и 9 имеются отверстия для установки в них штифтов и болтов. Аналогичные отверстия для штифтов и болтов имеются и в корпусе 4. Изменение передаточного отношения от + 1 до -1 осуществляется с помощью тормозного устройства 15, которое, как и соединительное звено 14, может иметь различные конструкции решения. Например, в качестве тормоза применены стопоры в виде штифтов 23 и болтов 24, устанавливаемых в отверстия шестерен 8 и 9 и корпуса 4 или отверстия в неподвижной детали 25, неподвижно связанной с корпусом (фиг. 5). В этом случае передаточное отношение механизма синхронизации равно -I, работа осуществляется по штоковой схеме. В варианте конструкции предлагаемого устройства с ленточным тормозом (фиг. 7 и 8) тормозная лента 26 при включении тормоза зажимает поверхности шестерен 8 и 9. Устройство работает следующим образом. Перед работой гильзу 3 устанавливают строго вертикально, обеспечив заданный зазор между хвостовиками составных частей гильзы с помощью регулируемых упоров и фиксируют начальные положения тензодатчикоБ. При работе составная часть гильзы 3 перемещается вдоль оси под действием силы трения, возникающей между гильзой и поршнем с кольцами. При рабочем ходе поршень 1 перемещается вниз и воздействует на шатун 2, нижняя головка которого приводит во вращение ведомое звено 5 с угловой скоростью ft). Шестерни 6 и 7, вращаясь вместе с ведомым звеном, начинают обкатываться по неподвижным щестерням 8 и 9, что, в свою очередь, вызывает вращение кривощипного вала 10 с угловой скоростью М. Ведомое звено 5 получает сложное вращательное движение, при котором ось кривошипной шейки совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение (фиг. 2) при передаточном числе механизма, равном -1. Указанное достигается фиксацией шестерен 8 и 9 относительно корпуса. Неподвижность щестерням 8 и 9 обеспечивают тормоза-стопоры, установленные в отверстиях щестерни 9 и детали 25 (фиг. 6) или включением ленточного тормоза (фиг. 7). При устранении качательного движения шатуна 2 на гильзу 3 цилиндра воздействует только сила трения порщневых колец. При необходимости замера суммарной силы трения поршня и поршневых колец устройство переключается на работу по обычной кривощипно-шатунной схеме следующим образом. При положении поршня в н.м.т. или В.М.Т., когда радиусы осей ведомого звена 5 и основного кривошипного вала 10 лежат на одной прямой и направлены в одну сторону, взаимное положение основного кривошипного вала 10 и ведомого звена 5 фиксируется с помощью соединительного звена 14 и обеспечивается возможность свободного вращения шестерен 8 и 9 за счет отключения тормозного устройства 15.

, -y/-- y/A :ii

„ И В варианте конструкции тормоза (фиг. 5) штифты 23 устанавливаются в отверстия деталей 9 и 14, что обеспечивает их неподвижное соединение. В этом случае ведомое звено 5 в соответствующем положении закрепляется на звене 14 основного вал,а 10, а щестерни 8 и 9 свободно вращаются в подщипниках корпуса. При соверщении рабочего хода порщень 1 через щатун 2 воздействует на ведомое звено 5, которое начинает вращаться за одно целое с основным кривошипным валом 10 с угловой скоростью сг), а центр кривошипной шейки ведомого звена 5 описывает окружность радиуса, равного половине хода поршня. Передаточное число механизма синхронизации равно -f 1, работает устройство по кривошипно-шатунной схеме. Тензодатчик 11, установленный на упругих элементах подвески гильзы цилиндров, регистрирует осевое перемещение гильзы под действием силы трения и подает сигнал на записывающее устройство. Установленный в головке цилиндра датчик 12 дает информацию об изменении давления газов цилиндра. Термопара 13 обеспечивает контроль теплового состояния цилиндропоршневой группы. В сравнении с известным предлагаемое устройство позволяет производить замеры на работающем ДВС, разделить потери на трение в цилиндропоршневой группе на составляющие; замерить потери на трение на всех требуемых скоростных и нагрузочных режимах, а также повысить достоверность измерений составляющих сил трения в цилиндропорщневой группе в связи с возможностью трансформирования кривошипно-шатунного механизма в штоковый, и наоробот, без разборки цилиндропоршневой группы.

СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОИГРУППЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус, гильзу, поршень с кольцами, шатун, основной и дополнительный кривошипные валы, по меньшей мере по одной шестерне наружного и внутреннего зацепления, устройство упругой подвески гильзы, датчик осевоге смещения гильзы и регистрирующую аппаратуру, причем гильза подвешена в корпусе через устройство упругой подвески, поршень через шатун связан с дополнительным кривошипным валом, на коренной шейке которого размещена шестерня наружного зацепления, связанная с шестерней внутреннего зацепления, а коренная шейка дополнительного кривошипа размешена в кривошипной шейке основного кривошипа, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности исследований, стенд дополнительно содержит тормозное устройство, соединительное звено и подшипник корпуса, причем радиусы основно€ го и дополнительного кривошипных валов выполнены равными между собой, диаметр сл шестерни наружного зацепления равен двум радиусам кривошипов, шестерня внутреннего зацепления размещена в подщипнике корпуса, тормозное устройство размещено в корпусе с возможностью взаимодействия с шестерней внутреннего зацепления, а соединительное звено связано с кривошипами основного и дополнительного кривошипных 05 валов. со 00 ю

т.

.Л JL

7 TTJ

.7