Способ точного определения объёмов полостей сложной формы
METHOD FOR ACCURATELY DETERMINING THE VOLUME OF INTRICATE-SHAPED CAVITIES

Предложенный способ относится к технике измерения объемов камер сложной конфигурации в полых изделиях, которые имеют открытые поверхности измеряемых камер, предназначен для того, чтобы точно и быстро измерять простыми средствами объем любой такой камеры в любом полом изделии, и может использоваться в любой области народного хозяйства и техники, но преимущественно предназначен для измерения объемов камер сгорания в двигателестроении и энергетическом машиностроении, так как в поршневых ДВС используются преимущественно открытые камеры сгорания (КС) указанного типа. Например, как в форме отдельных объемов, составляющих сложные полости, такие как камеры сгорания (КС) в поршнях поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), КС для ДВС в головках блоков цилиндров в сборе и объемные составные КС для ДВС в сборе.
Общеизвестны способы расчетно-аналитического определения объемов изделий и полостей в них с помощью Систем и Программ автоматического конструирования, таких как АУТОКАД или КОМПАС, в которых есть функция «рассчитать объем» для разработанного чертежа детали или изделия. Я не привожу названия модификаций программ, так как их великое множество, но, однако, расчет объемов в них производится обычно методом разбиения полости расчетного тела на конечное число простых геометрических фигур и вычисление их общего объема, это называется метод конечных элементов. В некоторых программах можно вычислить разбег объемов с учетом допусков на технологические отклонения при изготовлении, но при этом сложно предсказать каков будет объем реальной полости в детали после ее изготовления, а только можно указать в каких пределах он может изменяться.
Основным недостатком такого метода является вероятностная модель распределения реальных объемов КС в двигателе, что не приемлемо для расчета и выявления причины таких свойств двигателя, как пусковые качества ДВС, термодинамические и газообменные процессы в каждом из конкретных цилиндров, что может, например вызвать перегрев, снижение эффективности работы или другие отклонения в реальной работе отдельного цилиндра ДВС, но при этом сложно разделить и выявить реальные причины неурядиц, которые могут быть связаны то ли с разбегом реальной формы, геометрией и объемом отдельных КС в ДВС, получаемой при используемой технологии изготовления, то ли с динамической неравномерностью распределения топливно-воздушной смеси во впускном коллекторе, то ли с другими причинами. Для исключения влияния отдельных факторов, таких как реальные форма и объем отдельных КС в ДВС в сборе в разных цилиндрах и состояние, форма и реальный объем отдельных ее частей в каждом конкретном цилиндре ДВС, необходимо точно знать эти параметры, что позволяет рассчитать геометрическую степень сжатия в конкретном цилиндре, предсказать геометрические рабочие объемы цилиндров, их отдельных частей, измеряемых камер, а также параметры КС в сборе каждого цилиндра предсказать расчетные объемы рабочего тела в КС и их изменение во время цикла работы поршневого ДВС.
Известен способ определения емкости стеклянных сосудов, в котором при помощи прибора (10) компьютерной рентгеновской томографии получают несколько рентгеновских изображений (I) сосуда под разными углами проекции (см. патент РФ RU 2730437 С2, Патентообладатель ТИАМА (FR), Дата публикации 10.07.2020 Бюл. №19). Согласно описания изобретения анализируют томографические рентгеновские изображения, чтобы построить цифровую модель (М) сосуда на основании рентгеновских изображений; определить внутреннюю поверхность (Sf) цифровой модели сосуда; путем вычисления измерить внутренний объем цифровой модели сосуда, ограниченный внутренней поверхностью (Sf) цифровой модели, и это измерение является емкостью сосуда. Технический результат: обеспечение возможности точного и быстрого определения емкости стеклянных сосудов.
Этот метод позволяет определить внутренний объем сосуда любой формы. Но опять же объем вычисляется по отдельным томографическим плоским изображениям и точность вычисления объема определяется количеством этих изображений и вычисления объема методом конечных элементов. Метод требует сложного оборудования для получения томографических плоских изображений внутренней полости и больших вычислительных возможностей для точного вычисления объема полости.
Известен способ определения объема полых изделий (см. а. с. СССР SU 95057 А, Авторы: Прытков Б.И. и Ронжин И.А., опубликовано: 01.01.1953) путем заполнения проверяемой полости рабочей средой и последующего измерения ее объема. При использовании этого способа для определения объема, например, камер сгорания головок цилиндров двигателей в качестве среды для заполнения камер применяют масло или мелкие шарики. Камеру сгорания плотно закрывают прозрачной плитой-крышкой, снабженной градуированной стеклянной трубкой. Затем через стеклянную трубку в камеру заливают масло, количество которого заранее отмерено мензуркой. О действительном объеме камеры судят по установившемуся в градуированной трубке уровню масла.
Такой способ определения объема полых изделий, например, камер сгорания, имеет ряд недостатков. При заливке масла образуются воздушные пузырьки, устранение которых занимает длительное время, замер каждой камеры производится отдельно, после каждого замера необходимо сливать масло и промывать изделие, точность замера недостаточна и нестабильна.
Известен (см. а. с. СССР SU 103510, автор М.И. Мигунов, Дата публикации заявки 21.02.1956 Бюл. №19) способ работы устройства для измерения объемов полостей деталей, например, камер сгорания автотракторных и авиационных двигателей путем вытеснения и заполнения их жидкостью снизу - вверх измерительными плунжерами, на полость которой устанавливается плита-крышка, к которой присоединены измерительные плунжеры и градуированные измерительные трубки.
Способ измерения объемов полостей деталей происходит путем вытеснения мерной жидкости измерительными плунжерами в градуированные трубки и имеет низкую точность.
Этот способ имеет наибольшее количество общих действий и решает аналогичную техническую задачу, по этой причине мы принимает его качестве прототипа.
Технической задачей предложения является создание универсального способа точного измерения объемов внутренних камер полых изделий и точное определение объемов открытых полостей любой сложной формы.
Техническими результатами предложения будут упрощение подготовки к измерению, простота и легкая доступность для понимания низкоквалифицированных работников последовательность действий способа, повышение точности и стабильности измерений, а также простота, технологичность, дешевизна и доступность используемых материалов и измерительных устройств.
Техническая задача, решается тем, что выполняются следующие действия предложенного способа:
1. Способ точного определения объемов полостей сложной формы, включающий установку полого изделия 2 заданным образом в пространстве, перекрытие открытой поверхности его внутренней камеры 3 плитой-крышкой 4, снабженной входом 5 для мерной жидкости из мерного устройства, выполненным в виде сквозного отверстия, расположенного на ее верхней поверхности, и установку над ним заливного объемного мерного устройства 6 с регулируемым выходом, отличающийся тем, что в качестве мерной жидкости, предназначенной для заполнения мерного устройства, выбирают воду, плиту-крышку 4 выполняют прозрачной, дополнительно гидрофобизирующим составом 7 обрабатывают, по меньшей мере, внутреннюю поверхность измеряемой камеры 3 полого изделия 2 рабочие поверхности прозрачной плиты-крышки 4 и отверстия входа 5, после чего, сопрягая между собой полое изделие 2 и прозрачную плиту-крышку 4, перекрывают прозрачной плитой-крышкой 4 открытую внешнюю часть и плоский периметр открытой части внешней поверхности входных окон внутренней измеряемой камеры 3 полого изделия 2 и их все вместе с окном входа 5 для мерной жидкости из мерного устройства 6 устанавливают строго горизонтально, отверстие входа 5 для мерной жидкости из заливного объемного мерного устройства 6 в прозрачной плите-крышке 4 выполняют в виде отверстия большего размера, чем размер отверстия выхода заливного объемного мерного устройства 6, и размещают его над ее верхней поверхностью с возможностью свободного доступа к отверстию входа 5 мерной жидкости из выхода мерного устройства 6, и дополнительно прозрачную плиту-крышку 4 снабжают компенсирующими средствами 9, выполненными с возможностью сообщения с окружающей средой, передачи ее давления воде в измеряемой камере 3 и удержания ее менисков в ее зазорах, проходах и отверстиях только силами поверхностного натяжения воды, затем весь комплект средств для измерения объемов камер вместе с полым изделием термостабилизируют до достижения одинаковой температуры полым изделием 2, прозрачной плитой-крышкой 4 и заполненным водой заливным объемным мерным устройством 6, а после выравнивания температур начинают заполнение измеряемой камеры 3 полого изделия 2 из выхода заливного объемного мерного устройства 6 ламинарной струей воды с поперечным сечением, меньшим чем размер отверстия входа 5, затем при появлении возможности и/или появлении воздушных пузырей в застойных зонах добиваются их удаления путем изменения пространственного положения полого изделия 2 и заполнения скрытых застойных частей камеры 3 водой, избегая проливания имеющейся в камере 3 воды, после полного удаления пузырей из застойных зон, повторно выставляют горизонтально прозрачную плиту-крышку 4, сопряженную с открытой поверхностью полого изделия 2, и ее отверстие входа 5 горизонтально, далее продолжают заполнение камеры 3 водой из заливного объемного мерного устройства 6 до ее полного заполнения, контроль заполнения ведут визуально до полного удаления центрального воздушного пузыря, до полного заполнения неперекрытых прозрачной плитой-крышкой 4 компенсирующих средств 9 и до сопряжения в них поверхностей менисков воды и периметра их открытых отверстий и их продолжения воображаемой поверхности полого изделия 2 на их месте, входящих в объем измеряемой камеры, горизонтальных компенсирующих средств и до сопряжения в них поверхностей менисков воды и периметра их открытых отверстий, после чего в заливном объемном мерном устройстве 6 устанавливают с заданной точностью окончательный результат измерения объема вытекшей воды, полностью соответствующий объему измеряемой камеры 3 полого изделия 2.
2. Способ точного определения объемов полостей сложной формы по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно прозрачную плиту-крышку снабжают компенсирующими средствами 9, выполненными с возможностью сообщения с окружающей средой и передачи ее давления воде, в виде незакрытого прозрачной плитой-крышкой 4, по меньшей мере, одного горизонтального компенсационного щелевого зазора между полым изделием 2 и прозрачной плитой-крышкой 4, и/или, по меньшей мере, одного компенсирующего контрольного отверстия 9а и/или, по меньшей мере, одного вертикального компенсационного щелевого зазора 9б между полым изделием 2 и прозрачной плитой-крышкой 4, выполненного с возможностью доступа воздуха из окружающей среды и удержания воды 8 на входе в него только силами поверхностного натяжения воды.
3. Способ точного определения объемов полостей сложной формы по п. 1, отличающийся тем, что прозрачную плиту-крышку 4 выполняют в виде крышки 4а с боковинами и устанавливают с возможностью перекрытия боковинами вертикальных проходов, выполненных с размерами, превышающими возможность удержания воды в них только силами поверхностного натяжения воды, и дополнительно крышку снабжают компенсирующими средствами, выполненными с возможностью сообщения с окружающей средой и передачи ее давления воде в измеряемой камере, по меньшей мере, в виде одного бокового компенсирующего контрольного отверстия 9а, расположенного в верхней части боковой поверхности крышки.
4. Способ точного определения объемов полостей сложной формы по п. 1, отличающийся тем, что прозрачную плиту-крышку 4 выполняют в виде крышки 4а с боковинами и устанавливают с возможностью перекрытия боковинами вертикальных проходов, выполненных с размерами, превышающими возможность удержания воды в них только силами поверхностного натяжения воды, дополнительно крышку снабжают компенсирующими средствами, выполненными с возможностью сообщения с окружающей средой и передачи ее давления воде в измеряемой камере, в виде вертикального компенсационного зазора 9б между полым изделием 2 и боковиной крышки, расположенного за пределами сопряженных поверхностей вертикальных проходов между полым изделием и боковиной крышки и выполненного с радиальными размерами, превышающими размер полого изделия на радиальную величину вертикального компенсационного зазора 9б, выполненного с возможностью доступа воздуха и удержания воды в нем только силами поверхностного натяжения воды.
В качестве мерной жидкости, предназначенной для заполнения мерного устройства, выбирают воду. Вода выбрана в качестве мерной жидкости, потому что она имеет высокую текучесть, низкую вязкость, наиболее дешева, доступна и широко распространена на Земле, а также потому, что для нее легко найти и подобрать дешевый гидрофобизирующий состав, совместимый с эксплуатационными требованиями ДВС, что позволяет значительно упростить и удешевить процесс измерений. При этом из любой открытой камеры полого изделия вода легко удаляется при нагревании и интенсивном обдуве, что позволяет быстро привести камеру в полом изделии в первоначальное сухое состояние и повторить точное измерение объема.
Закрытой внутреннюю камеру 3 полого изделия 2 следует называть внутреннюю камеру полого изделия 2, не имеющую сообщения с внешней средой и закрытую от нее одной или несколькими деталями со всех сторон.
Открытой простой или сложной поверхностью внутренней камеры 3 полого изделия 2, следует считать гипотетическую поверхность, проходящую через внешний край соответствующего отдельного простого, плоского или сложного, составного цилиндрического или имеющего иную форму отверстия внутренней камеры 3, которая является продолжением реальной поверхности полого изделия 2 и которую можно перекрыть, по меньшей мере, одной плоской плитой-крышкой 4 или пространственной крышкой 4а с боковинами. Под окном отверстия внутренней камеры 3 понимается гипотетическая внешняя линия пересечения внешней поверхности полого изделия 2 и поверхности внутренней полости измеряемой камеры, проходящая по всему краю рассматриваемого простого или сложного, составного отверстия внутренней камеры 3.
Таким образом окно может состоять из нескольких частей, одна часть из которых может быть выполнена в виде простой пространственной фигуры и перекрыта самой простой плоской плитой-крышкой 4, например, такая как измеряемая сферическая КС, которая сопряжена по краю простой линией окружности с плоской головкой поршня и плитой-крышкой 4, а в более сложном случае когда имеются другие остальные части, например, такие как вертикальный проход и цилиндрические выточки под клапана или другие изделия вспомогательного оборудования 11 КС в сборе (см. Фиг. 1-4), расположенные там же, но имеющие не только плоские части, но и сложные по форме, получаемые воображаемым пересечением реальной внешней поверхности цилиндрического полого изделия (поршня), вертикального прохода и выточек под вспомогательное оборудование 11 или их имитаторы в полом изделии 2, выходящие за пределы цилиндрической поверхности поршня по ее внешнему периметру, которые создают периметр окон и могут при этом оставаться открытыми. Также все части от совокупности состоящих из частей ряда окон от других отверстий, расположенные соответственно по воображаемым (гипотетическим) поверхностям основной плоской части и по дополнительным сложным по форме частям, получаемым при пересечении указанных пространственных фигур в виде пространственного периметра, состоящего из ряда частей соответствующих окон, расположенных на цилиндрической боковой поверхности и получаемых от пересечения выходящих на указанную поверхность взаимосвязанных частей воображаемых (гипотетических) пространственных тел (цилиндров, конусов, параллелепипедов, призм, других многогранников и т.д.) в виде выточек от разных по форме отверстий и проходов полого изделия 2 для изделий вспомогательного оборудования 11 КС в сборе, которые входят как части в периметр окон и могут быть перекрыты одной пространственной крышкой 4а с боковинами.
Также все части, входящие в совокупность, пространственного составного периметра, состоящего из ряда сопряженных частей, то есть окон от других отверстий, расположенных соответственно по воображаемым (гипотетическим) поверхностям основной плоской части и по дополнительным сложным по форме частям, получаемым при пересечении указанных пространственных фигур составляющих пространственный периметр окон, состоящий из ряда соответствующих частей, расположенных на цилиндрической боковой поверхности полого изделия 2 и получаемых от пересечения выходящих на указанную поверхность взаимосвязанных частей воображаемых (гипотетических) пространственных тел (цилиндров, конусов, параллелепипедов, призм, других многогранников и т.д.) в виде выточек от разных по форме отверстий и проходов полого изделия 2, которые входят как части в периметр окон и могут быть перекрыты одной пространственной крышкой 4а с боковинами.
Под окном одного отверстия понимается гипотетическая внешняя линия открытой части отверстия камеры 3, проходящая по всем краям рассматриваемого простого или сложного составного отверстия внутренней измеряемой камеры 3 и получаемая пересечением отверстия камеры и внешней поверхности полого изделия 2. Таким образом окно может состоять из нескольких частей, одна часть из которых может быть перекрыта самой простой плоской плитой-крышкой 4, например, такой как сопряженная по краю сферической КС с плоской головкой поршня, а остальные части, например, выточки под клапана, расположенные там же, но имеющие не только плоские части, но и сложные по форме, получаемые воображаемым пересечением реальной внешней поверхности полого изделия 2 (поршня) и выточек под клапаны и другие изделия вспомогательного оборудования 11 КС в сборе, выходящие за пределы цилиндрической поверхности полого изделия 2, например, поршня по ее внешнему периметру, которые могут при этом оставаться открытыми и создавать горизонтальные компенсационного зазоры компенсирующих средств 9.
Плиту-крышку 4 или крышку 4а с боковинами выполняют прозрачной по той простой причине, чтобы постоянно иметь возможность визуального контролирования процесса заполнения водой измеряемой камеры 3 по величине и форме центрального пузыря, а также визуальное контролирование процесса ведут по величине и форме менисков воды в окнах горизонтальных, вертикальных и других зазоров, то есть до окончательной степени заполнения водой измеряемой камеры 3.
Дополнительная обработка измеряемой камеры, прозрачной плиты-крышки, отверстия входа 5 и всего полого изделия гидрофобизирующим составом необходима не только для защиты материала полого изделия от воздействия воды, но также для удержания воды в измеряемой камере 3 только силами поверхностного натяжения и полного заполнения ее незакрытых прозрачной плитой-крышкой горизонтальных щелевых зазоров и/или отверстий, например, таких как выемки под клапаны в поршнях ДВС КАМАЗ, путем удержания по всему периметру окон полого изделия 2 менисков поверхности воды в открытых горизонтальных щелевых зазорах молекулярными силами поверхностного натяжения воды. Указанные горизонтальные щелевые зазоры, незакрытые прозрачной плитой-крышкой, передают атмосферное давление в пространство воды вокруг воздушного пузыря и не дают при его вытеснении и заполнении измеряемой камеры 3 уровню воды подняться выше нижнего окна отверстия входа 5 для мерного устройства из-за комплексного воздействия силы тяжести, краевого эффекта и молекулярных сил поверхностного натяжения воды, которые направляют часть воды в горизонтальные щелевые зазоры, незакрытые прозрачной плитой-крышкой, до их полного заполнения ею, так как они входят в измеряемый объем камеры 3 в полом изделии 2.
Очевидно, что если щелевые зазоры являются частью измеряемой камеры в полом изделии и их объем входит в объем измеряемой камеры, то входом в них необходимо считать внешний периметр открытых окон горизонтальных щелевых зазоров, а если они создавались искусственно только для выравнивания давления внутри камеры 3 полого изделия 2 с атмосферным проведения измерений и их объем не должен входить в объем измеряемой камеры, то входом следует считать их отверстие входа со стороны камеры.
При этом следует отметить, что дополнительная обработка измеряемой камеры, прозрачной плиты-крышки 4 или крышки 4а с боковинами, ее отверстия входа, отверстия входа 5 для мерного устройства и всего полого изделия гидрофобизирующим составом позволяет также за счет взаимной адгезии его слоев на сопряженных поверхностях полого изделия 2 и прозрачной плиты-крышки 4 добиться взаимного «прилипания-приклеивания», что приведет к прилипанию одной части (полого изделия 2) к другой части (прозрачной плите-крышке 4), что исключит проникновение воды в зазор между ними и обеспечит исключение взаимного смещения при заполнении камеры.
В качестве гидрофобизирующего состава можно использовать специально разработанные вещества, но самыми простыми и доступными будут консистентные смазки типа солидол, литол и т.д., которые совместимы с эксплуатационными требованиями к ДВС и должны наноситься возможно тонким слоем, например, методом протирки пористым материалом, пропитанным гидрофобизирующим составом, в противном случае толстый слой указанного состава приведет к влиянию на результаты замеров.
Термостабилизируют до одинаковой температуры полое изделие, прозрачную плиту-крышку или крышку с боковинами и заполненное обычно дегазированной водой заливное объемное мерное устройство в термостабилизирующем объеме или устройстве, для того чтобы в процессе заполнения камеры в полом изделии объемный или удельный вес воды не изменялся, то есть для того, чтобы объем воды, вытекшей из заливного объемного мерного устройства, и объем воды, заполнивший камеру полого изделия полностью соответствовал один другому.
Термостабилизирующий объем отличается от устройства тем, что объем термоизолированный и стабилизация температур в нем идет естественным путем взаимного теплообмена, а устройство имеет средства принудительной циркуляции, например, воздуха и активного выравнивания температур в объеме.
Строго горизонтальная ориентация поверхности полого изделия и сопряженной с ней прозрачной плиты-крышки или крышки с боковинами и нижнего окна отверстия входа для мерной жидкости из мерного устройства способствует быстрому слиянию выделяющихся из водопроводной воды отдельных пузырьков, (при необходимости водопроводную воду можно некоторое время выдержать для выделения растворенных в ней газов), а отстаивание при термостабилизации и небольшое встряхивание при этом заливного объемного мерного устройства способствует удалению мелких пузырьков, которые появляются при естественной дегазации водопроводной воды, (если же использовать специально дегазированную воду, то такой процедуры не требуется), в результате заполнения из заливного объемного мерного устройства камеры полого изделия ламинарной струей воды не должно создаваться условий в струе и при ее течении в измеряемой камере для возникновения воздушных пузырьков. А случайно возникшие при этом отдельные мелкие пузырьки воздуха будут подниматься к поверхности воды и сливаться с центральным воздушным пузырем, который под действием сил тяжести и так называемых краевого эффекта и поверхностного натяжения воды будет собираться в одном месте и располагаться у входа для мерной жидкости из мерного устройства, выполненного в виде сквозного отверстия на верхней поверхности в прозрачной плите-крышке, это будет происходить вследствие того, что на его расположение будут воздействовать силы тяжести, поверхностного натяжения воды и краевого эффекта, возникающие от взаимодействия сил поверхностного натяжения воды и поверхности отверстия входа для мерного устройства, которые будут удерживать воздушный пузырь в стабильном положении у нижнего окна указанного отверстия входа, а соответственно при заполнении камеры водой через отверстие входа по мере удаления центрального пузыря в измеряемой камере, воздух под действием молекулярных сил поверхностного натяжения воды будет свободно выходить через него, за счет указанных сил, взаимодействующих с гидрофобным покрытием камеры, прозрачной плиты-крышки и краем отверстия в ней, но так может быть только при горизонтальном положении омываемой водой поверхности самой прозрачной плиты-крышки и горизонтально ориентированного нижнего окна отверстия входа для мерной жидкости из мерного устройства в прозрачной плите-крышке и при сообщении камеры в полом изделии с атмосферой через незакрытые прозрачной плитой-крышкой компенсирующие средства, выполненные с возможностью сообщения с окружающей средой, передачи ее давления воде и удержания ее в их щелевых зазорах и/или отверстиях только силами поверхностного натяжения воды.
В другом положении, например, при наклоне прозрачной плиты-крышки, пузырь может переместиться под действием Архимедовых сил, создаваемых перепадом высот и давлений воды по вертикали, а при этом сил краевого эффекта и поверхностного натяжения воды может не хватить для удержания центрального пузыря у указанного отверстия и у отверстий окон горизонтально ориентированных щелевых зазоров, незакрытых прозрачной плитой-крышкой, так как будет возникать перепад давлений между слоями воды, располагающимися на разных уровнях по вертикали, но при должном горизонтальном положении прозрачной плиты-крышки в конце концов через отверстие входа, предназначенного для поступления воды из заливного объемного мерного устройства, воздух из центрального воздушного пузыря будет выходить через указанное отверстие в прозрачной плите-крышке, минуя ламинарную струю воды из мерного устройства, и в конце концов будет полностью удален из измеряемой камеры полого изделия.
Центральный воздушный пузырь, который под действием сил тяжести и так называемых краевого эффекта и поверхностного натяжения воды будет собираться в одном месте и располагаться у окна в прозрачной плите-крышке, то есть у отверстия входа для мерной жидкости из мерного устройства, выполненного в виде сквозного отверстия на верхней поверхности в прозрачной плите-крышке, это будет происходить вследствие того, что на его расположение будут воздействовать взаимно скомпенсированные силы тяжести, поверхностного натяжения воды и краевого эффекта, возникающие от взаимодействия сил поверхностного натяжения воды и поверхности окна отверстия входа для мерного устройства, которые будут удерживать воздушный пузырь в стабильном положении у нижнего окна указанного входного отверстия, а соответственно при заполнении камеры водой через отверстие входа по мере удаления воздуха из центрального пузыря в измеряемой камере. Под действием молекулярных сил поверхностного натяжения воды центральный пузырь будет удерживаться в указанном положении у отверстия входа, а воздух будет свободно выходить через него, выдавливаться в окружающую среду за счет указанных сил, взаимодействующих с гидрофобным покрытием камеры, прозрачной плиты-крышки, отверстия входа в ней, а также краем окна по мере заполнения измеряемой камеры, но так может быть только при горизонтальном положении омываемой водой поверхности самой прозрачной плиты-крышки и горизонтально ориентированного нижнего края окна отверстия входа для мерной жидкости из мерного устройства в прозрачной плите-крышке и при сообщении камеры в полом изделии с атмосферой через незакрытые прозрачной плитой-крышкой компенсирующие средства, выполненные с возможностью сообщения с окружающей средой, передачи ее давления воде и удержания ее в их щелевых зазорах и/или отверстиях только силами поверхностного натяжения воды. Таким образом предложенный способ в описанном виде может быть реализован только при главном условии, когда разность высот расположения по вертикали нижнего края окна отверстия входа 5 и входных окон компенсирующих средств, выполненных с возможностью сообщения измеряемой камеры в полом изделии с атмосферой через незакрытые прозрачной плитой-крышкой компенсирующие средства, входные окна которых, выполнены с возможностью сообщения с окружающей средой, передачи ее давления воде и удержания ее в их щелевых зазорах и/или отверстиях только силами поверхностного натяжения воды, то есть нижние срезы нижнего окна отверстия входа 5 и входных окон компенсирующих средств 9 располагаются с разностью уровней по вертикали и соотносятся с такой величиной возникающих при этом Архимедовых сил, которые имеют возможность компенсации их силами поверхностного натяжения воды, то есть Архимедовы силы при этом почти равны или меньше по величине силам поверхностного натяжения воды. Противном случае вода будет иметь возможность вытечь через средства компенсации
Вода при этом не будет подниматься выше нижнего края отверстия входа в прозрачной плите-крышке из-за действия взаимно компенсированных силы тяжести и сил краевого эффекта и поверхностного натяжения воды, так как при этом не возможно возникновение перепада давлений для превышения уровнем воды нижнего края отверстия входа, то есть будут отсутствовать условия для возникновения указанного явления, и так будет продолжаться до полного заполнения незакрытых прозрачной плитой-крышкой горизонтальных щелевых зазоров и/или отверстий и до сопряжения в них поверхностей менисков поверхности воды и гипотетической поверхности периметра открытых отверстий и/или щелевых зазоров, указанных ранее, то же явление будет происходить и в крышке при наличии компенсационного отверстия или компенсирующего бокового зазора. Из-за невозможности возникновения перепада давлений для превышения уровня воды у нижнего края отверстия входа до полного заполнения камеры в полом изделии из-за действия взаимно компенсированных силы тяжести и силы поверхностного натяжения воды, которые не позволят воде подняться выше края нижнего окна входного отверстия в прозрачной плите-крышке, что будет способствовать точности замера объема измеряемой камеры. В дальнейшем как уже указывалось часть воды начнет заполнять горизонтальные щелевые зазоры частей камеры полого изделия, а указанные силы поверхностного натяжения будут удерживать мениски воды по всему периметру окон на каждом краю указанных щелевых зазоров и/или отверстий до момента их переполнения, но если этого не допустить, то вода может быть во время остановлена указанными силами по всему периметру на краях окон горизонтальных щелевых зазоров и/или отверстий, т.е. практически вдоль всего их периметра, или соответственно - у края компенсирующего отверстия или бокового компенсационного щелевого зазора. При этом разница в результате многократного повторения измерения объема камеры даже сотрудниками, имеющими разные квалификацию и опыт работы, может быть всего в несколько капель, а точная подгонка вида и пространственной формы менисков воды по периметру этих объемов к одной форме, максимально повторяющей форму боковой поверхности полого изделия, возможно при небольшом опыте работы с указанными простейшими приборами. На практике повторяемость результатов измерения объемов оказывалась по опыту осуществления предложенной последовательности действий способа у разных сотрудников, имеющих разную квалификацию и опыт работы, была хорошей, а разница результатов составляла всего в несколько капель и полностью соответствовала классу точности градуирования заливного объемного мерного устройства.
Отверстие входа 5 для мерной жидкости из заливного объемного мерного устройства 6 в прозрачной плите-крышке 4 выполняют в виде отверстия большего размера, чем размер отверстия выхода заливного объемного мерного устройства 6, но при этом очевидно, что размер отверстия входа 5 для мерной жидкости из заливного объемного мерного устройства 6 в прозрачной плите-крышке 4, не может быть значительно большим, так как мениск в нижнем окне будет иметь возможность стать значительно выпуклым и такая форма повлияет на точность и адекватность измерения объема измеряемой камеры 3.
Очевидно, что форма прозрачной плиты-крышки при выполнении ее в виде индивидуально изготовленной для выбранного полого изделия крышки с боковинами, может быть изготовлена любой сложной формы, например, сопряженной со сложной сферической головкой поршня и со всеми вертикальными проходами, имеющими размеры, превышающие возможность удержания воды в них только силами поверхностного натяжения воды, а компенсирующие отверстия и/или компенсационные зазоры при этом выполняются в ней в соответствующем месте.
Окончательную точность измерения можно повысить за счет использования высоко точно отпарированного и проградуированного выходного капилляра для заливного объемного мерного устройства, имеющего точно измеренный внутренний объем как капилляра, так заливного объемного мерного устройства, подогнанного под измеряемый объем камеры, например, для проверки разброса объемов при высокоточном поточном изготовлении изделий с полостями.
Последовательность действий данного способа и манипуляции с используемыми в нем необходимыми средствами измерений условно показаны на чертежах, совмещенных с иллюстративными примерами конструкций, взятыми из Книги «Автомобильные двигатели» под общей редакцией М.С. Ховаха, Издательство «Машиностроение», Москва, 1967 г. и дополненных изображениями средств измерения объема согласно предложенному способу точного определения объемов полостей сложной формы.
На фиг. 1 показаны, в качестве примеров возможные формы камер сгорания в полых поршнях, таких как «а - в и е - монометаллические; г - армированные стальными кольцами; д - поршень с охлаждением маслом. Камеры сгорания в них обозначены позицией ж. На чертеже Фиг. 1а (на примере иллюстрации из книги, обозначенном литерой а) схематично показано расположение комплекта средств для реализации всех действий способа.
На Фиг. 2 в качестве примера, показана возможная форма камеры в полом изделии, таком как головка блока цилиндров карбюраторного двигателя с клиновидной камерой сгорания.
На Фиг. 3 показана головка блока цилиндров карбюраторного двигателя с клиновидной камерой сгорания, такая же как на Фиг. 2, но расположенная в измеряемом состоянии при креплении в механическом трех координатном устройстве 1 для позиционирования полого изделия 2, установке в его измеряемой камере 3 вспомогательного оборудования 11, например, такого как клапан и т.п., то есть полого изделия 2 в сборе, при рабочем расположении в нем средств измерения, таких как прозрачная плита-крышка 4, выполненная в виде плоского листа прозрачного материала с отверстием входа 5, и заливное объемное мерное устройство 6, заполненное водой 8, и других элементарных средств, составляющих комплект.
На Фиг. 4 показаны возможные примеры форм неразделенных камер сгорания двигателей в сборе, там изображены неразделенные камеры сгорания соответственно на а и 6 - дизелей ЯА3-204 и Д12А; в - дизеля ЯМ3-236; г - дизеля Д-37М; д - ЦНИДИ; е - дизеля Даймлер; ж - дизеля автомобиля Татра; з - дизеля фирмы MAN. При этом на части рисунка, представленного в виде примера, обозначенного литерой а, схематично показаны и совмещены с ним изображения средств измерений в измеряемом состоянии при креплении в механическом трех координатном устройстве 1 позиционированного полого изделия 2, представленного в виде камеры сгорания дизеля ЯА3-204 и установке в ней вспомогательного оборудования, то есть полого изделия 2 в сборе, включающего вспомогательное оборудование 11 в виде расположенного в верхней мертвой точке (ВМТ) поршня с камерой сгорания в нем, клапанов, форсунки и возможно свечи зажигания для камеры сгорания дизеля ЯА3-204.
На Фиг. 5 показан гипотетический комплект средств для реализации последовательности действий способа, при условном расположении составляющих комплекта на вымышленном полом изделии с камерой в нем, включающий прозрачную плиту-крышку 4, выполненную в виде крышки 4а с боковинами и с отверстием входа 5, установленную с компенсирующим отверстием 9а или компенсационным зазором 9б на полом изделии 2, расположенном в условном термостабилизирующем объеме или устройстве 10.
Набор средств необходимый и достаточный для реализации всех действий способа, помимо в том числе полого изделия 2 с измеряемой камерой 3 (полостью) в нем, по меньшей мере, может включать:
1. Механическое трех координатное устройство 1 позиционирования полого изделия заданным образом в пространстве (на чертеже показано условно);
2. Полое изделие 2;
3. Измеряемую камеру 3 (полость) в полом изделии;
4. Прозрачную плиту-крышку 4 или крышку 4а с боковинами, снабженную входом 5 для мерной жидкости из мерного устройства 6;
5. Вход 5 для мерной жидкости из заливного объемного мерного устройства, выполненный в виде отверстия в верхней части прозрачной плиты-крышки 4 или крышки 4а с боковинами;
6. Заливное объемное мерное устройство 6 и устройство его крепления относительно других устройств для использования в соответствии с порядком действий способа, которое на чертеже условно не показано;
7. Состав 7, гидрофобизирующий рабочие поверхности камеры 3 полого изделия 2, прозрачной плиты-крышки 4 и других средств комплекта;
8. Вода 8 (мерная жидкость) для заполнения заливного объемного мерного устройства 6 и измеряемой камеры в полом изделии;
9. Компенсирующее средство 9, выполненное с возможностью сообщения с окружающей средой, передачи в измеряемую камеру ее давления воде и удержания воды в отверстиях и зазорах только силами поверхностного натяжения воды, например, выполненное в виде штатных технологических щелевых горизонтальных зазоров при использовании прозрачной плиты-крышки 4 или, в случае выполнения ее в виде крышки 4а с боковинами, выполненного в виде компенсирующего отверстия 9а в ее верхней части или вертикального компенсационного зазора 9б между полым изделием и крышкой и т.д.;
10. Термостабилизирующий объем или устройство 10 для подготовки измерений. (Условно занимает весь приведенный рисунок);
11. Вспомогательное оборудование 11 полого изделия 2 в сборе, например, состоящее из всех клапанов, форсунок подачи топлива, и свечей зажигания и других устройств, необходимых для его штатной работы.
Вспомогательное оборудование для проведения измерений может включать другое оборудование, например, для измерения расхода воды весовым или динамическим методом.
Реализация всех действий при помощи всех, по меньшей мере, минимально необходимых и достаточных средств из выше указанного списка для реализации в том или ином виде «Способа точного определения объемов полостей сложной формы», который осуществляют в следующей последовательности согласно всем действиям предложенного способа и примерам:
1. Способ точного определения объемов полостей сложной формы, включающий установку полого изделия 2 заданным образом в пространстве, перекрытие открытой поверхности его внутренней камеры 3 плитой-крышкой 4, снабженной входом 5 для мерной жидкости из мерного устройства, выполненным в виде сквозного отверстия, расположенного на ее верхней поверхности, и установку над ним заливного объемного мерного устройства 6 с регулируемым выходом, отличающийся тем, что в качестве мерной жидкости, предназначенной для заполнения мерного устройства, выбирают воду, плиту-крышку 4 выполняют прозрачной, дополнительно гидрофобизирующим составом 7 обрабатывают, по меньшей мере, внутреннюю поверхность измеряемой камеры 3, полого изделия 2 рабочие поверхности прозрачной плиты-крышки 4 и отверстия входа 5, после чего, сопрягая между собой полое изделие 2 и прозрачную плиту-крышку 4, перекрывают прозрачной плитой-крышкой 4 открытую внешнюю часть и плоский периметр открытой внешней поверхности входных окон внутренней измеряемой камеры 3 полого изделия 2 и их все вместе с окном входа 5 для мерной жидкости из мерного устройства 6 устанавливают строго горизонтально, отверстие входа 5 для мерной жидкости из заливного объемного мерного устройства 6 в прозрачной плите-крышке 4 выполняют в виде отверстия большего размера, чем размер отверстия выхода заливного объемного мерного устройства 6, и размещают его над ее верхней поверхностью с возможностью свободного доступа к отверстию входа 5 мерной жидкости из выхода мерного устройства 6, и дополнительно прозрачную плиту-крышку 4 снабжают компенсирующим средством 9, выполненным с возможностью сообщения с окружающей средой, передачи ее давления воде в измеряемой камере 3 и удержания ее менисков в ее зазорах, проходах и отверстиях только силами поверхностного натяжения воды, затем весь комплект средств для измерения объемов камер вместе с полым изделием 2 термостабилизируют до достижения одинаковой температуры полым изделием 2, прозрачной плитой-крышкой 4 и заполненным водой заливным объемным мерным устройством 6, а после выравнивания температур начинают заполнение измеряемой камеры 3 полого изделия 2 из выхода заливного объемного мерного устройства 6 ламинарной струей воды с поперечным сечением, меньшим чем размер отверстия входа 5, затем при появлении возможности и/или появлении воздушных пузырей в застойных зонах добиваются их удаления путем изменения пространственного положения полого изделия 2 и заполнения скрытых застойных частей камеры 3 водой, избегая проливания имеющейся в камере 3 воды, после полного удаления пузырей из застойных зон, повторно выставляют горизонтально прозрачную плиту-крышку 4, сопряженную с открытой поверхностью полого изделия 2, и ее отверстие входа 5 горизонтально, далее продолжают заполнение камеры 3 водой из заливного объемного мерного устройства 6 до ее полного заполнения, контроль заполнения ведут визуально до полного удаления центрального воздушного пузыря, до полного заполнения неперекрытых прозрачной плитой-крышкой 4 компенсирующих средств и до сопряжения в них поверхностей менисков воды и периметра их открытых отверстий и их продолжения воображаемой поверхности полого изделия 2 на их месте, входящих в объем измеряемой камеры, горизонтальных компенсирующих средств и до сопряжения в них поверхностей менисков воды и периметра их открытых отверстий, после чего в заливном объемном мерном устройстве 6 устанавливают с заданной точностью окончательный результат измерения объема вытекшей воды, полностью соответствующий объему измеряемой камеры 3 полого изделия 2.
2. Способ точного определения объемов полостей сложной формы по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно прозрачную плиту-крышку снабжают компенсирующими средствами 9, выполненными с возможностью сообщения с окружающей средой и передачи ее давления воде, в виде незакрытого прозрачной плитой-крышкой, по меньшей мере, одного горизонтального компенсационного щелевого зазора между полым изделием 2 и прозрачной плитой-крышкой 4 и/или, по меньшей мере, одного компенсирующего контрольного отверстия 9а и/или, по меньшей мере, одного вертикального компенсационного щелевого зазора 9б между полым изделием 2 и прозрачной плитой-крышкой 4, выполненного с возможностью доступа воздуха из окружающей среды и удержания воды на входе в него только силами поверхностного натяжения воды.
3. Способ точного определения объемов полостей сложной формы по п. 1, отличающийся тем, что прозрачную плиту-крышку выполняют в виде крышки 4а с боковинами и устанавливают с возможностью перекрытия боковинами вертикальных проходов, выполненных с размерами, превышающими возможность удержания воды в них только силами поверхностного натяжения воды, и дополнительно крышку снабжают компенсирующими средствами, выполненными с возможностью сообщения с окружающей средой и передачи ее давления воде в измеряемой камере, по меньшей мере, в виде одного бокового горизонтального компенсирующего контрольного отверстия 9а, расположенного в верхней части боковой поверхности крышки.
4. Способ точного определения объемов полостей сложной формы по п. 1, отличающийся тем, что прозрачную плиту-крышку 4 выполняют в виде крышки 4а с боковинами и устанавливают с возможностью перекрытия боковинами вертикальных проходов, выполненных с размерами, превышающими возможность удержания воды в них только силами поверхностного натяжения воды, дополнительно крышку снабжают компенсирующими средствами, выполненными с возможностью сообщения с окружающей средой и передачи ее давления воде в измеряемой камере, в виде вертикального компенсационного зазора 9б между полым изделием 2 и боковиной крышки, расположенного за пределами сопряженных поверхностей вертикальных проходов между полым изделием и боковиной крышки и выполненного с радиальными размерами, превышающими размер полого изделия на радиальную величину вертикального компенсационного зазора 9б, выполненного с возможностью доступа воздуха и удержания воды в нем только силами поверхностного натяжения воды.
Измерение объемов можно производить любым другим известным способом, в том числе косвенным методом, например, таким образом, как весовой. При этом необходимо взвесить на термостабилизированных весах полое изделие 2, термостабилизированное, обработанное гидрофобизирующим составом 7 и собранное комплектно вместе со всем штатным вспомогательным оборудованием 11, расположенное должным образом на механическом трех координатном устройстве 1 позиционирования. Полое изделие, установленное заданным образом в пространстве, в комплекте с прозрачной плитой-крышкой или крышкой с боковинами в измерительной позиции и в сборе со вспомогательным оборудованием 11, также предварительно можно отдельно взвесить термостабилизированное заливное объемное мерное устройство 6, затем согласно всем действиям способа заполнить измеряемую камеру 3 в полом изделии 2 водой из также термостабилизированного заливного объемного мерного устройства 6, определить разность веса воды до и после заполнения водой 8 измеряемой камеры 3 в обоих устройствах, которое даст возможность определить вес воды 8 и разделив указанный вес на удельный вес воды 8 при температуре термостабилизации мы получим объемы воды 8 в измеряемой полости 3 и вытекшей воды из заливного объемного мерного устройства 6. В качестве контроля можно сравнить изменение веса обоих устройств. Это также позволит определить потери воды на разбрызгивание и т.д. При необходимости можно провести дополнительные действия для полного заполнения камеры сложной формы водой.
При этом следует отметить, что указанная последовательность действий способа может незначительно меняться при измерении объемов камер различной конфигурации в различных по форме и по назначению полых изделиях, что не будет значительно влиять на результат измерений и будет определяется спецификой и формой измеряемой камеры полого изделия. Это будет частично раскрыто в приведенных примерах.
Пример 1.
Способ включает первичную гидрофобизирующую обработку, по меньшей мере, внутренних поверхностей полого изделия 2, камеры 3 в нем и рабочей поверхности прозрачной плиты-крышки 4 (это таким же образом можно сделать для любой камеры ж, из приведенных на фиг. 1 в качестве примера) (см. Фиг. 1 а - е.), установку при помощи механического трехкоординатного устройства 1 (на чертеже показанного условно) для позицирования полого изделия 2 заданным образом в пространстве, например, такого как трехкоординатные тиски, то есть тиски, которые могут изменять положение полого изделия в любой из трех пространственных декартовых координат, таким самым образом задавая в пространстве заданное необходимое положение полого изделия 2, например, такого как показанный на рисунке la поршень двигателя дизель ЯА3-204, заданным образом в пространстве, перекрытие открытой камеры ж условного полого изделия, в данном случае камеры 3 сгорания в поршне двигателя дизеля ЯА3-204, прозрачной плитой-крышкой 4, снабженной входом 5 в виде сквозного отверстия для мерной жидкости из мерного устройства 6, расположенного на ее верхней поверхности, и установку над ним заливного объемного мерного устройства 6 с регулируемым выходом, причем в качестве мерной жидкости, предназначенной для заполнения мерного устройства, выбирают воду, плиту-крышку 4 выполняют прозрачной, дополнительно гидрофобизирующим составом 7 обрабатывают, по меньшей мере, внутреннюю поверхность измеряемой камеры 3 полого изделия 2, рабочие поверхности прозрачной плиты-крышки 4 и отверстия входа 5, (из-за недостатка места на чертеже состав 7 условно не обозначен, при этом он покрывает всю внутреннюю поверхность камеры 3 и прозрачной плиты-крышки 4 и т.д.), после чего, устанавливая прозрачную плиту-крышку 4 в рабочее положение, сопрягают между собой полое изделие 2 и прозрачную плиту-крышку 4, перекрывают прозрачной плитой-крышкой 4 открытую внешнюю часть и плоский периметр открытой внешней поверхности входных окон внутренней измеряемой камеры 3 полого изделия 2 и их все вместе с окном входа 5 для мерной жидкости из мерного устройства 6 устанавливают строго горизонтально, отверстие входа 5 для мерной жидкости из заливного объемного мерного устройства 6 в прозрачной плите-крышке 4 выполняют в виде сквозного отверстия с нижним окном, расположенным горизонтально, и изготавливают с размером большим, чем размер отверстия выхода заливного объемного мерного устройства 6, и размещают его над ее верхней поверхностью с возможностью свободного доступа к отверстию входа 5 выхода заливного объемного мерного устройства 6. Дополнительно прозрачную плиту-крышку 4 снабжают автоматически получающимся компенсирующим средством 9, выполненным в виде технологических горизонтальных щелевых зазоров (выточек под клапаны) с возможностью сообщения с окружающей средой через пространственный периметр окон технологических горизонтальных щелевых зазоров, передачи ее давления воде в измеряемой камере и удержания ее менисков в окнах их отверстий щелевых зазоров только силами поверхностного натяжения воды. Затем помещают все указанные изделия в термостабилизирующий объем (на чертеже этот объем превышает объем рисунка и условно не показан, но обозначен позицией 10) и термостабилизируют для проведения измерений, то есть полностью выравнивают температуры полого изделия 2, прозрачной плиты-крышки 4 и заполненного водой заливного объемного мерного устройства 6. После выравнивания температур начинают заполнение измеряемой камеры 3 полого изделия 2 из выхода заливного объемного мерного устройства 6 тонкой ламинарной струей воды 8, выливающейся из выхода заливного объемного мерного устройства 6, не касаясь стенок отверстия входа 5, с поперечным сечением, меньшим чем размер отверстия входа 5, до полного заполнения измеряемой камеры 3. При этом воздух из воздушного пузыря будет выходить в зазор между стенкой отверстия входа 5 и тонкой ламинарной струей воды 8. Контроль заполнения ведут визуально до полного удаления центрального воздушного пузыря и до полного заполнения окон, незакрытых прозрачной плитой-крышкой 4, компенсирующего средства 9, выполненного в виде горизонтальных щелевых зазоров, то есть выточек под клапана, таким образом заполнение производится до сопряжения в их соответствующих по форме внешней поверхности полого изделия 2 менисков поверхностей воды 8 и перекрытия таким образом через указанный пространственный гипотетический периметр окон технологических горизонтальных щелевых зазоров реальными поверхностями менисков воды, заполняющими пространственный периметр открытых внешних окон отверстий щелевых зазоров, совпадающий как было указано с внешней боковой поверхностью измеряемого полого изделия, таким образом указанный реальный периметр менисков воды позволяет точно ограничить измеряемый объем воды и определить весь объем сложной составной измеряемой камеры, после чего в заливном объемном мерном устройстве 6 устанавливают с заданной точностью изменение объема вытекшей воды 8, измеряют его, а он полностью соответствует объему измеряемой камеры 3 полого изделия 2.
При этом выточки под клапаны выходят за периметр головки поршня, закрыты с одной верхней стороны прозрачной плитой-крышкой 4, образуют компенсирующее средство 9, выполненное в виде горизонтальных щелевых зазоров и из-за этого, выходящие на боковую поверхность поршня, то есть боковые окна этих щелевых зазоров остаются не закрытыми. Они таким образом образуют щелевые зазоры, свободно сообщенные с окружающей средой, например, с атмосферой. Контроль заполнения измеряемой полости 3 ведут визуально до полного удаления воздушного пузыря из-под прозрачной плиты-крышки 4 и по положению менисков поверхности воды до полного заполнения всего пространственного периметра незакрытых прозрачной плитой-крышкой 4 боковых окон щелевых зазоров, то есть до заполнения всех выточек под клапаны и до достижения поверхностью менисков воды 8 внешнего периметра всех этих окон, то есть боковых не закрытых краев отверстий и заполнения их путем удержания поверхности менисков воды вдоль всего пространственного периметра окон молекулярными силами поверхностного натяжения, максимально совпадающего по форме с боковой поверхностью полого изделия, после чего в заливном объемном мерном устройстве 6 устанавливают с заданной точностью изменение объема вытекшей воды 8, а он полностью соответствует объему измеряемой камеры 3 полого изделия 2.
Очевидно, если вертикальные размеры проходов в измеряемой полости, незакрытые прозрачной плитой-крышкой 4 будут настолько велики, что вода не может быть удержана в них молекулярными силами поверхностного натяжения воды, например, из-за значительного вертикального перепада давлений воды по высоте прохода и сможет через них свободно вытечь, то плита-крышка 4 должна быть заменена прозрачной крышкой 4а с боковинами (см. Фиг. 5), сопряженными с боковой поверхностью полого изделия 2, например, с поверхностью сферической головки поршня, при этом соответствующая часть боковины крышки должна иметь возможность перекрыть полностью указанные ранее вертикальные проходы, и при этом должно быть выполнено, по меньшей мере, одно компенсирующее контрольное отверстие 9а на верхней части боковой поверхности боковины крышки или крышка должна быть снабжена другим средством сообщения с окружающей средой на уровне, близком к уровню нижнего края входного отверстии 5, в противном случае будет невозможно проконтролировать окончание заполнения камеры 3 из-за повышения уровня воды во входном отверстии 5, а пузыри в сложных по форме проходах можно удалить путем изменения положения, например путем покачиванием полого изделия 2 в механическом трехкоординатном устройстве 1 при ослаблении крепления по направлению одной из координатных осей позиционирования, при этом окончательное удаление центрального воздушного пузыря производят в горизонтальном положении через отверстие входа 5 в ней для мерной жидкости из заливного объемного мерного устройства 6.
Прозрачную плиту-крышку 4 выполняют в виде крышки 4а с боковинами и устанавливают с возможностью перекрытия боковинами вертикальных проходов, выполненных с размерами, превышающими возможность удержания воды в них только силами поверхностного натяжения воды, дополнительно крышку 4а с боковинами снабжают компенсирующим средством, выполненным с возможностью сообщения с окружающей средой и передачи ее давления воде в измеряемой камере, в виде вертикального компенсационного зазора 9б между полым изделием 2 и боковиной крышки 4а, расположенного за пределами сопряженных поверхностей вертикальных проходов и боковин крышки 4а, в виде вертикального зазора между полым изделием 2 и боковиной крышки 4а и выполненного с радиальными размерами, превышающими размер полого изделия на радиальную величину вертикального компенсационного зазора 9б, выполненного с возможностью доступа воздуха и удержания воды в нем только силами поверхностного натяжения воды.
Пример 2
Способ (см. ФИГ. 3) включает первичную обработку гидрофобизирующим составом сопряженных и внутренних поверхностей измеряемой камеры 3, полого изделия 2, прозрачной плиты-крышки 4 и всего полого изделия 2 в сборе со штатным вспомогательным оборудованием 11, например, в виде клапанов, свечей зажигания или форсунок и т.д. Установку всех указанных взаимосвязанных изделий в определенную позицию при помощи механического трехкоординатного устройства 1 позицирования заданным образом в пространстве, например, в виде все тех же трехкоординатных тисков, которые могут изменять положение полого изделия 2 по любой из трех пространственных декартовых координат, тем самым образом задавая в пространстве путем изменения его положения вдоль каждой координаты и поворота вокруг нее в выбранное горизонтальное положение полого изделия 2, например, головки блока цилиндров карбюраторного двигателя с клиновидной камерой сгорания в сборе, или другим заданным образом в пространстве. При этом перекрытие камеры 3 сгорания прозрачной плитой-крышкой 4 в головке блока цилиндров карбюраторного двигателя, сопряженной с плоской поверхностью головки блока цилиндров и прозрачной плитой-крышкой 4, снабженной входом 5, выполненным в виде отверстия в верхней поверхности на ней для мерной жидкости из мерного устройства 6, необходимо производить в горизонтальной позиции, а заливное объемное мерное устройство 6 необходимо выполнить с регулируемым выходом установить над отверстием входа 5. Причем дополнительно прозрачную плиту-крышку 4 вместе с отверстием входа 5, измеряемую камеру 3 сгорания полого изделия 2 головки блока цилиндров повторно обрабатывают гидрофобизирующим составом 7 для исключения пропусков его пленки на их поверхностях, например, возникающих из-за установки вспомогательного оборудования 11 полого изделия 2 в сборе, например, выполненного в виде устройств, необходимых для ее штатной работы, таких как впускные и выпускные клапаны, форсунки подачи топлива и свечи зажигания и т.д. Затем прозрачную плиту-крышку 4 сопрягают с полым изделием 2, то есть с плоской поверхностью головки блока цилиндров, и вместе их устанавливают строго горизонтально, при этом отверстие входа 5, выполненное для прохода и поступления мерной жидкости в измеряемую полость 3 из заливного объемного мерного устройства 6, размещенного над прозрачной плитой-крышкой 4, размещают на ней с возможностью свободного доступа к нему заливного объемного мерного устройства 6, которые все вместе в сборе помещают в термостабилизирующий объем 10 и термостабилизируют для проведения измерений до полного совпадения температуры соответственно полого изделия 2, прозрачной плиты-крышки 4 и заливного объемного мерного устройства 6, заполненного водой 8. Затем начинают поочередное измерение объемов путем заполнения каждой измеряемой камеры 3 сгорания в полом изделия 2, то есть в головке блока цилиндров, водой из заливного объемного мерного устройства 6 до полного заполнения каждой измеряемой камеры 3, то есть каждой КС. Контроль заполнения каждой КС ведут визуально до полного удаления центрального воздушного пузыря и полного заполнения незакрытых прозрачной плитой-крышкой 4 компенсирующих средств до сопряжения в них поверхностей менисков воды и периметра их открытых отверстий, после чего в заливном объемном мерном устройстве 6 устанавливают с заданной точностью измерение объема вытекшей воды, полностью соответствующего объему измеряемой камеры 3 полого изделия 2.
Камеру 3 полого изделия 2, например, камеру сгорания головки блока цилиндров карбюраторного двигателя с клиновидной камерой в сборе, то есть с установкой в ней всех клапанов 11 и других вспомогательных устройств, необходимых для ее штатной работы, например форсунок подачи топлива и свечей зажигания (которые размещают в клиновидной камере в сборе, чтобы ее объем соответствовал объему, например камеры сгорания со всеми установленными в головке цилиндров в сборе штатными устройствами вспомогательного оборудования 11, обеспечивающими работу полого изделия 2 в штатной комплектации). Головку блока, например, размещают в тех же трехкоординатных тисках, которые могут изменять положение полого изделия 2 по любой из трех пространственных декартовых координат, таким самым образом задавая в пространстве положение полого изделия 2, размещая его заданным образом в пространстве, то есть например, с плоской поверхностью сопряжения с блоком цилиндров, расположенной горизонтально, камерами 3 сгорания вверх, которые сопрягают и перекрывают прозрачной плоской плитой-крышкой 4, предварительно размещая ее по указанной плоскости сопряжения головки блока с блоком цилиндров, а каждую измеряемую камеру 3 сгорания в головке блока цилиндров полого изделия 2 в сборе, дополнительно снабжают ее компенсирующим средством 9, выполненным с возможностью сообщения с окружающей средой, передачи ее давления в измеряемой камере воде и удержания ее в их отверстиях только силами поверхностного натяжения воды, то есть со всеми действиями, необходимыми и достаточными для проведения измерений объема измеряемой камеры вместе со вспомогательным оборудованием 11, таким как впускные и выпускные клапана, форсунки подачи топлива и свечи зажигания, которые также обрабатывают гидрофобизирующим составом 7. А заранее обработанную гидрофобизирующим составом 7 прозрачную плиту-крышку 4 с отверстием входа 5 сопрягают с плоской поверхностью головки блока в сборе, то есть полого изделия 2 и все вместе устанавливают строго горизонтально, при этом камеру 3 сообщают компенсирующим средством 9, выполненным, например, в виде компенсирующего контрольного отверстия 9а или компенсационного зазора 96 с окружающей средой на уровне близком к уровню нижнего края окна входного отверстия 5.
При этом все выточки или отверстия под вспомогательное оборудование 11, такое как клапаны, форсунки и/или свечи зажигания закрыты соответствующими изделиями, установленными в ней, то есть закрыты соответствующими клапанами, форсунками или свечами зажигания и т.д. или их имитаторами. Контроль заполнения каждой измеряемой камеры 3 полого изделия 2 головки блока ведут также, как и в примере 1 визуально до полного удаления воздушного пузыря, то есть заполнения ее водой и появления мениска воды в окне входа компенсирующего отверстия 9а или компенсационного зазора 9б, после чего в заливном объемном мерном устройстве 6 устанавливают с заданной точностью изменение объема вытекшей воды, полностью соответствующего объему измеряемой камеры 3 полого изделия 2.
Пример 3.
Для измерения объемов реальных камер сгорания в ДВС в сборе могут производить последовательность действий способа следующим более сложным образом, который будет отличаться только тем, что все детали составляющие КС в сборе будут входить в сборную конструкцию и составлять одно целое. При этом это целое в измеряемом виде будет достигать измеряемого вида при определенном положении остальных частей ДВС.
А именно КС в каждом цилиндре двигателя в сборе будет включать объемы частей КС в каждом соответствующем поршне в сборе, то есть с комплектом поршневых колец при его положении в верхней мертвой точке, КС в соответствующей части головки цилиндра в сборе и при учете объема прокладки между блоком и головкой цилиндров. При этом КС в каждом соответствующем поршне в сборе будет зависеть от процесса гидрофобизации, так, например, если гидрофобизирующий состав сможет заполнить зазор между поршнем, поршневыми кольцами и цилиндром до верхнего компрессионного кольца, то объем КС в сборе будет чуть меньше реального, а при отсутствии гидрофобизирующего состава в этом зазоре, вода наоборот может выдавливаться через этот объем в зазоре между поршневыми кольцами в подпоршневое пространство, далее в зазор между ними и затем дальше в картер блока цилиндров.
Способ (см. ФИГ. 4) включает установку при помощи механического трехкоординатного устройства 1 (показано условно) позиционирования заданным образом в пространстве полого изделия 2, например, КС двигателя дизелей ЯА3-204 в сборе (фактически ДВС дизель ЯА3-204 в сборе) должна размещаться заданным образом в пространстве, так чтобы перекрытие камеры 3 сгорания в головке цилиндров прозрачной плитой-крышкой 4, выполненной в виде прозрачной модели клапана, снабженной входом 5, выполненным в прозрачной модели клапана в виде отверстия для мерной жидкости из мерного устройства 6, которое должно быть выполнено с возможностью сообщения с заливным объемным мерным устройством 6.
Причем предварительно прозрачную плиту-крышку 4, в каждой КС двигателя дизеля ЯА3-204 в сборе выполняют в виде прозрачного впускного или выпускного клапана, снабженного входом 5 для мерной жидкости из мерного устройства 6 с регулируемым выходом, выполненного в виде сквозного отверстия, расположенного на его верхней поверхности или в стержне, которое дополнительно обрабатывают гидрофобизирующим составом 7, также заранее обрабатывают гидрофобизирующим составом 7 измеряемую камеру 3 сгорания полого изделия 2 двигателя дизеля ЯА3-204 в сборе, то есть гидрофобизирующим составом 7 обрабатывают часть указанной камеры 2, выполненной в поршне, соответственно часть указанной камеры 2, выполненной в головке цилиндров и все вспомогательное оборудование 11, включая прокладку между головкой и блоком. При этом прозрачную плиту-крышку 4, выполненную в виде одного из клапанов, сопрягают с полым изделием 2 по посадочной поверхности гнезда соответствующего клапана и их вместе устанавливают строго горизонтально в таком положении прозрачной плиты-крышки 4, выполненной в виде прозрачной модели клапана, при котором отверстие входа 5 в указанной прозрачной плите-крышке 4 для мерной жидкости из мерного устройства 6 размещают с возможностью свободного доступа к нему заливного объемного мерного устройства 6.
В протяженном канале отверстия входа 5, расположенном в стержне клапана возможно появление воздушно-жидкостной пробки мерной жидкости, из-за перекрытия ею и заполнения сечения указанного канала отверстия входа 5. Для исключения указанного явления можно выполнить раздельные каналы для поступления воды и выхода воздуха из измеряемой камеры. Указанные каналы можно расположить, как в одном отверстии входа 5, так и в различных местах, но при этом должно обязательно выполняться условие расположения входного окна канала для выхода воздух выше окна для поступления мерно жидкости (воды) по вертикали на величину, создающую Архимедову силу, сопоставимую с силой поверхностного натяжения воды. Капилляр для поступления воды должен регулироваться и быть под постоянным контролем для предотвращения переполнения измеряемой камеры.
Кроме этого в части указанной камеры 2, выполненной в головке цилиндров устанавливают все вспомогательное оборудование 11 в виде изделий или устройств, необходимых и достаточных для штатной работы полого изделия 2 КС дизеля ЯА3-204 в сборе. При этом изделие 2 в сборе снабжают компенсирующими средствами 9, выполненными с возможностью сообщения с окружающей средой, то есть передачи ее давления воде и удержания ее в этих зазорах или отверстиях только силами поверхностного натяжения воды, то есть в одном из вспомогательных изделий 11 или устройств, создают условия для свободного сообщения с окружающей средой, например, установив его не плотно с зазором, путем закрутки форсунки или свечи зажигания не до конца или создания указанных условий другим образом, например, путем установки имитатора одного из вспомогательных изделий 11 с соответствующим компенсирующими средствами 9.
Затем все указанные части помещают в термостабилизирующий объем 10 и все это термостабилизируют для проведения измерений, до достижения одинаковой температуры соответственно полого изделия 2, камеры 3 сгорания в сборе, прозрачной плиты-крышки 4 в виде прозрачного клапана, и заливного объемного мерного устройства 6, заполненного водой 8.
Затем начинают поочередное заполнение ламинарной струей воды из заливного объемного мерного устройства 6 до полного заполнения каждой измеряемой камеры 3 сгорания в полом изделии 2, например, выполненном в виде КС каждого цилиндра многоцилиндрового двигателя дизеля ЯА3-204 в сборе при положении соответствующего поршня в ВМТ. При этом струя воды не должна перекрывать полностью все сечение отверстия 5, например, направляя тонкой ламинарной струей вдоль центра отверстия или по ее по его одному краю, в противном случае вода перекроет сечение отверстия 5 и будет создана воздушно-жидкостная пробка, которую будет трудно удалить из трубчатого отверстия 5.
Пузыри в сложных по форме проходах можно удалить путем изменения положения, например путем покачиванием полого изделия 2 в механическом трехкоординатном устройстве 1 при ослаблении крепления по направлению одной из координатных осей позиционирования, при этом окончательное удаление последнего центрального воздушного пузыря производят в горизонтальном положении через вход 5 отверстия для заливного объемного мерного устройства 6. Контроль заполнения ведут визуально например, эндоскопом через соответствующий коллектор до полного удаления указанного воздушного пузыря из-под прозрачной плиты-крышки 4, выполненной в виде прозрачного клапана, то есть до полного заполнения водой 8 КС двигателя ЯА3-204 в сборе и появления воды в зазоре компенсирующего средства 9, например неплотно установленного одного из вспомогательных изделий 11, после чего в заливном объемном мерном устройстве 6 устанавливают или вычисляют с заданной точностью изменение объема вытекшей воды 8, который полностью соответствует объему каждой соответствующей измеряемой камеры 3 сгорания в сборе полого изделия 2. При этом каждую отдельную камеру сгорания измеряют в положении поршня в соответствующей ей верхней мертвой точке и при положении прозрачной плиты-крышки 4, выполненного в виде прозрачного клапана, и нижнего окна отверстия входа 5 строго горизонтально.
Указанным образом можно измерить рабочий объем каждого цилиндра соответственно при положении соответствующего поршня в нижней мертвой точке (НМТ).
При более сложной форме камеры, которая может иметь трудно заполняемые водой отдельные части, из которых трудно извлечь воздушные пузыри. В этом случае можно или предварительно эти части камеры 3 заполнить водой, строго контролируя количество поступившей в камеру воды, или выбрать при частично заполнении камеры 3 положение полого изделия 2 с возможностью заполнения водой всех трудно достигаемых частей камеры 3, после чего стараясь не разлить имеющуюся в камере 3 воду, можно удалить пузыри в ее застойных частях или сложных по форме проходах путем изменения положения полого изделия 2, например путем поворачивания или покачивания полого изделия 2 в механическом трехкоординатном устройстве 1 при ослаблении крепления, по меньшей мере, по направлению одной из координатных осей позиционирования, при этом окончательное удаление последнего центрального воздушного пузыря производят в горизонтальном положении через отверстие входа 5 для заливного объемного мерного устройства 6.
При невозможности удаления пузырей из таких положений, возможно их устранить другим способом, а именно поднять давление в термостабилизированном объеме или камере, выдержать полое изделие до полного растворения пузырей в воде, которое можно проконтролировать путем измерения и полной стабилизации измеряемого объема камеры в полом изделии путем постепенного заполнения водой и постепенного последующего растворения в ней центрального пузыря.
Пример 4 условный.
Реализация предложенного способа в обобщенном условном случае включает в себя:
1. Первичную гидрофобизирующую обработку поверхностей полого изделия 2 и камеры 3 в нем, прозрачной плиты-крышки 4 (см. Фиг. 5 и др.);
2. Установку при помощи устройства 1, предназначенного для механического трехкоординатного позицирования изделия 2 в заранее выбранном положении (на чертеже Фиг. 5 это устройство показано условно и представлено в виде его части, то есть крестовины карданного шарнира, которая в рабочем состоянии выглядит при взгляде на нее с ее торца как кружочек на фоне прямоугольника), например такого как трехкоординатные тиски, то есть тиски, которые установлены на карданном шарнире и могут изменять и фиксировать положение полого изделия 2 в любой из трех пространственных декартовых координат, таким образом задавая в пространстве положение условного полого изделия 2, например, показанного на ФИГ. 5 в виде цилиндрического тела поршня со сферической камерой, располагая его на нем заданным образом в пространстве;
3. Перекрытие камеры 3 прозрачной крышкой 4 с боковинами, снабженной сквозным отверстием входа 5 для мерной жидкости из мерного устройства 6, выполненным на верхней поверхности прозрачной крышки 4 с боковинами;
4. Установку, например, на лабораторном штативе или на другом подходящем известном устройстве в штатное рабочее положение заливного объемного мерного устройства 6;
5. Далее прозрачную крышку 4 и измеряемую камеру 3 полого изделия 2 и отверстие входа 5 дополнительно обрабатывают гидрофобизирующим составом 7 (из-за недостатка места на чертеже состав 7 обозначен условно), после чего он будет покрывать всю наружную поверхность полого изделия 2, внутренние поверхности камеры 3 полого изделия 2, прозрачной плиты-крышки 4 и отверстия входа 5;
6. После чего прозрачную крышку 4 сопрягают с полым изделием 2;
7. Затем вместе их сопряженные рабочие поверхности с плоскостями и нижнее окно отверстия входа 5, выполненного в виде ранее указанного входного сквозного отверстия в прозрачной плите-крышке 4, предназначенного для подачи в него мерной жидкости из выхода заливного объемного мерного устройства 6, устанавливают строго горизонтально;
8. Размещают с помощью известного средства, например, такого как лабораторный штатив, мерное устройство 6 над отверстием входа 5 с возможностью свободного доступа в измеряемую камеру через указанное отверстие входа 5 в прозрачной плите-крышке 4 мерной жидкости из заливного объемного мерного устройства 6;
9. Дополнительно прозрачную плиту-крышку 4 снабжают компенсирующими средствами 9, выполненными с возможностью сообщения с окружающей средой, передачи ее давления воде в измеряемой камере 3 и удержания ее менисков в ее зазорах, проходах и отверстиях только силами поверхностного натяжения воды, заполненными воздухом и служащими для выравнивания атмосферного давления в камере 3 полого изделия 2 с давлением окружающей среды и могут быть выполнены в виде, по меньшей мере одного горизонтального компенсационного зазора 9, или компенсирующего отверстия 9а или вертикального компенсационного зазора 9б, которые при этом не закрыты прозрачной плитой-крышкой 4;
10. Всю указанную конструкцию помещают в термостабилизирующий объем или устройство 10 (на чертеже их объем превышает объем рисунка, по этой причине он показан условно и обозначен позицией 10);
11. термостабилизируют для проведения измерений, то есть полностью выравнивают температуры полого изделия 2, прозрачной крышки 4 и заливного объемного мерного устройства 6, заполненного водой 8;
12. После выравнивания температур начинают заполнение измеряемой камеры 3 полого изделия 2 ламинарной струей воды 7 из заливного объемного мерного устройства 6 до полного заполнения водой 8 измеряемой камеры 3;
13. Контроль заполнения измеряемой камеры 3 полого изделия 2 ведут визуально до полного удаления центрального воздушного пузыря и полного заполнения пространств незакрытых прозрачной крышкой 4 до выходов горизонтальных компенсационных зазоров или входов компенсирующих отверстий 9а или вертикальных компенсационных зазоров 9б, выравнивающих атмосферное давление в камере 3 полого изделия 2, то есть до сопряжения в них менисков поверхности воды и периметра открытых входов компенсирующих отверстий 9а или компенсационных зазоров 9б, не входящих в измеряемый объем камеры 3, в которых вода удерживается силами поверхностного натяжения;
14. после чего в заливном объемном мерном устройстве 6 устанавливают с заданной точностью изменение объема вытекшей воды, измеряют его, при этом он полностью соответствует объему измеряемой камеры 3 полого изделия 2.
При замерах объема измеряемой камеры 3 и полого изделия 2 сложной формы, которая включает вертикальные проходы, которые настолько велики в вертикальном направлении, что вода не может быть удержана в них только молекулярными силами поверхностного натяжения воды, то необходимо производить нижеследующую последовательность действий.
Очевидно, как уже указывалось, что если вертикальные размеры проходов в измеряемой полости, незакрытые прозрачной плитой-крышкой 4 будут настолько велики, что вода не может быть удержана в них только молекулярными силами поверхностного натяжения воды, например, из-за значительного вертикального перепада давлений воды по высоте прохода и сможет через них свободно вытечь под действием сил, создаваемых перепадом давлений воды из-за расположения их уровней на значительных расстояниях по вертикали, то плита-крышка 4 должна быть заменена прозрачной крышкой 4а с боковинами (см. Фиг. 5), сопряженными с боковой поверхностью полого изделия 2, например, с поверхностью сферической головки и боковой поверхностью поршня, при этом соответствующая часть боковины крышки должна иметь возможность перекрыть полностью указанные ранее вертикальные проходы, и при этом дополнительно прозрачную плиту-крышку снабжают компенсирующими средствами 9, выполненными с возможностью сообщения с окружающей средой и передачи ее давления воде в измеряемой камере, которое должно быть выполнено, по меньшей мере, в виде одного компенсирующего контрольного отверстия 9а на верхней части боковой поверхности боковины крышки или крышка должна быть снабжена другим средством сообщения с окружающей средой на уровне, близком к уровню нижнего края входного отверстии 5, в противном случае будет невозможно проконтролировать окончание заполнения камеры 3 из-за повышения уровня воды во входном отверстии 5.
Пузыри в сложных по форме проходах можно удалить путем изменения положения, например путем покачиванием полого изделия 2 в механическом трехкоординатном устройстве 1 при ослаблении крепления по направлению одной из координатных осей позиционирования, при этом окончательное удаление центрального воздушного пузыря производят в горизонтальном положении через отверстие входа 5, предназначенного для поступления мерной жидкости из заливного объемного мерного устройства 6 и выполненного в прозрачной крышке 4а с боковинами.
При другом выполнении компенсирующих средств 9, при котором также прозрачную плиту-крышку 4 выполняют в виде крышки 4а с боковинами и устанавливают ее с возможностью перекрытия боковинами вертикальных проходов, выполненных с размерами, превышающими возможность удержания воды в них только силами поверхностного натяжения воды, дополнительно другом выполнении крышки 4а с боковинами снабжают компенсирующим средством, выполненным с возможностью сообщения с окружающей средой и передачи ее давления воде в измеряемой камере, в виде вертикального компенсационного зазора 9б между полым изделием 2 и боковиной крышки 4а, расположенного за пределами боковин крышки 4а, перекрывающих сопряженные с ними поверхности вертикальных проходов, и боковин крышки 4а, выполненного в виде вертикального зазора между полым изделием 2 и боковиной крышки 4а с радиальными размерами, превышающими радиальный размер полого изделия на радиальную величину вертикального компенсационного зазора 9б, также выполненного с возможностью доступа воздуха и удержания воды в нем только силами поверхностного натяжения воды.
На основании изложенного можно утверждать следующее.
Поставленная техническая задача решается всей последовательностью технических действий способа с использованием в формуле технических средств и может быть использована в предложенном виде в народном хозяйстве, следовательно, предложение соответствует критерию изобретения «промышленная применимость».
Предложение имеет отличия от известного способа, следовательно, соответствует критерию изобретения «новизна».
Предложение при выполнении всех известных и новых действий способа позволяет достичь новых, ранее неизвестных технических результатов, следовательно, соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».