Результат интеллектуальной деятельности: СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОРШНЕЙ ДВУХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к испытательным стендам и может быть использовано преимущественно в ходе научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также в период доводки двигателей внутреннего сгорания для исследования теплового состояния поршней.

Известен стенд для испытания поршня, в котором на основании неподвижно установлен испытуемый поршень и смонтированы электрический нагреватель днища поршня, водяная система охлаждения, масляная система охлаждения днища поршня и система подачи сжатого воздуха. На поршне закреплены датчики, соединенные с измерительной аппаратурой. Внутри испытуемого поршня размещена вставка с каналами с образованием замкнутой полости охлаждения, которая соединена каналом с масляной системой охлаждения, каналами через дозатор - с системой подачи сжатого воздуха, и в одном из каналов установлен ограничитель уровня масла. На свободных концах каналов установлены сопловые наконечники, расположенные ниже уровня масла. Достигается повышение достоверности и точности результатов измерений (авторское свидетельство СССР №1543279 A1, кл. G01M 15/00, опубл. 15.02.1990).

Недостатком является сложность конструкции испытательного стенда и необходимость дополнительной обработки результатов, что повышает трудоемкость процесса испытаний.

Наиболее близким к заявляемому является стенд для исследования тепловых процессов в цилиндропоршневой группе двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с вертикально установленной в нем гильзой цилиндра, исследуемый поршень, опорный палец корпуса для установки поршня и нагреватель. Стенд снабжен двумя парами встречно направленных соосных упоров для имитации действия боковых сил (авторское свидетельство СССР №1693422 A1, кл. G01M 13/00, опубл. 23.11.1991).

Недостатком известного стенда является отсутствие имитации кривошипно-камерной продувки с учетом цикличности процессов газообмена двухтактного двигателя; циклическое воздействие температуры на днище поршня не может имитировать аналогичные процессы нагрева днища поршня, наблюдающиеся в реальном двигателе внутреннего сгорания. Кроме того, для имитации действия боковых сил используется сложная конструкция, включающая дополнительные элементы в виде опорного пальца, переходника, резьбового стержня и пружинного кольца. В результате чего точность испытаний невысока.

Задачей изобретения является повышение точности исследований теплового состояния поршней двухтактных двигателей внутреннего сгорания, а также упрощение конструкции испытательного стенда.

Технический результат - повышение точности исследований теплового состояния поршней двухтактных двигателей внутреннего сгорания, которая достигается моделированием циклического воздействия температуры на днище поршня и его охлаждением, а также имитацией кривошипно-камерной продувки для наиболее точного моделирования процесса газообмена двухтактного двигателя.

Задача решается, а технический результат достигается стендом для исследования теплового состояния поршней двигателей внутреннего сгорания, включающим корпус с установленной в нем гильзой цилиндра, исследуемый поршень и нагреватель. В отличие от прототипа стенд содержит обтюратор в виде диска с равномерно расположенными по его окружности отверстиями, соединенный с электродвигателем и находящийся перед днищем поршня, причем между обтюратором и корпусом расположено графитовое кольцо, систему охлаждения, состоящую из насоса, соединенного через патрубки с рубашкой охлаждения корпуса, систему кривошипно-камерной продувки, состоящую из компрессора, сообщающегося через патрубки с крышкой корпуса, а также расположенный напротив поршня со стороны внутренней поверхности днища тепловизор.

Вдоль боковой поверхности поршня между поршнем и гильзой цилиндра могут быть установлены тензодатчики.

Использование в стенде обтюратора позволяет осуществлять моделирование циклического воздействия температуры на днище поршня и его охлаждения в процессе газообмена с частотой, соответствующей работе двигателя. Охлаждение в процессе газообмена моделируется при помощи системы кривошипно-камерной продувки, состоящей из компрессора, сообщающегося через патрубки с крышкой корпуса. Моделирование процессов, происходящих при воздействии температуры на днище поршня, позволяет повысить точность испытаний теплового состояния поршней двигателей внутреннего сгорания. Из уровня техники не установлено использование отличительных признаков изобретения, направленных на повышение точности испытаний теплового состояния поршней двухтактных двигателей внутреннего сгорания, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан заявляемый стенд в продольном разрезе.

Стенд содержит корпус 1 с установленной в нем гильзой 2 цилиндра, исследуемый поршень 3, нагреватель 4, обтюратор 5 в виде диска с равномерно расположенными по его окружности отверстиями, соединенный с электродвигателем 6 и расположенный перед днищем поршня, графитовое кольцо 7, расположенное между обтюратором и корпусом, систему охлаждения, состоящую из насоса 8, соединенного через патрубки 9 с рубашкой 10 охлаждения корпуса, а также систему кривошипно-камерной продувки, состоящую из компрессора 11, сообщающегося через патрубки 12 с крышкой 13 корпуса, и тепловизор 14, расположенный напротив поршня со стороны внутренней поверхности днища.

Стенд установлен на основании 15. Нагреватель 4 представляет собой газовую горелку, подключенную к газовому баллону 16 через расходомер 17 газа и вентиль 18. Электродвигатель 6 соединен через переходную муфту 19 с валом 20, установленным в подшипник 21, на котором закреплен обтюратор. Позицией 22 обозначены поршневые кольца, позицией 23 - уплотнительная крышка, обеспечивающая герметичность системы охлаждения поршня.

Работа стенда осуществляется следующим образом.

Исследуемый поршень 3 установлен в гильзе 2 цилиндра вместе с поршневыми кольцами 22 на стенде, который закреплен на основании 15.

Нагрев поршня осуществляют при помощи нагревателя 4, который представляет собой газовую горелку, подключенную к газовому баллону 16 через расходомер 17 газа и вентиль 18. Распределение тепловой нагрузки на днище поршня фиксируют с помощью тепловизора 14, который позволяет проводить измерения температуры любых поверхностей в диапазоне от -200 до +1200°С, с разрешающей способностью до 0,1°С и скоростью записи 15…25 кадров/с.

Обтюратор 5 представляет собой диск с отверстиями, расположенными равномерно по его окружности, и служит для пропуска поочередно пламени от нагревателя 4 и охлаждающего воздуха от компрессора 11. Диск обтюратора вращается с заданной частотой, в результате чего происходит циклическое воздействие температуры от нагревателя 4 на поршень 3. Привод обтюратора осуществляется с помощью электродвигателя 6, который соединен через переходную муфту 19 с установленным в подшипник 21 валом 20, на котором закреплен обтюратор. Использование в стенде обтюратора позволяет осуществлять моделирование циклического воздействия температуры на днище поршня и охлаждение его в процессе газообмена с частотой, соответствующей работе двигателя. Графитовое кольцо 7 предназначено для обеспечения минимального зазора между обтюратором 5 и уплотнительной крышкой 23.

Водяное охлаждение поршня обеспечивается за счет насоса 8, соединенного через патрубки 9 с рубашкой 10 охлаждения корпуса 1, воздушное охлаждение поршня обеспечивается с помощью компрессора 11 и патрубков 12, закрепленных в крышке 13 корпуса. Наличие системы кривошипно-камерной продувки позволяет имитировать кривошипно-камерную продувку реального процесса газообмена двухтактного двигателя.

Таким образом, моделирование циклического воздействия температуры на днище поршня и охлаждение его в процессе газообмена с частотой, соответствующей работе двигателя при имитации кривошипно-камерной продувки, позволяет повысить точность исследований теплового состояния поршней двухтактных двигателей внутреннего сгорания.