SK19942000A3

SK19942000A3 - Spôsob a zariadenia na skúšky na tepelnú únavu hláv valcov spaľovacích motorov

Info

Publication number: SK19942000A3
Application number: SK1994-2000A
Authority: SK
Inventors: Philippe Meyer; Fr�D�Ric Guimbal; Arnauld Dupain
Original assignee: Montupet S. A.
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2001-07-10
Also published as: US6571615B1; CA2336175A1; AU4375699A; FR2780505A1; WO2000000807A1; CZ299500B6; DE69929437D1; ES2255755T3; DE69929437T2; CZ20004815A3; PL194026B1; FR2780505B1; HUP0103310A3; HUP0103310A2; EP1090278B1; EP1090278A1; ATE315778T1; PL344983A1

Description

Spôsob a zariadenie na skúšky na tepelnú únavu hláv valcov spaľovacích motorov

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu a zariadenia na skúšky na tepelnú únavu hláv valcov spaľovacích motorov vyrobených hlavne z ľahkých (hliníkových) zliatin.

Doterajší stav techniky

Každá novo skonštruovaná hlava valcov sa dnes testuje na mechanickom hnacom zariadení a taká bežná skúška prebieha počas rádovo 800 hodín.

V poslednej dobe sa tiež veľmi urýchľuje vývoj motorov, hlavne zápalových a konštruktéri navrhujú motory so stále vyšším výkonom, v ktorých sú hlavy valcov vystavené väčšiemu namáhaniu, hlavne pri opakovaných štartoch studeného a zahriateho motora.

Proces skúšok, ktoré musia modelovať reálne podmienky chodu, sa stále viac predlžuje, zatiaľ čo konštruktéri motorov naopak požadujú, aby sa vývoj novej techniky podstatne urýchlil.

Niektoré známe zariadenia na skúšky na tepelnú únavu hláv valcov umožňujú minimalizovať dobu testovania na mechanickom zariadení. V týchto zariadeniach sú určité plochy hláv valcov zahrievané a zisťuje sa chovanie hlavy vzhľadom na priebeh teplôt, ktorým bude hlava vystavená v spaľovacej komore, pričom sa predpokladá, že podmienky odpovedajú skutočnej prevádzke. Skúška na mechanickom hnacom zariadení sa v tomto prípade nemusí uskutočňovať.

Jedno z takýchto testovacích zariadení uskutočňuje zahrievanie časti hlavy valca, hlavne medzi susednými ventilmi tak, aby teplota v týchto miestach dosiahla hodnoty blízke hodnotám pri skutočnom chode motora. V zariadení sa používajú tetrén-kyslíkové horáky.

Pri tomto type skúšky sa sníma teplotná mapa celej hlavy valcov, ktoré sa však podstatne líšia od rovnakej mapy získanej pri skutočnom chode motora. Výsledky skúšky sú teda málo reprezentatívne. Zariadenie ale umožňuje porovnávať rôzne materiály (zliatiny, jemnosť zŕn a pod.), nie však rozdiely týkajúce sa usporiadania hlavy (hlavne polohy kanálikov chladiacej kvapaliny, ktoré ovplyvňujú teploty v testovacích miestach) a všeobecnej geometrie hlavy.

·· ···· · ·· ·· · ·· · ···· · · · · • · ·· · · · ·

2· ···· ···· · ··· ··· ··· ···· ·· * · ···· ·· ···

Iné testovacie zariadenie je vybavené horákmi, pri ktorých sa predpokladá, že v miestach, vystavených účinkom spaľovania vytvoria takmer rovnakú teplotu ako pri testoch na mechanickom hnacom zariadení. Regulácia teplôt sa uskutočňuje za pomoci termočlánkov umiestnených v každej hlave valca, ktoré zisťujú dosiahnutú teplotu. Ani tento spôsob regulácie zahrievania na základe teploty v podstate neumožňuje porovnávať geometrie rôznych hláv. Pokiaľ sa napríklad skúma iné uloženie vodného kanálika za účelom zlepšenia chladenia zahrievacích plôch, potom sa zrejme stretneme stým, že regulácia pomocou termočlánkov povedie k zvýšenému ohrevu a tým k novému nastaveniu teploty, čo taktiež nereprezentuje skutočné podmienky chodu motora.

Nevýhodou tohto testovacieho zariadenia je predovšetkým skutočnosť, že nemôže zistiť rozdiely teploty v rôznych miestach hlavy, čo sa významne dotýka validity výsledkov skúšok.

Na iných zariadeniach sa hlava zahrieva privádzaním tepla otvormi pre ventily. Je jasné, že snímaná teplotná mapa nie je rovnako reprezentatívna ako mapa snímaná z mechanického zariadenia.

Žiadne zo známych zariadení na skúšky na tepelnú únavu hláv valcov neurýchli vývoj hláv bez pravidelnej skúšky na mechanickom zariadení. Zatiaľ čo známe zariadenia presne vyhodnotia rôzne materiály, až skúška na mechanickom zariadení umožní efektívne otestovať nové riešenie týkajúce sa geometrie hláv, pričom predovšetkým vývoj týkajúci sa usporiadania hlavy ovplyvní jej životnosť.

Podstata vynálezu

Vynález do značnej miery odstraňuje obmedzenie doterajšej techniky a navrhuje testovacie zariadenie, ktoré urýchli skúšky na tepelné zaťaženie hláv valcov a poskytne reprezentatívne výsledky (hlavne zistenie trhlín vplyvom tepelného zaťaženia medzi sedlami ventilov) v kratšom čase, ako doterajšia technika (za 40 až 200 hodín oproti 800 hodinám).

Podstatou vynálezu je zariadenie na skúšky na tepelnú únavu hláv valcov umožňujúce snímať teplotnú mapu na celej ploche vystavenej zaťaženiu pri spaľovaní, pričom táto mapa je takmer zhodná s mapou vytvorenou pri skúške na mechanickom zariadení.

Zariadenie podľa vynálezu umožní porovnať rôzne typy hláv valcov, ktoré sa odlišujú nielen materiálom, z ktorého sú vyrobené, ale tiež usporiadaním, hlavne iným umiestnením kanálikov pre chladiacu kvapalinu.

• · ·· · · · ·

3· ···· ···· · ··· ··· ··· ···· ·· Ί· ···· ·· ···

Zariadenie na skúšky na tepelnú únavu hláv valcov spaľovacích motorov sa podľa vynálezu vyznačuje tým, že sa skladá z:

• podstavca pre hlavu valcov, ktorej aspoň jedna časť je vystavená účinkom spaľovania, • aspoň jedného horáka, ktorého plameň možno nasmerovať na celú túto časť hlavy, • aspoň jedného snímača tepelného toku, ktorý je uložený v tele hlavy a ktorého funkciou je zistiť, či tepelný tok spôsobený plameňom horáka odpovedá aspoň približne vopred stanovenej hodnote.

V usporiadaní zariadenia na skúšky na tepelnú únavu sú zahrnuté tieto uprednostňované hľadiská:

• zariadenie je vybavené okruhom pre teplú chladiacu kvapalinu, okruhom pre studenú chladiacu kvapalinu a prostriedkami pre alternatívne pripojenie hlavy na jeden z týchto okruhov, • okruhy chladenia sú zapájané tak, aby aspoň približne reprodukovali skutočné podmienky cirkulácie chladiacej kvapaliny, • každý horák je napájaný zmesou plynu nasýteného uhľovodíka a vzduchu obohateného kyslíkom, • plyn nasýteného uhľovodíka je prírodný plyn, • plameň každého horáka je nastavený na príslušnú nastavenú hodnotu, • táto nastavená hodnota je volená tak, aby teplotná mapa snímaná na rôznych bodoch hlavy valca približne odpovedala mape získanej meraním pomocou snímačov teploty na hlave pri skutočných podmienkach chodu motora, • každý horák je vybavený krytom s prevŕtanými otvormi, ktorých rozmiestnenie je vopred stanovené, • rozmiestnenie otvorov nie je homogénne, • každý snímač tepelného toku je pripevnený na konci palivovej dýzy, ktorá je vložená do hlavy a vybavená držiakom tohto snímača.

Vynález navrhuje spôsob ciachovania zariadenia na skúšky na tepelnú únavu hláv valcov spaľovacích motorov, ktorý sa vyznačuje nasledujúcimi krokmi:

• do aspoň jednej hlavy valca, ktorá je vystavená účinkom spaľovania motora, sa umiestnia snímače teploty, ·· ···· ·· ·· · ···· ···· • · ·· ····

4· ···· ···· · ··· ··· ··· ···· ·· ·· ···· ·· ··· • v priebehu skúšky hlavy na mechanickom zariadení sa pri stabilnom režime vyhotoví pomocou snímačov teplotná mapa tejto hlavy, • táto mapa sa uloží do pamäti počítača, • do testovacej hlavy sa vloží snímač tepelného toku, • preskúšavaná hlava sa umiestni na zariadení na skúšky na tepelnú únavu, ktoré je vybavené niekoľkými horákmi a • tepelný tok z týchto horákov sa upraví tak, aby sa snímaná teplotná mapa aspoň približne kryla s mapou uloženou v pamäti a • do pamäti sa uloží nameraná hodnota tepelného toku ako nastavená hodnota.

Pri uskutočňovaní uvedeného spôsobu sa uprednostňujú tieto hľadiská:

• v každej hlave valca je umiestený aspoň jeden snímač tepelného toku, podľa ktorého sa nastavená hodnota akcie horák/snímač uloží do pamäti, • v priebehu testu hlavy valcov na zariadení na skúšky na tepelnú únavu sa stanoví doba nutná na stabilizáciu meranej teplotnej mapy, • krok nastavenia tepelného toku obsahuje krok nastavenia geometrie horáka a krok regulácie zápalnej zmesi privádzanej do horáka.

Podstata vynálezu je spôsob uskutočnenia skúšky na tepelnú únavu hláv valcov spaľovacieho motora, ktorý sa vyznačuje nasledujúcimi krokmi:

• uskutočňuje sa na ciachovacom zariadení na skúšky na tepelnú únavu, ktoré je ciachované vyššie uvedeným spôsobom, • hlava valcov sa umiestni na uvedené zariadenie a • striedajú sa fázy ohrevu tepelným tokom nastaveným podľa jednej alebo niekoľkých z nastavených hodnôt a fáze chladenia, pričom časový priebeh oboch fáz je vopred stanovený.

Na uskutočňovanie spôsobu sú vopred uprednostňované tieto hľadiská:

• tepelný tok z každého horáka je vyšší ako 250 kW/m² • doba priebehu fáz ohrevu a chladenia je približne 20 až 100 sekúnd • spôsob obsahuje ešte ďalšie kroky spočívajúce v tom, že v priebehu fáz ohrevu sa hlava pripojí k okruhu teplej chladiacej kvapaliny a v priebehu fáz chladenia sa hlava pripojí k okruhu studenej chladiacej kvapaliny.

• Φ ·φ φ φ φφ φ φφφφ · φ φ φ • φ φφ φφφφ φ ·ΦΦΦ · · · · φ φφφ φφφ φφφ •ΦΦΦ ·Φ Φ· ·Φ·Φ φφ ·Φ·

Prehľad obrázkov na výkrese

Vynález bude bližšie objasnený jeho podrobným popisom s odkazmi na výkres, na ktorom znázorňuje:

obr. 1 - schéma princípu zariadenia na skúšky na tepelnú únavu v bokoryse, obr.2a - bočný pohľad na horák zariadenia z obr.l, obr.2b - čelný pohľad na horák zariadenia z obr.2a, obr.3a - prierez v osi horáka podľa priamky A-A z obr.2, obr.3b - priečny prierez podľa priamky B-B z obr.3a, obr.4 - bokorys snímača tepelného toku a jeho držiaka, obr.5 - perspektívny pohľad na snímač tepelného toku a jeho držiak, obr.6 - schematický pohľad spredu na hlavu valca ilustrujúci funkciu zariadenia z hľadiska snímania teplotnej mapy, obr.7 - bloková schéma celého zariadenia na skúšky na tepelnú únavu.

obr.8 - graf priebehu tepelného toku v každej hlave valca pri skúške na tepelnú únavu, obr.9 - graf priebehu teploty v rôznych bodoch hlavy pri tej istej skúške tejto hlavy.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr.l je znázornené zariadenie na skúšky na tepelnú únavu hlavy C valcov. Na podstavci 10, ktorý je základňou zariadenia, sú umiestnené horáky ]_1, ich počet odpovedá počtu valcov krytých hlavou (v tomto prípade štyri valce). Na podstavci 10 sú pripevnené štyri valcovité puzdra 12, ktoré usmerňujú teplo vychádzajúce z horákov 11 smerom nahor k hlave valcov. Horná časť puzdier 12 je vsadená do medziľahlej dosky 13, ktorá je na tento cieľ vybavená kruhovými otvormi. Horná časť dosky 13 je plochá a je na nej posadená hlava so známym tesnením 14 hlavy.

Hlava C valcov obsahuje známe kanály CE na vedenie vody alebo inej chladiacej kvapaliny, ktoré sú umiestnené v blízkosti sediel ventilov. V stene medziľahlej dosky 13 je vedený kanál na chladiacu kvapalinu 131. Kanály CE a 131 sú po oboch stranách každej hlavy valca medzi sebou prepojené prípojkou R, ktorá je čiastočne určená typom konštrukcie hlavy valcov. Týmto spôsobom sú taktiež obidva kanály spoločne pripojené k vstupnému vodovodnému potrubiu 15 a odvádzaciemu potrubiu 16. Zariadenie je tiež vybavené okruhom prívodu vody alebo inej chladiacej kvapaliny, ktorý je usporiadaný z prvého okruhu studenej ·· ···· • · · · φφφ φφφ φφφφ φφ φφ φφφφ φφφ vody a samostatného druhého okruhu teplej vody a z prostriedkov typu elektromagnetického posúvača na výberové zapájanie zariadenia na okruh teplej alebo studenej vody (okruhy a prostriedky na zapojenie nie sú znázornené).

Ďalšími súčasťami (nie sú znázornené) zariadenia sú prostriedky na riadenie alebo aspoň na kontrolu uvedených okruhov vedenia vody, ktoré regulujú prívod chladiacej kvapaliny do hláv valcov tak, aby bolo chladenie čo najviac zhodné s podmienkami skutočnej prevádzky pokiaľ ide o výkon, rýchlosť, teplotu, tlak a rozvádzanie kvapaliny (zachovanie geometrie a smeru vstupu a výstupu kvapaliny).

Do vstupných otvorov pre vstrekovacie dýzy sú vsunuté snímače 171 tepelného toku (jeden do každého valca) vybavené držiakmi 17.

Na obr.l sú tiež schematicky znázornené sedlá ventilov S hlavy C valcov.

Na obr.2 a 3 sú znázornené horáky, ktoré vháňajú riadený tepelný tok na hlavy jednotlivých valcov.

Predkladateľ prihlášky pri výskumoch zistil, že je možné v podmienkach testovania pôsobiť na hlavy valcov takými teplotami, ktoré odpovedajú podmienkam skutočnej prevádzky. Tieto podmienky vytvárajú horáky zvláštneho tvaru, ktoré sú napájané vo vhodných dávkach zmesou nasýteného uhľovodíku, hlavne zemným plynom, a vzduchu obohateného kyslíkom. Spomínané výskumy ukázali, že táto technika významne skráti dobu testovania hláv a teda i dobu ich vývoja. Ďalej sa ukázalo, že doteraz používané horáky jednak nepokryli tepelným tokom celú hlavu valca, ale len niektoré jej časti a jednak neumožnili rýchle zvýšenie teploty, čo sa taktiež odrazilo v predlžovaní doby testov.

Ako je to znázornené na obr.2a, 2b, 3a a 3b, každý horák Uje zostavený z kovových dielov. Tvorí ho vonkajší zvon 111 s valcovitou základňou 1111, na ktorú nadväzuje zúžený diel 1112 tvaru zrezaného kužeľa, ktorého vrchol je otvorený. Súčasťou horáka je ďalej hlava 112 s otvormi, ktorých valcovitá bočná stena 1121 je zhora uzatvorená kruhovou doskou 1122, spojovací diel 113 v tvare prstenca a objímka 114. ktorá je taktiež valcovitá a jej priemer je menší ako priemer dielov 111 a 112. Diely sú spojené zváracou húsenicou 115 a 116.

Na kruhovej doske 1122 ie niekoľko axiálnych otvorov 01 až 05 a na valcovitej bočnej stene 1121 niekoľko radiálnych otvorov 6. Do týchto otvorov prichádza objímkou 114 pod tlakom zmes plynov. Počty a rozmiestnenie otvorov sú stanovené tak, aby bolo možné vytvoriť teplotnú mapu (bude popísaná nižšie) hlavy valcov, ktorá je veľmi podobná mape získanej v skutočnej prevádzke.

ii ·♦·· • · · « · · • · · o · · ···· ·· ·· ····

V popisovanom príklade majú všetky otvory priemer 2 mm a sú rozmiestnené v sústredných kruhoch takto:

• 1 stredový otvor 01_;

• 8 otvorov 02 s priemerom 15 mm je rozmiestnených pravidelne v prvom kruhu;

• 16 otvorov 03 s priemerom 25 mm je rozmiestnených pravidelne v druhom kruhu;

• 24 otvorov 04 s priemerom 40 mm je rozmiestnených pravidelne v treťom kruhu;

• 32 otvorov 05 s priemerom 55 mm je rozmiestnených pravidelne vo štvrtom kruhu.

V bočnej stene 1121 je 24 otvorov, ktoré sú od seba pravidelne vzdialené o 15°. Horáky sú napájané prírodným plynom (plyn z ložiska v Lacq v oblastí Pyrenejí) a kyslíkom, ktoré prechádzajú miesiacim posúvačom riadeným tak, aby podľa potreby menil dávkovanie plynu a kyslíka a tým i výkon plameňa.

Na obr.4 a 5 je znázornená známa vstrekovacia dýza 17 naftového motora, ktorej koniec vsunutý do spaľovacej komory je upravený tak, aby naň mohol byť pripevnený snímač 171 tepelného toku.

Snímač je vybavený opierkou 1711, ktorá dosadá na upevňovací prstenec 172 nasadený na koncovú časť dýzy. Vonkajší okraj prstenca je vybavený medeným tesnením 173.

Vlastný snímač je vložený do valcovitej časti 1712 vyčnievajúcej von z dýzy a je zapustený do otvoru v hlave valca. Zvlášť sa pri tom dbá na to, aby zapustenie bolo tesné, vôľa musí byť menšia ako 0,1 mm, prednostne menšia ako 0,05 mm.

Snímač je spojený s riadiacou jednotkou (bude popísaná nižšie) káblom 1713. ktorého plášť je z nehrdzavejúcej ocele.

Najvhodnejšie snímače 171 sú termoelektrické s dvojitým spojením typu CFTM vyrábané firmou CRMT sídliacou na adrese 69570 Dardilly, Francúzsko. Sú určené výhradne na použitie v extrémnych podmienkach.

Ako je znázornené na obr.l, do každej hlavy valca je zavedený jeden snímač tepelného toku a signály zachytené týmito snímačmi sú použité na riadenie zariadenia.

Na obr.6 je znázornená hlava valca TC so štyrmi sedlami ventilov S (dva pre vstup A a dva pre výstup E) a otvor A pre vstrekovaciu dýzu, na ktorého úrovni a v rovnakej rovine sa vo valcovitej časti 1712 na voľnom konci dýzy nachádza snímač 171 tepelného toku.

·· ···· Μ ·· • · • · · '· · · ···· ·· ·· ····

Rôzne body na tomto obrázku znázorňujú jednak teploty zaznamenané v stanovených podmienkach skutočnej prevádzky motora vybaveného hlavou valcov a jednak teploty zaznamenané pri skúške hlavy valcov na vyššie popísanom zariadení.

Tieto hodnoty boli získané na porovnávacej alebo modelovej hlave valcov, ktorá bola pred testom na uvažovaných bodoch merania vybavená sadou termočlánkov.

Z obrázka je zrejmé, že teploty zaznamenané na mechanickom zariadení a na zariadení podľa vynálezu sú takmer rovnaké a možno teda konštatovať, že zariadenie podľa vynálezu umožní modelovať skutočné teplotné podmienky.

V tejto súvislosti je treba poznamenať, že veľkosť a umiestnenie otvorov každého horáka boli stanovené počas viacerých skúšok a na základe nich potom bola vytvorená teplotná mapa znázornená na obr.6. Usporiadanie a počet otvorov horákov v stredovej a okrajovej časti horáka zaisťujú, že hodnoty teploty pôsobiace na rôzne body vyznačené na obr.6 možno považovať za takmer presné.

Pri inom vyhotovení, ktoré nie je znázornené, je možné experimentovať iba s veľkosťou priemerov otvorov horáka.

Nasleduje popis chodu zariadenia podľa vynálezu na skúšky na tepelnú únavu. Na obr.7 je znázornená bloková schéma usporiadania systému napájania zariadenia plynnou zmesou v súčinnosti s riadiacou jednotkou SP.

Do riadiacej jednotky prichádzajú po vedení 1713 od štyroch snímačov 171 elektrické signály (napätie ) odpovedajúce okamžitej hodnote tepelného toku v každej hlave valca (nie je na obr. znázornené). Riadiaca jednotka tieto signály vyhodnotí. Kontroluje pritom, či hodnota tepelného toku od každého horáka odpovedá stanovenej hodnote, to znamená, či odchýlka od stanovenej hodnoty je prijateľná, napr. v rozmedzí od +5 až +10%. Ak je odchýlka väčšia, informuje operátora a preruší chod zariadenia. Výkony horákov sú nastavené na 0,35 až 1,15 m³/hod. pre prírodný plyn a 1,25 až 5,25 m³/hod. pre kyslík, tlak prírodného plynu je 4 bary a kyslíka 3 bary.

Riadiaca jednotka SP tiež riadi cirkuláciu (nie je znázornené) chladiacej kvapaliny (alebo inej tekutiny) tým, že riadi uzatváranie a otváranie obvodu cirkulácie teplej a studenej vody a kontroluje, či je dostatočné prietokové množstvo, rýchlosť, teplota a tlak vody.

Na obr.7 je znázornená jednotka VAC so vzduchovým tlakovým ventilátorom. Výstup ventilátorov je pripojený k regulačnému ventilu RRA vzduchu. Výstup z tohto ventilu je pripojený len k odbočke TE tvaru T. Tlak vzduchu pred a za regulačným ventilom RRA kontrolujú tlakomery MaAl a MaA2.

·· φφ φφφφ φφ φφ φφ φ φφφφ φφφφ φφ · φ φφφφ

9Φ φφφφ φφφφ φ φφφ φφφ φφφ φφφφ φφ φφ φφφφ φφ Φ··

Zásobník REG prírodného plynu a zásobník REO kyslíka sú zásobníky typu tlakových fliaš. Zásobník REG je pripojený k štvorpolohovému proporcionálnemu ventilu RPG plynu, ktorého výstup je spojený s filtrom F a odtiaľ k bežnému redukčnému ventilu DP. Tlak plynu za ventilom DP kontroluje tlakomer MaG. Výstup z redukčného ventilu DP je pripojený k vstupu nastavovacieho elektromagnetického ventilu EVG riadenia toku prírodného plynu, ktorý je ovládaný riadiacou jednotkou SP. Výstup z tohto elektromagnetického ventilu je pripojený k inému redukčnému ventilu D2, ktorého výstup je cez regulačný ventil RRG prietoku plynu spojený s druhým vstupom odbočky TE.

Zásobník REO kyslíka je spojený s proporcionálnym štvorpolohovým ventilom RPO vzduchu, ktorého výstup je spojený s elektromagnetickým nastavovacím ventilom E VO vzduchu, ktorý je taktiež ovládaný riadiacou jednotkou SP. Výstup z tohto elektromagnetického ventilu je pripojený priamo v bode zmesi PM k potrubiu vychádzajúceho z odbočky TE a paralelne napája štyri horáky Brl až Br4.

Tlak v mieste bodu zmesi PM je kontrolovaný tlakomerom MaM. Z bodu zmesi prúdi zmes k zariadeniu na skúšky na tepelnú únavu ohybnou hadicou FLL ktorá je vybavená spätnou klapkou AR a jej koniec je pripojený k linke rozvádzania LDM zmesi. Na tejto linke sú umiestnené regulačné ventily RR1 až RR4. Linkou rozvádzania prichádza zmes do štyroch horákov Brl až Br4 ( v prípade hlavy pre štvorvalcový motor). Otvory pre prípojku PP1 až PP4 tlakomeru umožňujú v priebehu ciachovania zariadenia alebo pri jeho kontrole zistiť tlak na vstupe každého horáka.

S každým horákom je združený sledovací plameň Vel až Ve4. Sledovacie plamene sú napájané paralelne takto: odbočka prírodného plynu je uskutočnená na úrovni vstupu elektromagnetického ventilu EVG a pokračuje potrubím LDG cez redukčný ventil Dp. ohybnou hadicou FL2, proporcionálny regulačný ventil Rp a regulačný ventil RRp prietoku plynu. Tento okruh napája vstup plynu sledovacích plameňov Vel až Ve4.

Vzduch je odoberaný na úrovni výstupu z ventilátorov VACľ a ohybnou hadicou FL3 prechádza cez regulačný ventil RRp' vzduchu do potrubia LDA, ktoré ho privádza na vstup vzduchu sledovacích plameňov.

K sledovacím plameňom sú priradené iniciačné transformátory TI až T4, ktoré pri uvádzaní zariadenia do chodu alebo v prípade poruchy znovu zapália sledovacie plamene známym spôsobom pomocou elektrického oblúka.

Rôzne ventily regulácie pomeru a regulácie množstva umožnia v priebehu ciachovania zariadenia dodávať do horákov spaľovaciu zmes, ktorej zloženie a tlak sú upravené tak, aby na príslušné hlavy valcov pôsobil tepelný tok požadovanej hodnoty. Iným variantom ·· ···· ·· ·· ···· ·· ·· ···· ·· •· · f· • ·· •· ·· · uskutočnenia vynálezu môže byť napájanie každého horáka v súčinnosti s regulačným elektromagnetickým ventilom alebo podobným prostriedkom, ktorý umožní spätným pôsobením (hlavne prípad odchýlok) jemnejšie regulovať tepelný tok na nastavenú hodnotu.

Na uskutočnenie testov hlavy valcov riadiaca jednotka SP riadi obidva elektromagnetické ventily EVG a E VO tak, aby sa pri ich otvorení zapálil každý horák (fáza ohrevu) a pri ich uzatvorení oheň zhasol (fáza chladenia).

V priebehu fázy ohrevu iniciuje riadiaca jednotka plameň tak, ako bolo popísané vyššie, a okrem toho prepína chod zariadenia na teplú chladiacu kvapalinu, keď sa už táto kvapalina zohriala (približne na 100°) v priebehu predchádzajúcej fázy ohrevu.

Fáza ohrevu prebieha tak dlho, aby teplota dosiahla hlavne v nárazových miestach medzi sedlami ventilov (vyčiarkované miesta na obr.6) príslušné hodnoty, ktoré sú taktiež uvedené na obr.6. V priebehu fázy ohrevu dosiahnu napájané horáky vyššie uvedený výkon, pričom sa dosiahne požadovaná teplota za 20 až 100 sekúnd (spravidla už po 40 sekundách) od zahájenia fázy ohrevu. Táto doba je len zlomkom doby skúšky uskutočnenej doterajšou technikou. Je treba poznamenať, že na skrátení fázy ohrevu sa taktiež podieľa cirkulácia ohriatej chladiacej kvapaliny.

Podľa podstatného znaku vynálezu nie je prívod tepla z horákov, ktorých výkon je v priebehu fázy ohrevu regulovaný zmesou prírodný plyn/kyslík, stanovený sledovaním teplôt na úrovni hláv valcov, ale meraním hodnoty tepelného toku pomocou snímačov 171, to znamená meraním množstva tepla dodávaného príslušným horákom.

Na tento cieľ sa reguluje zmes privádzaná do horákov tak, aby sa vytvoril v podstate konštantný tepelný tok, ktorého teplota približne odpovedá danej nastavenej hodnote. Hodnotu tepelného toku volíme v určitom rozmedzí, napr. 250 kW/m až 1250 kW/m tak, aby odpovedala rôznym typom a výkonom motora.

Fáza chladenia spočíva v zatvorení elektromagnetických ventilov EVG a E VO a zapojenia hlavy na obvod cirkulácie kvapaliny (napr. na rozvod vody, ktorej teplota je cca 15°). Fáza chladenia prebieha približne rovnakú dobu ako fáza ohrevu.

Nastavená hodnota tepelného toku pri fáze ohrevu, ktorá je uložená v pamäti riadiacej jednotky, sa stanoví pri ciachovacom zariadení. Pri ciachovaní sa najskôr umiestni hlava valcov vybavená snímačom teploty (na obr.6) na mechanické testovacie zariadenia, potom sa analyzujú teploty namerané príslušnými snímačmi a vytvoria sa teplotné mapy v rôznych podmienkach chodu motora (motorový režim). Potom sa táto hlava sníme z mechanického zariadenia, vybaví sa vyššie popísanými snímačmi tepelného toku a inštaluje sa na zariadení na skúšky na tepelnú únavu. Konfigurácia horákov a charakteristiky spaľovacej zmesi (hlavne ·· ···· ·· · · ·· • · · · · · · · · · • · · · · · · η· ···· ···· ··· ··· ·· ···· · · · · · · · · ·· · zloženie a tlak) sú zaznamenávané krok za krokom tak, aby plameň horákov postupne vydával stabilnú teplotu, ktorú zaznamenali termočlánky, a ktorých hodnoty sú čo najbližšie hodnotám zapísaným na mapách teploty získaných pri skúške na mechanickom zariadení (s výhodou +10°C).

Takto sa stanoví celý súbor hodnôt tepelného toku modelujúci rôzne podmienky chodu motora. Podľa príkazu môže riadiaca jednotka upraviť napájanie horákov tak, aby ľubovolná hodnota tepelného toku bola určená presnejšie.

Po takto uskutočnenom ciachovaní zariadenia na skúšky na tepelnú únavu možno prikročiť k testovaniu novo vyvíjaných hláv valcov, ktoré sú vybavené iba snímačmi tepelného toku.

Je dôležité si povšimnúť, že riadený ohrev, ktorý prebieha v zariadení podľa vynálezu na základe tepelného toku, je dokonalým modelovaním funkcie mechanického zariadenia, čo sa týka hlavne vývoja teplotných pomerov, ktoré majú rovnaký priebeh.

Pri skúškach hláv valcov rôznej geometrie, čo sa týka hlavne iného usporiadania kanálikov pre chladiacu kvapalinu ovplyvňujúce odvádzanie tepla z hláv valcov, je zariadenie podľa vynálezu na rozdiel od skúšky riadením teploty schopné potvrdiť, že zmeny kvality chladenia sa odrazia v odpovedajúcich zmenách teploty na hlave valcov. Zariadenie teda veľmi dobre zaznamená každý vývojový pokrok v oblasti chladenia hlavy, ktorý vedie k menšiemu zahrievaniu hlavne namáhaných miest medzi sedlami ventilov a teda i k jej menšiemu tepelnému zaťaženiu.

Pri fáze chladenia sú vyradené z činnosti horáky a pri rozvádzaní chladiacej kvapaliny sa jednotlivé hlavy valcov v miestach medzi sedlami ventilov ochladzujú na teplotu približne 50°C. K ochladeniu na túto teplotu dochádza za 20 až 100 sekúnd (spravidla približne za 40 sekúnd).

Na ob.8 sú znázornené krivky Cl až C4 tepelného toku meraného v každej hlave valca v priebehu fázy ohrevu. Tepelný tok dosiahne hodnotu reprodukujúcu podmienky skutočného zaťaženia pri chode motora a plamene sú zastavené po uplynutí určenej doby, v tomto prípade za 40 sekúnd. Priebeh teploty je zaznamenaný riadiacou jednotkou na monitor a operátor kontroluje, čo tepelný tok dosahuje stanovenú hodnotu.

Doba fáze ohrevu je stanovená v priebehu ciachovania a je volená tak, aby teploty namerané na hlave mohli dosiahnuť hodnoty, ktoré boli predtým zaznamenané na mechanickom testovacom zariadení.

Na obr.9 je znázornený priebeh teplôt meraných pomocou rôznych termočlánkov na hlave umiestenej na zariadení podľa vynálezu v priebehu fázy ciachovania. Z grafu je zrejmý ·· ···· ·· ·· ·· • · · ···· · · · • · · · · · · • ···· ···· • * · ··· ·· ···· ·· ·· ···· ·· · vplyv usporiadania horákov na priebeh teplôt, ktoré sú v rôznych bodoch rozdielne a odpovedajú požadovanej mape teploty.

Vynález nie je limitovaný uvedenými príkladmi, ktoré sú popísané s odkazom na priložený výkres. Príslušný odborník môže podľa vlastných nápadov prispieť ďalšími variantmi jeho vyhotovenia.

	(V ·· ···· ·· ·· ·· • · · ···· · · • · · · · · · • ···· ····	- ¹ • ·· • •
13	··· ··· ·· ···· ·· ·· ···· ··	• • · ·

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zariadenie na skúšky na tepelnú únavu hláv valcov spaľovacích motorov, vyznačujúce sa tým, že pozostáva z podstavca (14) pre hlavu (C) valcov, ktorých aspoň jedna časť je vystavená účinkom spaľovania, z aspoň jedného horáka (11), ktorého plameň možno nasmerovať na celú túto časť hlavy, z aspoň jedného snímača (171) tepelného toku umiestneného v uvedenej časti hlavy za účelom zistenia, či tepelný tok spôsobený plameňom horáka odpovedá aspoň približne vopred stanovenej hodnote.
2. Zariadenie na skúšky podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že je vybavené okruhom na teplú chladiacu kvapalinu, okruhom na studenú chladiacu kvapalinu a prostriedkami na striedavé pripojenie hlavy na jeden z týchto okruhov.
3. Zariadenie na skúšky podľa nároku 2, vyznačujúce sa tým, že okruhy chladenia sú zapájané tak, aby aspoň približne reprodukovali skutočné podmienky cirkulácie chladiacej kvapaliny.
4. Zariadenie na skúšky podľa nároku 1 až 3, vyznačujúce sa tým, že každý horák je napájaný zmesou plynu nasýteného uhľovodíka a vzduchom obohateným kyslíkom.
5. Zariadenie na skúšky podľa nároku 4, vyznačujúce sa tým. že plynom nasýtený uhľovodík je prírodný plyn.
6. Zariadenie na skúšky podľa nároku 4 alebo 5, vyznačujúce sa tým, že je vybavené prostriedkami na nastavenie tepelného toku z horákov reguláciou množstva plynu a vzduchu obohateného kyslíkom.
7. Zariadenie na skúšky podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúce sa tým, že tepelný tok každého horáka je nastavený na príslušnú hodnotu.
8. Zariadenie na skúšky podľa nároku 7, vyznačujúce sa tým, že táto nastavená hodnota je volená tak, aby sa pre rôzne body hlavy valcov vytvorila teplotná mapa, ktorej charakteristiky sú veľmi blízke mape teploty, ktorá bola vytvorená meraním pomocou ·· ···· ·· ·· ·· • · · · · · · ·· • « · · · · · , . · ········ 14 β······· snímačov teploty umiestnených v hlave valcov pri skutočných podmienkach chodu motora.
9. Zariadenie na skúšky podľa nároku 8, vyznačujúce sa tým, každý horák (11) je usporiadaný tak, aby jeho plameň umožnil vytvoriť pre príslušnú hlavu valca túto teplotnú mapu.
10. Zariadenia na skúšky podľa nároku 9, vyznačujúce sa tým, že každý horák je vybavený hlavou (112), na ktorej sú stanoveným systémom rozmiestnené otvory.
11. Zariadenia na skúšky podľa nároku 10, vyznačujúce sa tým, že rozmiestnenie horákov nie je homogénne.
12. Zariadenie na skúšky podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 11, vyznačujúce sa tým, že každý snímač (171) tepelného toku je umiestnený na konci vstrekovacej dýzy (17) pre danú hlavu valca a koniec dýzy je usporiadaný tak, aby tento snímač mohol byť naň nasadený.
13. Spôsob ciachovania zariadenia na skúšky na tepelnú únavu hláv valcov spaľovacích motorov, vyznačujúci sa tým, že obsahuje nasledovné kroky, v ktorých do aspoň jednej hlavy (C) valca, ktorá bude vystavená účinkom spaľovania motora, sa umiestnia snímače teploty, v priebehu skúšky hlavy na mechanickom zariadení sa pri stabilnom režime vyhotoví pomocou snímačov teplotná mapa tejto hlavy, táto mapa sa uloží do pamäte počítača, do testovanej hlavy sa vloží snímač tepelného toku, testovaná hlava sa umiestni na zariadenie na skúšky na tepelnú únavu, ktoré je vybavené niekoľkými horákmi (11) a tepelný tok z týchto horákov (11) sa upraví tak, aby sa snímaná teplotná mapa aspoň približne kryla s mapou uloženou v pamäti a do pamäti sa uloží nameraná hodnota tepelného toku ako nastavená hodnota.
14. Spôsob podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že na každú hlavu valca je umiestnený aspoň jeden snímač (171) tepelného toku a tým, že stanovená hodnota získaná z akcie každej dvojice horák/snímač sa zapíše do pamäti.

·· ····
15. Spôsob podľa nároku 13 alebo 14, vyznačujúci sa tým, že v priebehu testu hlavy valcov na zariadení na skúšky na tepelnú únavu sa stanoví nutná doba stabilizácie teploty meranej teplotnej mapy.
16. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 13 až 15, vyznačujúci sa tým, že krok nastavenia tepelného toku obsahuje krok nastavenia geometrie horákov a krok úpravy spaľovacej zmesi privádzanej do horáka.
17. Spôsob skúšky na tepelnú únavu hlavy valcov spaľovacieho motora, vyznačujúci sa tým, že sa uskutočňuje na ciachovacom zariadení na skúšky na tepelnú únavu, ktoré je ciachované spôsobom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 13 až 16, keď sa hlava valcov umiestni na uvedenom zariadení a striedajú sa fázy ohrevu tepelným tokom nastaveným podľa jednej alebo niekoľkých z nastavených hodnôt a fázy chladenia, pričom časový priebeh oboch fáz je vopred stanovený.
18. Spôsob podľa nároku 17, vyznačujúci sa tým, že tepelný tok z každého horáka (11) je vyšší ako 250 kW/m².
19. Spôsob podľa nároku 18, vyznačujúci sa tým, že doba fáz ohrevu a chladenia je 20 až

100 sekúnd.
20. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 17 až 19, vyznačujúci sa tým, že obsahuje kroky pripojenia hlavy valcov k okruhu teplej chladiacej kvapaliny pri fáze ohrevu a pripojenie valcov k okruhu studenej chladiacej kvapaliny pri fáze chladenia.

• · 9999 • · • e • 9 9 • · • • · 9 9 • 9 9 9 • • • e • • 9 • • • • · 9 e · 9 é 9 • • 9 • · 9 • · e ··· · ·· • 9 9999 99 999