Устройство для исследования газодинамических процессов в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВА:НИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЦИ ПСФШНЕЮГО ДВИГАТЕЛЯ ВИУТРЕН йЕГО СГОРАНИЯ по авт. свГ. 979943, о т л и ч а ю ц е е с я тем, что, с целью приближения условий испытаний к реальным путем моделирования дшнамики и кинематики движения поршня в процессе выпуска и продувки, устройство снабжено ресивером с впускным отверстием, экраном и дополнительным мехгшиэмом перемещения, причем размещен вокруг гильзы, экран расположён в ресивере между гильзой и -ресивером напротив входного , отверстия, а дополнительный ме-. ханизм перемещения связан с выпускным клапаном . (О с Ю 4ib 00 00

СОКИ COBETCHHX

ШИ ОП

PECflYSЛИК (19) all ц ф G 01 М 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

У"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 979943 (21) 3385627/25 06 (22) 18,01 ° 82 .(46) 23.06.83. Вил. В 23 (72) А. Ф. Шахонин,: М. Л. Вопыяоэ, ie.m. Вазавлук и Е. й. Волоыин (71) Харьковский Ордена Ленина Олитехнический институт им. В. И. Jleнина (53) 621. 43» 001»5 (088 ° 8) (56) 1. Авторское свкдетелэатэо KCCP

9 979943, кл ° 6 01 М 15/00, 1981 ° ; (54) (57) 1 ° УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВА .НИЯ ГАЭОДИНАМИЧЕСЕИХ ПРОЦЕССОВ В ЦИЛИНДРЕ ДОИМНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕНЛЕГО СГОРАНИЯ по авт. св . М 979943, о т л и ч а в щ е е с я тем, что, с целъв приближения условий испытаний к реальным путем моделирования дннаиики и кинематики движения порыня B процессе выпуска и продувки, устройство снабжено реснвером с впус кным отверстием, экраном и дополнительныи иеханизмом перемещения, причем реанэер размещен вокруг гилъзы, экран расположен в ресивере между гильзой и .ресиэером напротив эходного..îòâåðñòèÿ, а дополнительный ме-. ханизм перемещения связан с выпускным клапаном .

1024788 б

2; Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е С я тем, что, объем ресиэера составляет 16-20 объемов гильзы

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что вход» ное отверстие расположено у верхнего торца ресивера.

4. Устройство по пп. 1-3, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что экран

Изобретение относится к испыта нию техники, применительно к двига. телям внутреннего сгорания.

По основному авт. св. Р .979943

1 известно устройство для исследования газодинамических процессов s цилиндре поршневого двигателя внут реннего сгорания, содержащее голов ку цилиндров.; со съемной, гильзой, . впускным и выпускным трактами с кла- ® панами, подвижным поршнем, двумя механизмами перемещения, один из,ico-: торых взаимодействует с гильзой ,подвижным поршнем, а другой - с впускным клапаном 1).

Недостаток устройства состоит ,в том, что оно не позволяет получить условия испытания выпускного тракта. ,близкие к реальным и исследовать,про-. цесс продувки.

Целью изобретения является прибли жение условий испытания к реальным путем моделирования динамики и кинематики движения поршня в процессе выпуска и продувки., Указанная цель достигается тем, что устройство для исследования газодинамических процессов в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания снабжено ресивером с впуск" 30 ным отверстием, экраном и дополнительным механизмом перемещения, при" чем ресивер размещен вокруг гильзы, экран расположен в ресивере между гильзой и ресивером напротив вход 35 ного отверстия, а дополнительный механизм перемещения связан с выпуск ным клапаном.

Объем ресивера составляет 16- 20 объемов гильзы. 40

Вхбдное отверстие расположено у верхнего торца ресивера.

Экран выполнен по длине не менее длины гильзы, а по ширине - рав. ным ее наружному диаметру.

Подвижный поршень расположен ниже экрана на расстоянии не менее внутреннего диаметра гильзы. выполнен по длине не менее длйны гильзы, а по ширине - равным ее наружному.диаметру.

5. Устройство по пп. 1-4, о тл и ч а ю щ е.е с я тем, что под вижный поршень расположен йиже экрана на расстоянии не ме.нее внутреннего диаметра гильзы», 2

Иа фиг, 1 представлена схема устройства, на фиг, 2 - элемент. поршня. .и . гильзй. Устройство состоит иэ головки 1 цилиндров со съемной гильзой 2, дополнительного подвижного поршня 3.

Головка 1 цилиндров содержит впускной тракт 4 с клапаном 5. Поршень

3 размещен против профильного кольца гильзы 2 с зазором 6. Гильза 2 выйолнена составной из набора колец

7««11 имеющих общую ось 12. Головка

1 цилиндров снабжена механизмами перемещения, один из которых 13 вза-, имодействует с гйльэой 2 и подвижным поршнем 3, а другой - 14 с клапаном S. Иехайизм 13 снабжен ocrâ 15 установленной соосво оси 16, клапана 5 и жестко соединенной с гильзой 2

Поршень 3 выполнен с профильной съемной накладкой 17 в сочетании со,съемным кольцом 18„

Устройство смонтировано, например, иа общей плате 19. Кроме того, головка 1 цилиндров: содержит, выпускной тракт 20 с клапаном 21 и снабжена .механизмом перемещения 22, который вааимсдейатвует с кпананом 21. Все элементы устройства, находящиеся под головкой 1 цилиндров, размещены в герметическом ресивере 23, который имеет входное отверстие 24 и расположенный напротив этого отверстия экран 25.

Устройство работает следующим образом»

При исследовании процесса выпус-. ка в головке 1 с выпускным трактом 20 механизмом 22. Клапан 21 устанав-, ливают на заданную величину его .хода, а клапан 5 закрыт. По известной для двигателя зависимости между ходом клапана и объемом цилиндра одре. деляют необходимый объем гильзы 2, набираемой иэ колец 7-11. Вращени» ем оси 15 механизма перемещения 13 гильза 2 поворачивается вокруг оси

16, чем достигается принятое в исследовании вэаимоположенне гильзы 2

1024788 и ныпускнога клапана 21. Подвижный поршень 3 устанавливают ниже экрана, 25 на расстоянии от .него не менее внутреннего диаметра гильзы 2, Газ, н частности воздух, поступает через входное отверстие 24 в герметический ресивер 23. Экран

25 направляет гаэ в нижнюю и проти-, воположную входному отверстию 24 часть ресивера 23 беэ обтекания гильзы 2. Из ресивера аз поступает ® в гильзу 2 через ее нижний торец соосно ей и, проходя мимо клапана 21 попадает в выпускной тракт 20, а затем ныходит иэ устройства. Причем давление газа в ресинере 23 и про- 15 тиводавление после выпускного тракта 20 известным способом регулируют так, чтобы достичь необходимах величин,, При исследовании процесса продув" 2О ки в головке 1. цилиндров с впускным. трактом 4 и выпускным трактом 20 механизмом 14 клапан 5 и механизмом

22 клапан 21 устанавливают на задан" ную величину их ходов, По известной дпя двигателя зависимости между zo.дами клапанов и объемом цилиндра определяют необходимый объем гильзы

2; набираемой из колец 7-11. Враще«ийем оси 15 механизма- перемещения

13 гильза 2 поворачивается вокруг оси 16, чем достигается принятое и исследовании вэаимоположение гильзы 2 и впускного тракта 4. Когд величина хода поршня и хода впускного клапана близки, то вместо кольца 11 устанавливают сьемное кольцо

18 и подвижный поршень 3 с фасонной накладкой 17 н соответетвии с камерой двигателя. Воздух поступает во впускной тракт 4 и, проходя мимо 40 клапана 5, поступае .s. oáúåì masse 2 затем частично через зазор 6 выходит н герметический ресивер 23, огибает . экран 25 и через отверстие 24 выходят иэ устройства, а частинне, про- 45 ходя мимо клапана 21, поступает в ныпускной тракт 20, йз которого выходят из устройства. Причем давление воздуха перед входом в впускной тракт 4, величину зазора 6, противодавление за выпускным трактом 20 и отверстием 24 регулируют так, чтобы перепад давлений в тракте 4 перед клапаном 5 и в объеме гильзы 2, а также н тракте 20 за клапаном 21 и в объеме гильзы 2 достигал необ- . ходимой величины.

Устройство позволяет проводить исследования газодинамических процессов н условиях, близких к реаль ным, что дает возможность обоснованно проектировать выпускной и впуск- . ной тракты двигателей, получая ха-.

:рактеристики потоков, задаваемых

;из условий повышения топливной экономичности. 65

При физическом моделировании процесса впуска необходимо выдержать геометрическое, кинематическое и динамическое подобия. Это достигается, если обеспечить: реальное направление движения газа к выпускному тракту, соответствие открытия выпускного клапана объему цилиндра, расстояние от выпускного клапана до цилиндра, давление газа в цилиндре .. и противодавление его.на выпуске в соответствии величинам, определя» емым на основании критериев подобия.

Реальным направлением движения газа являешься подвод его к выпускно

W клапану "со стороны цилиндра, причем в сечении цилиндра, противоположном головке, это направление долж но совпадать с направлением движения поршня,. т.е. быть соосным цилиндру..

Этого можно достичь, если к нижнему торцу гильзы газ будет поступать под необходимым давлением иэ спокойной среды.. Дпя этого гильзу размещают в герметичном ресивере, который имеет входное отверстие и расположенный напротив него экран. Естественно, при входе в герметичный ресивер газ будет иметь пространственное течение., возмущенное пульсациями и отрывными » : вихрями. Чтобы пога- . сить течение и пульсацию газа теоретически необходимо иметь бесконечно болыаой объем ресинера. Известно, что для таких импульсных систем, как одноцялиндровый двигатель, объим успокоительных ресиверов достигает

300 рабочих объемов цилиндра двигателя. В предлагаемом устройстве пульсации на порядок меньше чем s газовых системах одноцилиндрового двигателя.

В связи с этим экспериментально установлено, что успокоение газа достигается при размещении гильзы в герметичном ресннере значительно меньших размеров, имеющем диаметр 0 3 D при длине Lp L + О,, а объем Чр (16-20)Ч,,ггде р - ресинер, r - гильза..

Для. уменьшения сопротивления входу газа в систему входное сечение не должно быть меньще выиодного .. По этому диаметр входного отверстия принят равным диаметру выпускного клапана. Из нходного отверстия ras будет распространяться в. ресивере в виде струи. Скорость в струе пада-. ет с расстоянием от ее выхода. Поэто- му входное отверстие целесообразно расположить подальше от нижнего торца гильзы, т.е. непосредственно у верхнего торца гильзы»

Для более равномерного распределения входящего газа по ресинеру, а следовательно для эффективного гашеiния его скоростн при наименьшем ragравлическом сопротивлении экран расположен против входного отверстия

1024788

Составитель Н. Патрахальцев

Редактор Р. Цицика Техред M..Tåïåð корректор О. THropl

Заказ 4383/39. Тираж 873

BHHHIN Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 на расстоянии, равном его диаметру.

Чтобы предотвратить попадание входящего газа непосредственно в гильзу длина экрана принята, больше, чем длина гильзы.

Для уменьшения возмущения в объ- еме ресивера из-эа вааимодействия . входящего газа с наружной поверхностью гильзы необхадимо ширину экрана принять равной диаметру этой поверхности. При большей ширине возникают отрывные вихри, как при попе.речном обтекании..пластины струей, которые разносятся по ресиверу. Прк меньшей ширине часть струи будет ударять в наружную поверхность гильзы15 вызывая возмущения в ресквере. При набранной ширине экрана также возникают отрывные вихри, но онк локализуются между тыльной поверхностью экрана к наъетринной стороной наруж-;р ной поверхности гнльзы,,где интенсив-. но гасятся.

1

Подвижный поршень представляет собой поверхность перед входом в гильзу. Для данного случая имеется ряд рекомендаций. Чтобы предотвра« тить перед гильзой течение типа

"сходящаяся веерная струя", которая вызывает возмущение газа перед ЗО гильзой, к обеспечить вход газа-в гильзу с наименьшим гидравлическим сопротивлением с учетом длины -экра« на, подвижный поршень располагается ниже экрана на расстоянии (0,8-1,0)0„35.: Соответствие открытия выпускного клапана объему цилиндра для задаваемого положения порщня достигается тем, что гильза выполнена составной иэ набора колец, а устройство снаб-,40 жено механизмом перемещения, который взаимодействует с выпускным клапаном.

-Расстояние от выпускного клапана до цилиндра обеспечивается поворотом гильзы вокруг оси впускного клапана механизмом перемещения, взаимодействующим с гильзой и подвижнъм поршнем. Размещение устройства в герметическом ресивере позволяет создать необходимое давление газа внутри гильзы, а с помощью известных устройств создают необходимое противодействие на выпуске - ace это обеспечивает соответствукщее критериям подобия течение газа через выпускной тракт.

Прк моделировании процесса продувки воздух подают в гильзу через впускной .тракт. Часть его выходит в ресивер, а часть s выпускной тракт

Механизмом перемещения, который взаимодействует с впускным клапаном, устанавливают соответствующий ход клапана. Механизм перемещения, один иэ которых взаимодействует с гильзой а другой - с выпускным клапаном, устанавливают задаваемые положения гильзы относительно клапанов к ход

° выпускного клапана .соответственно.

На процесс продувки в основном влияет положение впускного тракта относительно гильзы. Поэтому прк этом изменении положения выпускного.

«лапана относительно гильзы не нарушает моделирование процесса продувки.

Подвижный поршень устанавливают у нижнего торца гильзы, чем обеспечи вают моделирование характера течения воздуха в цилиндре. Размещение уст- ройства в герметичном ресивере и выбор расстояния подвижного поршня от нижнего торца гильзы позволяют поддерживать необходимые перепады давлений газа,на впускном .и выпускном клапанах в период продувки.