PL194026B1 - Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego głowicycylindra silnika spalinowego - Google Patents

Abstract

1. Stanowisko do badania zm eczenia ciepl- nego g lowicy cylindra silnika spalinowego, za- wieraj ace wspornik dla g lowicy cylindra maj acy co najmniej jeden obszar czo la cylindra, który normalnie jest wystawiony na spalanie w silniku i co najmniej jeden palnik do kierowania p lo- mienia do tego obszaru, znamienne tym, ze za- wiera co najmniej jeden czujnik (171) strumie- nia cieplnego umieszczony w grubo sci tej g lo- wicy cylindra (C), w tym obszarze czo la cylin- dra, dla sprawdzania zgodno sci strumienia cieplnego wytwarzanego przez p lomie n z war- to sci a wst epnie ustalon a. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest stanowisko badawcze do badania zmęczenia cieplnego głowicy cylindra silnika spalinowego.

Dotychczas, regulacja nowej głowicy jest wykonywana w etapach oceny na stanowisku silnikowym. Typowo klasyczna próba na stanowisku trwa około 800 godzin.

Jednocześnie, konstruktorzy cały czas opracowują silniki, zwłaszcza silniki Diesla, których głowice cylindra są coraz bardziej narażane, zwłaszcza ze względu na tolerancje, które powinny one spełniać przy kolejnych rozruchach i zatrzymaniach, zarówno na zimno jak i na ciepło, i ze względu na coraz większe moce jakie mają te silniki.

Tak więc cykle prób, które mają symulować warunki pracy głowicy cylindra, stają się coraz dłuższe, podczas gdy przeciwnie konstruktorzy żądają obecnie, aby czasy poświęcane na prace badawcze były coraz krótsze.

Istnieją dotychczas pewne stanowiska badawcze zmęczenia cieplnego głowic cylindra mające na celu skrócenie czasu trwania prób, zmniejszając zakres prób na stanowisku badawczym silnika. W zasadzie, te stanowiska badawcze umożliwiają podgrzewanie pewnych obszarów głowicy cylindra, co następnie jest rozszerzane na komory spalania silnika, w taki sposób, aby uzyskać symulację zachowania głowicy cylindra poddanej pożądanym zmianom temperatury, zbliżonym do spotykanych w trakcie normalnej pracy, ale bez prób na stanowisku badawczym silnika.

Pierwsze znane stanowisko badawcze jest przewidziane dla grzania określonego, lokalnego obszaru głowicy cylindra, narażanego podczas procesu spalania a dokładniej obszarów mostków pomiędzy gniazdami (pomiędzy sąsiednimi gniazdami zaworów), w taki sposób, aby uzyskać w tych miejscach temperatury bliskie temperaturom pracy silnika. Stosowane palniki są palnikami tetrenowo-tlenowymi.

Ten typ badań jest jednak dokonywany przy rozkładzie temperatur w zespole głowicy cylindra, który bardzo się różni od rozkładu występującego w trakcie normalnej pracy, a uzyskane rezultaty nie są więc wystarczająco reprezentatywne. Wykorzystując takie stanowisko można efektywnie porównywać różne metalurgie (stopy, stopień rozdrobnienia ziaren, . . .) ale nie różne geometrie (zwłaszcza położenie kanału wodnego, wpływającego na chłodzenie badanego obszaru i ogólną geometrię głowicy cylindra).

Inne znane stanowisko ma palniki, które jak się sądzi, mogą wytworzyć w obszarach głowic cylindra narażonych na oddziaływanie procesu spalania, temperatury w przybliżeniu równoważne temperaturom na stanowisku silnikowym. Regulacja tych temperatur jest dokonywana za pomocą jednej termopary na obszar, która określa temperaturę uzyskaną w głowicy cylindra. Jednakże, ten sposób regulacji ogrzewania za pomocą temperatury, z zasady, nie pozwala porównywać geometrii różnych głowic cylindra. Rzeczywiście, jeśli na przykład położenie kanału wodnego jest zmodyfikowane w taki sposób, że chłodzenie nagrzanych powierzchni będzie poprawione, obserwuje się, że regulacja za pomocą termopar prowadzi do zwiększenia ogrzewania dla uzyskania od nowa wartości zadanych temperatury, co nie jest reprezentatywne dla rzeczywistych warunków pracy silnika.

Na koniec niedogodność tego znanego stanowiska polega na tym, że nie może ono prawidłowo uwzględniać różnic temperatur pomiędzy pewnymi obszarami głowicy cylindra a innymi, co może znacząco wpłynąć na reprezentatywność rezultatów prób.

Na koniec znane są inne stanowiska, w których grzanie głowicy cylindra jest dokonywane przez indukcję, w pobliżu wkładek gniazd zaworów. Jest zrozumiałe, że ten typ stanowiska nie pozwala uzyskać rozkładu temperatur reprezentatywnego dla uzyskanego na stanowisku badawczym silnika.

Tak więc żadne znane stanowisko badawcze do badania zmęczenia cieplnego nie pozwala przyspieszyć badania głowic cylindra bez regularnego przechodzenia na stanowisko silnikowe. Dokładniej, jeżeli te znane stanowiska pozwalają dokładnie weryfikować rozwiązania metalurgiczne, jedynie przejście na stanowisko silnikowe pozwala skutecznie sprawdzić rozwiązania geometryczne, chociaż są to rozwiązania geometryczne, które są dotychczas najlepiej przebadane, ponieważ to one pozwalają na uzyskanie najbardziej znaczących postępów w zakresie poprawy czasu życia głowic cylindra.

Celem wynalazku jest złagodzenie tych ograniczeń stanu techniki, i zaproponowanie stanowiska badawczego, które pozwala wykonywać przyspieszone próby zmęczenia cieplnego głowic cylindra uzyskując rezultaty o bardzo dobrej reprezentatywności (zasadniczo wykrywanie szczelin powstałych w wyniku zmęczenia cieplnego w obszarze mostków, pomiędzy gniazdami) w znacznie skrócoPL 194 026 B1 nym czasie w stosunku do dotychczasowych rozwiązań (typowo 40 do 200 godzin w porównaniu do 800 godzin).

Innym celem wynalazku jest zaproponowanie stanowiska do badania zmęczenia cieplnego pozwalającego uzyskać rozkład temperatur w obszarach przyległych do komory spalania, który byłyby bardzo bliski uzyskanemu na stanowisku silnikowym.

Innym celem wynalazku jest uzyskanie możliwości porównywania głowic cylindra mających nie tylko różne metalurgie, ale również różne geometrie, zwłaszcza w kategorii położenia kanałów wodnych.

Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego głowicy cylindra silnika spalinowego, zawierające wspornik dla głowicy cylindra mający co najmniej jeden obszar czoła cylindra, który normalnie jest wystawiony na spalanie w silniku i co najmniej jeden palnik do kierowania płomienia do tego obszaru, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej jeden czujnik strumienia cieplnego umieszczony w grubości tej głowicy cylindra, w tym obszarze czoła cylindra, dla sprawdzania zgodności strumienia cieplnego wytwarzanego przez płomień z wartością wstępnie ustaloną.

Korzystnie głowica cylindra jest połączona selektywnie z jednym z dwóch sterowanych układów chłodzenia, układem ciepłego płynu chłodzącego i układem zimnego płynu chłodzącego, odtwarzających co najmniej w przybliżeniu rzeczywiste warunki przepływu płynu chłodzącego.

Korzystnie każdy palnik jest zasilany mieszaniną nasyconego gazu węglowodorowego i powietrza wzbogaconego tlenem.

Korzystnie nasycony gaz węglowodorowy jest gazem naturalnym.

Korzystnie stanowisko badawcze zawiera ponadto układ regulacji strumienia cieplnego dostarczanego przez palniki, regulując ilości gazu i powietrza wzbogaconego tlenem w mieszaninie.

Korzystnie strumień z każdego palnika jest ustawiony na własną wartość zadaną.

Korzystnie za pomocą doboru wartości zadanej w różnych punktach głowicy cylindra rozkład temperatur jest bliski rozkładowi temperatur uzyskanemu i zmierzonemu w głowicy cylindra wyposażonej w czujniki temperatury, w warunkach rzeczywistej pracy.

Korzystnie każdy palnik ma nawierconą część z wstępnie ustalonym rozkładem otworów do wytwarzania rozszerzonego płomienia, za pomocą którego w obszarze związanej głowicy cylindra jest taki rozkład temperatur.

Korzystnie ten rozkład otworów nie jest jednorodny.

Korzystnie każdy czujnik strumienia cieplnego jest zamontowany na końcu wtryskiwacza paliwa zamontowanego w głowicy cylindra.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, którego: fig. 1 przedstawia układ ideowy, widziany z boku stanowiska badawczego do badania zmęczenia cieplnego według wynalazku, fig. 2a przedstawia widok z boku palnika stosowanego w stanowisku badawczym z fig. 1, fig. 2b przedstawia widok z przodu palnika z fig. 2a, fig. 3a przedstawia widok przekroju osiowego palnika wzdłuż linii A-A z fig. 2b, fig. 3b przedstawia widok przekroju poprzecznego wzdłuż linii B-B z fig. 3a, fig. 4 przedstawia widok z boku czujnika strumienia cieplnego stosowanego na stanowisku i jego wspornika, fig. 5 przedstawia widok perspektywiczny czujnika strumienia cieplnego i jego wspornika, fig. 6 przedstawia uproszczony widok z przodu obszaru głowicy cylindra wystawionego na komorę spalania, ilustrujący zachowanie stanowiska w kategoriach rozkładu temperatur, fig. 7 przedstawia schemat blokowy zespołu instalacji stanowiska badawczego do badania zmęczenia, fig. 8 przedstawia wykres ilustrujący zmiany strumienia cieplnego dostarczanego do każdego obszaru komory głowicy cylindra w trakcie cyklu prób zmęczenia, fig. 9 przedstawia wykres ilustrujący zmiany temperatury w różnych punktach głowicy cylindra w trakcie takiego cyklu prób zmęczenia, dla określonej głowicy cylindra.

Odnosząc się najpierw do fig. 1, pokazano stanowisko badawcze do badania zmęczenia cieplnego dla głowicy cylindra C. To stanowisko zawiera w swojej podstawie płytę nośną 10 dla zespołu palników 11 w liczbie równej liczbie cylindrów silnika, dla którego jest opracowywana głowica cylindra (w tym przypadku cztery w linii). Ponad płytą nośną 10 są zamontowane cztery tuleje cylindryczne 12 przeznaczone do kanalizowania ciepła emitowanego przez palniki 11 w górę w kierunku głowicy cylindra. Tuleje 12 łączą się na swoich końcach z płytą pośrednią 13 zawierającą zespół przejść kolistych dla tulei, i mającą górną płaszczyznę, na której jest umieszczona głowica cylindra, z położeniem pośrednim połączenia z konwencjonalną głowicą cylindra 14.

Głowica cylindra C ma kanał CE dla wody albo innego płynu chłodzącego który przechodzi w sąsiedztwie gniazd zaworów. Ponadto, płyta pośrednia ma w swojej grubości kanał 131 wody chłodzącej. Te wodne kanały CE i 131 są połączone ze sobą z jednej i drugiej strony każdego obszaru

PL 194 026 B1 głowicy cylindra, przez połączenia R wyznaczone częściowo przez konstrukcję głowicy cylindra, i są w ten sposób połączone łącznie do kanału wlotowego 15 wody i do kanału wylotowego 16 wody. Stanowisko jest również wyposażone, w sposób nie pokazany, w układ wodny albo innego płynu chłodzącego, zawierający pierwszy układ płynu zimnego i drugi układ, niezależny, płynu ciepłego, jak również elementy oparte na przykład na elektrozaworach dla selektywnego łączenia stanowiska z układem ciepłym albo z układem zimnym, jak zostanie bardziej szczegółowo pokazane później.

Są także przewidziane, w sposób nie pokazany, elementy dla sterowania albo co najmniej kontrolowania tych układów w taki sposób, aby w tym co dotyczy głowicy cylindra, płyn chłodzący znajdował się w warunkach na tyle na ile to możliwe bliskich warunkom spotykanym podczas rzeczywistej pracy, zwłaszcza w kategoriach wydatku, prędkości, temperatury, ciśnienia i rozpływu (to znaczy zwłaszcza w odniesieniu do geometrii i kierunku przepływu na wlocie i wylocie płynu do głowicy).

Jak zostanie bardziej szczegółowo pokazane później, zamontowano w głowicy przy przejściach montażowych wtryskiwaczy paliwa zespół czujników strumienia cieplnego (jeden na cylinder), przy czym wsporniki czujników są oznaczone odnośnikami 17, a same czujniki odnośnikami 171.

Również w uproszczeniu pokazano na fig. 1, gniazda zaworów S głowicy cylindra C.

Teraz będą opisane w odniesieniu do fig. 2 i 3 palniki wykorzystane dla dostarczania kontrolowanego strumienia cieplnego do obszarów głowicy wystawionych na komory spalania silnika (zwanych tu obszarami czół cylindrów). Najpierw w zakresie ogólnym, Zgłaszający odkrył, że jest możliwe w obszarze czoła cylindra uzyskanie wymaganych podwyższonych temperatur, aby dobrze symulować rzeczywiste warunki pracy, przy czasach trwania pozwalających na znaczne skrócenie cyklu prób, a więc czasu badania, jeżeli wykorzystuje się palniki o szczególnej geometrii, jednocześnie zasilanych odpowiednią mieszaniną nasyconego gazu węglowodorowego, zwłaszcza gazu naturalnego i powietrza wzbogaconego tlenem. Znane palniki, mogły ogólnie podgrzewać tylko zlokalizowane miejsca obszaru czoła cylindra, albo uzyskiwać nadmiernie długie czasy wzrostu temperatury źle wpływające na czas trwania całego cyklu prób.

Jak pokazano na fig. 2a, 2b, 3a i 3b, każdy palnik 11 jest utworzony przez połączenie zespołu części metalowych zawierających kopułę zewnętrzną 111 mającą podstawową część cylindryczną 1111, na której jest zamontowana część w kształcie stożka ściętego 1112 otwartego na wierzchołku, część 112 z otworami mająca cylindryczną ściankę boczną 1121 na której jest zamontowana płyta kolista 1122, część łączącą 113 w kształcie pierścienia i część 114 tworzącą połączenie, cylindryczne o średnicy wyraźnie mniejszej od średnicy części 111 i 112. Te części są połączone spawami 115 i 116.

W płytce kolistej 1122 jest wykonanych wiele otworów osiowych 01 do 05, podczas gdy w połączonej z nią ściance cylindrycznej 1121 jest wykonanych wiele otworów promieniowych 06. Te otwory przyjmują mieszaninę gazową pod ciśnieniem przyłożonym do połączenia 114, a ich liczba i ich rozkład są ustalone w taki w taki sposób, aby uzyskać, jak zostanie pokazane później, rozkład temperatur głowicy cylindra, który dość dokładnie odpowiada rozkładowi spotykanemu w rzeczywistych warunkach pracy.

W niniejszym przykładzie, przewidziano w płycie 1122 otwory mające, wszystkie, średnicę 2 mm, i rozłożone w koncentrycznych kołach, z:

- jednym otworem środkowym 01;

- ośmioma otworami 02 rozłożonymi regularnie na pierwszym kole o średnicy 15 mm;

- szesnastoma otworami 03 rozłożonymi regularnie na drugim kole o średnicy 25 mm;

- dwudziestoma czterema otworami 04 rozłożonymi regularnie na trzecim kole o średnicy 40 mm;

- trzydziestoma dwoma otworami 05 rozłożonymi regularnie na czwartym kole o średnicy 55 mm.

Ścianka boczna 1121 ma dwadzieścia cztery otwory 06 rozłożone równomiernie co 15°.

Palniki są zasilane mieszaniną gazu naturalnego (gaz z Lacq) i tlenu, przy zastosowaniu sterowanego zaworu mieszanego, jak zostanie bardziej szczegółowo pokazane później, w taki sposób, aby dowolnie zmieniać proporcje pomiędzy gazem naturalnym i tlenem, a więc moc płomienia.

Teraz w odniesieniu do fig. 4 i 5, przedstawiono konwencjonalny wtryskiwacz dla silnika Diesla, oznaczony ogólnie jako 17 i który nie będzie dokładnie opisany, którego koniec od strony komory spalania został przystosowany w taki sposób, aby przyjąć czujnik 171 strumienia cieplnego.

Ten czujnik ma zgrubienie pierścieniowe 1711, o które opiera się końcowy pierścień mocujący 172 zamontowany na końcu wtryskiwacza, podczas, gdy miedziana złączka jest przymocowana do końca tego pierścienia.

Właściwy czujnik jest umieszczony w części cylindrycznej 1712 wystającej do środka od strony wtryskiwacza i ściśle wpasowany, z bardzo dobrze kontrolowanym luzem, w otwór wykonany w głowiPL 194 026 B1 cy cylindra. Dla uniknięcia rozbieżności ten luz jest korzystnie utrzymywany poniżej 0,1 mm, a korzystnie blisko 0,05 mm.

Czujnik 171 jest połączony z urządzeniem informatycznym sterowania i zbierania danych (co opisano dalej) za pomocą kabla 1713 w osłonie ze stali nierdzewnej.

Czujniki 171 strumienia są korzystnie czujnikami z podwójnym złączem termoparowym produkowanymi pod nadzorem CFTM przez firmę CRMT, 3, chemin de la Brocardiere, 69570 DARDILLY, Francja, które są specjalnie zaprojektowane dla pracy w otoczeniu szczególnie niesprzyjającym.

Tak więc, jak już pokazano w uproszczeniu na fig. 1, głowica cylindra jest wyposażona w jeden czujnik strumienia na czoło cylindra, a sygnał odebrany przez te czujniki będzie wykorzystany do sterowania stanowiskiem, jak zostanie bardziej szczegółowo przedstawione później.

Figura 6 ilustruje obszar czoła cylindra TC głowicy cylindrów, wyposażony w cztery gniazda zaworów S (dwa ssące A i dwa wydechowe E) i otwór A dla wtryskiwacza, przy którym znajduje się wolny koniec części końcowej 1712 czujnika 171 strumienia cieplnego.

Ta figura pokazuje, w różnych wstępnie wybranych punktach, z jednej strony temperatury odnoszące się do rzeczywistych wstępnie ustalonych warunków pracy silnika wyposażonego w głowicę cylindra, i z drugiej strony temperatury odnoszące się do stanu, gdy głowica cylindra jest podgrzewana na stanowisku takim jak opisano powyżej.

Te pomiary zostały wykonane dla wzorcowej głowicy cylindra lub modelowej głowicy cylindra, która została wstępnie obrobiona i oprzyrządowana za pomocą zespołu termopar przymocowanych, w sposób dopasowany do odpowiednich punktów pomiarowych.

Zauważa się na tej figurze, że temperatury odnoszące się do stanowiska silnikowego i stanowiska badawczego według wynalazku są wystarczająco bliskie, aby można uznać, że stanowisko badawcze według wynalazku doskonale modeluje rzeczywiste warunki temperaturowe.

Należy tu zauważyć, że układ otworów każdego palnika, taki jak opisano powyżej, został opracowany stopniowo w taki sposób, aby uzyskać pokazany rozkład temperatur. Zwłaszcza, położenie i liczba otworów palnika w obszarze środkowym i w obszarze obwodu pozwalają uzyskać to, że pożądane temperatury w różnych punktach z fig. 6 zostały uzyskane z zadowalającym przybliżeniem.

W odmianie wynalazku, nie pokazanej, można również wpływać na średnicę otworów palnika.

Teraz będą opisane cykle pracy stanowiska badawczego do badania zmęczenia cieplnego według wynalazku, odnosząc się najpierw do fig. 7, która jest schematem blokowym układu mieszania gazów stanowiska, połączonego z informatycznym urządzeniem sterującym.

W sposób nie pokazany, to urzą dzenie sterują ce odbiera z czterech czujników 171 strumienia poprzez przewody 1713, sygnały elektryczne (napięcia) przedstawiające chwilowe wartości strumienia cieplnego w każdym obszarze czoła cylindra głowicy cylindra w punktach kontrolnych. W funkcji tych sygnałów, urządzenie sterujące sprawdza czy wartość strumienia cieplnego mierzonego przy każdym palniku jest zgodna z wartością zadaną, to znaczy różni się od tej wartości zadanej o dopuszczalną wartość, na przykład ±5 do ±10%, i przerywa proces informując operatora jeżeli różnica staje się nienormalna. Korzystnie, odpowiednie wydatki na palnik są ustalane pomiędzy około 0,35 i 1,15 m³/h dla gazu naturalnego i pomiędzy około 1,25 i 5,25 m³/h dla tlenu, ciśnienie gazu naturalnego wynosi 4 bary a ciś nienie tlenu 3 bary.

Ponadto, urządzenie jest przystosowane, w sposób nie pokazany, do kontroli obiegu wody chłodzącej (lub innego płynu), wykonując potrzebne przełączenia na układ płynu ciepłego albo na układ płynu zimnego i sprawdzając, jeśli potrzeba, czy warunki wydatku, prędkości, temperatury i ciśnienia są odpowiednie.

Figura 7 pokazuje zespół VAC mający dmuchawę dostarczającą powietrze pod ciśnieniem i której wylot jest połączony z zaworem regulacyjnym wydatku powietrza RRA. Wylot tego zaworu jest połączony z trójnikiem mieszającym TE. Manometry MaA1 i MaA2 pozwalają kontrolować ciśnienie powietrza przed i za zaworem RRA.

Znajduje się tu również zbiornik gazu naturalnego REG i zbiornik tlenu REO (butle pod ciśnieniem). Zbiornik REG jest połączony z cztero obrotowym zaworem regulacyjnym proporcjonalnym RPG, którego wylot jest połączony, poprzez filtr F, z konwencjonalnym reduktorem DP. Manometr gazu naturalnego MaG kontroluje na wylocie ciśnienie gazu naturalnego. Wylot reduktora DP jest połączony z wlotem dwustanowego elektrozaworu EVG sterowania gazu naturalnego, który może być sterowany przez urządzenie sterujące. Wylot tego elektrozaworu jest połączony z drugim reduktorem D2, którego wylot jest połączony, poprzez zawór RRG regulacji wydatku gazu naturalnego, do drugiego wejścia trójnika mieszającego TE.

PL 194 026 B1

Zbiornik tlenu REO jest połączony z cztero obrotowym zaworem regulacyjnym proporcjonalnym RPO, którego wylot jest połączony z elektrozaworem dwustanowym EVO sterowania tlenu również sterowanym przez stanowisko sterowania. Wylot tego elektrozaworu jest połączony bezpośrednio z punktem mieszania PM na przewodzie, umieszczonym na wylocie trójnika mieszającego TE, dla równoległego zasilania czterech palników Br1 do Br4.

Ciśnienie w punkcie mieszania PM jest sprawdzane manometrem mieszaniny MaM, a punkt mieszania jest połączony ze stanowiskiem przez przewód elastyczny FL1, którego przeciwny koniec jest połączony, poprzez zawór kierunkowy AR, z linią LDM rozdziału mieszaniny, która jest połączona z czterema palnikami Br1 do Br4 (przypadek głowicy cylindra dla silnika czterocylindrowego) poprzez zawory regulujące wydatek, odpowiednio RR1 do RR4. Czujniki PP1 ciśnienia do PP4 pozwalają, w trakcie skalowania stanowisko albo podczas jego kontroli, sprawdzać ciśnienie wlotowe każdego palnika.

System zawiera również, w połączeniu z każdym palnikiem, płomyk dyżurny. Te płomyki dyżurne są zasilane równolegle w następujący sposób: odgałęzienie gazu naturalnego jest wykonane przy wlocie elektrozaworu EVG i jest połączone z linią LDG rozdziału gazu dla płomyków dyżurnych przez reduktor Dp, przewód elastyczny FL2, zawór regulacji proporcjonalnej Rp i zawór wydatku RRp. Ta linia rozdziału, zasila wloty gazu płomyków dyżurnych.

Ponadto, powietrze jest pobierane przy wylocie sprężarki VAC i podawane przez przewód elastyczny FL3 i zawór regulacji wydatku powietrza RRp' do linii LDA rozdziału powietrza dla płomyków dyżurnych, która zasila wloty powietrza płomyków dyżurnych.

Z płomykami dyżurnymi są ponadto związane transformatory rozruchowe T1 do T4 pozwalające, na rozruch stanowiska, a w przypadku przypadkowego zgaszenia płomyków dyżurnych, na ponowne ich zapalenie łukiem, w znany klasyczny sposób.

Różne zawory regulacji proporcjonalnej i regulacji wydatku pozwalają, podczas wzorcowania stanowisko tak jak będzie opisane dalej, sprawić, że palniki otrzymają mieszaninę palną, której skład i ciśnienie są odpowiednie dla dostarczenia do odpowiednich obszarów głowicy cylindra pożądanych strumieni cieplnych, jak było opisane powyżej. W odmianie wykonania, można przewidzieć zasilanie każdego palnika przez elektrozawory regulacyjne albo analogiczne elementy pozwalające dokładniej regulować strumieniem na wartość zadaną przez sprzężenie zwrotne (zwłaszcza w przypadku odchyleń).

Dla wykonania próby głowicy cylindra, urządzenie sterujące steruje po prostu dwoma elektrozaworami EVG i EVO, dla wywołania, gdy są otwarte przy każdym palniku, ustalenia płomienia (faza grzania) i gdy są zamknięte, zgaszenie płomienia (faza chłodzenia).

Podczas fazy grzania, urządzenie sterujące ustala płomień, jak przedstawiono, a ponadto przełącza stanowisko na ciepły płyn chłodzący, ten płyn został podgrzany do (około 100°) podczas poprzednich faz grzania.

Ta faza ciepła trwa tak długo, że pozwala osiągnąć, zwłaszcza w obszarach mostków pomiędzy gniazdami (obszarach zakreskowanych na fig. 6) pożądane temperatury, takie jak pokazane na tej samej fig. 6, a wskazówki podane powyżej dotyczące palników i ich zasilania pozwalają uzyskać te temperatury w ciągu około 20 do 100 sekund (typowo około 40 sekund) licząc od początku grzania, co jest tylko częścią czasu grzania potrzebnego w znanych stanowiskach. Zauważa się tutaj, że obieg płynu chłodzącego już ciepłego podczas tej fazy przyczynia się do uzyskania tak krótkich czasów.

W trakcie tej fazy grzania, według zasadniczej właściwości wynalazku, dostarczenie ciepła przez palniki, ustalone przez regulację mieszaniny gazu naturalnego/tlenu jak opisano powyżej, jest określone nie przez kontrolę temperatur przy czołach cylindrów, ale po prostu przez kontrolę strumienia cieplnego mierzonego przez odpowiednie czujniki 171, to znaczy ilości ciepła dostarczanego przez określony palnik.

Reguluje się w tym celu mieszaninę dostarczaną do palników, aby uzyskać strumień cieplny zasadniczo stały i zbliżony do wartości zadanej, jak przedstawiono powyżej. Ten strumień może być wybrany w określonym zakresie, od na przykład około 250 kW/m² do 1250 kW/m², w taki sposób, aby odpowiadał różnym typom silników i mocom.

Faza chłodzenia polega na zamknięciu elektrozaworów EVG i EVO i na przełączeniu głowicy cylindra na układ chłodzenia (na przykład wodą z sieci o temperaturze typowo rzędu 15°), ta faza trwa typowo podobnie długo jak faza grzania.

Korzystnie, wartość zadana strumienia podczas fazy grzania, która jest zapamiętana w stanowisku, jest ustalona w procesie wzorcowania stanowiska, który polega w pierwszym rzędzie na umieszczeniu na stanowisku silnikowym oprzyrządowanej głowicy cylindra opisanej powyżej w odniesieniu do fig. 6, wyposażonej w czujniki temperatury, i na analizowaniu temperatur mierzonych przez

PL 194 026 B1 różne czujniki, dla uzyskania rozkładów temperatur dla różnych warunków pracy (trybów pracy silnika). Następnie, oprzyrządowana głowica cylindra, wymontowana ze stanowiska silnikowego, jest wyposażona w czujniki strumienia cieplnego opisane powyżej i zamontowana na stanowisku badawczym do badania zmęczenia cieplnego, a konfiguracja palników jak również charakterystyki mieszaniny palnej, podawanej do nich (zasadniczo skład i ciśnienie) jest ustalany stopniowo, aby te palniki doprowadziły do stabilizacji temperatur mierzonych przez termopary w głowicy cylindra do wartości możliwie najbardziej zbliżonych do wartości odpowiadających rozkładom temperatur pomierzonych na stanowisku silnikowym (korzystnie plus albo minus 10°C).

Określa się w ten sposób zespół wartości strumienia cieplnego symulującego różne warunki pracy silnika, a urządzenie sterujące będzie mogło, na żądanie, ustalić zasilanie palników, dla uzyskania tak dokładnie jak możliwe jednej z tych wartości strumienia.

Stanowisko badawcze do badania zmęczenia cieplnego jest w ten sposób wyskalowane i głowice cylindra nie oprzyrządowane, wyposażone tylko w czujniki strumienia, mogą być badane w takcie procesu opracowywania.

Istotne jest stwierdzenie, że sterując podgrzewaniem na stanowisku badawczym według wynalazku na podstawie strumienia cieplnego, a nie temperatur, zapewnia się doskonałe modelowanie rzeczywistego zachowania na stanowisku silnikowym, a zwłaszcza zmiana temperatur będzie zachodzić w sposób zbliżony do stwierdzonego na stanowisku silnikowym.

Tak więc, jeżeli bada się głowice cylindra mające różne geometrie zwłaszcza w zakresie kanałów płynu chłodzącego, co wpływa na oddawanie ciepła z czół cylindrów, stanowisko według wynalazku pozwala zapewnić, przeciwnie niż w przypadku sterowania temperaturowego, że zmiany jakości chłodzenie odtwarzają dobrze odpowiednie zmiany temperatury w głowicy cylindra. Tak więc postęp dokonywany w zakresie chłodzenia podczas opracowywania głowicy cylindra, prowadzi do mniejszego nagrzewania zwłaszcza w mostkach pomiędzy gniazdami, a więc zmniejszenia zmęczenia cieplnego, będzie zupełnie dobrze stwierdzony na stanowisku według wynalazku.

Faza zimna jest realizowana po zgaszeniu płomienia, w taki sposób że za pomocą układu chłodzącego, obszary czół cylindrów głowicy cylindra obniżają swoje temperatury do około 50°C w mostkach pomiędzy gniazdami, co również jest uzyskane w czasie około 20 do 100 sekund (typowo około 40 sekund).

Figura 8 ilustruje za pomocą krzywych C1 do C4 strumień cieplny mierzony w każdej głowicy cylindra dla fazy określonego grzania. Strumienie osiągając dane wartości, odtwarzają rzeczywiste warunki pracy, a płomienie są gaszone po wstępnie ustalonym czasie, tu około 40 sekund. Ta zmiana jest korzystnie wyświetlana na ekranie przez urządzenie sterujące, dla umożliwienia operatorowi sprawdzania, że strumień osiągnął wartość zadaną.

Zauważa się tu, że czas trwania fazy grzania jest określony w czasie procesu skalowania i wybrany w taki sposób, aby pozwolić temperaturom mierzonym na oprzyrządowanej głowicy cylindra osiągnąć wartości poprzednio zmierzone na stanowisku silnikowym, jak opisano powyżej.

Figura 9 ilustruje zmiany temperatur, mierzone różnymi termoparami oprzyrządowanej głowicy cylindra na stanowisku badawczym według wynalazku w trakcie fazy skalowania. Obserwuje się, że dzięki ustaleniu charakterystyk palnika, te zmiany są różne w różnych punktach, aby zachować poszukiwany rozkład temperatur.

Oczywiście wynalazek nie ogranicza się do przykładów opisanych powyżej i pokazanych na rysunkach, lecz znawcy mogą tu wprowadzić odmiany i modyfikacje według swego uznania.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego głowicy cylindra silnika spalinowego, zawierające wspornik dla głowicy cylindra mający co najmniej jeden obszar czoła cylindra, który normalnie jest wystawiony na spalanie w silniku i co najmniej jeden palnik do kierowania płomienia do tego obszaru, znamienne tym, że zawiera co najmniej jeden czujnik (171) strumienia cieplnego umieszczony w grubości tej głowicy cylindra (C), w tym obszarze czoła cylindra, dla sprawdzania zgodności strumienia cieplnego wytwarzanego przez płomień z wartością wstępnie ustaloną.
2. 2. Stanowisko badawcze według zastrz. 1, znamienne tym, że głowica cylindra (C) jest połączona selektywnie z jednym z dwóch sterowanych układów chłodzenia, układem ciepłego płynu chło8

   PL 194 026 B1 dzącego i układem zimnego płynu chłodzącego, odtwarzających co najmniej w przybliżeniu rzeczywiste warunki przepływu płynu chłodzącego.
3. 3. Stanowisko badawcze według zastrz. 1, znamienne tym, że każdy palnik (11) jest zasilany mieszaniną nasyconego gazu węglowodorowego i powietrza wzbogaconego tlenem.
4. 4. Stanowisko badawcze według zastrz. 3, znamienne tym, że nasycony gaz węglowodorowy jest gazem naturalnym.
5. 5. Stanowisko badawcze według zastrz. 3 albo 4, znamienne tym, że zawiera ponadto układ regulacji strumienia cieplnego dostarczanego przez palniki (11), regulując ilości gazu i powietrza wzbogaconego tlenem w mieszaninie.
6. 6. Stanowisko badawcze według zastrz. 1, znamienne tym, że strumień z każdego palnika (11) jest ustawiony na własną wartość zadaną.
7. 7. Stanowisko badawcze według zastrz. 7, znamienne tym, że za pomocą doboru wartoś ci zadanej w różnych punktach głowicy cylindra (C) rozkład temperatur jest bliski rozkładowi temperatur uzyskanemu i zmierzonemu w głowicy cylindra wyposażonej w czujniki temperatury, w warunkach rzeczywistej pracy.
8. 8. Stanowisko badawcze według zastrz. 6 albo 7, znamienne tym, że każdy palnik (11) ma nawierconą część (112) z wstępnie ustalonym rozkładem otworów do wytwarzania rozszerzonego płomienia, za pomocą którego w obszarze związanej głowicy cylindra jest taki rozkład temperatur.
9. 9. Stanowisko badawcze według zastrz. 8, znamienne tym, że ten rozkład otworów nie jest jednorodny.
10. 10. Stanowisko badawcze według zastrz. 1, znamienne tym, że każdy czujnik (171) strumienia cieplnego jest zamontowany na końcu wtryskiwacza (17) paliwa zamontowanego w głowicy cylindra (C).