СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ КОМПРЕССОРА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к стендам для испытаний и может быть использована при исследовании совместной работы компрессоров агрегатов наддува и многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Заявляемая полезная модель может найти широкое применение при испытании компрессоров многоцилиндровых ДВС в общем и энергетическом машиностроении.
Для определения основных технических показателей ДВС используют специальные испытательные стенды, оборудованные различными устройствами и измерительной аппаратурой.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания. Стенд содержит входную и выходную магистрали, регулируемый источник газового потока с регулируемым приводом, выполненным в виде технологического компрессора, испытуемый турбокомпрессор с системой смазки и охлаждения, устройство для создания пульсаций газового потока и регулируемый дроссель. В качестве регулируемого привода используется ДВС со струйным смесителем, установленным между регулируемым дросселем и отводным патрубком. Стенд снабжен модулем аналогового ввода, коммутатором, блоком обработки информации, преобразователем интерфейса, устройством вывода информации, запоминающим устройством, датчиками частоты вращения ротора турбокомпрессора и технологического компрессора, датчиками давления и температуры газового потока. Датчики давления и температуры установлены на входе и выходе в компрессор испытуемого турбокомпрессора, на входе и выходе технологического компрессора, на входе и выходе турбины компрессора. Датчики расхода воздуха установлены на выходе из компрессора и на выходе из ДВС, причем все датчики давления, температуры, расхода воздуха и частоты вращения соединены через модуль аналогового ввода и коммутатор с блоком обработки информации, который соединен с запоминающим устройством и через преобразователь интерфейса с устройством вывода информации (патент RU № 2495394, МПК G01M 15/00, опубликованный 10.10.2013).
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком стенда по прототипу является ограниченная функциональность ввиду того, что данное техническое решение направлено преимущественно на измерение, регистрацию и обработку массивов данных контролируемых параметров, В го же время существует объективная необходимость регулирования расхода, давления и температуры наддувочного воздуха во время испытаний, поскольку эта параметры оказывают существенное влияние на режимы совместной работы агрегатов наддува и ДВС.
Техническим результатом предлагаемого стенда является расширение функциональных возможностей для регулирования и поддержания в заданном диапазоне параметров наддувочного воздуха. Расширение функциональных возможностей выражается в том, что помимо измерения, регистрации и обработки массивов данных контролируемых параметров, есть возможность осуществлять настройку и подбор характеристик компрессора агрегатов наддува для совместной работы с ДВС в зависимости от давления наддува, температуры и расхода наддувочного воздуха.
Технический результат достигается тем, что стенд для испытания компрессора ДВС содержит технологический компрессор, служащий источником наддувочного воздуха, датчики давления и температуры, установленные на выходе технологического компрессора, коммутатор, блок обработки информации, запоминающее устройство и устройство вывода информации. Новым является то, что дополнительно введены одноцилиндровая установка ДВС, ресиверы с функцией снижения пульсаций давления и поддержания объема наддувочного воздуха, расширительная емкость, фильтр предварительной очистки наддувочного воздуха, осушитель рефрижераторного типа, фильтр тонкой очистки наддувочного воздуха, микрофильтр, расходомер объемного типа, контроллер управления технологическим компрессором, датчики давления и температуры наддувочного воздуха на входе и выходе расходомера, блоки регулирования температуры и давления наддувочного воздуха, причем блок регулирования температуры содержит регулирующий электромагнитный клапан, перепускной клапан, фильтр, насос с приводом от электродвигателя, и связанный с блоком бак с трубчатыми электрическими нагревателями и контроллер с функцией управления клапаном, а блок регулирования давления содержит контроллер с функцией управления клапанами с мембранным приводом через пропорциональный клапан, при этом ресиверы установлены как на входе блока, так и на выходе из него, при этом датчики измерения температуры и давления установлены на входе одноцилиндровой установки ДВС.
Датчики и клапаны блоков регулирования температуры и давления наддувочного воздуха обеспечивают регулирование давления s пределах от 1 до 8 бар и температуры от 20 до 80°C.
Поддержание давления с точностью ±0,01 бар и температуры с точностью ±1°C обеспечивается соответствующими контроллерами, на которые поступают сигналы от  датчиков давления и температуры. Контроллеры выдают сигнал на соответствующие электроприводы, которые открывают или закрывают клапаны.
Ресиверы и расширительная емкость служат для снижения пульсаций давления и поддержания объема наддувочного воздуха, что также обеспечивает регулирование и точность поддержания давления и температуры наддувочного воздуха.
Фильтр предварительной очистки наддувочного воздуха, фильтр тонкой очистки наддувочного воздуха, микрофильтр и осушитель рефрижераторного типа обеспечивают качество наддувочного воздуха. В баке с трубчатыми электрическими нагревателями нагревают воду и подают насосом через регулирующий клапан с электроприводом в воздухо-водяной теплообменник, что обеспечивает нагрев воздуха, при этом поддержание заданной температуры осуществляют увеличением или уменьшением потока нагретой воды. Нагрев воздуха необходим для исследования и настройки параметров совместной работы ДВС с агрегатами наддува.
Так как расход наддувочного воздуха определяет режимы совместной работы агрегатов наддува наряду с давлением и температурой, то для более точной настройки и подбора компрессора используют расходомер наддувочного воздуха объемного типа. Причем датчики температуры и давления, установленные на входе и выходе расходомера, позволяют рассчитать массовый расход топлива, необходимый для определения коэффициента избытка воздуха.
в
k
Совокупность заявленных существенных признаков обеспечивает постоянство давления и температуры наддувочного воздуха за счет датчиков и исполнительных механизмов (клапанов) с электроприводами, которыми управляют соответствующие контроллеры, что позволяет в комплексе с одноцилиндровой установкой ДВС исследовать характеристики и режимы совместной работы компрессора агрегатов наддува и ДВС и строить характеристику расхода воздуха G в функции степени повышения давления π:
в
k
G=f(π)
На основе построенной характеристики можно подобрать компрессор агрегата наддува для многоцилиндрового ДВС, что в значительной мере упрощает подбор агрегатов наддува и определение характеристик их совместной работы с многоцилиндровым ДВС.
Совокупность заявленных существенных признаков обеспечивает соответствие полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Заявляемая полезная модель представлена на следующих графических изображениях:
На фиг. 1 - принципиальная схема системы воздухоснабжения и наддува одноцилиндровой установки ДВС;
На фиг.. 2 - принципиальная схема блока регулирования давления наддувочного воздуха на фиг. 1;
На фиг. 3 - принципиальная схема блока регулирования температуры наддувочного воздуха на фиг. 1.
Стенд для испытания компрессора ДВС (фиг. 1-3) содержит технологический компрессор 1, служащий источником наддувочного воздуха, ресивер 2, предназначенный для снижения пульсаций давления и поддержания объема над дувочного воздуха, фильтр 3 предварительной очистки, осушитель 4 рефрижераторного типа, фильтр 5 тонкой очистки, микрофильтр 6, блок 7 регулирования давления, состоящий из клапанов 8, 10 с мембранными приводами 9, 11 и позиционерами (не показаны), пропорционального клапана 12 и контроллера 13, ресивер 14, датчик 15 температуры, датчик 16 давления наддувочного воздуха на входе в расходомер 17 объемного типа, датчик 18 температуры, датчик давления 19 наддувочного воздуха на выходе из расходомера, блок 20 регулирования температуры, состоящий из водо-воздушного теплообменника 21, датчика 22 температуры наддувочного воздуха, регулирующего электромагнитного клапана 23, перепускного клапана 24, фильтра 25, насоса 26 с приводом от электродвигателя 27, бака 28, трубчатых электрических нагревателей 29, температурного реле 30 с датчиком температуры 31, контроллера 32, датчика 33 температуры, датчика 34 давления наддувочного воздуха на входе в одноцилиндровую установку 35, расширительную емкость 36, контроллер 37 управления технологическим компрессором, контроллер 38 управления устройствами системы и обработки данных, электрические кабели 39.
Стенд для испытания компрессора ДВС работает следующим образом.
Наддувочный воздух от технологического компрессора 1 поступает в ресивер 2, далее через фильтр 3 предварительной очистки - в осушитель 4 рефрижераторного типа, который осушает его до влажности, соответствующей точке росы при заданных условиях. Фильтр 5 тонкой очистки и микрофильтр 6 удерживают частицы масла и твердые частицы. После очистки и осушения сжатый воздух поступает в блок 7 регулирования давления. Контроллер 13 подает электрический сигнал на пропорциональный клапан 12, тем самым открывает или закрывает его в зависимости от требуемого давления. Воздух от пропорционального клапана 12 поступает на мембранные приводы 9,11 клапанов 8,10. За счет применения клапана 10 с меньшим проходным сечением, чем у клапана 8, регулирование давления происходит с точностью до ±0,01 бар. Из блока 7 регулирования давления наддувочный воздух поступает в ресивер 14 и расходомер 17. Датчики 15, 18температуры и датчики 16, 19 давления на входе и выходе из расходомера 17 используют для расчета массового расхода воздуха. В водо-воздушном теплообменнике 21 наддувочный воздух нагревают до необходимой температуры. Нагрев воздуха осуществляют горячей водой, которую нагревают трубчатыми электрическими нагревателями 29 в баке 28 и подают насосом 26 с приводом от электродвигателя 27 в водяной контур теплообменника 21. Управление нагревателями 29, регулирование и поддержание температуры воды производят температурным реле 30 с датчиком 31 температуры. Датчик 31 температуры измеряет температуру воды в баке 28 и подает сигнал на включение или отключение нагревателей 29. Регулирование температуры воздуха производят контроллером 32, который соединен с датчиком 22 температуры наддувочного воздуха и электромагнитным клапаном 23. В зависимости от заданной температуры воздуха, которую измеряют датчиком 22, контроллер 32 выдает электрический сигнал на открытие или закрытие клапана 23, который регулирует поток горячей воды в водяном контуре теплообменника 22. Фильтр 25 используют для предотвращения попадания твердых частиц в теплообменник. При закрытом клапане 23 или засоренном фильтре 25 вода сливается в бак 28 через перепускной клапан 24. Таким образом, блок 20 обеспечивает регулирование температуры наддувочного воздуха на входе в одноцилиндровую установку с погрешностью ±1°С. Дополнительно температуру и давление наддувочного воздуха на входе в одноцилиндровую установку 35 контролируют датчиком 33 температуры и датчиком 34 давления. Расширительную емкость 36 используют для создания пульсаций наддувочного воздуха на входе в одноцилиндровую установку, и таким образом, имитируют колебания давления во впускном коллекторе многоцилиндрового ДВС. Контроллер 37 управляет технологическим компрессором 1 и соединен с контроллером 38. Контроллер 38 собирает данные с датчиков 15, 18, 33 температуры и датчиков 16, 19, 34 давления по электрическим кабелям 39, управляет исполнительными устройствами системы, контроллером 13 блока регулирования давления, контроллером 32 блока регулирования температуры, контроллером 37 технологического компрессора и содержит блок обработки данных, устройство вывода информации и запоминающее устройство (не показаны).
Заявляемая полезная модель прошла испытания в качестве опытного образца, о чем составлен соответствующий акт. Стенд для испытаний компрессора ДВС предназначен для использования в промышленных условиях и изготавливается в промышленных условиях, что позволяет считать заявленную полезную модель соответствующей критерию патентоспособности «промышленная применимость».