Для проведения экспериментальных исследований был разработан и создан экспериментальный стенд физической модели поршневого пневмодвигателя на базе автомобильного одноступенчатого, вертикального, одноцилиндрового компрессора с ходом поршня 38мм и диаметром цилиндра 60мм. В компрессоре вместо штатных клапанов был установлен нормально-открытый впускной кольцевой клапан, а в нижней части цилиндра выполнены выхлопные окна [5].
На рис.5 представлен продольный разрез пневмодвигателя.
Клапанная головка двигателя, включающая крышки клапана 3 и крышки цилиндра 6, присоединена к цилиндру 7. Внутри головки размещен нормально-открытый самодействующий впускной клапан, содержащий кольцевой запорный элемент 4, ограничитель подъема 2, способный перемещаться по резьбе относительно крышки 3 для изменения максимальной высоты подъема запорного элемента, и пружины сжатия 5. Подача сжатого воздуха в двигатель производилась через штуцер 1, ввёрнутый по резьбе в ограничитель подъема 2.
Работа пневмодвигателя производится следующим образом. При движении поршня 8 от верхней мертвой точки (ВМТ) происходит процесс наполнения цилиндра воздухом через нормально открытый впускной клапан. С увеличением скорости поршня увеличивается перепад давления и растет газовая сила на запорный элемент 4 клапана. Преодолевая упругие силы пружин 5, запорный элемент клапана закрывается. Поступление свежей порции воздуха в цилиндр прекращается. При перемещении поршня к нижней мертвой точке (НМТ) воздух расширяется с совершением внешней работы. После открытия поршнем выхлопных окон 9 вблизи НМТ, расширившийся воздух выводится в атмосферу. При обратном движении поршня к ВМТ за счет сил инерции маховика, и при достижении в цилиндре 7 давления, близкого к давлению на входе, запорный элемент клапана под действием пружин 5 открывается, и цикл повторяется.
Рис. 5. Поршневой прямоточный пневмодвигатель:
1-штуцер подачи воздуха; 2-ограничитель подъема; 3-крышка клапана;
4-кольцевой запорный элемент; 5-пружина; 6- крышка цилиндра;
7-цилиндр; 8-поршень; 9-выхлопные окна
Для автоматизации экспериментальных исследований рабочих процессов физической модели пневмодвигателя использовался измерительный комплекс, совместимый с ПЭВМ (рис.6).
В качестве универсального интерфейсного преобразователя был выбран модуль Е14-440, являющий универсальным программно-аппаратным устройством со стандартной шиной USB (аналого-цифровой преобразователь АЦП). Модуль позволяет одновременно фиксировать 16 и более быстроменяющихся параметров с выводом их на экран. Поддержку модуля Е14-440 осуществляет законченный программный продукт PowerGraph, представляющий собой многоканальный осциллограф.
Рис. 6. Принципиальная схема экспериментальной установки:
1 - пневмодвигатель; 2 - нормально открытый самодействующий впускной клапан;
3 – контактный датчик перемещения запорного элемента клапана;
4,5 – датчики быстроменяющегося давления; 6 – отметчик ВМТ;
7 - мостовая измерительная схема; 8 – источник питания; 9 - АЦП
С помощью измерительного комплекса производились математическая обработка выделенных фрагментов осциллограмм (определение индикаторной мощности, отметка углов начала закрытия и открытия впускных клапанов и т.п.), перевод контролируемых параметров в единицы измерения физических величин в соответствие с тарировкой. Регистрировались быстроменяющиеся давления и температуры в цилиндре пневмодвигателя, фиксировались положения ВМТ и НМТ, записывались диаграммы движения запорного элемента впускного клапана. Измерялись внешние параметры: давление, температура, влажность и расход сжатого воздуха на входе (поплавковый расходомер KROHNE), температура отработанного воздуха на выходе, частота вращения вала, средние температуры стенок рабочих полостей.
Результаты эксперимента
При поддержании постоянного давления сжатого воздуха на входе в 
в условиях близких к стационарному режиму производилась регистрирация быстроменяющиеся и внешних параметров рабочего процесса двигателя, обусловленных изменением следующих режимных и конструктивных параметров: величин внешних нагрузок на электрический генератор; давлений сжатого воздуха на входе; величин относительных мёртвых пространств; жесткости пружин - 
; максимальных высот перемещения запорных элементов - 
maxи предварительныхподжатийпружин.
На рис.7 приведены зависимости быстроменяющихся давлений воздуха в полости над клапаном (линия сверху) и в цилиндре (линия снизу) за цикл для одного из режимов функционирования ПД с 
= 0,75 мм, жёсткостью пружины = 2122 Н/м; на рис.8 – отметки углов закрытия и повторного открытия запорного элемента клапана.
Рис.7. Изменение давлений воздуха в полости над запорным