Устройство для контроля горения в двигателях внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к технике контроля горения топливовоздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания и может найти применение в транспортных, судовых и стационарных теплоэнергетических установках циклического действия. Устройство содержит корпус, состоящий из входного узла 1, корпусной втулки 2 и выходного узла 3. По оси входного узла 1 выполнен канал, с помощью которого устройство соединяется с внутренним объемом камеры сгорания двигателя. На входе в канал и по длине канала соосно установлены шайбы 4 и 5 с отверстиями 6 и 7, образующие со стенками канала разгрузочные камеры 8 и 9. По оси корпусной втулки 2 установлена тонкостенная гильза 12 со световодом 14. По оси выходного узла 3 установлен фотоприемник 16. Такое выполнение устройства обеспечивает газодинамическую разгрузку световода 14, повышает надежность работы и достоверность контроля горения. 1 ил.

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 5 (01 M 15/00

ОПИСАНИЕ И3ОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4348952/25-06 (22) 30. 11.87 (46) 30.04 ° 90. Б)0л. У 16 (71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) Д.Я.Носырев (53) 621.436-005-1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1242738, кл. С 01 M 15/00, 1986.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГОРЕНИЯ

В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к технике контроля горения топливовоздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания и может найти применение в транспортных, судовых и стационарных теплоэнергетических установках циклического действия. Устройство содержит

1561006 корпус, состоящий из входного узла

1, корпусной втулки 2 и выходного узла 3. По оси входного узла 1 выполнен канал, с помощью которого устрой5 ство соединяется с внутренним объемом камеры сгорания двигателя. На входе в канал и по длине канала соосно установлены шайбы 4 и 5 с отверстиями 6 и 7, образующие со стенкаИзобретение относится к технике контроля горения в тепловых машиьях, я именно для автоматизированного или визуального контроля горения топливно-воздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания (ДБС), и может быть применено в транспортных, судовых и стационарных теплоэнергетических ус тановках циклического действия.

Цель изобретения — повышение на— дежнос;v, работы устройства для контроля горения и достоверности полу— чаемой информации в широком диапазо«е изменения режимов работы за счет увеличения допустимых механических и тепловых нагрузок, действующих на

30 устройство.

На чертеже изображено устройство, продольный разрез.

Устройство для контроля горения в ДВС содержит разъемный корпус, со35 стоящий из входного узла 1, корпусной втулки 2 и выходного узла 3, соединенных между собой с помощью резьбы. По оси входного узла выполнен канал, с помощью которого устройство ! соециняется с внутренним объемом ка-, меры сгорания двигателя (не показана). На входе в канал и по длине канала соосно установлены шайбы 4 и

5 с отверстиями 6 и 7, образующие со стенками канала, а последняя шайба с корпусной втулкой 2 разгрузочные камеры 8 и 9. На наружной поверхности входного узла 1 выполнен фланец

10 с отверстиями 11 для крепления

50 устройства к адаптерному отверстию камеры сгорания (не показано), По оси корпусной втулки 2 установлена тонкостенная гильза 12, которая закреплена гайкой 13. В гильзу 12 плот55 но установлен световоц 14, выполненный в виде цилиндрического стержня из кварцевого стекла. По оси выход ного узла 3 через теплоизолирующую ми канала разгрузочные камеры 8 и 9.

По оси корпусной втулки 2 установлена тонкостенная гильза 12 со световодом 14. По оси выходного узла 3 установлен фотоприемник 16. Такое выполнение устройства обеспечивает газодинамическую разгрузку световода

14, повышает надежность работы и достоверность контроля горения. 1 ил ° проставку 15 установлен с зазором фотоприемник 16, закрепленный в узле пружинным кольцом 17. Узлы l и 3 и корпусная втулка 2 уплотнены по стыкам паронитовыми прокладками 18 и

19 (электрические выводы фотоприемника не показаны).

Эффективная площадь отверстий 6 и

7 выбрана в зависимости от объема разгрузочных камер 8 и 9 и теплофизических параметров, характеризующих режим работы ДВС таким образом, чтобы обеспечивался критический перепад давлений на отверстиях 6 и 7 шайб

4 и 5.

При условии обеспечения критического перепада давлений на отверстиях

6 и 7 давление в разгрузочной камере

8 равно Р,=Р.р к, где Р— давление на входе в устройство. Давление в и кр разгрузочной камере Р =:Р, р =Р. р

При выполнении устройства с числом шайб 4 и 5 больше двух давление в последней разгрузочной камере P =Рк хр где 1 - число установленных в

Ур У устройстве шайб с отверстиями. Давление в разгрузочной камере за i-й шайбой Р;=Р p >, где i — порядковый номер шайбы, считая от входа, Эффективную площадь отверстий 6 и 7 определяют, решая систему известных уравнений, которая описывае.т процесс перетекания продуктов сгорания из камеры сгорания в разгрузочную камеру

8, а из нее — в разгрузочную камеру

9 в процессе сжатия и.последующего сгорания топливо-воздушной смеси, который длится в течение половины оборота коленчатого вала. Для критического режима истечения из отверстия

7 в шайбе 5 (i=2) в течение времени, равного времени половины оборота коленчатого вала (=1/2п,с}„ в конце процесса истечения Р,=Р Р р, Р— — Р х

5 х р для эффективной площади стия получают выражение:

2П pK+ V 2

P 2

Ъ JT (- — )-—

2 k+1

k+1 k-1

1561006 6 отвер- что приводит к снижению фактических давлений в разгрузочных камерах 8 и

9. В связи с этим формулу (3) для

C1)

5 расчета эффективной площади отнерстий записывают в виде: где ир — эффективная площадь отверZ стия 7 шайбы 5 (порядковый нокер i=2), n — частота вращения коленчатого вала двигателя;

V — объем разгрузочной камеры

9 за отверстием 7 шайбы 5, — отношение критического данг Кр ления к давлению F, перед шайбой 5;

К вЂ” газовая постоянная продуктов сгорания;

Т вЂ” температура продуктов сгоо рания; — показатель адиабаты расширения продуктов сгорания.

Для эффективной площади отверстия

6 шайбы 4 получают-выражение

pF<

2n p, (V, +V> gк ) 2 k+1

VR Т k{ — -) ——

К+1 Г:1 (2) При выполнении устройства с числом шайб 4 и 5 больше двух получают общую формулу для определения эффективной площади отверстия в i-й шайбе.

2n ° ф, V. р (1. )

К,.

yF; — 2 1с+1

УК Т (- — -)-—

0 1 k+1 k-i (3) ностью из-за газодинамических потерь и отвода теплоты в стенки входного узла 1 и корпусной втулки 2. Кроме того, не учтена переменность давления и температуры в камере сгорания и в разгрузочных камерах 8 и 9. В связи с этим формулы (1), (2) и (3) дают заниженные значения эффективной площади отверстий 6 и 7 в шайбах 4 и 5, где j — порядковый номер шайб и расположенных за ними разгрузочных камер, начиная с д-й и кончая последней (j=1).

В этой формуле не учтено, что при критическом истечении из отверстий

6 и 7 температура продуктов сгорания в потоке снижается и при торможении потока она восстанавливается не пол8

2n „, V.. p4- >

PF- (К.

Й Т, (4) где К, — эмпирический коэффициент, зависящий от условий работы устройства (обычно К; > 1).

Учитывая то, что максимальные механические и тепловые нагрузки устройство воспринимает на максимальной

20 частоте вращения коленчатого вала, в расчетную формулу (4) следует подставлять максимальную частоту вращения коленчатого вала двигателя и максимальную температуру Т продуктов

25 сгорания.

Устройство работает следующим образом.

Для контроля процесса горения устройство входным узлом 1 устанавлинают в адаптерное отверстие индикатор;:сгс крана дизеля и закрепляют с по( м;-щ -ю фланца 10 с отверстиями 11 на корпусе двигателя. Устройство соеди" няется с внутренним объемом камеры сгорания посредством канала, выполненного по оси входного узла 1. При работе дизеля в объеме камеры сгораперисдически (циклически) повторяются процессы нпу ка, сжатия рабочего тела, сгорания топливно-воздушной смеси, расширения и выпуска продуктов сгорания. При этом давление и температура продуктов сгорания периодически изменяются. Лучистый теп45 ловой поток, пропорциональный температуре продуктов сгорания в четвертой степени (по закону Стефан-Больцмана) направляют через отверстия 6 и 7 в шайбах 4 и 5 и световод 14 на фотоприемник 16. Сигнал с фотоприем- ника 16 выводят на регистрирующий прибор и анализируют. По величине и характеру сигнала, снимаемого с фотоприемника 16, контролируют горение н цилиндре и осуществляют подрегулиров1 ку агрегатов дизеля.

Устройство позволяет осуществлять визуальный контроль горения, для чего демонтируется пружинное кольцо 17

1561006

Составитель Н.Патрахаг|ьцев

Техред Л„Сердюкова

Корректор С.Шекмар

Редактор Л.Пчолинская

Заказ 974

Подписное

Тираж 438

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбийат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 и удаляется фотоприемник l6. Для обеспечения удобства и безопасности визуального контроля на. выходной узел 3 устройства на пути световых

Лучей устанавливают отражательное ме> аллическое зеркало.

Надежность работы устройства в

Широком диапазоне изменения режимов работы дизеля обеспечивается за счет установки в канал входного узла шайб

4 и 5 с отверстиями 6 и 7, которые образуют со стенками канала, а последняя шайба 5 с корпусной втулкой

2 разгрузочные камеры 8 и 9. В про"

recce работы устройства осуществляется газодинамяческая разгрузка светойода 14, установленного в тонкостен ую гильзу 12, которая. закреплена г"айкой 13, от воздействия максималь> ого давления и температуры за счет

Периодического перетекания газа из йамеры сгорания в разгрузочную каме11у 8, а из нее — в разгрузочную каме:1>у 9 и обратно. На повышение надежности работы устройства направлена и акже установка фотоприемника 16 в выходном узле 3 через теплоизолиру". ющую проставку 15, а также уплотнение стыков входного узла 1, корпусной втулки 2 и выходного узла 3 паронитодыми прокладками 18 и 19. Достоверность получаемой информации повышается за счет выполнения площади отверстий 6 и 7 последовательно увеличивающейся.

Все это повьппает надежность работы и достоверность получаемой информации в условиях высоких давлений и температур.

За счет оптимизации процесса горения по фазам начала воспламенения и достижения максимальной температуры продуктов сгорания обеспечивается снижение удельного расхода топлива на 2-57..

Формула изобретения

Устройство для контроля горения в двигателях внутреннего сгорания, содержащее корпус, световод и фотоприемник, причем корпус выполнен в виде входного узла, по оси которого выполнен канал, корпусной втулки, по оси которой установлен световод, и выходного узла, в котором размещен фотоприемник, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе и достоверности контроля, устройство дополнительно содержит разгрузочные камеры и шайбы с отверстиями, установленные соосно в канале входного узла, причем площадь отверстий от входа к выходу последовательно увеличивается в соседних шайбах, а разгрузочные камеры образованы шайбами и стенками канала.