Стенд, приборы и методики измерений

Важным этапом при создании газового двигателя является его экспериментальное исследование. На этом этапе проверяется адекватность математических моделей, применяемых для расчётного исследования различных процессов в двигателе, а также основные расчётные результаты, полученные с их помощью.

Экспериментальное исследование ДВС, как правило, выполня­ется с использованием специального стенда.

Конвертированию на газовое топливо подлежат в основном два типа двигателей: бензиновые малолитражные, используемые на лег­ковых автомобилях, и дизели средней мощности, используемые на грузовых автомобилях и автобусах. Исходя из этого, на кафедре ДВС ХНАДУ было создано два экспериментальных стенда: на базе малолитражного газового двигателя и на базе газового двигателя средней мощности.

При этом на малолитражном двигателе установлено оборудование для подачи в цилиндры двигателя смесевого топлива, а на двигателе средней мощности – агрегат наддува.

Малолитражный газовый двигатель 4ГЧ7,5/7,35 создан на базе серийно выпускаемого ГРП «АвтоЗАЗ-Мотор» ЗАО «ЗАЗ» и уста­навливаемого на автомобили модели «Sens» двигателя МеМЗ-307, работающего на бензине АИ-95. В серийном исполнении двигатель имеет следующие характеристики: диаметр цилиндра – 75 мм; ход поршня – 73,5 мм; степень сжатия 9,8; эффективная мощность – 51,5 кВт при частоте вращения 5200 мин-1. Микропроцессорная система управления двигателем – «Микас 10.3».

Для выбора и обоснования параметров рабочего процесса на экспериментальный стенд с двигателем 4ГЧ7,5/7,35 установлен пол­ный комплекс аппаратуры, обеспечивающей следующие условия:

-       возможность работы на бензине, сжатом природном газе, во­дороде, а также их смесях в любых пропорциях;

-       возможность управления составом рабочей смеси при работе на любом топливе;

-       возможность принудительного управления величиной угла опережения зажигания;

-       измерение момента сопротивления на валу двигателя во всем диапазоне изменения частоты вращения коленчатого вала (n = 800–5600 мин-1);

-       регистрация давления в цилиндре двигателя (индикаторная диаграмма) с последующим определением индикаторных показа­телей;

-       регистрация расхода воздуха и топлива;

-       поддержание стабильного температурного режима двигателя.

Кроме того, автоматизированная система исследования обеспе­чивает сбор экспериментальных данных для их оперативной обработки и создания необходимых баз данных.

Для возможности плавного изменения момента сопротивления на валу двигателя при проведении испытаний стенд оборудован электрическим нагрузочным устройством МПБ-100.

Для передачи мощности от двигателя к балансирной машине используется механическая коробка передач ВАЗ 2103, которая позволяет работать в широком диапазоне частот вращения колен­чатого вала двигателя, а также карданной передачи. Стенд оборудован дополнительным воздушным венти­лятором 15 и дополнительным теплообменником 7, с помощью которых можно моделировать температурный режим, максимально приближенный к реальным условиям эксплуатации. С той же целью на стенде установлен глушитель шума и резонатор от штатной системы выпуска отработавших газов автомобиля «Sens». Для изменения сопротивления выпускной системы предусмотрена заслонка 33.

Для исследования работы двигателя на альтернативных газообразных видах топлива стенд оборудован газовой топливной системой 4-го поколения, которая включает в себя: каскад баллонов с запасом топлива 5, двухступенчатый газовый редуктор 10, магистраль высо­кого и низкого давления, газовую рампу с форсунками 16, блок управления газовой системой 18. Для выбора вида топлива на панели пульта управления 22 предусмотрен переключатель 31.

Структурная схема экспериментального стенда на базе двигателя МеМЗ-307: 1-балансирная машина; 2-набор сопротивлений; 3-карданная передача; 4-коробка передач; 5-газовые баллоны; 6-двигатель 4ГЧ7,5/73,5; 7-водяной теплообменник; 8-манометр; 9-расходомер газа; 10-двухступенчатый газовый редуктор; 11-манометр; 12-радиатор двигателя; 13-весы для измерения расхода жидкого топлива; 14-измерительно-вычислительный комплекс; 15-вентилятор; 16-газовая рампа с форсунками; 17-бензиновая рампа с форсунками; 18-ЭБУ газовой системы; 19-впускний коллектор; 20-выпускной коллектор; 21-ЭБУ двигателя; 22-пульт управления; 23-прибор для измерения температуры охлаждающей жидкости; 24-прибор для измерения температуры масла; 25-прибор для измерения температуры ОГ; 26-прибор для измерения давления масла в системе смазки; 27-прибор для измерения частоты вращения коленчатого вала; 28-прибор для измерения частоты вращения ротора балансирной машины; 29-замок зажигания; 30-панель приборов автомобиля; 31-переключатель вида топлива; 32-рукоятка для управления дроссельной заслонкой; 33-устройство для изменения сопротивления впускной системы; 34-устройство для управления нагрузкой на ДВС; 35-прибор для измерения сопротивления выпускной системы; 36-глушитель шума; 37-резонатор; 38-расходомер воздуха; 39-весовое устройство для измерения нагрузки; 40-газоанализатор; 41-игольчатый вентиль; 42-ротаметр; 43-редуктор; 44-баллон с водородом.

 

 

На экспериментальном стенде с малолитражным газовым двигателем 4ГЧ7,5/7,35 установлена система подачи добавки к основному топливу.

Система подачи добавок к топливу: 1-рампа с форсунками; 2-игольчатый вентиль; 3-ротаметр; 4-редуктор низкого давления; 5-баллон с водородом; 6-электронный блок управления

 

 

Система питания двигателя 4ГЧ7,5/7,35 топливом.

 

 

Экспериментальный стенд, предназначенный для исследования газового двигателя с искровым зажиганием средней мощности, создан на базе газового двигателя 6ГЧН13/14. Этот двигатель, в свою очередь, получен путём конвертирования дизеля ЯМЗ-236 в двигатель с искровым зажиганием.

Стенд оснащен системой зажигания высокой энергии, системой газотурбинного наддува, системой питания сжатым природным газом распределенного типа и блоком регистрации данных.

Принципиальная схема экспериментального стенда на базе двигателя 6ГЧН13/14: 1 – двигатель 6ГЧН13/14; 2 – нагрузочное устройство DS932-4N; 3 – карданная передача; 4 – нагрузочные реостаты; 5 – блок управления нагрузкой; 6 – блок контроля давлений; 7 – блок контроля температур; 8 – радиатор; 9 – турбокомпрессор ТКР-9; 10 – дроссельная заслонка; 11 – счетчик расхода воздуха; 12 – фильтр воздушный; 13 – ресивер; 14 – блок регистрации параметров газа; 15 – счетчик расхода газа; 16 – дозатор газа левого ряда цилиндров; 17 – ресивер-успокоитель; 18 – дозатор газа правого ряда цилиндров; 19, 20 – секвентальный газовый редуктор.