RU2523594C2

RU2523594C2 - Ice performance universal test plant

Info

Publication number: RU2523594C2
Application number: RU2011149419/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Салмин; Владимир Владимирович Борсук; Вячеслав Анатольевич Нагорнов
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2014-07-20
Also published as: RU2011149419A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed unit can be used for diagnostics of ICE operation and crank gear and for estimation of mechanical losses. It comprises vertical cylinder with piston, pressure gage, pressure registrator, con-rod engaged with horizontal cylinder crank gear, horizontal cylinder having piston and cooling jacket communicated with high pressure source. Besides, it includes receiver with heater connected to vertical cylinder with piston, and pressure gage connected with receiver. Standard ignition system spark plug is fitted in vertical cylinder with thread studs with adjusting washers to vary compression ratio. Link turn angle transducer is arranged to define the vertical cylinder piston position. Receiver, air pressure control valve and air orifice are connected to horizontal cylinder. Besides, this unit incorporates electric drive to be articulated with horizontal cylinder con-rod, voltmeter, ammeter connected to electric drive to control its power and tachometer engaged with motor shaft.

EFFECT: higher accuracy of diagnostics.

1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к установкам для исследования рабочих процессов в камере сгорания двигателей и аппаратуре для испытания кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и цилиндропоршневой группы (ЦПГ).The invention relates to engine building, and in particular to installations for studying working processes in an engine combustion chamber and apparatus for testing a crank mechanism (KShM) and a cylinder-piston group (CPG).

Для выбора и расчета параметров двигателя внутреннего сгорания необходимо знать моторные свойства используемого топлива. Важнейшими показателями моторных свойств топлива для двигателей с искровым зажиганием являются октановое число и период индукции топлива.To select and calculate the parameters of an internal combustion engine, it is necessary to know the motor properties of the fuel used. The most important indicators of the motor properties of fuel for spark ignition engines are the octane number and the induction period of the fuel.

Известны способ и устройство для измерения октанового числа [патент RU 2121668], в котором для его определения первое и второе эталонные топлива, имеющие различные октановые числа, и тестируемое топливо подаются в топливное впускное отверстие двигателя с несколькими последовательными значениями расхода, затем вычисляется расход, который даст максимальную интенсивность детонации. Недостатком такого способа определения октанового числа является большая погрешность измерения, так как необходимо иметь эталонные топлива, октановые числа которых определяются также с определенной погрешностью.A known method and apparatus for measuring the octane number [patent RU 2121668], in which to determine it, the first and second reference fuels having different octane numbers and the test fuel are fed into the fuel inlet of the engine with several consecutive flow values, then the flow rate is calculated, which will give maximum detonation intensity. The disadvantage of this method for determining the octane number is a large measurement error, since it is necessary to have reference fuels, the octane numbers of which are also determined with a certain error.

Эти недостатки устранены в способе и устройстве для измерения октанового числа [заявка на изобретение RU 96107199]. Точность измерения достигается за счет применения компьютера для управления процессом измерения и обработки полученных данных. Однако измерения проводятся на двигателе, и изменение степени сжатия связано с техническими трудностями.These disadvantages are eliminated in the method and apparatus for measuring the octane number [patent application RU 96107199]. Measurement accuracy is achieved through the use of a computer to control the measurement process and process the received data. However, the measurements are carried out on the engine, and the change in the degree of compression is associated with technical difficulties.

Эти недостатки устранены в способе оценки детонационной стойкости автомобильных бензинов [патент RU 2339037] при испытаниях на одноцилиндровой установке с переменной степенью сжатия при работе ее в режимах исследовательского метода. Недостатками данного способа являются дороговизна оборудования, проведение оценки детонационной стойкости проводится по калибровочным таблицам, невозможность определения периода инжекции топлива.These disadvantages are eliminated in the method for evaluating the detonation resistance of gasoline [patent RU 2339037] when tested on a single cylinder unit with a variable compression ratio when it is operated in the research method. The disadvantages of this method are the high cost of equipment, the assessment of detonation resistance is carried out according to calibration tables, the inability to determine the period of fuel injection.

Наиболее близким (прототипом) к заявленному изобретению является однотактная машина для определения периода индукции топлив [В.И. Сороко-Новицкий, «Динамика процесса сгорания и влияние его на мощность и экономичность двигателя»], которая состоит из цилиндра с поршнем, в котором происходит рабочий процесс, индикатора, который записывает давление в цилиндре на бумажном барабане, который вращается при помощи электромотора, приводом машины служит пневмоцилиндр с источником воздуха высокого давления. Недостатками такой машины являются отсутствие возможности построения диаграммы давления по углу поворота кривошипа, приспособленность к проведению только одного вида испытаний, отсутствие возможности исследования процесса сгорания при искровом зажигании.The closest (prototype) to the claimed invention is a single-cycle machine for determining the period of induction of fuels [V.I. Soroko-Novitsky, “Dynamics of the combustion process and its effect on engine power and efficiency”], which consists of a cylinder with a piston in which the working process takes place, an indicator that records the pressure in the cylinder on a paper drum that rotates with an electric motor, driven The machine is a pneumatic cylinder with a high pressure air source. The disadvantages of such a machine are the inability to build a pressure diagram for the angle of rotation of the crank, the adaptability to conduct only one type of test, the inability to study the combustion process with spark ignition.

Целью изобретения является разработка простой и эффективной установки для исследования параметров сгорания топлива и топливных композиций, определения моторных свойств топлива, а также для изучения составляющих механических потерь в КШМ и ЦПГ.The aim of the invention is the development of a simple and effective installation for studying the parameters of combustion of fuel and fuel compositions, determining the motor properties of fuel, as well as for studying the components of mechanical losses in KShM and CPG.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в простоте, эффективности и точности определения параметров процесса сгорания топлива в цилиндре двигателя и составляющих механических потерь в КШМ и ЦПГ на одной универсальной установке, позволяющей исключить влияние различных факторов, искажающих результаты моторных (стендовых) испытаний, а также значительно уменьшить затраты денежных средств на ее изготовление благодаря использованию доступных деталей серийных двигателей.The technical result achieved by the invention lies in the simplicity, efficiency and accuracy of determining the parameters of the fuel combustion process in the engine cylinder and the components of mechanical losses in the crankshaft and CPG in one universal installation, which eliminates the influence of various factors that distort the results of motor (bench) tests, significantly reduce the cost of money for its manufacture through the use of available parts of serial engines.

Универсальная безмоторная установка для определения параметров рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания и испытания кривошипно-шатунного механизма содержит (фиг.1) ресивер с нагревательным элементом 1, вертикальный цилиндр 2, клапан 3, водяную рубашку 4, поршень 5, свечу зажигания 6, датчик давления 7, резьбовые шпильки с регулировочными шайбами 8, шатуны 9 и 10, кулису 11, датчик угла поворота кулисы 12, горизонтальный цилиндр 13 с поршнем 14, клапан 15, пневмораспределитель 16, водяную рубашку 17, клапан 18, вентиль 19, ресивер 20, манометр 21, вентиль 22, пневмодроссель 23, кривошип 24, электропривод 25, тахометр 26, секундомер 27, вольтметр 28, амперметр 29.A universal non-motor installation for determining the parameters of the working process of an internal combustion engine and testing a crank mechanism contains (Fig. 1) a receiver with a heating element 1, a vertical cylinder 2, a valve 3, a water jacket 4, a piston 5, a spark plug 6, a pressure sensor 7 , threaded rods with adjusting washers 8, connecting rods 9 and 10, link 11, angle sensor 12, horizontal cylinder 13 with piston 14, valve 15, air distributor 16, water jacket 17, valve 18, valve 19, receiver 20, pressure gauge 21 , vent s 22, flow controllers 23, the crank 24, the actuator 25, tachometer 26, stop 27, a voltmeter 28, an ammeter 29.

Универсальная безмоторная установка для определения параметров рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания и испытания кривошипно-шатунного механизма работает следующим образом. При определении моторных свойств топлива горючая смесь заданного состава из воздуха и паров топлива (топливной композиции), нагретая до заданной начальной температуры в ресивере с нагревательным элементом 1, поступает в вертикальный цилиндр 2 через клапан 3. Температурный режим цилиндра 2 регулируется при помощи водяной рубашки 4. Сжатие смеси производится поршнем 5, воспламенение горючей смеси осуществляется принудительно от свечи зажигания 6, давление регистрируется датчиком давления 7, степень сжатия регулируется резьбовыми шпильками с регулировочными шайбами 8. Шатун 9 поршня 5 шарнирно соединен с шатуном 10 и кулисой 11. Положение поршня 5 определяется датчиком 12 угла поворота кулисы 11. Шарнирное соединение выполнено легкоразборным. Усилие сжатия возникает за счет избыточного давления в горизонтальном цилиндре 13 с поршнем 14. Сжатый воздух поступает в горизонтальный цилиндр 13 через клапан 15 и пневмораспределитель 16. Цилиндр 13 также снабжен водяной рубашкой 17 и соединен через клапан 18, вентиль 19 с ресивером 20, оборудованным манометром 21. Выпуск отработавших газов из цилиндра 2 осуществляется через вентиль 22. Сопротивление движению поршня 5 может регулироваться при помощи пневмодросселя 23. Для определения энергии активации топлива проводится опыт с самовоспламенением горючей смеси стехиометрического состава.A universal non-motor installation for determining the parameters of the working process of an internal combustion engine and testing a crank mechanism works as follows. When determining the motor properties of fuel, a combustible mixture of a given composition from air and fuel vapors (fuel composition), heated to a predetermined initial temperature in the receiver with the heating element 1, enters the vertical cylinder 2 through valve 3. The temperature regime of cylinder 2 is controlled using a water jacket 4 Compression of the mixture is carried out by the piston 5, ignition of the combustible mixture is carried out forcibly from the spark plug 6, the pressure is detected by the pressure sensor 7, the compression ratio is regulated by threaded rods with adjusting washers 8. The connecting rod 9 of the piston 5 is pivotally connected to the connecting rod 10 and the link 11. The position of the piston 5 is determined by the sensor 12 of the angle of rotation of the link 11. The articulated connection is easily disassembled. The compression force arises due to overpressure in the horizontal cylinder 13 with the piston 14. Compressed air enters the horizontal cylinder 13 through the valve 15 and the air valve 16. The cylinder 13 is also equipped with a water jacket 17 and is connected through the valve 18, valve 19 with a receiver 20 equipped with a pressure gauge 21. The exhaust gas from cylinder 2 is discharged through valve 22. Resistance to the movement of the piston 5 can be adjusted using a pneumatic throttle 23. To determine the activation energy of the fuel, a self-ignition experiment is carried out oryuchey mixture of stoichiometric composition.

При исследовании составляющих мощности механических потерь, испытании новых конструкций кривошипно-шатунного механизма, деталей цилиндропоршневой группы используется горизонтальный цилиндр 13. В этом случае шатун 12 соединяется с кривошипом 24 электропривода 25, вертикальный цилиндр 2, шатун 10 и кулиса 11 не используются.When studying the components of the power of mechanical losses, testing new designs of the crank mechanism, parts of the piston and cylinder group, a horizontal cylinder 13 is used. In this case, the connecting rod 12 is connected to the crank 24 of the electric drive 25, the vertical cylinder 2, the connecting rod 10 and the link 11 are not used.

Испытания по определению величины механических потерь в КШМ проводят следующим образом. Запускают электропривод 25 и устанавливают по тахометру 26 заданный программой испытаний скоростной режим вращения кривошипа 24. Открывают вентиль 19 и нагружают из ресивера 20 поршень 14 горизонтального цилиндра 13 газовой нагрузкой соответствующей среднему индикаторному давлению реального работающего двигателя, что позволяет имитировать реальную газовую нагрузку поршневых колец на зеркало цилиндра 13. С помощью дросселя 23 поддерживают необходимое на выпуске противодавление. Включают секундомер 27 и по манометру 21 контролируют объемное количество воздуха, перекаченное в единицу времени установкой, что обеспечивает возможность контроля за работой кольцевых стыков поршня. По вольтметру 28 и амперметру 29 контролируют мощность электропривода, затрачиваемого на работу кривошипно-шатунного механизма горизонтального цилиндра 13, а по разности мощности, затраченной на работу электропривода, и мощности, затраченной на перекачивание воздуха из ресивера 20 в атмосферу, определяют величину механических потерь.Tests to determine the value of mechanical losses in the CABG are as follows. The electric drive 25 is started and the tachometer 26 sets the speed of rotation of the crank set by the test program 24. The valve 19 is opened and the piston 14 of the horizontal cylinder 13 is loaded from the receiver 20 by the gas load corresponding to the average indicator pressure of the real working engine, which allows simulating the real gas load of the piston rings on the mirror cylinder 13. By means of a throttle 23, the back pressure required at the outlet is maintained. The stopwatch 27 is turned on and the volumetric amount of air pumped per unit time is monitored by a pressure gauge 21, which makes it possible to control the operation of the piston ring joints. The voltmeter 28 and ammeter 29 control the power of the electric drive spent on the operation of the crank mechanism of the horizontal cylinder 13, and the mechanical losses are determined by the difference between the power spent on the electric drive and the power spent on pumping air from the receiver 20 to the atmosphere.

Таким образом, описываемая установка, являясь полным аналогом ДВС, позволяет без каких-либо ограничений снимать информацию о рабочих процессах в цилиндрах в большом объеме при длительной работе двигателя.Thus, the described installation, being a complete analogue of the internal combustion engine, allows without any restrictions to remove information about the working processes in the cylinders in a large volume during prolonged operation of the engine.

Claims

A universal installation for studying ICE working processes and testing a crank mechanism (KShM), comprising a vertical cylinder with a piston, a pressure sensor, a pressure recorder, a connecting rod connected to a KShM of a horizontal cylinder with a piston and a cooling jacket, connected to a high pressure source, characterized in that additionally contains a receiver with a heating element attached to a vertical cylinder with a piston, a manometer connected to the receiver, a spark plug with a standard battery system ignition, located in a vertical cylinder with threaded rods with adjusting washers to change the compression ratio, a swing angle sensor, positioned to determine the position of the piston of the vertical cylinder, receiver, air distributor and pneumatic throttle attached to the horizontal cylinder, electric drive, with the possibility of articulation with a connecting rod horizontal cylinder, voltmeter, ammeter, connected to the electric drive with the ability to provide control of its power, and a tachometer, connected first with the motor shaft.