NO180604B - Prövebenk for motorsylinderhoder - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en prøvebenk for motorsylinderhoder, som angitt i krav l's innledning.

Kravet om mer kraft og større virkningsgrad i kjøretøymotorer har medført at sylinderhodene utsettes for stadig større alvorlige termiske og mekaniske påkjenninger. Disse påkjenninger gir opphav til to typer brudd i sylinderhodene: termisk betingede brudd, i form av sprekker i for- brenningskammeret

mekaniske brudd, i form av sprekker i vannrommet.

Sistnevnte problem tar man idag hensyn til ved å foreta empiriske modifikasjoner av sylinderhodeformen og med bestemmelse av den legering som skal benyttes i sylinderhodet, idet man herunder bygger på erfaring og velger den som man antar er best egnet til å motstå de forventede påkjenninger. Virkningen til modifikasjonene hva formen angår, må prøves i en motor-prøvebenk, en arbeidsfase som er vanskelig, dyr og meget tidskrevende.

Det foreligger derfor et klart behov for en innretning hvor bare sylinderhodet kan prøves raskt og på en reproduserbar måte.

Prøvebenken ifølge oppfinnelsen møter dette behov. Den er kjennetegnet ved de trekk som fremgår av karakteristikken i krav 1.

Ytterligere trekk ved prøvebenken ifølge oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav 2 til 11.

Mer spesifikt blir sylinderhodet som skal undersøkes på vanlig måte spendt opp på et parallellepipedisk forbindel-seselement. Forbindelseselementet er maskinert på en av sidene, i tilpassing til utformingen av sylinderhodet som skal undersøkes (avstand mellom sylindersenterne, innløp og utløp for sirkulerende vann, opptak for skruer etc.) mens dets andre sider tilpasses utformingen av den hydrauliske basisenhet og fordelingen av de varmebærende fluider. Fast-spenningen skjer ved hjelp av skruer og den nødvendige tetthet tilveiebringes ved bruk av en vanlig sylinder-hodepakning, som i en konvensjonell motor. Sylinderhodet er utrustet med sine ventiler, som alle er i lukket stilling.

Den hydrauliske basisenhet innbefatter en plan flate som er tilpasset forbindelseselementet og et hydraulisk apparat for tilveiebringelse av et trykk (en innsprøytingspumpe).

Monteringen av forbindelseselementet på det hydrauliske utstyr skjer i hovedsaken ved hjelp av skruer og den nødvendige tetning oppnås ved bruk av O-ringer. Det hydrauliske arrangement innbefatter i hovedsaken: et tilførselsreservoar forsynt med en nivåføler en tilførselspumpe

en innløpsventil til innsprøytingspumpen

innsprøytningspumper som hver betjenes med en kam som

bestemmer pumpens stempelslag

ventiler for regulering av det maksimale relative trykk

mellom 2 og 20 MPa og trykkgradienten i retning nedover overvåkingskammer med varierbart volum, innstillbart før prøvingen, for overvåking av den stigende trykkgradient

mellom 5 og 10 MPa/ms

en tømmeinnretning for hvert innsprøytingsstempel for

derved å bedre ekspansjonen i den synkende trykkfase

et kompresjonsfluidum, vanligvis olje.

I tillegg kommer sekundært utstyr så som:

en lekkasjeåpning i den øvre delen av sylinderhodet,

hvilken åpning muliggjør en drenering av luft; drener-ingskretsen er anordnet i den originale injektor (en kalibrert diameter på 0,3 mm). Lekkasjeåpningen er åpen hele tiden og man har derfor en permanent, men liten lekkasje,

en varmeveksler som gjør det mulig å kjøle kompresjonsfluidet,

en trykkføler som gjør det mulig å overvåke variasjonen i

trykket som funksjon av tid.

Betjeningskammene for innsprøytningspumpene (der er like mange som der forefinnes sylindere i motoren) er symmetriske om sine akser og er forskjøvet 45" for derved å reprodusere den vanlige tetningssekvens i sylinderne (eksempelvis 1,3,4, 2 for en 4-sylinders motor).

Fordelingen av de varmebærende fluider innbefatter to kretser:

to reservoarer med varmebærende fluider, et reservoar

med omgivelsestemperatur og det andre med oppvarmings-

og temperaturreguleringsutstyr

sirkulasjonspumper

en fordelingsinnretning som gjør det mulig å knytte forbindelseselementet og sylinderhodet til den ene

eller andre krets

rørledninger for retur til reservoaret.

I tillegg kommer bunnventiler og siler i tankene, en varmeveksler i den "kalde" tank, og kalibrerte tømmeventiler som sikkerhetsutstyr.

Fordelingsapparatet innbefatter eksempelvis membranventiler som betjenes av programmerbare elektrisk drevne ventiler. Syklusen, hvis varighet kan stilles inn for hver av kretsene, er større enn eller lik 3 minutter (som i hovedsaken svarer til den tid det tar å oppnå en termisk balanse i det utprøv-ede sylinderhode).

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til tegningene hvor: Fig. 1 rent skjematisk viser et snitt gjennom

innretningen ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 rent skjematisk viser kretsene til de

varmebærende fluider,

fig. 3 viser et snitt gjennom to innsprøytnings-pumper, med stemplet i løftet stilling i den ene pumpe (til venstre) og i nedre stilling for den andre pumpe (til høyre),

og

fig. 4 viser trykkutviklingen som en funksjon av tiden i hvert forbrenningskammer 1,2,3 og 4.

Et sylinderhode 1 som skal prøves, er fastspendt på et for-bindelseselement 3. Mellom hodet og elementet sørges det for nødvendig tetning ved hjelp av en ikke vist sylinderhode-pakning. Sylinderhodet 1 har som vist et forbrenningskammer 2.

Forbindelseselementet 3 er utformet med passasjer 6 som gir forbindelse med innsprøytingspumper 5 gjennom den hydrauliske basisenhet 4, hvor det finnes tilsvarende passasjer 7a.

Hver innsprøytningspumpe har et stempel 8 som betjenes av en rulle 11 som går mot en symmetrisk kam 9 som er montert på en motoraksel 10.

Stempelhodet 7 har en sentral boring 12 som ved hjelp av fire porter 13 har forbindelse med et sidespor 14. I stemplets øvre stilling flukter portene med åpninger 15 i en foring 16, og har dermed forbindelse med en returledning 17.

Den hydrauliske enhet 4 innbefatter en innløpsventil 18 for et kompresjonsfluidum 25, og et kammer 19, hvis volum kan reguleres ved hjelp av et stempel 20 med tilhørende skrue 21 og låsemutter 22.

Den innbefatter likeledes en trykkbegrensningsventil 23 som kan reguleres mellom 2 og 20 MPa, og er av den bistabile type (lukketrykket er meget mindre enn åpningstrykket, hvilket gjør det mulig å styre trykkgradienten (dp/dt) i kompresjons-syklusen).

En trykkføler er betegnet med 37.

En pumpe 24 drives av en ikke vist elektromotor og tilfører kompresjonsfluidum 25 ved 0,7 MPa til den hydrauliske enhet. Etter en komprimering til den ønskede maksimalverdi, går fluidet tilbake til tanken 26 gjennom ledningen 27, etter åpning av ventilen 23, og gjennom ledningen 17, via stemplet 8 i pumpen 5.

Innretningen innbefatter også de følgende komponenter:

- en varmeveksler 28 for kompresjonsfluidum:vann en sileanordning 29 og en bunnventil 30

- et filter 31

en lekkasjeåpning 32 (i den originale injektor)

tilknyttet returledningen 33 til tanken 26, for derved

å slippe ut luft ved oppstartingen

en regulator 34 for innstilling av nivået i tilførsels-reservoaret

en smørekrets 35, 36 dersom kompresjonsfluidet 25 er olje (kammen og nedre stempeldel i innsprøytningspumpen kan da arbeide i et oljebad).

Kretsen for varmebærende fluidum innbefatter:

to tanken 40F og 40C som inneholder varmebærende fluider

41F og 41C

to sirkulasjonspumper 42F og 42C som drives av elektriske

motorer 53, 54

- disse pumper er forbundet med forbindelseselementet 3 ved hjelp av kanaler 43F og 43C og en ventil som styrer inn-løpet 44 og utløpet 45 for sirkulering av det ene eller

andre fluidum 41F eller 41C i sylinderhodet 1. Varmebærende fluidum går tilbake til reservoarene gjennom en av de to kanaler 46F eller 46C.

Reservoaret 40F som inneholder fluidum med omgivelsestemperatur, er forsynt med en varmeveksler 47.

Reservoaret 40C som inneholder det varme fluidum, er forsynt med oppvarmingsmidler så som varmemotstandene 48 og ikke viste temperaturreguleringsanordninger.

I kretsene 43F eller 43C er det tømmeventiler som er kalibrert til sikkerhetsnivå. Disse ventilene er betegnet med 50F og 50C.

Ventilene 44 og 45 betjenes av elektrisk betjente ventiler 51, 52, som i sin tur styres av en ikke vist tidsmekanisme. Kjølefluidet eller fluidene 41C, 41F kan velges etter ønske og det kan eksempelvis dreie seg om olje, vann tilsatt anti-frysemidler, eventuelt vann uten slike tilsetninger, etc.

Ved gjennomføring av en prøve kan man detektere følgende:

for det første, ved anomaliteter i trykksyklusen, eks empelvis en reduksjon i den oppadgående trykkgradient,

for det andre, ved en senking av nivået til tilførsels-reservoaret, en del av det fluidum som går i kretsene med varmebærende fluider.

Utstyret ifølge oppfinnelsen gjør det mulig innenfor begrensede tidsrom (særlig i kortere tid enn den som er nødvendig i forbindelse med en undersøkelse i en motor-prøvebenk): for en gitt type sylinderhode, å bestemme hvilken eller

hvilke legeringer som egner seg best,

å utvikle nye legeringsblandinger som er bedre egnet for

å tilfredsstille de stadig økende krav som stilles til

sylinderhoder i motorkjøretøyer,

raskt prøve nye typer sylinderhoder, og

trekke opp sammenlignbare mekaniske utmattings-tider.

Claims (11)

1. Prøvebenk for motorsylinderhoder, med en oppspenningsinn-retning for et sylinderhode (1), og med en innretning (5) for tilveiebringelse av et trykk i sylinderhodet, hvilken innretning (5) har kommunikasjon med sylinderhodet (1) gjennom kanaler (6,7A) og et tilordnet trykkstyresystem (19-22,32), karakterisert ved en oppspennings-mellomdel (3) med kanaler/løp (6) for et hydraulisk trykkmedium og for varmebærende strømningsmedier, hvilke løp er tilpasset sylinderhodet (1) og den trykkfrembringende innretning (5) samt midler (41C,41F) for sirkulering av de varmebærende strømningsmedier; at den trykkfrembringende innretning (5) innbefatter en innsprøytningspumpe (5) med et stempel (8), en matepumpe (24) for innsprøytingspumpen (5), et overvåkingskammer (19) med et regulerbart volum og tilknyttet kanalen (6) for det hydrauliske trykkmedium, og en bistabil ventil (23) i kanalen (6) for det hydrauliske trykkmedium, hvorved innretningen (5) kan simulere en trykksyklus i et forbrenningskammer (2) i sylinderhodet (1); og ved et system for sirkulering av de varmebærende strøm-ningsmedier gjennom vannkammere i sylinderhodet (1) og gjennom de nevnte midler (41C.41F) for sirkulasjon av de varmebærende medier, hvilket system innbefatter en strøm-ningskrets for et strømningsmedium ved omgivelsestemperatur (F) og en strømningskrets for et strømningsmedium ved en høyere temperatur (C), og midler innbefattende et regulerbart tidsur for innkopling av det ene eller andre kretsløp.

2. Prøvebenk ifølge krav 1, karakterisert ved at den trykkfrembringende innretning (5) er en oljebetjent innretning.

3. Prøvebenk ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at overvåkingskammeret (19) innbefatter et volum-regulerende stempel (20).

4 . Prøvebenk ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at overvåkingskammeret er innrettet til å kunne variere trykkgradienten til oljetrykket mellom 5-10 MPa/msek.

5 . Prøvebenk ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at den bistabile ventil (23) er beregnet til å kunne variere det maksimale relative trykk mellom 2-20 MPa.

6. Prøvebenk ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at stempelet (8) i innsprøytingspumpen (5) er slagaktivert ved hjelp av en symmetrisk kam (9).

7. Prøvebenk ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at stempelet (8) i innsprøytingspumpen (5) har en aksial boring (12) tilknyttet kanaler (13) som står i forbindelse med et sidespor (14) anordnet overfor åpninger i en foring (16) for stempelet (8) i dets øvre stilling.

8. Prøvebenk ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved at systemet for sirkulering av varmebærende fluidum innbefatter to fluidumreservoarer (40C,40F), to sirkulasjonspumper (42C.42F), to ventiler (44,45) og innløp-og returledninger (43F.43C,46F,46C), idet den ene kretsen (F) er ved omgivelsestemperatur, mens den andre krets (C) har en høyere temperatur.

9. Prøvebenk ifølge krav 8, karakterisert ved at ventilene (44,45) er innrettet til å betjenes av elektrisk betjente ventiler (51,52) som på sin side er innrettet til å styres ved hjelp av en regulerbar tidsmekanisme.

10. Prøvebenk ifølge krav 9, karakterisert ved at tidsmekanismen er utført for å kunne tilveiebringe en syklusvarighet på 3 minutter eller mer.

11. Prøvebenk ifølge et av kravene 1-10, karakterisert ved at de varmebærende fluider (41F.41C) er olje eller vann, med eller uten tilsetting av antifrysemiddel.