Установка для исследования рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания

ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ к ПАТЕНТУ(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- И массообмена им. А.В.Ль 1 кова НаЦиональной академии наук Белару си (ваг)(72) Авторы Ассад Мохамед Сабетович Миронов Виталий Николаевич Пенязьков Олег Глебович (ВУ)(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В.Ль 1 кова На Циональной академии наук Беларуси1. Установка ДЛЯ исследования рабочего Процесса двигателя ВНУТРЕННЕГО сгорания,содержащая ЦИЛИНДр С перемещающимся В НЕМ ПОрШНЕМ, тракты впуска ГОрЮЧЕЙ СМЕСИ И выпуска отработавших газов И ОПТИЧЕСКОЕ ОКНО над ЦИЛИНДрОМ, ОТЛИЧЗЮЩЗЯСЯ ТЕМ, ЧТО тракты впуска ГОрЮЧЕЙ СМЕСИ И выпуска отработавших газов РЗЗМЕЩЕНЫ В установленнойна торце цилиндра головке цилиндра с газораспределительным Механизмом И содержат впускной И выпускной патрубки соответственно, а также единые для трактов впуска и вь 1 пуска клапан и надклапанное пространство, при этом впускной патрубок снабжен впускной дроссельной заслонкой, тракт выпуска снабжен переходным каналом, соединяющим его с надклапанным пространством, и установленной в этом канале выпускной дроссельной заслонкой, вал газораспределительного механизма выполнен с кулачком специального профиля, оптическое окно размещено в цилиндрической трубе, установленной в головке цилиндра и одним торцом выходящей наружу головки цилиндра, установка снабжена средствами регистрации рабочего процесса.2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что средства регистрации рабочего процесса включают в себя скоростную съемочную камеру, размещаемую над выходящим наружу головки цилиндра торцом цилиндрической трубы, а также датчики давления и температуры, установленные в стенке цилиндра, и систему измерения и регистрации давления и температуры, впускная и выпускная дроссельные заслонки снабжены пружинами, а впускной патрубок и переходный канал содержат упоры, ограничивающие вращение дроссельных заслонок.3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что специальный профиль кулачка определяют в полярных координатах системой уравненийгде р и (р - полярные радиус и угол с направлением вращения по часовой стрелке а - большая полуось эллипса, равная радиусу кулачка Ь - малая полуось эллипса, равная радиусу вала газораспределительного механизмаПредлагаемое техническое решение относится к испытаниям тепловых машин, в частности для исследования рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания, и может быть использовано в машиностроении, авто- и тракторостроении.Известна установка для исследования рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания 1, используемая в качестве прототипа заявляемой полезной модели, содержащая цилиндр с перемещающимся в нем поршнем, оптическое окно, тракты впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов, в которой визуализация рабочего процесса осуществляется через крышку цилиндра с прозрачной торцовой стенкой, вследствие чего впуск и выпуск осуществляются через боковую стенку цилиндра, при этом органы газораспределения выполнены в виде возвратно-поступательно движущихся золотников. Недостатком прототипа является то, что из-за используемой схемы газораспределения рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания исследуется недостаточно точно. Кроме того, прототип не содержит средств регистрации наблюдаемого через оптическое окно рабочего процессаИ датчиков давления И температуры в цилиндре, что затрудняет комплексное исследование и анализ рабочего процесса.Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности и информативности исследования рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания.Задача решается следующим образом.Известная установка содержит цилиндр с перемещающимся в нем поршнем, тракты впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов и оптическое окно над цилиндром. В этой установке впуск и выпуск осуществляются через боковую стенку цилиндра.Согласно предлагаемому техническому решению в установке для исследования рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания тракты впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов размещены в установленной на торце цилиндра головке цилиндра с газораспределительным механизмом и содержат впускной и выпускной патрубки соответственно, а также единые для трактов впуска и выпуска клапан и надклапанное пространство, при этом впускной патрубок снабжен впускной дроссельной заслонкой, тракт выпуска снабжен переходным каналом, соединяющим его с надклапанным пространством, и установленной в этом канале выпускной дроссельной заслонкой, вал газораспределительного механизма выполнен с кулачком специального профиля. Оптическое окно установки размещено в цилиндрической трубе, установленной в головке цилиндра и одним торцом выходящей наружу головки цилиндра. Установка снабжена средствами регистрации рабочего процесса. Кроме того, средства регистрации рабочего процесса включают в себя скоростную съемочную камеру, размещаемую над выходящим наружу головки цилиндра торцом цилиндрической трубы, а также датчики давления и температуры, установленные в стенке цилиндра, и систему измерения и регистрации давления и температуры. Впускная и выпускная дроссельные заслонки снабжены пружинами, а впускной патрубок и переходный канал содержат упоры, ограничивающие вращение дроссельных заслонок. Профиль кулачка определяют, например, в полярных координатах системой уравненийь при 5 (р 5 27,1/1 82 0052 (р 2 где р и (р - полярные радиус и угол с направлением вращения по часовой стрелкеЬ - малая полуось эллипса, равная радиусу вала газораспределительного механизмаНа фигуре показана схема общего вида установки для исследования рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания.Установка содержит цилиндр 1 с поршнем 2 и камерой сгорания 3, головку цилиндра(блока цилиндров) 4, в которой размещены вал газораспределительного механизма 5 с кулачком специального профиля 6, толкающим клапан 7. Клапан 7 связан с его узлом перемещения 23, включающим запрессованную в головку цилиндра 4 направляющую втулку,а также пружину и опорную тарелку пружины (на фигуре цифрами не обозначены). Установка также содержит цилиндрическую трубу 8, которая установлена одним торцом с оптическим окном 9 из кварцевого стекла в днище головки, а вторым торцом выходит наружу головки 4. Во впускном патрубке 10 расположена снабженная пружиной (на фи 3гуре не показана) впускная дроссельная заслонка 11 со смещенной относительно оси впускного патрубка 10 осью вращения. Установка имеет выхлопную полость 12 И выпускной патрубок 13, при этом выхлопная полость 12 соединена с надклапанным пространством 14 переходным каналом 15, в котором расположена снабженная пружиной (на фигуре не показана) выпускная дроссельная заслонка 16 со смещенной относительно оси переходного канала 15 осью вращения. Кроме того, установка содержит датчики 17 и 18, установленные в стенке камеры сгорания 3, измеряющие в ней давление и температуру соответственно, регистрируемые аппаратурой 19 а также включает скоростную съемочную фото-,кино- или видеокамеру 20 для регистрации рабочего процесса через окно 9. Вращение впускной дроссельной заслонки 11 и выпускной дроссельной заслонки 16 ограничено упорами 21 и 22 соответственно.Установка работает следующим образом.Регулированием частоты вращения коленчатого вала достигается заданный скоростной режим работы двигателя внутреннего сгорания.На такте впуска при открытом клапане 7 горючая смесь поступает в камеру сгорания 3 через впускной патрубок 10 и открывшуюся за счет разрежения в цилиндре 1 впускную дроссельную заслонку 11, при этом выпускная дроссельная заслонка 16, перекрывая под действием пружины переходный канал 15, исключает проникновение горючей смеси в выпускной тракт, дополнительно упор 22 препятствует открытию (за счет разрежения в цилиндре 1) выпускной дроссельной заслонки 16.Такты сжатия и расширения осуществляются по схеме работы, например, четь 1 рехтактного двигателя внутреннего сгорания при закрытых клапане 7 и дроссельных заслонках 11 и 16.Выпуск отработавших газов из камеры сгорания 3 осуществляется через клапан 7, далее отработавшие газы поступают через открывшуюся под действием их давления вь 1 пускную дроссельную заслонку 16, переходный канал 15 и выхлопную полость 12 в выпускной патрубок 13. В это время впускная дроссельная заслонка 11, продолжая перекрывать под действием пружины и благодаря упору 21 впускной патрубок 10, исключает возможность попадания отработавших газов во впускной тракт двигателя внутреннего сгорания.При заданном режиме работы двигателя внутреннего сгорания производится регистрация процесса сгорания через окно 9 с помощью аппаратуры 20 с частотой, как правило,существенно превышающей частоту вращения коленчатого вала с одновременной регистрацией термодинамических параметров (давление и температура) в камере сгорания 3 с помощью соответствующих датчиков 17 и 18 аппаратурой 19.Как следует из описания работы установки, клапан 7 должен быть открыт во время следующих друг за другом тактов выпуска и впуска, что обеспечивается кулачком специального профиля 6. Профиль кулачка 6 может, в частности, быть сформирован суперпозицией двух профилей кулачка эллиптической формы (с большой полуосью, равной радиусу кулачка а, и малой полуосью, равной радиусу вала газораспределительного механизма Ь),один из которых повернут относительно другого вокруг продольной оси вала газораспределительного механизма на угол (р тс/2. Пусть углу (р О соответствует положение кулачка при максимальном ходе клапана 7 в такте выпуска, равном разности а - Ь, тогда следующий максимальный ход, равный а - Ь, будет при (р 7 с/2 в такте впуска (показан на фигуре). Поскольку предотвращение поступления отработавших газов во впускной патрубок 10 и горючей смеси в выхлопную полость 12 обеспечиваются впускной дроссельной заслонкой 11 с упором 21 и выпускной дроссельной заслонкой 16 с упором 22 соответственно, радиус кулачка в интервале О З (р З тс/2 можно принять постоянным, равным а (что уменьшит износ деталей узла перемещения 23 клапана 7 газораспределительного механизма). Тогда профиль кулачка в полярных координатах определяют системой уравнений (1).