КАМЕРА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОПЛИВНЫХ ФАКЕЛОВ

Полезная модель относится к области дизельного двигателестроения и может быть использована для исследования факелов, образующихся при впрыске топлива форсунками.
Распылители наиболее распространенных в настоящее время дизельных двигателей с неразделенными камерами сгорания часто имеют от четырех до девяти сопловых отверстий. Расположение сопловых отверстий задается, в том числе, углами в плоскости, нормальной к продольной оси распылителя (так называемые, углы «в плане») и в диаметральной плоскости распылителя (так называемые, углы «в шатре»). Факелы, которые образует топливо, выходя из сопловых отверстий распылителя, характеризуются, кроме прочего, углами раскрытия и дальнобойностью. При изменении давления впрыска и углов сопловых отверстий «в шатре» пространство, занимаемое топливными факелами, изменяется. Когда речь идет об изучении движения факела в газовой среде, от испытательных установок - стендов и камер для исследования топливных факелов - требуется создавать минимальные помехи движению топлива: капли топлива не должны ударяться о внутренние стенки камер. Иначе не только не произойдет полного развития факела, но и результаты исследований будут неточными. В известных решениях камеры, по своим конструктивным размерам, изначально ориентированы на узкий диапазон изменения дальнобойности факелов. При изменении углов «в шатре» сопловых отверстий или изменении давления впрыска дальнобойность факелов может оказаться такой, что топливо будет ударяться о внутренние поверхности камер, то есть исследования станут невозможны.
Известен способ регулировки форсунок и стенд для испытания и регулировки форсунок, в результате использования которых достигается регистрация факела распыла топлива и последующее определение его формы (патент RU №2467197, опубл. 20.11.2012. Бюл. №32). Стенд для испытания и регулировки форсунок, по известному решению, включает камеру впрыска цилиндрической формы с двумя крышками, приемную емкость, два осветителя, регистраторы. При этом осветители жестко закреплены в верхней крышке камеры впрыска, три регистратора размещены в стенках камеры впрыска, а четвертый регистратор закреплен в центре нижней крышки приемной емкости.
К недостаткам известного решения относится отсутствие защиты от попадания топлива из факелов на приемную часть регистратора, находящегося на нижней крышке камеры впрыска. Это ухудшает качество получаемых результатов.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели, по совокупности существенных признаков - прототипом - является экспериментальный стенд скоростной видеосъемки струи распыленного топлива, включающий корпус, форсунку, источник света, защитный экран, видеокамеру. Защитный экран отделяет источник света от топливного факела. Защита видеокамеры от попадания на нее капель топлива реализована за счет удаления видеокамеры от топливного факела на расстояние 1,2 м (Еськов А.В., Кирюшин И.И. Использование высокоскоростной цифровой камеры для изучения динамики длины струи распыленного топлива. // Сб. науч. тр. / Югорский государственный университет.- 2014. - Вып. 2. - С. 29-31). Предполагается, что топливный факел, движется параллельно поверхности экрана
К недостаткам известного решения относится отсутствие защиты против возможного попадания топлива из факелов на экран, закрывающий источник света и ухудшающий освещенность пространства камеры. Несмотря на то, что авторами решения говорится о параллельном движении топливной струи относительно защитного экрана, за счет угла раскрытия факела часть капель топлива движется по траекториям, непараллельным экрану и может попадать на него. Кроме того значительное удаление видеокамеры от факелов понижает точность получаемых данных и неоправданно увеличивает размеры экспериментальной установки.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является устранение недостатков прототипа: предотвращение попадания капель топлива на экран, за которым располагается видеокамера, и расширение возможностей камеры для проведения исследований топливных факелов при использовании различных распылителей и давлений впрыска.
Поставленная задача решается за счет выполнения камеры для исследования топливных факелов в виде тела вращения регулируемой высоты с расположением форсунки в нижней части, а экрана, закрывающего видеокамеру - в верхней части.
Новизной в конструкции камеры для исследования топливных факелов, предлагаемой в качестве настоящей полезной модели, является расположение форсунки и экрана, закрывающего видеокамеру и конструктивное выполнение корпуса камеры, позволяющей регулировать ее размеры в зависимости от параметров впрыска и распылителя.
Согласно изобретению, предложена камера для исследования топливных факелов включающая корпус, форсунку, источники света, защитный экран, видеокамеру. Корпус выполнен из двух вертикально установленных соосных полустаканов, верхний из которых входит в нижний с заданным регулируемым осевым перекрытием, выбираемым для обеспечения воздушного зазора от 20 до 30 мм между наружной поверхностью развитого факела и поверхностью экрана, форсунка размещается в переходной детали, устанавливаемой в нижний полустакан, защитный экран расположен в крышке, закрывающей верхний полустакан, перед видеокамерой, а источники света размещены в боковых стенках корпуса.
Указанные признаки являются новыми, существенными, неочевидными и промышленно выполнимыми и направлены на решение поставленной полезной моделью технической задачи.
Конструкция камеры для исследования топливных факелов, предлагаемой в качестве настоящей полезной модели, поясняется чертежами (фиг.1, 2). Камера для исследования топливных факелов включает корпус 1 (фиг. 2), крышку 2, крышку 3, один или более источников света 4, экран 5, закрывающий видеокамеру (условно не показана), штуцеры 6, форсунка 7 с распылителем 71.
Корпус 1 выполнен из двух соосных полустаканов, из которых полустакан 11 в рабочем положении камеры для исследования топливных факелов является верхним и входит в полустакан 12, являющийся нижним, с заданным осевым перекрытием (фиг. 2). В полустакане 12 выполнена канавка для установки уплотнительного кольца 13, обеспечивающего герметичность соединения.
Величина осевого перекрытия полустаканов 11 и 12 выбирается из условия обеспечения воздушного зазора от 20 до 30 мм между наружной поверхностью развитого факела и поверхностью экрана 5 во всем планируемом диапазоне давлений впрыскивания топлива и для всех типах распылителей.
Наружные торцы полустаканов 11 и 12 закрыты крышками 2 и 3, соответственно. В центральную расточку полустакана 11 устанавливается экран 5. Крышка 3 включает одно или более отверстие 31 для слива топлива и расточку для переходной детали 8. В переходной детали 8 выполнено центральное отверстие для установки форсунки 7.
Камера для исследования топливных факелов работает следующим образом.
Исходя из предварительных данных о форме и размерах топливных факелов при заданном давлении впрыска через конкретный распылитель 71, выставляют такое осевое перекрытие полустаканов 11 и 12, которое обеспечило бы воздушный зазор от 20 до 30 мм между наружной поверхностью развитого факела и поверхностью экрана 5.
Через штуцеры 6 создают в корпусе 1 заданное давление газовой среды любым известным способом. Включают источники света 4.
Через форсунку 7 производят впрыск топлива.
С помощью видеокамеры (условно не показана) через экран 5 регистрируют формирующиеся топливные факелы.
Если осевое перекрытие полустаканов 11 и 12, выставленное при сборке корпуса 1 перед началом работ, оказалось недостаточным для предохранения экрана 4 от попадания на него капель топлива из факелов - воздушный зазор оказался меньше необходимого -производят изменение перекрытия полустаканов 11 и 12.
Благодаря тому, что в рабочем положении камеры для исследования топливных факелов форсунка 7 расположена снизу, впрыск топлива осуществляется вверх. Энергия, сообщаемая топливу при впрыске через распылитель 71, такова, что дальнобойность факелов, практически не зависит от направления впрыска - вверх или вниз - и определяется, в большей степени, углами расположения сопловых отверстий «в шатре». После полного развития факела происходит его разрушение, то есть капли, полностью потеряв скорость движения в первоначальном направлении, начинают падать, под действием силы тяжести, вниз. Благодаря заявляемому расположению экрана 5, закрывающего видеокамеру, капли падают не на экран 5, а на нижнюю крышку 3 и через отверстия 31 сливаются из камеры. Наличие воздушного зазора от 20 до 30 мм между наружными поверхностями факелов и экраном 5 гарантирует чистоту поверхности экрана 5 и, соответственно, высокое качество наблюдений.
Полустаканы 11 и 12 фиксируют от возможного взаимного осевого смещения любым известным способом. Способ фиксации полустаканов 11 и 12 от возможного взаимного осевого смещения не является предметом охраны в рамках предлагаемой полезной модели.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является:
- защита экрана перед видеокамерой от попадания капель топлива и, за счет этого, обеспечение более высокой точности наблюдений в ходе исследований;
- расширение области применения камеры для исследования факелов для различных давлений впрыска, определяющих дальнобойность факелов, и конструкций распылителей (например, углов расположения сопловых отверстий в «шатре») за счет изменения размеров корпуса.