Стенд для исследования теплонапряженного состояния поршня двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1985 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к стендам для испытания поршней двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения - повышение точности и достоверности путем измерения локального отвода тепла от каждой поршневой канавки.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемогостенда; на фиг. 2 - схема крепления рубашек охлаждения к кольцам.

Стенд содержит устройство 1 для размещения и крепления поршня 2, соединенного с шатуном 3 через поршневой палец 4 Радиационный нагреватель 5 выполнен в виде пакета автономно регулируемых ламп 6 на каливания и индивидуально-групповых отражателей 7, приспособленных для образования искусственно организованной анизотропности поверхности 8 отражения. Кольцевая канавка 9 (фиг. 2) поршня 2 снабжена замкнутой полостью 10 охлаждения, образованной трапецеидальным размерным поршневым кольцом 11, выпЬлненным заодно с рубашкой 12, соединенной через подводной и отводной штуцеры (не показаны) с водяной системой 13 охлаждения стенда. Контур водяного охлаждения полости 10 снабжен вентилем 14, термометром 15 и расходомером 16. Трапецеидальное разрезное поршневое кольцо 11 плотно вставлено в поршневую канавку 9 и прижато к верхней А и нижней Б плоскостям канавки при помоши упругого элемента 17. Коэффициентами теплопроводимости otj на плоскости А и на плоскости Б ( на плоскости В) можно варьировать, подбирая углы 2Г и If, а также изменяя шероховатость поверхности контактируюш,их плоскостей трапецеидального кольца. Полость 10 охлаждения последней поршневой канавки 9 соединена с воздушной системой 18 охлаждения стенда, рубашка 12 полости снабжена кожухом 19 и имеет систему отверстий 20.

Контур воздушного охлаждения полости 10 имеет вентиль 21.

Стенд работает следующим образом.

Испытываемый поршень 2 размещают на устройстве I. Предварительно на порщень 2 крепят щатун 3 через поршневой палец 4, затем включают радиационный нагреватель 5. «Огневая поверхность днища поршня 2 начинает воспринимать энергию ламп 6 в виде лучистого теплопотока.

Отвод тепла от поршня 2 из области поршневых колец осуществляется посредством трапецеидального разрезного поршневого кольца 11, закрепленного непосредственно в кольцевой канавке 9, предназначенной для компрессионного кольца. Постоянство надежного контакта обеспечивается за счет конусного профиля трапецеидального кольца и усилия упругого элемента 17, постоянно направленного к оси поршня 2. Тепло отводится локально через плоскости А и Б

кадавки 9, как это имеет место в реальных условиях, в охлаждаю1Дую воду из системы 13 охлаждения, которая омывает стенки рубашки 12 полости 10 охлаждения. Измеряя температуру на входе и выходе термометром 15 и расход охлаждающей воды расходомером 16 индивидуально от каждой полости, судят о количестве тепла, воспринимаемого каждым трапецеидальным кольцом в отдельности, и регулируют его

0 напором охлаждающей воды вентилем 14. Между трапецеидальным кольцом и плоскостью В канавки 9 имеется воздушный зазор, поэтому отвод тепла от плоскости В не осуществляется.

5 Поскольку количество тепла, отводимое через маслосъемное кольцо от порщня в гильзу цилиндра, составляет незначительную долю от количества тепла, отводимого через компрессорные кольца, отвод тепла от последней кольцевой канавки 9 осуществляется

0 через трапецеидальное кольцо 11 в проходящий под давлением воздух из системы 18 охлаждения, напор которого регулируют вентилем 21. Затем воздух из полости 10 охлаждения последней канавки 9 через систему отверстий 20 обдувает юбку .поршня 2. Направление воздушного потока осуществляется кожухом 19, которым снабжена рубащка 12 последней полости 10. Тем самым достигается плавный переход температур от последней порщневой канавки к

0 нижней кромке поршня.

. Внутренняя поверхность поршня 2 охлаждается маслом, как это имеет место в форсированных дизелях. Масло под напором через форсунку омывает внутреннюю

поверхность поршня и стекает в сборник. По измеряемой температуре масла на входе и выходе и расходу можно судить о количестве тепла, отводимого в охлаждающее масло.

Осуществляя регулирование режима работы ламп 6, изменяя анизотропность поверхности 8 отражателей 7, подбирая режим охлаждения поршня регулировкой вентиля 21, вентиля расхода масла и в особенности вентиля 14, добиваются точных локальных температур, температурных градиентов и напряжений по всему телу порщня 2, которые имеют место в работающем на двигателе порщне.

После этого, варьируя режимом охлаждения, величиной теплопотока и его распределением, исследуют влияние этих факторов на тепловое и теплонапряженное состояние поршня.

Стенд позволяет исследовать поршни на малоцикловую термическую усталость и высокоцикловую, действующие отдельно и с их взаимным наложением.

Контроль теплового и теплонапряженного состояний поршня 2 в процессе исследования осуществляют посредством термопар и тензорезисторов.

Предлагаемый стенд позволяет моделировать тепловое и теплонапряженное состояния поршней, соответствующие неустановившимся режимам работы дизеля, причем по заранее заданной программе при помощи регуляторов температуры с задатчиками программы.

СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий устройства для размещения и крепления порщня с поршневыми канавками, порщневыми кольцами, пальцем и щатуном, системы водяного и воздушного охлаждения, систему отвода тепла от поршневых канавок через порш невые кольца, радиационный нагреватель, выполненный в виде пакета автономно регулируемых кварцевых инфракрасных ламп накаливания, и измерительную и регистрирующую -аппаратуру, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности путем измерения локального отвода тепла, система отвода тепла от каждой из поршневых канавок выполнена, в виде рубашки охлаждения, жестко связанной с поршневым кольцом, причем полости рубашек охлаждения всех колец, кроме последнего, размещенного у юбки поршня, соединены с системой водяного охлаждения, полость рубашки последнего кольца связана с системой воздушного охлаждения, рубашка последнего кольца выполнена с отверстиями со стороны юбки § поршня и снабжена внешним кожухом, а (Л оси отверстий направлены в сторону юбки поршня. со О5 | N3