Стенд для исследования газовоздушного тракта поршневого двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к двигателест- роению, в частности, к стендам для исследования газовоздушного тракта - стендам для статической и динамической продувок газовоздушного тракта поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Известны стенды для статической продувки только впускного тракта 1, для статической продувки только выпускного тракта 2. Недостатком этих стендов является невозможность воспроизводить течения газовоздушного потока, параметры которых соответствуют реальным параметрам течений в двигателях.

. Известны также стенды динамических продувок отдельно впускного тракта и отдельно выпускного тракта двигателя 2,3, позволяющие воспроизводить течения, с параметрами,близкими к осредненным параметрам течений в определенные периоды газообмена в двигателях и допускающие возможность проведения статических продувок.

Общим недостатком известных стендов является их функциональная ограниченность, а, именно, возможность производить либо только статические либо только динамические продувки или и те и другие виды продувок или только впускного или только выпускного трактов двигателей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому стенду является выбранное в качестве прототипа устройство

для исследования газодинамических процессов в цилиндре двигателя 4.

Известное устройство содержит источник сжатого воздуха, ресивер, с установленной на нем съемной головкой цилиндра, снабженной впускным и выпускным трактами с клапанами, съемную цилиндровую втулку, снабженную кольцами для регулирования внутреннего объема, и установленную внутри ресивера, три механизма перемещения, один из которых взаимодействует с подвижным поршнем и цилиндровой втулкой, а два других - с клапанами головки цилиндра.

Известное устройство обеспечивает статические продувки впускного и выпускного трактов и позволяет исследовать процесс продувки.

Известное устройство обладает следующими недостатками. Имеющиеся в устройстве приводы не обеспечивают динамических перемещений как клапанов, так и поршня, а позволяют фиксировать вышеуказанные детали в строго определенных, заранее заданных положениях в пространстве. Поэтому данная установка не позволяет проводить динамические продувки впускных и выпускных трактов, что при доводочных испытаниях газовоздушных

трактов двигателей проводит к необходимости проведения моторных испытаний. Кроме этого, известная установка позволяет моделировать течения газовоздушного потока только в одноцилиндровых двигателях, поскольку в ней отсутствуют элементы для имитации возмущений газовоздушного потока от работы соседних цилиндров, объединенных в один выпускной тракт, всегда имеющих место в многоцилиндровых двигателях. В результате снижается точность моделирования динамики реального течения газовоздушного потока в многоцилиндровых двигателях.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и приближение условий испытаний к реальным путем моделирования динамики течений газовоздушного потока как в одноцилиндро- вых, так и многоцилиндровых двигателях.

Указанная цель достигается тем, что стенд для исследования газовоздушного тракта поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащий источник сжатого воздух а, ресивер с установленной на нем съемной головкой цилиндра, снабженной впускным и выпускным трактами с клапанами, съемную цилиндровую втулку, снабженную кольцами для регулирования внутреннего объема и установленную внутри ресивера, механизм привода клапанов головки цилиндра и систему трубопроводов подвода и отвода газовоздушного потока, снабжен двумя ресиверами, на одном из которых установлено не менее четырех съемных головок цилиндров, объединенных общим выпускным трактом, второй ресивер объединяет впускные тракты головок цилиндров, внутри первого ресивера установ- лено не менее четырех цилиндровых втулок, к нижнему торцу каждой цилиндровой втулки присоединена съемная клапанная коробка, разделяющая полости каждой цилиндровой втулки и первого ресивера, и снабженная клапанами с суммарным эффективным проходным сечением не меньшим эффективного проходного сечения выпускного тракта и отрегулированными на давление открытия, равное разности макси- мальных давлений отработавших газов за периоды свободного и принудительного выпусков двигателя, к ресиверам от двух источников сжатого воздуха подводятся две магистрали, одна из которых с давлением, равным максимальному давлению отработавших газов за период свободного выпуска двигателя, подводится ко второму ресиверу, другая - с давлением, равным максимальному давлению отработавших газов за пе- риод принудительного выпуска двигателя подводится к первому ресиверу, причем последняя магистраль имеет возможность с помощью запорных элементов отключаться от источника сжатого воздуха и сообщаться

с атмосферой, механизм привода клапанов головок цилиндров содержит распределительный вал со съемными кулачковыми шайбами с приводом от электродвигателя, клапаны в клапанных коробках выполнены лепестковыми или пластинчатыми.Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый стенд отличается .наличием новых узлов: дополнительного источника сжатого воздуха, не менее четырех головок цилиндров с общим выпускным трактом, ресивера, объединяющего впускныетракты головок цилиндров, не менее, четырех съемных цилиндровых втулок, клапанных коробок, присоединенных к нижним торцам цилиндровых втулок и оснащенных клапанами, рас- пределительного вала со съемными кулачковыми шайбами механизма привода клапанов головок цилиндра.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения новизна.

Распределительный вал со съемными кулачковыми шайбами - известное конструктивное решение в области двигателест- роения. Однако введение съемных кулачковых шайб в указанной связи с остальными решениями позволяет приобрести заявляемому стенду новые свойства, а именно, менять порядок работы головок цилиндров, имитируя тем самым работу многоцилиндрового двигателя с числом цилиндров, объединенных общим выпускным трактом, кратным 2,3,4.

Таким образом, заявляемый стенд соответствует критерию изобретения существенные отличия,

На фиг. 1 представлена схема стенда; на фиг. 2 - внешний вид стенда для исследования газовоздушного тракта поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Стенд состоит из четырех съемных головок цилиндров 1 с впускными трактами 2 и общими выпускными трактами 3, четырех съемных цилиндровых втулок 4, установленных на ресивер 5, съемных клапанных коробок 6, присоединенных соосно к нижним торцам цилиндровых втулок 4 и отделяющих полости этих втулок от полости ресивера 5, механизма привода клапанов головок цилиндров с приводом через ременную передачу от электродвигателя постоянного тока (на чертеже не показан), состоящего из распределительного вала 7, рокеров 8, штанг 10 и 11, коромысел 12 и 13, траверс 14 и 15, пружин 16, впускных 17 и выпускных 18 клапанов; ресивера 19, объединяющего впускные тракты 2 головок цилиндров 1, дроссельной заслонки 20, установленной на

выпускном тракте 3; компрессора 21, подсоединенного через систему трубопроводов к ресиверу 19,компрессора 22,подсоединенного через систему трубопроводов к ресиверу 5; системы трубопроводов и двух задвижек 23 и 24, с помощью которых ресивер 5 отключается от компрессора 22 и сообщается с атмосферой. Для измерения параметров, подаваемого от компрессоров воздуха, перед ресиверами 5 и 19 установлены термопары 25 и манометры 26, а для измерения расхода воздуха - мерные диафрагмы 27. Для измерения мгновенных значений расхода воздуха в необходимом сечении элементов газовоздушных трактов, например, во впускном тракте головки цилиндра, устанавливаются малоинерционная термопара 28 и гребенка 29, состоящая из трубок Пито или используется датчик термоанемометра. Цилиндровые втулки 4 составные, состоят из дистанционных колец 30, благодаря которым можно изменять внутренний объем втулок. В клапанных коробках 6 установлены клапаны 31 (лепестковые или пластинчатые) с суммарным эффективным проходным сечением не меньшим эффективного проходного сечения выпускного тракта 3 и отрегулированные на давление открытия, равное разности максимальных давлений отработавших газов за периоды свободного и принудительного выпусков двигателя. Для демонтажа клапанных коробок 6 и дистанционных колец 30 в ресивере 5 предусмотрены лючки 32. Распределительный вал 7 механизма привода клапанов головок цилиндров снабжен съемными впускными 33 и выпускными 34 кулачковыми шайбами, благодаря которым можно изменять заклинку, закон перемещения впускных 17 и выпускных 18 клапанов и порядок работы цилиндров.

Работа стенда показана на примерах различных режимов продувок.

Нестационарный поток воздуха в выпускном тракте 3 (динамическая продувка) (см. фиг.1) создается в результате многоцикловой работы механизма привода клапанов головок цилиндров. При открытии впускных клапанов 17 воздух от компрессора 21 через ресивер 19 и впускной тракт 2 поступает в цилиндровую втулку 4 с давлением, равным максимальному давлению отработавших газов двигателя за период свободного выпуска. Одновременно в ресивер 5 от компрессора 22 подается воздух с давлением, равным максимальному давлению отработавших газов двигателя за период принудительного выпуска. При открытии выпускных клапанов 18 начинается истечение воздуха из объема цилиндровой втулки

4и впускного тракта 2 в выпускной тракт 3. Происходит продувка. После закрытия впускных клапанов 17 происходит истечение воздуха из объема цилиндровой втулки 4 в

выпускной тракт 3. По мере истечения воздуха давление в цилиндровой втулке 4 падает. При достижении равенства давлений в полостях цилиндровой втулки 4 и ресивера

5открываются лепестковые или пластинча- 0 тые клапаны 31 клапанной коробки 6 и начинается истечение воздуха из ресивера 5 в выпускной тракт 3, продолжающееся до закрытия выпускных клапанов 18. Далее цикл работы повторяется. Аналогичные циклы

5 происходят и в остальных цилиндрах, сдвинутых по времени в соответствии с установленным с помощью кулачковых шайб 33 и 34 распределительного вала 7 (см. фиг. 2), порядком работы цилиндров. С помощью

0 дроссельной заслонки 20 в выпускном тракте можно устанавливать различные противодавления. Рассмотренный выше цикл работы стенда позволяет смоделировать импульс давления, имеющий место в выпу5 скном тракте двигателя, состоящий из двух периодов: периода свободного выпуска, характеризующегося повышенным давлением и периода принудительного выпуска, характеризующегося относительно низким дав0 лением. Причем, меняя внутренний объем цилиндровой втулки 4 путем изменения количества дистанционных колец 30, можно изменять форму импульса давления, что позволяет увеличивать точность имитации им5 пульса давления, имеющего место в выпускном тракте двигателя. Объединяя в один выпускной тракт выпуски из четырех головок цилиндров 1 и изменяя соответствующим образом заклинку съемных кулачко0 вых шайб 33 и 34 распределительного вала 7 механизма привода клапанов головок цилиндров, можно создавать возмущения воздушного потока в выпускном тракте от работы других головок цилиндров 1 и тем

5 самым воспроизводить течения воздушного потока с параметрами, соответствующими параметрам течений газовоздушного потока в выпускных трактах многоцилиндровых двигателей с объединением числа цилинд0 ров в один выпускной тракт, кратным 2,3,4. Остальные режимы продувок производят с демонтированными клапанными коробками 6.

При динамической продувке впускных

5 трактов отключают путем демонтажа штанг 10 привод выпускных клапанов 18. Ресивер 5 с помощью задвижек 23 и 24 отключают от компрессора 22 и сообщают с атмосферой. Нестационарный поток воздуха во впуск- ном тракте создается также, как и в случае

динамической продувки выпускного тракта, в результате многоцикловой работы механизма привода клапанов головок цилиндров. В момент открытия впускных клапанов воздух от компрессора 21 через ресивер 19 с давлением, равным давлению наддува двигателя, проходит через исследуемый элемент впускного тракта 2, цилиндровую втулку 4 и через ресивер 5 удаляется в атмосферу.

При динамических продувках впускных и выпускных трактов необходимую частоту вращения распределительного вала 7 механизма привода клапанов головок цилиндров, разную для процессов впуска и выпуска, определяют по известной методи- ке 2.

При работе стенда в режиме статической продувки элементов выпускного тракта, впускные клапаны 17 закрыты. Возду от компрессора 22 с необходимым давлением через ресивер 5 и цилиндровую втулку 4, где происходит выравнивание эпюры скоростей потока в радиальном сечении, поступает через выпускные клапаны 18 в выпускной тракт 3, а оттуда удаляется в атмосферу.

В режиме статической продувки элементов впускного тракта 2, выпускные клапаны 18 закрыты. Воздух от компрессора 21 через ресивер 19, где происходит выравнивание эпюры скоростей потока в радиальном сечении, поступает в исследуемый элемент впускного тракта 2, а оттуда через цилиндровую втулку 4 и ресивер 5удаляется в атмосферу. При этом ресивер 5 отключается от компрессора 22 с помощью задвижки 23.

При статических продувках требуемая высота подъема клапанов устанавливается с помощью микрометрического винта (на чертеже не показан).

Таким образом, благодаря своим функциональным возможностям заявляемый стенд позволяет при доводке газовоздушных трактов двигателей избежать моторных испытаний, существенно снизив тем самым трудоемкость, материальные затраты и время исследований.

Формула изобретения 1 Стенд для исследования газовоздушного тракта поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащий источник сжатого воздуха, ресивер с установленной на нем съемной головкой цилиндра, снабженной впускным и выпускным трактами с

клапанами, съемную цилиндровую втулку, снабженную кольцами для регулирования внутреннего объема и установленную внутри ресивера, механизм привода клапанов

головки цилиндра и систему трубопроводов подвода и отвода газовоздуТйного. потока, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и приближения условий испытаний к

реальным путем моделирования динамики течений газовоздушного потока как в одноцилиндровом, так и мно гоцилиндровом двигателе, стенд снабжен двумя ресиверами, народном из которых установлено не менее

четырех съемных головок цилиндров, объединенных общим выпускным трактом, второй ресивер объединяет впускные тракты головок цилиндров, внутри первого ресивера установлено не Metfee четырех цилиндровых втулок, к нижнему торцу каждой цилиндровой втулки присоединена соосно с ней съемная клапанная коробка, разделяющая полости каждой цилиндровой втулки и первого ресивера и снабженная клапанами

с суммарным эффективным проходным сечением, не меньшим эффективного проходного сечения выпускного тракта, и отрегулированными на давление открытия, равное разности максимальных давлений

отработавших газов за периоды свободного и принудительного выпусков двигателя,, к ресиверам от двух источников сжатого воздуха подводятся две магистрали, одна из которых с давлением, равным максимальному давлению отработавших газов за период свободного выпуска двигателя, подводится к второму ресиверу, другая с давлением, равным максимальному давлению отработавших газов за период принудительного выпуска двигателя, подводится к первому ресиверу, причем последняя магистраль имеет возможность с помощью за- порных элементов отключаться от источника сжатого воздуха и сообщаться с

атмосферой, механизм привода клапанов головок цилиндров содержит распределительный вал с приводом от электродвигателя.

2 Стенд по п.1,отличающийся

тем, что распределительный вал механизма привода клапанов головок цилиндров имеет съемные кулачковые шайбы.

3. Стенд по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что клапаны в клапанных коробках

выполнены лепестковыми или пластинчатыми.

19

131511

7 JJ

Фие.2

Изобретение может быть использовано в стендах для статической и динамической продувок газовоздушного тракта (Т) поршневого двигателя (Д) внутреннего сгорания. Изобретение позволяет расширить функци