Устройство для контроля горения в двигателях внутреннего сгорания Советский патент 1990 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к технике контроля горения в тепловых машинах, а именно для автоматизированного ил -т визурльпого контроля творения топлив™ по-воздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания (ЦВС)3 и может быть применено в транспортных, судовых и стационарных теплоэнергетических установках циклического действия.

Цель изобретения - повышение на- де,лносгш работы устройства для контроля горения и достоверное ги получаемой информации в широком диапазоне изменения режимов работы за счет увеличения допустимых механических и тепловых нагрузок, действующих на устройство.

На чертеже изображено устройство, продольный разрез„

Устройство для контроля горения в ДВС содержит разъемный корпус, состоящий из входного узла 1, корпусной втулки 2 и выходного узла 3, соединенных между собой с помощью резьбы. По оси входного узла выполнен канал, с помощью которого устройство .соединяется с внутренним объемом камеры сгорания двигателя (не показана) . На входе в канал и по длине канала соосно установлены шайбы 4 и 5 с отверстиями 6 и 7, образующие со стенкчми канала,, а последняя шайба с корпусной втулкой 2 разгрузочные камеры 8 и 9, На наружной поверхности входно о узла 1 выполнен фланец 10 с отверстиями 11 для крепления устройства к адаптерному отверстию камеры сгорания (не показано). По оси корпусной втулки 2 установлена тонкостенная гильза 12, которая закреплена гайкой 13. В гильзу 12 плотно установлен световод 14, выполненный в виде цилиндрического стержня из кварцевого стекла. По оси выходного узла 3 через теплоизолирующую

проставку 15 установлен с зазором фотоприемник 16, закрепленный в узле пружинным кольцом 17. Узлы 1 и 3 и корпусная втулка 2 уплотнены по стыкам паронитовыми прокладками 8 и 0 19 (электрические выводы фогоприем- ника не показаны).

Эффективная площадь отверстий 6 и

7выбрана в зависимости от объема 5 разгрузочных камер 8 и 9 и теплофизических параметров, характеризующих режим работы ДВС таким образом, чтобы обеспечивался критический перепад давлений на отверстиях 6 и 7 шайб 0 4 и 5.

При условии обеспечения критического перепада давлений на отверстиях

6и 7 давление в разгрузочной камере

8равно рк , где Р - давление ,- на входе в устройство„ Давление в

разгрузочной камере Р7 Р1 При выполнении устройства с числом шайб 4 и 5 больше двух давление в последней разгрузочной камере Р

р ,

ft Рк гДе число установленных в

устройстве шайб с отверстиями. Давление в разгрузочной камере за 1-й шайбой (i Kp, где i - порядковый номер шайбы, считая от входа. Эффек5 тивную площадь отверстий 6 и 7 определяют, решая систему известных уравнений, которая описывает процесс перетекания продуктов сгорания из камеры сгорания в разгрузочную камеру

-, 8, а из нее - в разгрузочную камеру

9в процессе сжатия и последующего сгорания топливо-воздушной смеси, который длится в течение половины оборота коленчатого вала. Для критического режима истечения из отверстия

7в шайбе 5 () в течение времени, равного времени половины оборота коленчатого вала (, с) , в конце процесса истечения Р,Р Јкрз Р х

VA

/

Кр

де pF- - эффективная площадь отверстия 7 шайбы 5 (порядковый номер ),ю

п - частота вращения коленчатого вала двигателя; объем разгрузочной камеры 9 за отверстием 7 шайбы 5, отношение критического дав- 15 ления к давлению Ff перед шайбой 5;

газовая постоянная продуктов сгорания;

Т - температура продуктов сгорания j

k - показатель адиабаты расширения продуктов сгорания. Для эффективной площади отверстия шайбы 4 получают выражение 25

R

20

W

((3j5Јl

При выполнении устройства с числом шайб 4 и 5 больше двух получают общую формулу для определения эффективной площади отверстия в i-й шайбе.

г

№

,v J iJ

, , , кт|

k(k+T)

где j - порядковый номер шайб и расположенных за ними разгрузочных камер, начиная с i-й и кончая последней (). В этой формуле не учтено, что при критическом истечении из отверстий 6 и 7 температура продуктов сгорания в потоке снижается и при торможении потока она восстанавливается не полностью из-за газодинамических потерь и отвода теплоты в стенки входного узла 1 и корпусной втулки 2. Кроме того, не учтена переменность давлени и температуры в камере сгорания и в разгрузочных камерах 8 и 9. В связи с этим формулы (1), (2) и (3) дают заниженные значения эффективной площади отверстий 6 и 7 в шайбах А и 5,

Ki

.Jkf-Mii VR о I Vi Vi

(4)

- 15

25

30

м

35

40

45

50

55

где

к, 20

эмпирический коэффициент, зависящий от условий работы устройства (обычно К (- 7 1). Учитывая то, что максимальные механические и тепловые нагрузки устройство воспринимает на максимальной частоте вращения коленчатого вала, в расчетную формулу (4) следует подставлять максимальную частоту вращения коленчатого вала двигателя и максимальную температуру Т продуктов сгорания.

Устройство работает следующим образом.

Для контроля процесса горения устройство входным узлом 1 устанавливают в адаптерное отверстие индикатор- ноге крана дизеля и закрепитот с по- г-лЕ,Ј,ю фланца 10 с отверстия ми 11 на корпусе двигателя. Устройство соединяется с внутренним объемом камеры сгорания посредством канала, выполненного по оси входного узла 1. При работе дизеля в объеме камеры сгора- нг.я периодически (циклически) повторяются процессы влуска, сжатия рабочего тела, сгорания гопливно-воздуш- ной смеси, расширения и выпуска продуктов сгорания. При этом давление и температура продуктов сгорания пе- , риодически изменяются. Лучистый тепловой поток, пропорциональный температуре продуктов сгорания в четвертой степени (по закону Стефан-Больц- мана) направляют через отверстия 6 и 7 в шайбах 4 и 5 и световод 14 на фотоприемник 16. Сигнал с фотоприемника 16 выводят на регистрирующий прибор и анализируют. По величине и характеру сигнала, снимаемого с фотоприемника 16, контролируют горение в цилиндре и осуществляют подрегулировку агрегатов дизеля.

Устройство позволяет осуществлять визуальный контроль горения, для чего демонтируется пружинное кольцо 17

и удаляется фотоприемник 16. Для обеспечения удобства и безопасности визуального контроля на выходной З зел 3 устройства на пути световых лучей устанавливают отражательное металлическое зеркало.

Надежность работы устройства в Широком диапазоне изменения режимов работы дизеля, обеспечивается за счет установки в канал входного узла шайб 4 и 5 с отверстиями 6 и 7, которые образуют со стенками канала, а последняя шайба 5 с корпусной втулкой 2 разгрузочные камеры 8 и 9. В процессе работы устройства осуществляет- JH газодинамическая разгрузка свето- йода 14, установленного в тонкостен- г|ую гильзу 12, которая, закреплена гайкой 13, от воздействия максималь- tfeoro давления и температуры за счет периодического перетекания газа из йамеры сгорания в разгрузочную камеру 8, а из нее - в разгрузочную камеру 9 и обратно. На повышение надеж- , ности работы устройства направлена также установка фотоприемника 16 в выходном узле 3 через теплоизолирующую проставку 15, а также уплотнение Стыков входного узла 1, корпусной втулки 2 и выходного узла 3 паронито- иыми прокладками 18 и 19, Достоверность получаемой информации повышается за счет выполнения площади отвер15610068

стий 6 и 7 последовательно увеличивающейся о

Все это повышает надежность работы и достоверность получаемой информации в условиях высоких давлений и температур .

За счет оптимизации процесса горения по фазам начала воспламенения и 10 достижения максимальной температуры продуктов сгорания обеспечивается снижение удельного расхода топлива на 2-5%.

12 Формула изобретения Устройство для контроля горения в двигателях внутреннего сгорания, содержащее корпус, световод и фотоприемник, причем корпус выполнен в виде входного узла, по оси которого выполнен канал, корпусной втулки, по оси которой установлен световод, и выходного узла, в котором размещен фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе и достоверности контроля, устройство дополнительно содержит разгрузочные камеры и шайбы с отверстиями, установленные соосно в канале

30 входного узла, причем площадь отверстий от входа к выходу последовательно увеличивается в соседних шайбах, а разгрузочные камеры образованы шайбами и стенками канала„

20

25

Формула изобретения Устройство для контроля горения в двигателях внутреннего сгорания, содержащее корпус, световод и фотоприемник, причем корпус выполнен в виде входного узла, по оси которого выполнен канал, корпусной втулки, по оси которой установлен световод, и выходного узла, в котором размещен фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе и достоверности контроля, устройство дополнительно содержит разгрузочные камеры и шайбы с отверстиями, установленные соосно в канале

входного узла, причем площадь отверстий от входа к выходу последовательно увеличивается в соседних шайбах, а разгрузочные камеры образованы шайбами и стенками канала„

Изобретение относится к технике контроля горения топливовоздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания и может найти применение в транспортных, судовых и стационарных теплоэнергетических установках циклического действия. Устройство содержит корпус, состоящий из входного узла 1, корпусной втулки 2 и выходного узла 3. По оси входного узла 1 выполнен канал, с помощью которого устройство соединяется с внутренним объемом камеры сгорания двигателя. На входе в канал и по длине канала соосно установлены шайбы 4 и 5 с отверстиями 6 и 7, образующие со стенками канала разгрузочные камеры 8 и 9. По оси корпусной втулки 2 установлена тонкостенная гильза 12 со световодом 14. По оси выходного узла 3 установлен фотоприемник 16. Такое выполнение устройства обеспечивает газодинамическую разгрузку световода 14, повышает надежность работы и достоверность контроля горения. 1 ил.

Редактор Л.Пчолинская

Составитель Н„Патрахал,ьцев

Техред л, Сердюкова Корректор С.Шекмар

Заказ 974

Тираж 438

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное