Одноцилиндровая экспериментальная установка для исследований рабочего процесса дизельного двигателя

Предлагаемая полезная модель относится к машиностроению, в частности к двигателестроению и предназначена для проведения научно-исследовательских работ, направленных на исследование и оптимизацию внутрицилиндровых процессов дизельных двигателей.

Целью полезной модели является обеспечение возможности проведения исследований работы дизельного двигателя для отработки рабочего процесса с внешней рециркуляцией отработавших газов за счет установления обратной связи между системой выпуска и системой воздухоснабжения. Кроме того, для измерения экологических параметров в системе газовыпуска установлен контрольный объем, из которого осуществляется отбор проб блоком экологических измерений, и полученные данные передаются в режиме on-line в аналитический центр обработки информации, а также имеется фильтр твердых частиц для измерения количества твердых частиц в отработавших газах.

Кроме того, имеется возможность полезного использования вырабатываемой двигателем энергии, превращаемой соединенной с ним балансирной машиной в электроэнергию, за счет объединения системы управления двигателем и системы управления нагрузкой в единый блок управления установкой и синхронизации частоты и фазы вырабатываемого электрического тока с частотой и фазой тока внешней сети.

Предлагаемая полезная модель предназначена для области техники дизелестроения в целях проведения научно-исследовательских работ, направленных на исследование и оптимизацию внутрицилиндровых процессов дизельных двигателей преимущественно среднеоборотного класса и, в частности, дизельных двигателей типоразмерных рядов ЧН26/26, ЧН26/28, ЧН26,5/31, близких к нему.

Известны одноцилиндровые экспериментальные установки типа ОД49 на базе дизельного двигателя ЧН26/26, представляющие собой одну V-образную секцию полноразмерного дизельного двигателя Д49, соединенную с электрической балансирной машиной.

Конструкция определена комплектом РКД в соответствии со спецификацией ОД49 и сборочным чертежом ОД49.СБ.

Описание аналогичной экспериментальной установки приведено в статье «Универсальный автоматизированный стенд для испытаний ДВС» / А.П.Марченко, А.А.Прохоренко, Д.В.Мешков, опубликованной в Вicнике Нацioнального технiчного университету «ХПИ», 2006 г., с.119-122.

Установка состоит из двигателя (Д), нагружающего устройства, представляющего собой электрическую балансирную машину (МБ) с устройством инверторного запуска (ИЗ), и ряда внешних систем, обеспечивающих работу установки и измерение необходимых параметров рабочего процесса. К внешним системам относятся автоматизированная система измерений (АСИ) с блоком датчиков (БД), система охлаждения (СО), система смазки (ССм), система топливная (СТ), система управления двигателем (СУД), система управления нагрузкой (СУН), система выпуска, включающая управляемую вручную заслонку (ЗУ2) и демпфирующий объем (ОД), система воздухоснабжения, включающая демпфирующий объем (ОД), и управляемую вручную заслонку (ЗУ1).

Пуск двигателя осуществляется электрическим стартером (СЭ). Вырабатываемая двигателем мощность в виде электроэнергии, образующейся в балансирной машине, рассеивается в виде тепла на реостате. Таким образом, двигатель, в конечном счете, работает на пассивную нагрузку с рассеиванием энергии в пространство.

Недостатками установки являются невозможность исследовать современные методы организации рабочего процесса, например, работу с внешней рециркуляцией отработавших газов, невозможность использования вырабатываемой электроэнергии для внешних потребителей, поскольку вся полезная энергия (а это около 40-45%) рассеивается в пространство в виде тепла, сложность управления установкой из-за того, что управляющие системы СУД и СУН автономны и не связаны между собой, аналитическая обработка информации, зафиксированной АСИ, в режиме on-line не возможна.

Заявляемая полезная модель разработана с целью обеспечения возможности исследования современных методов организации рабочего процесса, в том числе и работу c рециркуляцией отработавших газов, мощностных, экономических и экологических параметров, а также возможности использования вырабатываемой энергии для внешних потребителей, кроме того, предлагаемая модель позволяет упростить процесс управления и регистрации данных.

Для обеспечения работоспособности установки она оборудована системами пуска, подачи топлива, смазки, охлаждения, подачи воздуха и выпуска газов, а также системой управления двигателем и нагрузкой.

Подключение к нагрузке (воздушному реостату или сети с синхронизацией тока и напряжения) осуществляется автоматически через высоковольтный выключатель (ВВ) (здесь и далее обозначения из фиг.3).

Измерение параметров осуществляется датчиками, входящими в блок датчиков.

Для обеспечения исследований и измерений экологических параметров в установку входит контрольный объем (КО), установленный в системе выпуска между двигателем и демпфирующим объемом и представляющий собой цилиндрический участок с соотношением длины к диаметру L9d, это обеспечивает требуемую достоверность регистрации измеряемых параметров в автоматизированном режиме. Из КО с помощью датчиков, входящих в комплект блока экологических измерений (БЭИ), информация передается в режиме on-line в автоматическую систему измерений (АСИ), связанную с автономным центром обработки информации (АЦОИ) для регистрации и учета. Одновременно информация по экологическим параметрам поступает в АСИ из канала выпуска за фильтром твердых частиц (ФТЧ). Установленный на выходе газов из установки после управляемой заслонки ЗУ2 фильтр твердых частиц предназначен для измерения количества твердых частиц в выхлопных газах.

Для исследования влияния количества остаточных газов в цилиндре на экологические и экономические показатели двигателя между системами газовыпуска и воздухоснабжения установлена обратная связь в виде системы рециркуляции (СР), которая позволяет изменять с помощью подмешивания во впускной воздух на входе в демпфирующий объем (ОД1) после управляемой заслонки (ЗУ1) части отработавших газов.

Установленные в системах впуска и выпуска заслонки ЗУ1 и ЗУ2 имеют дистанционное управление от блока управления установкой, содержащего и объединяющего в своем составе системы управления двигателем и нагрузкой, и служат для регулировки разрежения на впуске воздуха в двигатель для моделирования параметров системы впуска воздуха и выпуска отработавших газов.

Демпфирующий объем (ОД2) установлен после КО перед ЗУ2 для устранения влияния пульсации давления отработавших газов на регистрируемые параметры.

Регистрация параметров и обработка результатов осуществляется в автономном центре обработки информации при одновременном полезном использовании вырабатываемой двигателем тепловой энергии, превращаемой соединенной с ним балансирной машиной в электроэнергию, и повышении оперативности проведения исследований за счет использования автоматизации управления элементами установки и систем измерения.

Принципиальное отличие предлагаемой одноцилиндровой экспериментальной установки от прототипа состоит в том, что управляющие системы СУД и СУН объединены в единый модуль с включением в него одноцилиндрового дизеля, системы синхронизации (СС) частоты и фазы переменного тока, вырабатываемого балансирной машиной (МБ), с частотой и фазой электрической сети, что обеспечивает возможность полезного использования вырабатываемой двигателем энергии другими потребителями.

На фиг.1 изображен двигатель ОД49 (Д), а также видны элементы систем подачи воздуха, охлаждения, выпуска отработавших газов и некоторые датчики.

Структурная схема установки представлена на фиг.2.

Структурная схема предлагаемой полезной модели представлена на фиг.3.

Установка состоит из двигателя (Д), нагружающего устройства и систем, обеспечивающих работу двигателя, - пуска с устройством инверторного запуска (ИЗ), топливоподачи (СТ), смазки (СС_м) и охлаждения (СО), а также автоматизированной системы измерений (АСИ) с блоком датчиков (БД). Нагрузка осуществляется воздушным реостатом (Р).

На фиг.4 изображен одноцилиндровый двигатель Д, входящий в состав предлагаемой модели, электрическая балансирная машина, элементы системы смазки, охлаждения, подачи топлива, впуска и выпуска с управляемыми заслонками.

На фиг.5 изображен пульт управления автоматизированной системы измерений.

Изготовление установки, включая все системы, указанные в структурной схеме, завершено в 2012 году. Проведенные испытания подтвердили достижение заявленных технических результатов полезной модели по мощностным, экономическим и экологическим параметрам в полном объеме.

Одноцилиндровая экспериментальная установка для исследований рабочего процесса дизельного двигателя, состоящая из одноцилиндрового дизеля, электрической балансирной машины, систем смазки, охлаждения, топливной системы, систем управления нагрузкой и дизелем, автоматизированной системы измерений, блока датчиков, демпфирующих объемов в системах впуска и выпуска с установленными в них управляемыми заслонками, отличающаяся тем, что в системе выпуска за управляемой заслонкой установлен фильтр твердых частиц, между системами выпуска и впуска установлена обратная связь в виде системы рециркуляции, каждая из заслонок этих систем имеет дистанционное управление от блока управления установкой, объединяющего и содержащего в своем составе системы управления двигателем и нагрузкой, осуществляемой через воздушный реостат или сеть с синхронизацией тока и напряжения, передача электроэнергии осуществляется через высоковольтный выключатель, а автоматизированная система измерений имеет дополнительный канал связи от блока экологических измерений, получающего информацию от контрольного объема в системе выпуска, установленного между двигателем и демпфирующим объемом, а также из канала выпуска за фильтром твердых частиц, для обработки и регистрации результатов испытаний в установке имеется автономный центр обработки информации.