СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА "ТЕПЛОВОЙ УДАР"

Полезная модель относится к испытательной технике, в частности к стендам для испытания двигателей внутреннего сгорания.
Известен стенд для испытаний на «тепловой удар», содержащий основание, на котором установлен испытываемый двигатель, связанный со стендовой системой охлаждения, горячий контур которой имеет смесительный бак, теплообменник и электромагниты, а холодный контур имеет смесительный бак, кран подачи холодной воды и электромагниты, кроме того, стенд снабжен датчиками температуры, давления, крутящего момента, нагружающим устройством, исполнительными механизмами, блоками управления тормозом, двигателем, клапанами, блоком аварийной защиты (см. НАМИ, Руководящий документ РД 37.001.161-90, Методика ускоренных стендовых испытаний автомобильных двигателей на «тепловой удар», Москва, 1991».
Недостатком указанного стенда является отсутствие возможности проведения испытаний двигателей внутреннего сгорания в расширенном диапазоне режимных параметров (например, избыточном давлении), обусловленное тем, что в качестве охлаждающей жидкости используется вода, которая является фактором, значительно влияющим на коррозию элементов системы и имеет низкую температуру кипения (по отношению к другим охлаждающим жидкостям), кроме того, в ходе испытаний требуется постоянно пополнять водой емкости системы в значительных объемах, чтобы выдерживать условия испытаний, что, в свою очередь требует значительных объемов емкостей воды в контурах системы.
Технический результат заявляемого стенда заключается в расширении возможностей стендового оборудования, за счет обеспечения широкого диапазона параметров цикла при испытании па «тепловой удар»
Технический результат достигается тем, что в стенде для испытания двигателя внутреннего сгорания на тепловой удар, содержащем основание, на котором установлен испытываемый двигатель, связанный со стендовой системой охлаждения, горячий контур которой имеет емкость с охлаждающей жидкостью и теплообменник, а холодный контур - емкость с охлаждающей жидкостью, электромагнитный клапан и кран, стендовая система охлаждения выполнена в замкнутой закрытой схеме и снабжена трехходовыми регулирующими клапанами, один из которых обеспечивает в горячем контуре короткий контур движения охлаждающей жидкости, а в холодный контур введен теплообменник, при этом выходы теплообменников горячего и холодного контуров соединены с циркуляционными насосами, выходы которых соединены с дросселями, а в гидравлической линии связи между теплообменниками установлен регулирующий клапан, емкости с охлаждающей жидкостью холодного и горячего контуров представляют собой соответственно термоизолированный аккумулирующий бак холодной охлаждающей жидкости и термоизолированный аккумулирующий бак горячей охлаждающей жидкости со встроенным подогревателем, кроме того, стендовая система снабжена расширительной емкостью, соединенной с выходом двигателя, дополнительным технологическим оборудованием для автоматического заполнения стендовой системы охлаждающей жидкостью и для автоматического слива охлаждающей жидкости, датчиками уровня, плотности, температуры и давления охлаждающей жидкости, подключенными к локальной системе управления.
При этом дополнительное технологическое оборудование для автоматического заполнения системы охлаждающей жидкостью содержит емкость запаса охлаждающей жидкости, соединенную через перекачивающий насос и обратный клапан с расширительной емкостью, которая снабжена датчиком уровня охлаждающей жидкости и регулируемым перепускным клапаном, а стендовая система охлаждения снабжена фильтрами и ручными кранами с датчиками положения.
Кроме того, стенд дополнительно снабжен охлаждающей установкой, соединенной с гидравлической линией теплообменников.
Такая совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемый стенд, позволяет обеспечить широкий диапазон параметров цикла при испытании двигателя внутреннего сгорания на «тепловой удар» и тем самым значительно расширить возможности стендового оборудования.
При этом наличие трехходовых регулирующих клапанов позволяет определенным образом регулировать потоки охлаждающей жидкости, обеспечивая заданные параметры цикла, наличие циркуляционных насосов позволяет обеспечить максимальную эффективность использования теплообменников для получения заданных параметров цикла, с помощью дросселей регулируется производительность циркуляционных насосов, а регулирующий пропорциональный клапан, установленный в гидравлической связи между теплообменниками обеспечивает наиболее эффективную работу теплообменников.
Термоизолированные аккумулирующие баки с холодной и горячей охлаждающей жидкостью позволяют накопить запас холодной и горячей жидкости, чтобы обеспечить заданные параметры цикла.
Наличие дополнительного технологического оборудования позволяет обеспечить автоматическое заполнение системы охлаждающей жидкостью и ее автоматический слив, а наличие датчиков уровня, плотности, температуры и давления охлаждающей жидкости, подключенных к локальной системе управления, позволяет контролировать работу стендовой системы охлаждения, обеспечивая ее эффективность.
Кроме того, выполнение стендовой системы охлаждения по замкнутой закрытой схеме и наличие дополнительного технологического оборудования позволяют получить дополнительный технический результат, заключающийся в обеспечении экологической безопасности окружающей среды и безопасности работы стендового оборудования.
Анализ известных технических решений по научно-технической и патентной документации показал, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
фиг.1- изображена схема стенда для испытания двигателя внутреннего сгорания;
фиг.2 - схема работы стендовой системы охлаждения при быстром разогреве двигателя на холостом ходу, короткий контур «I»;
фиг.3-то же при разогреве двигателя на номинальном режиме, контуры «I»+«II»;
фиг.4 - то же в режиме максимального охлаждения в фазе «теплового удара»;
фиг.5 - то же в фазе «теплового удара» с регулируемой характеристикой остывания, контуры «III»+«I»;
фиг.6 - то же в завершающей стадии охлаждения, холодный контур «IV».
Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания содержит основание, на котором установлен испытываемый двигатель внутреннего сгорания 1, связанный со стендовой системой охлаждения, которая выполнена по замкнутой закрытой схеме.
Стендовая система включает в себя горячий контур 2, который позволяет поддерживать температуру охлаждающей жидкости на входе и выходе двигателя и холодный контур 3, который позволяет резко понизить температуру охлаждающей жидкости в двигателе и поддерживать ее в дальнейшем.
Горячий контур 2 содержит термоизолированный аккумулирующий бак 4 с подогревом охлаждающей жидкости, который снабжен аварийным клапаном сброса давления, трехходовые регулирующие клапаны 5 и 6, теплообменник 7 выход которого соединен с циркуляционным насосом 8, при этом выход насоса 8 соединен с дросселем 9. Трехходовой регулирующий клапан 5 обеспечивает в горячем контуре 2 короткий контур 10 движения охлаждающей жидкости.
Холодный контур 3 содержит термоизолированный аккумулирующий бак 11 холодной охлаждающей жидкости, конструкция которого выполнена так, что поступающая в емкость теплая жидкость вытесняет холодную не перемешиваясь, трехходовой регулирующий клапан 12, электромагнитный клапан 13, теплообменник 14 выход которого соединен с циркуляционным насосом 15, при этом выход насоса 15 соединен с дросселем 16.
С помощью дросселей 9 и 16 можно регулировать производительность насосов 8 и 15 соответственно. Теплообменники 7 и 14 связаны между собой гидравлической линией 17, в которой установлен регулирующий пропорциональный клапан 18, предназначенный для наиболее эффективной работы теплообменников 7 и 14.
Стендовая система снабжена расширительной емкостью 19 (наивысшая точка системы), соединенной с выходом двигателя 1. Расширительная емкость 19 снабжена датчиком уровня 20 и регулируемым перепускным клапаном 21.
Стендовая система снабжена дополнительным технологическим оборудованием для автоматического заполнения системы охлаждающей жидкостью и для автоматического слива охлаждающей жидкости, содержащим емкость 22 запаса охлаждающей жидкости, соединенную с расширительной емкостью 19 через перекачивающий насос 23 и обратный клапан 24, предотвращающий слив охлаждающей жидкости из системы в емкость 22 при повышении давления в системе. Емкость 22 имеет датчик уровня 20 и датчик плотности 25. Система снабжена клапаном 26, посредством которого удаляется воздух из системы.
При необходимости, для глубокого охлаждения воды в теплообменниках 7 и 14, стендовая система дополнительно снабжена охлаждающей установкой 27, соединенной с гидравлической линией теплообменников 7 и 14.
Стендовая система снабжена фильтрами 28 и 29. Фильтр 28 установлен в гидравлической линии основного оборудования, а фильтр 29 - в гидравлической линии дополнительного оборудования. Фильтры 28 и 29 имеют систему контроля засорения фильтра.
Стендовая система снабжена ручными кранами с датчиками положения: краны 30 и 31 предназначены для заполнения внутренней системы охлаждения двигателя из расширительной емкости 19; кран 32 - для слива жидкости из двигателя 1; кран 33 - для регулировки скорости наполнения емкости 22 при сливе жидкости из системы; краны 34 и 35 установлены в гидравлической линии дополнительного технологического оборудования, связывающей емкость 22 с расширительной емкостью 19; кран 36 - для слива жидкости из емкости 22 в специальную емкость; краны 37 и 38 отсекают холодный контур 3 для обеспечения обычных испытаний двигателя 1; краны 39, 40 и 41 - для подключения и отключения охлаждающей установки 27.
В качестве охлаждающей жидкости используют раствор этиленгликоля.
В состав системы входят ультразвуковые датчики 42 и 43 расхода охлаждающей жидкости, датчики температуры 44 и датчики давления 45.
Датчики температуры 44, датчики давления 45, датчики уровня 20 и датчики плотности 25 подключены к локальной системе управления. Информация с необходимых для ведения испытаний датчиков выводится на экран монитора стенда. Управление клапанами дополнительного оборудования производится локальной системой управления по своей программе, которая использует данные с датчиков локальной системы, а также данные с датчиков стенда в целом.
Стендовая система может быть снабжена датчиком 46 наличия выхлопных газов в охлаждающей жидкости системы с выходом па контроллер системы управления дополнительным оборудованием.
Стенд работает следующим образом.
Для заполнения стендовой системы охлаждения (далее - система) необходимо закрыть краны 31 и 30, 32, 33, и 36. Все остальные краны (34, 35, 37, 38, 39, 40 и 41) и электромагнитный клапан 13 открыты. Система заполняется раствором этиленгликоля (далее - охлаждающая жидкость) через емкость 22. Контроль заполнения осуществляется датчиком уровня 20, а датчиком плотности 25 и датчиком температуры 44 осуществляется контроль плотности и температуры охлаждающей жидкости. Данные с датчиков передаются в систему управления и отображаются на экране монитора. При несоответствии плотности охлаждающей жидкости на мониторе появится соответствующий сигнал.
При соответствии плотности охлаждающей жидкости заданному значению включается перекачивающий насос 23 и начинается заполнение системы. Охлаждающая жидкость из емкости 22 поступает в систему через фильтр 29, обратный клапан 24, расширительную емкость 19 и фильтр 28, при этом через воздуховод, расположенный выше верхней точки системы и включенный клапан 46 из системы удаляется воздух. Заполнение системы контролируется датчиком уровня 20, расположенным в емкости 19.
После заполнения системы с установкой двигателя (краны 31 и 30 открыты) охлаждающая жидкость прокачивается по системе включением на определенное время насосов 8 и 15, после чего насосы отключаются и проверяется уровень жидкости в емкости 19. если уровень ниже нормы, то производится доливка в систему из емкости 22 включением насоса 23. Долить охлаждающую жидкость в систему из емкости 22 можно также после остановки испытания или смене испытываемого двигателя при наличии повышенного давления в системе.
Для полной смены охлаждающей жидкости в системе нужно открыть краны 33 и 36, при этом кран 35 закрыт. Краном 33 регулируется скорость наполнения емкости 22. Насос 23 перекачивает слившуюся жидкость из системы в емкость 22 через кран 36 в специальную емкость. При этом краны электромагнитный клапан 13 и все краны системы открыты. Элементы системы выполнены так, чтобы охлаждающая жидкость не оставалась в элементах системы и в системе в целом при опустошении.
После установки двигателя 1 открывают краны 30 и 31, при этом заполняется внутренняя система охлаждения двигателя 1 из расширительной емкости 19. Включением насоса 23 доливают охлаждающую жидкость из емкости 22 до требуемого уровня в емкости 19. Затем включают двигатель 1 на холостом ходу, при этом клапаны 5 и 6 включены так, чтобы обеспечить короткий контур 10 движения охлаждающей жидкости через двигатель 1 для быстрого его разогрева. Насосы 8 и 15 обеспечивают постоянный поток охлаждающей жидкости через теплообменники 7 и 14. Клапан 12 поддерживает температуру охлаждающей жидкости в емкости 11 на уровне 18С° (см. фиг.2).
Когда температура охлаждающей жидкости в коротком контуре 10 достигнет требуемой величины, клапан 5 приоткроется в сторону теплообменника 7 и охлаждающая жидкость в коротком контуре 10 начнет частично смешиваться с жидкостью из контура теплообменника 7, тем самым будет поддерживаться температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя 1 в заданном диапазоне. После прогрева двигателя 1 (температура масла в двигателе 85С°) двигатель 1 переводят в номинальный режим. Температуру охлаждающей жидкости на выходе из двигателя поддерживают дальнейшим открыванием клапана 5 (см. фиг.3)
После окончания прогрева двигателя 1 на номинальном режиме, осуществляется переход на интенсивное охлаждение двигателя 1. двигатель 1 переводится в режим холостого хода или полного останова. Далее клапаны 5, 6 и 12 полностью открываются, чтобы обеспечить максимальный быстрый поток холодной охлаждающей жидкости из емкости 11 в испытываемый двигатель 1. Клапан 13 закрывается, тем самым подключается холодный контур 3. Вытесненная из двигателя 1 горячая жидкость частично охлаждается в теплообменниках 7 и 14 и вытесняет, не перемешиваясь, холодную охлаждающую жидкость из емкости 11. Насос 15 обеспечивает движение охлаждающей жидкости через двигатель 1 при его останове (см. фиг.4).
Управляемое охлаждение двигателя 1 можно обеспечить клапаном 5 частично закрывая короткий контур 10, обеспечивая требуемую скорость остывания двигателя 1 (см. фиг.5).
После того как температура охлаждающей жидкости на выходе теплообменника 14 станет достаточно низкой, клапан 12 переключает поток охлаждающей жидкости, минуя емкость 11 (см. фиг.6).
Далее вновь начинается разогрев двигателя 1 и повторяются процессы разогрева-охлаждения в соответствии с циклом испытаний.
Продолжительность испытаний 450…900 часов (определяется перед испытаниями). Длительность включения режимов обеспечивает достижение температуры охлаждающей жидкости: в горячем режиме - не менее 95°С (с возможным увеличением температуры до 132°С - определяется объектом и условиями испытаний), в холодном режиме - в пределах 24…28°С (с возможным уменьшением температуры до 18°С.
Заявляемое техническое решение позволяет расширить возможности стендового оборудования, за счет обеспечения широкого диапазона параметров цикла при испытании на «тепловой удар»
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании.