CZ299500B6 - Zarízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlav válcu spalovacího motoru, zpusob jeho cejchování a zpusob zkoušení na tepelnou únavu - Google Patents

Abstract

Zarízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlav (C) válcu spalovacího motoru, obsahující dále nosic (14) pro hlavu (C) válcu, mající alespon jednu oblast hlavy (C) válcu, která je uzpusobena k tomu, abybyla vystavena úcinkum spalování v motoru a alespon jeden horák (11), který je uzpusobený k nasmerování plamenu na celou oblast. Zarízení pro zkoušení dále obsahuje alespon jeden snímac (171) tepelného toku umístený v tlouštce hlavy (C) válcu v oblasti, uzpusobený k overování toho, že tepelný tok vytvárený plamenem odpovídá s požadovanou presnostípredem stanovené hodnote. Pri zpusobu cejchování zarízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlav (C) válcu spalovacího motoru opatreného horáky (11) se umístí snímace teploty v hlave (C) válcu, vybavenéprístroji, pricemž snímace se umístí do blízkostinejméne jedné oblasti, urcené k vystavení úcinkumspalování v motoru, pak se použijí snímace teploty, zatímco se pusobí na hlavu (C) válcu na zarízení pro zkoušení motoru a stanoví se teplotní mapa pro oblast za stabilních podmínek, nacež se uloží teplotní mapa do pameti pocítace. Snímac (171) tepelného toku se upevní do oblasti hlavy (C) válcu vybavené prístroji a hlava (C) válcu vybavená prístroji se umístí do zarízení pro zkoušení na tepelnouúnavu. Potom se upraví tepelný tok dodávaný každým horákem (11) k opetnému vytvorení teplotní mapy co nejbližší k uložené teplotní mape a namerená hodnota teplotního toku se uloží po úprave jako požadovaná hodnota. Pri zpusobu zkoušení na tepelnou únavu se umístí hlava (C) válcu na zarízení pro zkoušení a provádí se serizování na požadovanou hodnotu strídáním fází ohrevu tepelným tokem a chlazenípo stanovenou dobu.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlav válců spalovacího motoru, obsahující dále nosič pro hlavu válců, mající alespoň jednu oblast hlavy válců, která je uzpůsobena k tomu, aby byla vystavena účinkům spalování v motoru a alespoň jeden hořák, který je uzpůsobený k nasměrování plamenu na celou oblast.

Vynález se dále týká způsobu cejchování zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlav válců spalovacího motoru opatřeného hořáky.

Vynález se také týká způsobu zkoušení na tepelnou únavu hlavy válců spalovacího motoru na zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlav válců spalovacího motoru.

Dosavadní stav techniky

Každá nově konstruovaná hlava válců se dnes zkouší na zařízení pro zkoušení motorů. Takové běžné zkoušení na tomto zařízení probíhá po dobu řádově 800 hodin.

V posledním období se také velmi urychluje vývoj motorů, zejména vznětových, a konstruktéři navrhují motory se stále vyšším výkonem, ve kterých jsou hlavy válců vystaveny většímu namáhání, zejména při opakovaných startech studeného i zahřátého motoru.

Zkoušení, které musí modelovat reálné podmínky chodu motoru, se stále více prodlužuje, zatímco konstruktéři motorů naopak požadují, aby se doby vývoje hlav válců podstatně urychlily.

V současnosti existují speciální zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlav válců, zaměřené na minimalizování dob zkoušení tím, že snižují použití zařízení pro zkoušení motorů. Principem těchto zařízení je to, že se určité oblasti hlavy válců, které mají být vystaveny spalovacím komorám motoru, zahřívají tak, že se obdrží simulace chování hlavy válců oproti požadovaným průběhům teplot, které jsou podobné těm, které se předem zjistily v reálném provozu, ale aniž by se tyto hlavy válců musely zkoušet na zařízení pro zkoušení motorů.

Tak jsou známy různé techniky, které například používají teplosměnné kapaliny, viz zejména FR-A-2 651 319 nebo plyny, viz zejména SU-A1 193 492, aby se ohřály určité zóny hlavy válců, s cílem zkrátit dobu trvání zkoušení na tepelnou únavu.

Podle další odborníkům v oboru známé techniky se zařízení pro zkoušení dimenzuje tak, aby se lokalizované oblasti hlavy válců, které jsou vystaveny spalování a přesněji oblasti můstků mezi sedly sousedních ventilů ohřívají lokálně tak, že se na těchto místech dosahují teploty, které se blíží provozním teplotám motoru. Použité hořáky jsou hořáky tetren-kyslík.

Při tomto typu zkoušení se snímá teplotní mapa celé hlavy válců, která se však podstatně liší od stejné mapy pořízené při skutečnému chodu motoru. Výsledky zkoušení jsou tedy málo reprezentativní. Zařízení ale umožňuje porovnávat různé materiály, jako slitiny, jemnost zrn apod., nikoli však rozdíly týkající se uspořádání hlavy, zejména ne polohy kanálků chladicí kapaliny, které ovlivňují teploty v zkoušených místech a obecné geometrie hlavy.

Jiné zařízení pro zkoušení je opatřeno hořáky, u kterých se předpokládá, že v místech, vystavených účinkům spalování vytvoří téměř stejné teploty jako při zkoušení na zařízení pro zkoušení motorů. Regulace teplot se provádí za pomoci termočlánků umístěných v každé hlavě válce, které zjišťují dosaženou teplotu. Ani tento způsob regulace zahřívání na základě teploty v podstatě neumožňuje srovnávat geometrie různých hlav. Jestliže se například zkoumá jiné uložení vodního kanálku za účelem zlepšení chlazení zahřívaných ploch, pak se zřejmě stane to, že regulace pomocí termočlánků povede ke zvýšenému ohřevu a tím k novému nastavení teploty, což rovněž nereprezentuje skutečné podmínky chodu motoru.

Nevýhodou tohoto zařízení pro zkoušení je především skutečnost, že nemůže zjistit rozdíly teploty v různých místech hlavy, což se významně dotýká validity výsledků zkoušek.

Na jiných zařízeních se hlava zahřívá přiváděním tepla otvory pro ventily. Je zřejmé, že snímaná teplotní mapa není stejně reprezentativní jako mapa snímaná ze zařízení pro zkoušení motorů.

Tudíž žádné ze známých zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlav válců neurychlí vývoj hlav válců bez pravidelného zkoušení na zařízení pro zkoušení motorů. Přesněji platí, že i když tato známá zařízení na zkoušení dovolují přesně vyzkoušet různá řešení s různými materiály, teprve zkoušení na zařízení pro zkoušení motorů umožňují efektivně vyzkoušet nové řešení týkající se geometrie hlav, přičemž jsou to právě geometrická řešení, která jsou v současnosti nejžádanější, protože vytvářejí nejvýznamnější pokrok co se týče zlepšení životnosti hlavy válců.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je odstranit tato omezení dosavadního stavu techniky a navrhnout zařízení pro zkoušení, které dovoluje provádění urychlených pokusů k tepelné únavě hlav válců tím, že se dosahují výsledky velmi dobré, reprezentativní povahy, hlavně detekce tepelných únavových lomů v oblasti můstků mezi ventilovými sedly, a to za takovou dobu trvání, která je ve srovnání s řešeními podle dosavadního stavu techniky podstatně kratší, zpravidla za 40 až 200 hodin, oproti 800 hodinám.

Dalším úkolem předkládaného vynálezu je navrhnout zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu, které dovoluje obdržet tepelnou mapu pro oblasti vystavené působení spalovacích komor, která je velmi podobná té tepelné mapě, která se obdrží na zařízení pro zkoušení motorů.

Dalším úkolem vynálezu je mít možnost srovnávat hlavy válců, které mají nejen rozdílné vlastnosti kovových materiálů, nýbrž také rozdílné geometrie, zejména ve vztahu k umístění chladicí vody.

Tyto úkoly řeší zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlav válců spalovacího motoru, obsahující dále nosič pro hlavu válců, mající alespoň jednu oblast hlavy válců, která je uzpůsobena k tomu, aby byla vystavena účinkům spalování v motoru a alespoň jeden hořák, který je uzpůsobený k nasměrování plamenu na celou oblast, které podle vynálezu spočívá v tom, že zařízení pro zkoušení dále obsahuje alespoň jeden snímač tepelného toku umístěný v tloušťce hlavy válců v oblasti, uzpůsobený k ověřování toho, že tepelný tok vytvářený plamenem odpovídá s požadovanou přesností předem stanovené hodnotě.

Zařízení pro zkoušení je s výhodou opatřeno okruhem pro horkou chladicí kapalinu, okruhem pro chladnou chladicí kapalinu a prostředky pro volitelné připojování hlavy válců k jednomu z těchto okruhů.

Zařízení pro zkoušení dále s výhodou obsahuje prostředky pro ovládání chladicích okruhů, uzpůsobené pro použití chladicí kapaliny pro hlavu válců za podmínek, které jsou podobné reálným podmínkám cirkulace chladicí kapaliny.

U zařízení pro zkoušení podle vynálezu je s výhodou každý hořák uzpůsoben pro přívod plynu na bázi nasyceného uhlovodíku a vzduchu obohaceného kyslíkem. Plynem na bázi nasyceného uhlovodíku je s výhodou zemní plyn.

Zařízení pro zkoušení je dále s výhodou opatřeno prostředky pro seřizování tepelného toku, dodávaného hořáky regulací množství plynu a vzduchu obohaceného kyslíkem ve směsi.

U zařízení pro zkoušení je s výhodou tepelný tok z každého hořáku seřiditelný na příslušnou požadovanou hodnotu.

Zařízení pro zkoušení je s výhodou uzpůsobeno k volení požadované hodnoty způsobem k vytváření teplotní mapy v různých bodech hlavy válců, která je podobná k teplotní mapě získané za skutečných provozních podmínek a za měření pomocí hlavy válců opatřené snímači teploty. Každý hořák s výhodou obsahuje prostředek uzpůsobený k vytváření rozděleného plamene schopného vytváření teplotní mapy v přidružené oblasti v horní části válce. Každý hořák je také s výhodou opatřen perforovaným dílem. Perforovaný díl má s výhodou nerovnoměrné rozdělení vyúsťujících otvorů.

U zařízení pro zkoušení je s výhodou každý snímač tepelného toku upevněn na konci jako nosič upravené vstřikovací trysky, vhodné pro upevnění v hlavě válců, přičemž konec je uspořádán pro nasazení snímače.

Uvedené úkoly jsou také řešeny způsobem cejchování zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlav válců spalovacího motoru opatřeného hořáky, který spočívá v tom, že se umístí snímače teploty v hlavě válců, vybavené přístroji, přičemž snímače se umístí do blízkosti nejméně jedné oblasti, určené k vystavení účinkům spalování v motoru, že se použijí snímače teploty, zatímco se působí na hlavu válců na zařízení pro zkoušení motoru a stanoví se teplotní mapa pro oblast za stabilních podmínek, že se uloží teplotní mapa do paměti počítače, že se upevní snímač tepelného toku do oblasti hlavy válců vybavené přístroji, že se umístí hlava válců vybavená přístroji do zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu, že se upraví tepelný tok dodávaný každým hořákem k opětnému vytvoření teplotní mapy co nejbližší k uložené teplotní mapě a že se uloží naměřená hodnota teplotního toku po úpravě jako požadovaná hodnota.

U tohoto způsobu v každé horní oblasti válce s výhodou působí nejméně jeden snímač tepelného toku a referenční hodnota se ukládá pro každou dvojici hořák/snímač.

Během umístění hlavy válců na zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu se s výhodou stanovuje čas požadovaný na stabilizování měřené teplotní mapy.

Krok, ve kterém se upravuje tepelný tok obsahuje s výhodou krok ve kterém se seřizuje tvar hořáku a krok ve kterém se upravuje palivová směs přiváděná do hořáku.

Úkoly vynálezu také řeší způsob zkoušení na tepelnou únavu hlavy válců spalovacího motoru na zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlav válců spalovacího motoru, cejchovaného výše uvedeným způsobem, který podle vynálezu spočívá v tom, že se poskytne ocejchované zařízení pro zkoušení, že se umístí hlava válců na zařízení pro zkoušení a že se provádí seřizování na požadovanou hodnotu střídáním fází, kdy se ohřívá tepelným tokem a kdy se ochlazuje po předem stanovenou dobu.

U tohoto způsobu se s výhodou používá tepelný tok, dodávatelný každým hořákem, který je větší než 250 kW/m².

U tohoto způsobu se také s výhodou používají doby trvání fází, kdy se ohřívá tepelným tokem a kdy se ochlazuje, které leží v rozsahu 20 s až 100 s.

U tohoto způsobu se také s výhodou postupuje tak, že se připojuje hlava válců k okruhu horké chladicí kapaliny při fázi, kdy se ohřívá a že se připojuje hlava válců k okruhu chladné chladicí kapaliny při fázi, kdy se chladí.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn jeho podrobným popisem s odkazy na výkresy, na kterých znázorňuje:

obr. 1 zjednodušené schéma zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu v bokorysu, obr. 2a boční pohled na hořák použitý v zařízení pro zkoušení podle obr. 1, obr. 2b čelní pohled na hořák zařízení pro zkoušení z obr. 2a, obr. 3a pohled na hořák v osovém podélném řezu podle přímky A-A z obr. 2, obr. 3 b příčný průřez podle přímky B-B z obr. 3 a, obr. 4 bokorys snímače tepelného toku, který se používá na zařízení pro zkoušení a na jeho držák, obr. 5 prostorový pohled na snímač tepelného toku a na jeho držák, obr. 6 schématicky pohled zpředu na tu oblast hlavy válců, kteráje vystavena spalovací komoře, znázorňující chování zařízení pro zkoušení z hlediska snímání teplotní mapy, obr. 7 blokové schéma celého zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu, obr. 8 graf toho, jak se mění tepelný tok, dodávaný do každé oblasti komory hlavy válců při zkoušce na tepelnou únavu, obr. 9 graf toho, jak se mění teplota v různých bodech hlavy válců při takovém zkušebním cyklu na tepelnou únavu u dané hlavy válců.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlavy C válců. Toto zařízení pro zkoušení má na své základně nosnou desku 10 pro skupinu hořáků 11, jejich počet odpovídá počtu válců motoru, pro který je hlava C válců vytvořena, což v daném případě jsou čtyři válce. Nad nosnou deskou 10 jsou připevněny čtyři válcovitá pouzdra 12, která slouží k tomu, že usměrňují teplo, vydávané hořáky 11, směrem vzhůru, k hlavě C válců. Pouzdra J_2 dosahují na svém horním konci k spojovací desce 13, kteráje opatřena kruhovými průchody pro pouzdra 12 a která má rovnou horní plochu, na které je přes vložené běžné těsnění jako nosič 14 pod hlavu C válců umístěna hlava C válců.

Hlava C válců obsahuje obvyklým způsobem provedený kanál CE pro vedení chladicí vody nebo jiné chladicí kapaliny, který prochází v blízkosti sedel ventilů. Kromě toho má spojovací deska J3 uvnitř vedený kanál 131 pro chladicí vodu. Tyto kanály CE a 131 pro vedení chladicí vody nebo chladicí kapaliny jsou spolu propojeny na obou stranách oblasti v blízkosti hlavy C válců propojovacími kusy R, která jsou částečně určeny typem konstrukce hlavy C válců, čímž jsou spojeny s přívodním potrubím 15 vody a s odváděcím potrubím 16 vody. Zařízení pro zkoušení je také opatřeno neznázoměným okruhem vody nebo jiné chladicí kapaliny, které má první okruh se chladnou kapalinu a nezávislý druhý okruh s horkou kapalinou, jakož i prostředky, které jsou například založeny na elektroventilech, aby se zařízení pro zkoušení volitelně připojovalo na okruh horké kapaliny nebo chladné kapaliny tak, jak je to podrobně popsáno níže.

Kromě toho jsou přítomny neznázoměné prostředky, aby se tyto okruhy řídily nebo alespoň kontrolovaly, aby poskytovaly hlavě C válců chladicí kapalinu za takových podmínek, které jsou co nejblíže k těm, které panují za skutečného provozu, zejména pokud jde o průtok, rychlost proudění, teplotu, tlak a rozvádění kapaliny, a sice zejména za zohlednění geometrie a směru toku v oblasti přítoku a odtoku kapaliny do hlavy C válců.

Jak se to popisuje ještě podrobněji níže, jsou do hlavy C válců v oblasti průchodů pro umístění vstřikovacích trysek paliva vsunuty snímače 171 tepelného toku, vždy jeden do každého válce, přičemž jsou vloženy do nosiče 17 v podobě vstřikovací trysky, které jsou znázorněny jen schématicky.

Na obr. 1 jsou také schématicky znázorněna ventilová sedla S v hlavě C válců.

S odkazem na obr. 2 a 3 budou nyní popsány hořáky 11, které se používají, aby vznikl kontrolovaný tepelný tok k oblastem hlavy C válců, které jsou opatřeny k tomu, aby byly vystaveny spalovacím komorám motoru, které se zde nazývají zónou oblasti hlavy C válců.

Především bylo v rámci vynálezu zjištěno, že je možné dosáhnout v zóně oblasti hlavy C válců vysokých teplot, které jsou potřebné pro dobré simulování závěrů z reálného provozu, v takových časových lhůtách, které dovolují výrazně zmenšit dobu trvání zkušebních pokusů a tím doby vývoje tím, že se použijí hořáky zvláštního tvaru spolu s jejich zásobováním vhodně dávkovanou směsí nasyceného uhlovodíkového plynu, zejména zemního plynu a vzduchu obohaceného kyslíkem, zatímco hořáky podle známého stavu techniky obecně slouží jenom k ohřevu velmi omezených oblastí zón hlavy C válců nebo k získání dob vzestupu teploty, které jsou příliš dlouhé a vysoce vadí z hlediska celkové doby trvání zkoušek.

Jak je to znázorněno na obr. 2a, 2b, 3a a 3b, je každý hořák ϋ sestaven z řady kovových dílů, k nimž patří vnější zvon 111, opatřený válcovým základním úsekem 1111, na který navazuje díl 1112 ve tvaru zužujícího se komolého kužele, který je nahoře otevřený, perforovaný díl 112, opatřený válcovou boční stěnou 1121, nad kterou je kruhová deska 1122, spojovací díl 113 ve tvaru prstence a spojovací díl 114, který je válcový a má průměr, který je podstatně menší než průměr zvonu 111 a perforovaného dílu 112. Tyto díly se spojují svářecími housenkami 115 a U6.

V kruhové desce 1122 jsou vytvořeny axiální otvory 01 až 05 a na válcové boční stěně 1121 jsou provedeny radiální otvory 06. Do těchto otvorů 01 až 06 proudí pod tlakem plynná směs, která se přivádí v oblasti spojovacího dílu 114 a počet a rozmístění otvorů 01 až 06 jsou stanoveny tak, aby bylo možné tak, jak to bude popsáno níže, dosáhnout takové teplotní mapy pro hlavu C válců, která se dosahuje za skutečných provozních podmínek.

V popisovaném příkladu mají všechny otvory 01 až 05 v desce 1122 průměr 2 mm a jsou rozmístěny v soustředných kruzích tak, že deska 1122 má jeden středový otvor 01, osm otvorů 02, které jsou rozmístěny pravidelně na prvním kruhu o průměru 15 mm, šestnáct otvorů 03, které jsou rozmístěny pravidelně na druhém kruhu o průměru 25 mm, dvacet čtyři otvorů 04, které jsou rozmístěny pravidelně ve třetím kruhu o průměru 40 mm a třicet dva otvorů 05, které jsou rozmístěny pravidelně ve čtvrtém kruhu o průměru 55 mm.

V boční stěně 1121 je provedeno dvacet čtyři otvorů 06, které jsou od sebe pravidelně vzdáleny v intervalech po 15°.

Hořáky jsou zásobovány směsí zemního plynu (plynu z oblasti Lacq) a kyslíku, přičemž se používá směšovací šoupátko, které se řídí tak, aby byl směšovací poměr mezi zemním plynem a kyslíkem, a tím i výkon plamene, podle potřeby měnitelný, což bude ještě přesněji patrné dále.

Na obr. 4 a obr. 5 je znázorněna známá ale upravená vstřikovací tryska 17 pro vznětové motory, kterou není třeba podrobněji popisovat, jejíž konec na straně spalovací komory je upraven tak, aby mohl přijmout snímač 171 tepelného toku.

Snímač 171 je opatřen osazením 1711, o které se opírá uzavírací upevňovací prstenec 172, který je nasazený na konci vstřikovacího zařízení, zatímco vně je na tomto prstenci 172 nasazeno měděné těsnění 173.

Vlastní snímač 171 sedí ve válcovém úseku 1712, který vyčnívá od jako nosič upravené vstřikovací trysky 17 směrem ven a který je opatřen k tomu, by byl se svojí mimořádně přesně nastavenou vůlí pojat do otvoru, vytvořeného v hlavě C válců. Aby se zabránilo odchylkám, udržuje se tato vůle s výhodou pod 0,1 mm, a ještě výhodněji v blízkosti 0,05 mm.

Snímač 171 je spojen s počítačovou centrálou k řízení a zachycování, které bude popsáno níže, přes kabel 1713 v plášti z nerezavějící oceli.

Snímače 171 tepelného toku jsou s výhodou snímače 171 s dvojitým spojovacím místem termočlánku, které vyrábí firma CFTM, sídlící na adrese 3, chemin de la Brocardiere, 69570 Dardilly, Francie pod označením CFTM a které jsou výslovně navrženy k tomu, aby pracovaly ve zvláště namáhajícím prostředí.

Tímto způsobem je hlava válce tak, jak to již bylo schématicky znázorněno na obr. 1, vybavena jedním čidlem tepelného toku na každou oblast hlavy C válců, a signál zachycený těmito snímači se používá k řízení zařízení pro zkoušení tak, jak to bude ještě podrobně patrné z následujícího.

Na obr. 6 je znázorněna oblast TC hlavy C válců se čtyřmi sedly S ventilu, dvěma pro vstup A a dvěma pro výstup E a středovým otvorem A pro jako nosič upravenou vstřikovací trysku 17, v jejíž oblasti se nachází volný konec koncového válcového úseku 1712 snímače 171 tepelného toku.

Různé body na tomto obrázku 6 znázorňují jednak teploty zaznamenané ve stanovených podmínkách skutečného provozu motoru opatřeného hlavou C válců a jednak teploty zaznamenané při zkoušce hlavy C válců na výše popsaném zařízení.

Tyto hodnoty měření byly získány na referenční, či cejchovací hlavě válců, která byla před zkoušením obrobena a na uvažovaných bodech měření opatřena do roviny zapuštěnou sadou termočlánků s přístroji.

Z obrázku 6 je zřejmé, že teploty zaznamenané na zkušebně motoru a na zařízení pro zkoušení podle předkládaného vynálezu jsou dostatečně blízko u sebe na to, aby se dalo předpokládat, že zařízení pro zkoušení podle vynálezu umožní výborně modelovat skutečné teplotní podmínky.

V této souvislosti je třeba poznamenat, že umístění otvorů každého hořáku, tak, jak bylo výše popsáno, bylo krok za krokem propracováno tak, aby byla obdržena znázorněná teplotní mapa. Zejména uspořádání a počet otvorů u hořáku v jeho středové oblasti a v jeho okrajové části zajišťují, že se dá postupovat tak, že se dají dodržet zamýšlené hodnoty teplot v různých bodech, vyznačených na obr. 6, s uspokojivým přiblížením.

Při jiném provedení, které není znázorněno, je možné přizpůsobovat i velikost průměru otvorů u hořáku.

Následuje popis pracovních cyklů zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu podle vynálezu. Na obr. 7 je znázorněno blokové schéma uspořádání systému dodávky plynné směsi do zařízení pro zkoušení, spojené s počítačem řízenou stanicí SP.

Tato neznázoměná stanice SP přijímá pro kontrolní účely od čtyř snímačů 171 tepelného toku přes vedení 1713 elektrické signály, tj. napětí, která pro účely regulace odpovídají okamžitým hodnotám tepelného toku v každé oblasti hlavy C válců. Řídicí jednotka tyto signály vyhodnotí. V závislosti na těchto signálech kontroluje stanice SP, zdali hodnota tepelného toku, naměřená v oblasti každého hořáku, odpovídá požadované hodnotě, tj. zda má vůči této požadované hodnotě přijatelnou odchylku, např. v rozmezí od ±5 do ±10 %, a přeruší děj, přičemž uvědomí obsluhu, jestliže bude odchylka od požadované hodnoty větší. S výhodou jsou příslušná průtoková množství hořáků nastavitelná na 0,35 až 1,15 m³/hodinu pro zemní plyn a na 1,25 až 5,25 m³/hodinu pro kyslík, přičemž tlak zemního plynu činí 0,4 MPa a tlak kyslíku 0,3 MPa.

Kromě toho je počítačem řízená stanice SP také uzpůsobená, což není znázorněno, k tomu, že řídí cirkulaci chladicí vody nebo jiné kapaliny tím, že řídí uzavírání a otevírání obvodů cirkulace horké kapaliny a chladné kapaliny a tím, že v případě nutnosti kontroluje, zda jsou dodrženy podmínky co do průtočného množství, rychlosti, teploty a tlaku.

Na obr. 7 je znázorněna jednotka VAC s ventilátorem k vytváření vzduchu, který je pod tlakem a jehož výstup je opatřen šoupátkem RRA k regulování množství stlačeného vzduchu. Výstup z tohoto šoupátka RRA je spojen se směšovacím T-kusem TE. Regulaci tlaku vzduchu před a za šoupátkem RRA zajišťují tlakoměry MaAl a MaA2.

Také je přítomen zásobník REG zemního plynu, jakož i zásobník REO kyslíku, tj. tlakové lahve. Zásobník REG je připojen ke čtyřpolohovému šoupátku k proporcionálnímu regulování RPG plynu, jehož výstup je spojen přes filtr F s běžným redukčním ventilem DP tlaku. Tlak zemního plynu za redukčním ventilem DP tlaku kontroluje tlakoměr Ma. Výstup z redukčního ventilu DP tlaku je připojen ke vstupu elektromagnetického ventilu EVG, typu vše nebo nic, k řízení toku zemního plynu, který může být ovládán počítačem řízenou stanicí SP. Výstup z tohoto elektromagnetického ventilu EVG je připojen k dalšímu redukčnímu ventilu D2, jehož výstup je přes regulační ventil RRG průtoku zemního plynu spojen s druhým vstupem směšovacího T-kusu TE.

Zásobník REO kyslíku je spojen s čtyřpolohovým šoupátkem RPO vzduchu k proporcionální regulaci, jehož výstup je spojen s elektromagnetickým stavěcím ventilem EVO, typu vše nebo nic, k regulaci kyslíku, který je rovněž ovládán počítačem řízenou stanicí SP. Výstup z tohoto elektromagnetického ventilu je ve směšovacím bodu PM přímo spojen s potrubím, které se nachází na výstupu směšovacího T-kusu TE, aby se paralelně zásobovaly čtyři hořáky Brl až Br4.

Tlak v směšovacím bodu PM je kontrolován tlakoměrem MaM a směšovací bod PM je se zařízením pro zkoušení spojen ohebnou hadicí FL1, jejíž opačný konec je přes zpětnou klapku AR spojen s vedením LDM pro zásobování směsí, které je spojeno se čtyřmi hořáky Brl až Br4, v případě hlavy C válců pro čtyřválcový motor, vždy přes příslušné regulační šoupátko RR1 až RR4 pro regulování průtočného množství. Místa PPI až PP4 pro odběr tlaku umožňují v průběhu cejchování zařízení pro zkoušení nebo při jeho kontrole zjistit tlak na vstupu každého hořáku Brl až Br4.

S každým hořákem Brl až Br4 je v systému sdružen zapalovací plamínek Vel až Ve4, které jsou zásobovány paralelně takto: odbočka zemního plynu je provedena na úrovni vstupu do elektromagnetického ventilu EVG a pokračuje potrubím LDG pro zapalovací plamínek Vel až Ve4 přes redukční ventil Dp, spojovací ohebnou hadici FL2 šoupátko Rp k proporcionální regulaci a regulační šoupátko RRp průtoku plynu. Tento okruh zásobuje vstup plynu zapalovacích plamínků Vel až Ve4.

Kromě toho je odebírán vzduch v oblasti výstupu z jednotky VAC s ventilátorem a je veden ohebnou hadicí FL3 a regulačním šoupátkem RRp¹ na regulaci průtoku vzduchu do potrubí LDA přívodu vzduchu do vstupu vzduchu do zapalovacích plamínků Vel až Ve4.

K zapalovacím plamínkům Vel až Ve4 jsou přiřazeny zapalovací transformátory TI až T4, které umožňují při uvádění zařízení pro zkoušení do chodu nebo v případě případného zhasnutí znovu zapálení zapalovacích plamínků Vel až Ve4 známým způsobem pomocí elektrické jiskry.

Různá šoupátka k proporcionální regulaci poměru a k regulaci průtočného množství umožňují v průběhu cejchování zařízení pro zkoušení dodávat do hořáků Brl až Br4 spalovací směs tak, jako to bude popsáno níže, jejíž složení a tlak jsou upravovány tak, aby na příslušnou hlavu C válců působil tepelný tok požadované hodnoty tak, jak to bylo popsáno výše. Podle jiné varianty provedení vynálezu může být napájení každého hořáku Brl až Br4 provedeno přes regulační elektromagnetické ventily nebo obdobným rovnocenným prostředkem, což umožňuje tok pomocí zpětné vazby ještě přesněji nastavit na požadovanou hodnotu, zejména v případě driftu.

K provedení zkoušení hlavy C válců řídí počítačem řízená stanice SP jednoduše oba elektromagnetické ventily EVG a EVO tak, aby se při jejich otevření zažehl každý hořák, což je fáze ohřevu, a při jejich uzavření zhasl, což je fáze chlazení.

V průběhu fáze ohřevu iniciuje počítačem řízená stanice SP plamen tak, jak to bylo popsáno výše, a kromě toho přepíná chod zařízení na horkou chladicí kapalinu, když se tato kapalina již ohřála, přibližně na 100 °C, v průběhu předchozích fází ohřevu.

Tato horká fáze se provádí tak dlouho, aby se teplota zejména v můstcích mezi sedly S ventilů, viz vyšrafovaná místa na obr. 6, dosáhly požadované hodnoty teploty tak, jak je to v tomto obrázku uvedeno a výše uvedené údaje k hořákům Brl až Br4 a k jejich zásobování umožňují dosáhnout tyto teploty po 20 až 100 sekundách, zpravidla již po 40 sekundách od zahájení fáze ohřevu, což je jen zlomkem doby trvání, potřebného u zařízení pro zkoušení podle známého stavu techniky. Je zde třeba poznamenat, že na zkrácení fáze ohřevu se také podílí cirkulace ohřáté chladicí kapaliny.

Podle podstatného znaku předkládaného vynálezu se v průběhu této fáze ohřevu přívod tepla z hořáků, regulovaný regulováním směsi zemní plyn/kyslík tak, jak je to popsáno výše, nestanovuje sledováním teplot na úrovni horních částí válců, ale tím, že se jednoduše sleduje tepelný tok odpovídajícími snímači 171. tj. množství tepla dodávaného příslušným hořákem Brl až Br4.

Za tím účelem se reguluje směs přiváděná do hořáků Brl až Br4 tak, aby se vytvořil v podstatě konstantní tepelný tok, přibližně odpovídající dané nastavené hodnotě, jak je to popsáno výše. Hodnotu tepelného toku se volí v určitém rozmezí, např. 250 kW/m² až 1250 kW/m² tak, aby odpovídala různým typům a výkonům motorů.

Fáze ochlazování spočívá v uzavření elektromagnetických ventilů EVG a EVO a v zapojení hlavy C válců na obvod cirkulace chladicí kapaliny, např. na rozvod vody, jejíž teplota je v oblasti 15 °C. Fáze ochlazování probíhá přibližně stejnou dobu jako fáze ohřevu.

Požadovaná hodnota tepelného toku při fázi ohřevu, která je uložena v paměti počítačem řízené stanice SP, se stanoví při cejchování zařízení pro zkoušení. Při cejchování se nejdříve umístí hlava C válců opatřená snímači 171 teploty, viz obr. 6, na zařízení pro zkoušení motorů, a v něm se analyzují teploty naměřené různými snímači a vytvoří se teplotní mapy za různých podmínek chodu motoru, tj. otáček motoru. Poté se hlava C válců sejme ze zařízení pro zkoušení motorů, opatří se výše popsanými snímači 171 tepelného toku a instaluje se na zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu a krok za krokem se nastaví konfigurace hořáků Brl až Br4, jakož i charakteristiky k nim přiváděné spalovací směsi, zejména její složení a tlak, tak, aby hořáky Brl až Br4 vedly k stabilizaci teplot měřených termočlánky hlavy C válců na takových hodnotách, které jsou co nejblíže k hodnotám podle tepelných map, sestavených na zařízení pro zkoušení motorů, s výhodou s přesností ± 10 °C.

Takto se stanoví celý soubor hodnot tepelného toku, modelující různé podmínky chodu motoru a v případě potřeby může počítačem řízená stanice SP upravit zásobování hořáků Brl až Br4 tak, aby se co nejpřesněji dosáhla libovolná hodnota z těchto hodnot tepelného toku.

Zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu se tímto způsobem ocejchuje a hlavy C válců neopatřené přístroji, vybavené jen senzory 171 pro tepelný tok, mohou být pak zkoušeny v průběhu jejich vývoje.

Je důležité si povšimnout, že řízením ohřevu, který probíhá v zařízení pro zkoušení podle vynálezu na základě tepelného toku a ne teploty, se zabezpečuje vynikající modelování reálného chování na zařízení pro zkoušení motorů a zejména průběh teplot, které se blíží tomu, který se stanovuje na zařízení pro zkoušení motorů.

Když se nyní zkouší hlavy C válců různé geometrie, které mají zejména v oblasti vedení chladicí kapaliny různé uspořádání, což ovlivňuje odvádění tepla z hlav C válců, umožňuje tím zařízení pro zkoušení podle předkládaného vynálezu, na rozdíl od regulace teploty, zajistit to, aby se tato změna kvality chlazení odrazila dobře v odpovídajících změnách teploty v hlavě C válců. Zařízení pro zkoušení tedy velmi dobře zaznamená každý pokrok ve vývoji v oblasti chlazení hlavy C válců, který vede k menšímu zahřívání zejména v namáhaných místech mezi sedly S ventilů, a tedy i k její menší tepelné únavě.

Fáze chlazení se realizuje tak, že se zhasnou hořáky Brl až Br4 a že se s podporou chladicího okruhu teploty zón v oblasti hlavy C válců v místech můstků mezi sedly S ventilů ochlazují až na teplotu přibližně 50 °C. K ochlazení na tuto teplotu dochází za 20 až 100 sekund, zpravidla přibližně za 40 sekund.

Na obr. 8 jsou znázorněny křivky Cl až C4 tepelného toku, měřeného v každé oblasti hlavy C válce, v průběhu fáze ohřevu. Tepelné toky dosahují dané hodnoty neprodukující podmínky skutečného zatížení při chodu motoru a plameny se zastavují po uplynutí určené doby, v tomto případě po zhruba 40 sekundách, tento průběh se zobrazuje počítačem řízenou stanicí SP na monitoru a obsluze se tak umožňuje kontrolovat to, že tepelný tok dosahuje stanovenou požadovanou hodnotu.

Doba fáze ohřevu se stanovuje v průběhu cejchování a volí se tak, aby teploty naměřené na hlavě C válců, opatřené přístroji, tak jak je to popsáno výše, mohly dosáhnout hodnoty, které byly předtím zaznamenány na zařízení pro zkoušení motorů.

Na obr. 9 je znázorněn průběh teplot, naměřených v průběhu fáze cejchování pomocí různých termočlánků hlavy C válců, opatřené přístroji, umístěné na zařízení pro zkoušení podle vynálezu. Je zřejmé, že nastavením vlastností hořáků Brl až Br4 jsou tyto průběhy rozličné od jednoho bodu k druhému, aby se dodržela požadovaná tepelná mapa.

Vynález se přirozeně neomezuje jen na popsané provedení, popsané výše a znázorněné na výkresech. Odborník v oboru může provést v rámci myšlenky vynálezu jeho mnohé obměny a úpravy.

Claims (20)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlav (C) válců spalovacího motoru, obsahující dále nosič (14) pro hlavu (C) válců, mající alespoň jednu oblast hlavy (C) válců, která je uzpůsobena k tomu, aby byla vystavena účinkům spalování v motoru a alespoň jeden hořák (11), který je uzpůsobený k nasměrování plamenu na celou oblast, vyznačující se tím, že zařízení pro zkoušení dále obsahuje alespoň jeden snímač (171) tepelného toku umístěný v tloušťce hlavy (C) válců v oblasti hlavy (C) válců, uzpůsobený k ověřování toho, že tepelný tok vytvářený plamenem odpovídá s požadovanou přesností předem stanovené hodnotě.
2. 2. Zařízení pro zkoušení podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že je opatřeno okruhem pro horkou chladicí kapalinu, okruhem pro chladnou chladicí kapalinu a prostředky pro volitelné připojování hlavy (C) válců k jednomu z těchto okruhů.
3. 3. Zařízení pro zkoušení podle nároku 2, vy znač u j í cí se tí m, že dále obsahuje prostředky pro ovládání chladicích okruhů, uzpůsobené pro použití chladicí kapaliny pro hlavu (C) válců za podmínek, které jsou podobné reálným podmínkám cirkulace chladicí kapaliny.
4. 4. Zařízení pro zkoušení podle některého z nároků 1 až3, vyznačující se tím, že každý hořák (11) je uzpůsoben pro přívod plynu na bázi nasyceného uhlovodíku a vzduchu obohaceného kyslíkem.
5. 5. Zařízení pro zkoušení podle nároku4, vyznačuj ící se tí m, že plynem na bázi nasyceného uhlovodíku je zemní plyn.
6. 6. Zařízení pro zkoušení podle nároku 4 nebo 5,vyznačuj ící se tím, že je dále opatřeno prostředky pro seřizování tepelného toku, dodávaného hořáky (11) regulací množství plynu a vzduchu obohaceného kyslíkem ve směsi.
7. 7. Zařízení pro zkoušení podle některého z nároků 1 až6, vy zn ač u j í cí se t í m , že tepelný tok z každého hořáku (11) je seřiditelný na příslušnou požadovanou hodnotu.
8. 8. Zařízení pro zkoušení podle nároku 7, v y z n a č u j í c í se t í m, že je upraveno k volení požadované hodnoty způsobem k vytváření teplotní mapy v různých bodech hlavy (C) válců, která je podobná k teplotní mapě získané za skutečných provozních podmínek a za měření pomocí hlavy (C) válců opatřené snímači teploty.
9. 9. Zařízení pro zkoušení podle nároku 8, vyznačující se tím, že každý hořák (11) obsahuje prostředek uzpůsobený k vytváření rozděleného plamene schopného vytváření teplotní mapy v přidružené oblasti v horní části válce.
10. 10. Zařízení pro zkoušení podle nároku 9, vyznačující se tím, že je každý hořák (11) opatřen perforovaným dílem (112).
11. 11. Zařízení pro zkoušení podle nároku 10, vyznačující se tím, že perforovaný díl (112) má nerovnoměrné rozdělení vyúsťujících otvorů.
12. 12. Zařízení pro zkoušení podle některého z nároků 1 až 11,vyznačující se tím, že je každý snímač (171) tepelného toku upevněn na konci jako nosič upravené vstřikovací trysky (17), vhodné pro upevnění v hlavě (C) válců, přičemž konec je uspořádán pro nasazení snímače (171).
13. 13. Způsob cejchování zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlav (C) válců spalovacího motoru opatřeného hořáky (11) podle některého z nároků 1 až 12,vyznačující se tím, že se umístí snímače teploty v hlavě (C) válců, vybavené přístroji, přičemž snímače se umístí do blízkosti nejméně jedné oblasti, určené k vystavení účinkům spalování v motoru, že se použijí snímače teploty, zatímco se působí na hlavu (C) válců na zařízení pro zkoušení motoru a stanoví se teplotní mapa pro oblast za stabilních podmínek, že se uloží teplotní, mapa do paměti počítače, že se upevní snímač (171) tepelného toku do oblasti hlavy (C) válců vybavené přístroji, že se umístí hlava (C) válců vybavená přístroji do zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu, že se upraví tepelný tok dodávaný každým hořákem (11) k opětnému vytvoření teplotní mapy co nejbližší k uložené teplotní mapě a že se uloží naměřená hodnota teplotního toku po úpravě jako požadovaná hodnota.
14. 14. Způsob podle nároku 13, vy z n a č uj í c í se t í m, že v každé horní oblasti válce působí nejméně jeden snímač (171) tepelného toku a že se referenční hodnota ukládá pro každou dvojici hořák/snímač.
15. 15. Způsob podle nároku 13 nebo 14, vyznačující se tím, že během umístění hlavy (C) válců na zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu se stanovuje čas požadovaný na stabilizování měřené teplotní mapy.
16. 16. Způsob podle některého z nároků 13 až 15,vyznačující se tím, že krok, ve kterém se upravuje tepelný tok obsahuje krok ve kterém se seřizuje tvar hořáku (11) a krok ve kterém se upravuje palivová směs přiváděná do hořáku (11).
17. 17. Způsob zkoušení na tepelnou únavu hlavy (C) válců spalovacího motoru na zařízení pro zkoušení na tepelnou únavu hlav (C) válců spalovacího motoru podle některého z nároků 1 až 12, cejchovaného způsobem podle nároků 13 až 16, vyznačující se tím, že se poskytne ocejchované zařízení pro zkoušení, že se umístí hlava (C) válců na zařízení pro zkoušení a ž e se provádí seřizování na požadovanou hodnotu střídáním fází, kdy se ohřívá tepelným tokem a kdy se ochlazuje po předem stanovenou dobu.
18. 18. Způsob podle nároku 17, vyznač u j í cí se t í m, že se používá tepelný tok, dodávatelný každým hořákem (11), který je větší než 250 kW/m².
19. 19. Způsob podle nároku 18, v y z n a č u j í c í se t í m , že se používají doby trvání fází, kdy se ohřívá tepelným tokem a kdy se ochlazuje, které leží v rozsahu 20 s až 100 s.
20. 20. Způsob podle některého z nároků 17 až 19, vyznačující se tím, že se připojuje hlava (C) válců k okruhu horké chladicí kapaliny při fázi, kdy se ohřívá a že se připojuje hlava (C) válců k okruhu chladné chladicí kapaliny při fázi, kdy se chladí.