Способ определения эффективности продувки цилиндров в двухтактном двигателе внутреннего сгорания на модели и установка для его осуществления

 

Изобретение заключается в наполнении закрытого цилиндра исследуемой модели вытесняемым газом (например, воздухом) и продувке его газом-вытеснителем, имеющим большую плотность, чем плотность вытесняемогогаза (например, тетрафторэтиленом). По результатам раздельного взвешивания цилиндра, заполненного этими газами и их смесью, вычисляют количество оставшегося в цилиндре первого газа после продувки другим газом. Это позволяет с высокой точностью определять эффективность продувки цилиндра с лабораторных условиях для разных возможных конструктивных схем двигателя. Установка, с помощью которой реализуют упомянутый способ, имеет простую конструкцию. 2 с и 1 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л

союз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s G 01 M 15!00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4844450/06 (22) 02.07.90 (46) 30.08.92. Бюл. М 32 (71) Центральный Научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт (72) А.А. Фоломин (56) Повышение мощности и улучшение экономичности ДВС. Доклады и сообщения на научно-технической конференции кафедры

"ДВС" МВТУ им. Баумана. / Под ред. Орлина А.С. M.; Машгиз, 1959, с. 208-213. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОДУВКИ ЦИЛИНДРОВ В ДВУХТАКТН0М ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ НА МОДЕЛИ И УСТАНОВКА

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к испытаниям двигателей внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано при исследовании газообмена в двухтактных ДВС.

Известен способ определения эффективности процесса продувки в двухтактном

ДВС на модели с использованием жидкостей в качестве рабочих тел и фотометрического метода для определения параметров продувки. Этот способ реализуется на установке, содержащей исследуемую модель, имеющую цилиндр, в котором размещен поршень, приводящийся от электродвигателя и резервуары для рабочих жидкостей.

Недостатки способа, реализуемого с помощью известной установки, заключаются в следующем: невозможность переноса с достаточной степенью точности результатов

„.,5U;„, 1758467 А1 (57) Изобретение заключается в наполнении закрытого цилиндра исследуемой модели вытесняемым газом (например, воздухом) и продувке его газом-вытеснителем, имеющим большую плотность, чем плотность вытесняемого газа (например, тетрафторэтиленом). По результатам раздельного взвешивания цилиндра, заполненного этими газами и «х смесью, вычисляют количество оставшегося в цилиндре первого газа после продувки другим газом, Это позволяет с высокой точностью определять эффективность продувки цилиндра с лабораторных условиях для разных возможных конструктивных схем двигателя. Установка, с помощью которой реализуют упомянутый способ;имеет простую конструкцию. 2 с и 1 э.п. ф-лы, 5 ил. наблюдения гидродинамических процессов в жидкости (в силу постоянства ее плотности на различных участках потока и сравнитель-. но медленной диффузии и малой турбулизации) на реальные газодинамические процессы, происходящие в цилиндрах ДВС ©© с очень большой скоростью, достигающей Ф скорости звука; входные и выходные окна (,Ь модел расположены на разных концах цилиндра. что не позволяет исследовать процессы в цилиндрах при расположении названных окон с одной стороны; способ не позволяет с необходимой точностью определить количество остаточных газов в цилиндре реального двигателя после продувки воздухом, Известен также способ определения эффективности продувки цилиндра двухтактного ДВС на модели, заключающийся н н 1758467

15

=0,0-1,0. . Вследствие этого повышается точность определения параметра продувки. Более высокая точность обеспечивается при значительном упрощении конструкции модели и, следовательно, установки в целом.

На фиг.1 показана конструктивная схема установки, на которой реализуется предлагаемый способ определения эффективности продувки в двухтактном

ДВС; на фиг.2 — исследуемая модель, разрез; на фиг.3 — разрез А-А фиг,2; на фиг.4— кольцо, размещенное между сменным цилиндром и подводящим каналом в разрезе; на фиг.5 — то же,вид сбоку, Способ определения эффективности продувки цилиндра в двухтактном ДВС заключается в наполнении сменного цилиндра первым (вытесняемым) газом, например, воздухом, продувке цилиндра в течение выбранного промежутка времени дозированн ым количеством второго газа (вытеснителя), например, тетрафторзтиленом или фреоном-12, и повторной продувке цилиндра газом-вытеснителем до полного удаления из цилиндра вытесняемого газа и заполнения цилиндра только газом-аытеснителем. По результатам раздельного взвешивания цилиндра, заполненного этими газами и их смесью, вычисляют относитель30

55 подводящим каналом, последний выполнен в виде улитки, охватывающей сменный цилиндр и размещенное между цилиндром и . подводящим каналом кольцо, в котором выполнены отверстия для сообщения подводящего канала с впускными окнами цилиндра при повороте последнего относительно упомянутого кольца.

При реализации предлагаемого способа с помощью предлагаемого устройства обеспечивается высокая точность получаемых результатов, связанная с точным дозированием количества газа-вытеснителя для продувки, независимым регулированием количества продуваемого газа и темпа подачи этого газа в цилиндр, малой погрешностью взвешивания, гарантированной паспортом весов, и существенной разницей веса цилиндра, заполненного газом-вытеснителем, и веса цилиндра, заполненного вытесняемым газом, При емкости взвешиваемого цилиндра 1 л для сочетания газов (вытесняемого и вытеснителя) воздух - фреон 12 разница весов составит 4,08 r, При точности отсчета по шкале весов 0,01 г и погрешности взвешивания до 0,02 г величи- . на дх может быть определена с наибольшим отклонением *2 в диапазоне дх (8) ное количество оставшегося в цилиндре первого газа после продувки другим газом по зависимости

62 63

G2 — 63 где G> — вес закрытого цилиндра (показание весов), заполненного только вытесняемым газом и водяным паром, присутствующем в нем;

G3 — вес закрытого цилиндра (показание весов), заполненного смесью газов (вытесняемого и вытеснителя) с водяным паром (после первой продувки цилиндра);

G2 — вес закрытого цилиндра (показание весов). заполненного только газом — вытеснителем с водяным паром (после повторной продувки), 62 63

Зависимость д, — . получена, 62 63 исходя из следующих соображений. Очевидно, что вес смеси вытесняемого иэ цилиндра газа с водяным паром и газа-вытеснителя с водяным паром во внутреннем объеме цилиндра

64 = ) 1 x + Q (V» — x ), (1) где Vö — внутренний объем цилиндра; 1 — удельный вес вытесняемого газа с водяным парОм;

)г2 — удельный вес газа-вытеснителя с водяным паром; х — часть внутреннего объема цилиндра, занятая вытесняемым газом с водяным паром.

Из зависимости (1) следует х G4 — y2 » ч„ч, гу +д

Далее 63 = G4+ G5- 65+ G7; (3)

61 = 65- 6в + 67+ 6в; (4)

G2 = 65- 65+ G7+ Gg (5) где 65 — вес собственного металла цилиндра;

G5 — вес окружающего воздуха.с водяным паром в наружном объеме закрытого цилиндра;

6т — вес окружающего воздуха с водяным паром в открытых объемах цилиндра;

Gs-67 — архимедова сила, вытесняющая закрытый цилиндр в окружающем воздухе;

Gs — вес вытесняемого газа с водяным паром во внутреннем объеме цилиндра;

Gg — вес газа-вытеснителя с водяным паром во внутреннем объеме цилиндра

Из (3) и (4) следует

64=63 — G>+ Gs (6)

Из (4) и (5) следует

G9 = 62 - 61+ 68 (7)

Далее

Gs 64 — 63 + 61

r1 V

1758467

Но

64 )2 ц — (9) ц(— — — — — V)

Чц

$"2 Vq = Gg, (10) поэтому

G4 — Gg

61 63+69 (11)

Подставив в формулу (11) значения Gg u3 формулы (7), а затем 6в из формулы (6) получим окончательно

< х—

62 6з (12)

62 — G<

Из уравнения (12) следует, что с увеличением разности плотностей газа-вытеснителя и вытесняемого газа повышается степень точности вычисления ддВ реальных условиях работы двухтактных ДВС плогность воздуха, которым производится продувка цилиндров, п риблизительно в 2-4,5 раза (в зависимости от режима работы ДВС, плотности продувочного воздуха и стадии процесса продувки) больше плотности отработавших газов, находящихся в цилиндре и к началу продувки частично удаленных через выхлопную трубу. В связи с этим для имитации продувочных процессов в лабораторных условиях при комнатной температуре газов нужно сохранить приблизительное соотношение плотностей вытесняемого газа и газа-вытеснителя, Приблизительно такое соотношение плотности имею", сочетания газов: воздух (вытесняемый газ) и тетрафторэтилен CzFn (вытеснитель) с соотношением плотностеи при нормальных физических условиях 3,46, Тетрафторэтилен может быть заменен фреоном-12 CClzFz с соотношением плотностей 4,17 как менее токсичным.

В качестве вытеснителя может быть также использован бутан (или иэобутан) С4Н1о с соотношением плотностей 2,0.

При выборе сочетания газов надо также учитывать их дос1упность, приемлемость физико-химических свойств и токсичность, Установка, на которой реализуется предлагаемый способ, содержит исследуемую модель 1, баллон 2 с газом-вытеснителем, редуктор 3 давления газа с манометром

4. газоводяной теплообменник 5, кран 6 и пневматический дозатор 7.

Модель 1 включает е себя с .eiгный цилиндр 8 с впускными 9 и выпускными 10 окнами, съемную установленную на резьбе крышку 11 цилиндра 8 и подводящий канал

12 внутри кожуха 13, выполненного в виде улитки для подачи газа-вытеснителя к впускным окнам 9 и охватывающего цилиндр 8.

Последний имеет участок наружной поверхности, выполненный коническим. Конусной

20 поверхностью цилиндр 8 примыкает к конусному кольцу 14, расположенному внутри корпуса 15, внутренняя поверхность которого тоже коническая.

Газоподводящий кожух 13 соединен с корпусом 15 сваркой или пайкой мягким припоем. Конусные поверхности цилиндров

8, конусного кольца 14 и корпуса 15 притерты. Цилиндр 8 имеет возможность повертываться внутри конусного кольца 14, Цилиндр 8 прижимается к конусному кольцу

14 пружинной проволокой 16. Пружинная проволока 16 размещена плотно в двух отверстиях 17, расположенных диаметрально в торцевых выступах цилиндра 8 и входит в два паза 18, которые расположены тоже диаметрально в конусном кольце 14, Эти два паза ограничивают поворот цилиндра в конусном кольце. В конусном кольце 14 и корпусе 15 выполнены отверстия соответственно 19 и 20 одинаковой формы и размера с впускны: и окнами 9 цилиндра 8, которые могут быть полностью совмещены или полностью разделены между собой. В случае совмещения упомянутых отверстий канал

12 и полость внутри цилиндра 8 сообщаются через них. В одном крайнем положении цилиндра 8 относительно конусного кольца 14 отверстия 9 и 19, выполненные в цилиндре

30 и кольце, полностью совмещаются, а в другом крайнем положении они полностью перекрыты телом кольца и цилиндра, Отверстия 19 и 20 в конусном кольце 14 и корпусе 15 должны быть всегда полностью

35 совмещены, Выпускные окна 10, выполненные в цилиндре 8, прикрыты снаружи цилиндра тонкой резиновой кольцеобразной мембраной

21, приклеенной к цилиндру 8 с одной сто40 роны.

Пневмодозатор 7 в описываемом примере выполнения установки состоит из двух корпусов-цилиндров 22 и 23, в которых размещены поршни 24 и 25 с цилиндрическими

45 выступами в передней .асти. Поршни 24 и

25 жестко связаны с первыми концами штоков 26 и 27. Корпусы 22 и 23 снабжены передними 28 и 29 и задними 30 и 31 крышками и с помощью муфты 32 соединены меж50 д собой, а с помощью муфт 33 и 34 со ..:динены с корпусами 35 и 36 электрических магнитов 37 и 38. Напротив магнитов

37 и 38 внутри муфт 33 и 34 расположены якоря 39 и 40 электромагнитов 37 и 38. жес55 тко связанные с вторыми концами штоков

26 и 27. Якоря и электромагниты образуют ма",нитные замки. Нагнетательные полости

41 и 42 перед поршнями 24 и 25 е каждом из корпусов 22 и 23 вместе с полостью внутри тройника 43 образуют нагнетательную по1 758467

40 лость 44 пневмодозатора 7, сообщенную с подводящим каналом 12 и связанную через кран 6 с баллоном 2, Трубка 45 с манометром 46 соединяет между собой штсковые полости 47 и 48 корпусов 22 и 23. Трубка 49 соединяет между собой нагнетательные полости 41 и 42. Полость 47 через кран 50 связана с системой сжатого воздуха (компрессор не показан), а полость 48 через кран

51 связана с атмосферой, Подводящий канал 12 через кран 52 сообщен такжс с атмосферой. Для измерения давления в канале 12 используется манометр 53, подключенный с помощью трубки с дросселем 54.

Установка снабжена весовым устройством (весы ВЛКТ-500 iM с погрешностью взвешивания не более 0,02 г и точностью отчета 0,01 r) и источником электропитания (не показан), подключенным к электромагнитам 37 и 38.

Установка работает следующим образом, Для заполнения цилиндра 8 воздухом из окружающей атмосферы достаточно на некоторое время снять крышку 11. На весах цилиндр 8 взвешивают вместе с крышкой

11, кольцом 14, пружинной проволокой 16 и резиновой мембраной 21. Для взвешивания их вместе вынимают из корпуса 15, .Для получения достаточно точных результатов продувки обеспечивают равенство температуры газов вытесняемого и вытеснителя и цилиндра 8. Вытесняемый газ (воздух) и цилиндр 8 имеют комнатную температуру. Газ-вытеснитель, подаваемый из баллона 2, при расширении сильно охлаждается. Дс поступления в дозатор 7 его подогревают в водагазовом теплообменнике 5 тоже до комнатной температуры. Для этого температура воды в теплообменнике должно быть комнатной.

Для продувки цилиндра 8 из баллона 2 газом-вытеснителем необходимо выполнить последовательно целый ряд.операций.

Прежде всего заполняют газом-вытеснителем канал 12 внутри кожуха 13 и полость 44 внутри тройника 43, Для этого открывают вентильный кран баллона 2, повертывают цилиндр 8 в конусном кольце 14 так, чтобы окна 9 в цилиндре 8 были закрыты конусным кольцом 34, открывают кран 6, после чего газ-вытеснитель, подогретый до комнатной температуры в теплообменнике 5, будет поступать под некоторым избыточным давлением е полость 42 и далее через трубку 49 в полость 41. Под избыточным давлением гааа-вытеснителя поршни 24 и 25 будут перемещаться дс упора якорей 39 и 40 в полюса электрических магнитов 37 и 38, одновременно газ-вытеснитель будет поступать че5

10 I 5

35 рез тройник 43 в канал 12. После этого за- крывают кран 6 и включают электромагниты

37 и 38. В связи с этим якоря 39 и 40 магнитов с большой силой (до 600 кг) будут притянуты к полюсам магнитов. Далее открывают кран 50 и закрывают кран 51, Сжатый воздух от компрессора под избыточным давлением в 0,1-0,2 МПа (1 — 2 кг/см ) поступает в полость 47 и через трубку 45 в полость 48.

После заполнения сжатым воздухом полостей 47 и 48 закрывают кран 50, открывают кран 52 и выключают электромагниты 37 и

38. Освобожденные от притяжения магнитов якоря 39 и 40, а вмест"= с ними штоки 26 и 27 и поршни 24 под давлением сжатого всздуха быстро перемещаются навстречу друг другу до упора в крышку 28 и 29 корпусов цилиндров 22 и 23 и вытесняют смесь воздуха с газом-вытеснителем 41, 42, 44 и 12 через кран 52 наружу. После этого кран 52 закрывают и открывают кран 51.Так производят предварительную продувку полостей 41, 42, 44 и 12 с целью удаления из них воздуха. Для более полного удаления воздуха из названных полостей предварительную продувку газом-вытеснителем производят два или три раза.

При перемещении поршней 24 и 25 в сторону крышек 28 и 29 передние цилиндрические выступы на поршнях входят в огверстия этих крышек и препятствуют выходу оставшейся в полостях 41 и 42 перед поршнями части газа-вытеснителя. Защемленный объем этого газа смягчает (демпфирует) удар поршней 24 и 25 о крышки 28 и

29. При этом сила удара поршня с одной стороны уравновешивается силой одновременного удара такого же поршня с другой стороны. В связи с предпочтительностью уравновешивания действия динамических сил в установке целесообразно, чтобы конструкция пневмодозатора была симметричной и состояла из двух ксрпуссн цилиндров

22 и 23 с одновременным и противоположным перемещением поршней 24 и 25.

Ход поршней 24 и 25 и связанный с ним объем газа-вытеснителя, подаваемого в полость подводящего канала 12, регулируют длиной муфт ЗЗ и 34. Темп подачи газа-вытеснителя в цилиндр 8 (продолжительность дозированной продувки) регулируют величиной давления сжатого воздуха. поступающего от компрессора.

После предварительной продувки полостей 12, 41, 42 и 44 газом-вытеснителем производят продувку цилиндра 8. Для этого пневматический дозатор 7 наполняют газом-вытеснителем до упора якорей 39 и 40 и полюса электромагнитов 37 и 38, включают эти магниты, закрывают кран 6, через

1758467

12 кран 52 стравливают газ-вытеснитель до величины избыточного давления равной нулю, краны 51 и 52 закрывают и открывают кран

50, давление воздуха в полостях 47 и 48 поднимают до требуемой величины, после чего кран 50 закрыва ат, крышку 11 цилинд.ра 8 устанавливают на этот цилиндр, сам цилиндр 8 повертывают до полного совмещения окон 9 в цилиндре 8 с отверстиями 19 в конусном кольце 14, выключают электромагниты 37 и 38 и производят продувку цилиндра 8 газом-вытеснителем.

В процессе продувкл -воздух, находящийся в цилиндре,8 (или другой вытесняемый гаэ), вытесняют наружу через окна 10, прикрытые резиновой мембраной 21. которая препятств,ет попаданию воздуха внутрь цилиндра 8 после продувки.

По окончании продувки цилиндр 8 повертывают относительно конусного кольца

14 до полного закрытия окон 9. Цилиндр 8 после этой продувки, заполненный газамвытеснителем и оставшейся частью вытесняемого газа, взвешивают вместе с конусным кольцом 14. Для взвешивания цилиндр с кольцом вынимают из корпуса 15.

Таким образом определяют вес G3. Продувку цилиндра 8 и взвешивание его с кольцом

14 повторяют один — два раза. Это позволяет уточнить вес бз и, в частности, позволяет проверить полноту уд: ленля воздуха из полостей 12, !1, 44 N 42 в процессе предварительной продувки, повторяемой неодинаковое число раз, Вес Ог определяют взвешиванием закрытого цилиндра 8 (вместе с конусным кольцом 14), заполненного только газом-вытеснителем.

Заполнение цилиндра 8 в этом слу- ае производят двух и трех кратным повторением описанной выше продувки цилиндра 8, Повторяемость значения веса бг подтверждает полноту продувки цилиндра 8.

Регулируя расход газа — вытеснителя и скорость его подачи, причем осуществляя это независимо друг от друга, а также варьируя конструкцией сменного цилиндра можно производить с вы" îêîé точностью сравнение различных конструктивных вариантов двухтактного двигателя, соответствующих разным типам продувки (поперечной, петлевай, вихревой и т.д.) при условиях, имитирующих различные реальные условия работы ДВС.

Предельная погрешность определения ох зависит от внутреннего объема цилиндра 8, точности отсчета по шкале весов, погрешности взвешивания и от отношения плотностей газов вытесняемого и вытеснителя. При использовании воздуха в качестве вытесняемого газа и фреона 12 в качестве газа-вытеснителя и при внутреннем объеме цилиндра 8 равном одному литру предельная погрешность (4 составляет з: 2; .

5 при использовании воздуха и тетрафторэтилена 2,3 Д, а при использовании воздуха и бутана 3,5",ь. Полученный результат дх сравнивают с эталонным значением, рассчитанным для двигателя с заданными

10. характеристиками рабочего процесса, и в случае, если полученный результат д„не превышает эталонного значения, констатируют достижения необходимой эффективности процесса продувки, Таким образом, способ определения эффективности продувки цилиндров ДВС имеет более высокую точность, чем способ-прототип, При этом предлагаемое устройство, в котором отсутствуют шатунно-поршневая группа, колен20 чатый вал, электродвигатель с приводом коленчатого вала, ресиверы и другие элементы, значительно проще, чем установка— прототип.

Формула изобретения

Способ определения эффективности продувки цилиндров в двухтактном двигателе внутреннего сгорания на модели, заключающийся в наполнении цилиндра исследуемой модели вытесняемым газом, продувке цилиндра в течение выбранного промежутка времени дозированным количествам -аза-вытеснителя, имеющего большую плотность, чем плотность вытесняемого газа, и определении по час35 четной зависимостйотносительного количества оставшегося после продувки в цилиндре вытесняемого газа, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения точности, после наполнения цилиндра вытесняемый газом цилиндр, заполненный этим газом, взвешивают, определяя вес Gt, затем после продувки цилиндра дозируемым количеством газа-вытеснителя взвешивают цилиндр, заполненный смесью вытесняемого газа и газа-вытеснителя, определяя вес Оз, затем вчовь производят продувку цилиндра газом-вытеснителем до полного удаления из цилиндра вытесняемого газа и заполнения цилиндра только газом-вытеснителем и

"-0 взвешивают цилиндр, определяя вес Ог, после чего относительное количество оставшегося после продувки в цилиндре вытесняемого газа дх определяют по заОг -G3 висимости д» вЂ” ., полученный реОг -61 зультат сравнивают с эталонным значением, рассчитанным для двигателя с заданными характеристиками рабочего процесса и в случае, если полученный ре13

1758467

20 зультат не превышает эталонного значения, констатируют достижение необходимой эффективности процесса продувки, 2. Способ по п.1, отличающийся 5 тем, что отношение плотностей газа-вытеснителя и вытесняемого газа составляет 2,0—

4,5.

3. Установка для определения эффективности продувки цилиндров в двухтакт- 10 ном двигателе внутреннего .сгорания, содержащая исследуемую модель, имеющую сменный цилиндр с впускными и выпускными окнами, съемную крышку цилиндра и подводящий канал для подачи газа-вытес- 15 нителя к впускным окнам цилиндра, и источник газа-вытеснителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности при одновременном упрощении конструкции установки, она снабжена весовым устройством и пневматическим дозатором. состоящим по меньшей мере из одного корпуса с поршнем, имеющим регулируемый пневмопривод, и штоком, связанным с электромагнитным замком, при этом нагнетательная полость пневмодозатора связана с источником газа-вытеснителя и с сообщенным с атмосферой через запорный кран подводящим каналом, последний выполнен в виде улитки, охватывающей сменный цилиндр и размещенное между цилиндром и подводящим каналом кольцо, в котором выполнены отверстия для сообщения подводящего канала с впускными окнами цилиндра при повороте последнего относительно упомянутого кольца.

1758467

Фиг.3

1758467

Составитель А,Золотов

Редактор Л,Веселовская Техред M.Ìîðãåêòàë Корректор С,Лисина

Заказ 2992 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101