CN101865028A - 一种光学发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学发动机，包括缸盖，原缸套以及活塞，所述缸盖与原缸套之间安装有一透明石英玻璃缸套，所述活塞为一加长活塞，该加长活塞顶部开有圆窗口，圆窗口内安装有透明石英玻璃，所述透明石英玻璃缸套的长度大于发动机冲程与活塞最下面一道环到活塞顶面的距离之和，发动机缸体，原缸套，缸盖以及透明石英玻璃缸套之间均螺栓固定连接。
Description
技术领域
本发明涉及发动机，具体涉及一种光学发动机。
背景技术
目前，使用光学发动机已成为研发发动机的方向之一。光学发动机燃烧系统采用可视化，结合激光、高速摄像机等先进技术可检测缸内喷雾、流场以及燃烧过程等情况，从而为燃烧研究提供很好的条件。世界各个大型汽车、发动机研究机构如奥地利AVL，FEV，一些燃烧研究机构等，都建立了光学发动机研究平台，光学发动机平台已成为研发发动机特别是缸内直喷发动机的重要支撑。现有技术中光学发动机主要采用活塞顶部安装透明窗口，或者部分缸套透明，结合激光器、高速摄像机等各种先进技术，来研究缸内流场、喷雾以及火焰形成过程等情况。为发动机研发提供指导，同时为现有发动机出现的实际问题提供指导，并用于现有发动机燃烧系统优化。而现有技术中采用的透明活塞的方案，其观察受限，对部分工况下的情况观察不全面；且运动不平顺易造成损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学发动机，保持原有的发动机缸盖、缸体、曲轴箱系统、连杆等大部分零部件。缸体、缸盖之间加入透明石英玻璃缸套和同轴套，透明缸套与同轴套引起缸体缸盖间距离的增加，通过加长活塞进行补充，活塞顶部装有透明窗口，侧面开有安装反射镜的窗口，通过透明缸套和活塞顶部透明窗口研究缸内情况。
这种多缸原型机改造的光学发动机，适用于小缸机，主要用于研究发动机缸内不同方向的流场、喷雾以及混合气的形成等情况，但不做缸内燃烧研究，为优化发动机的进气道、配气机构、燃烧室等提供参考，同时为发动机模拟计算提供参考。具体如下：
在原型机上进行改造，采用透明石英玻璃缸套，且活塞头部装有透明石英玻璃，可视化程度大，便于研究；活塞环采用石墨材质，防止了活塞环刮伤石英玻璃缸套，石墨具有自润滑作用和较好热传导系数，保证了活塞环和透明缸套之间的润滑，同时可降低透明缸套由于摩擦引起的温度升高；透明缸套长度大于发动机冲程，保证活塞环仅在透明缸套内运动，避免活塞环在不同材质的缸套中运动带来的不良影响；保留原型机的水套，通过加循环热水使缸内温度和发动机实际运转温度相接近；很大程度上，保留光学发动机燃烧系统参数和实际发动机燃烧系统参数的一致性，提高试验结果可行性和参考价值；为了保证透明缸套和原缸套间的同轴度设计了同轴套。
具体技术方案如下：
一种光学发动机，包括缸盖，原缸套以及活塞，所述缸盖与原缸套之间安装有一透明石英玻璃缸套，所述活塞为一加长活塞，该加长活塞顶部开有圆窗口，圆窗口内安装有透明石英玻璃。
所述透明石英玻璃缸套的长度大于光学发动机的冲程，所述活塞的活塞环仅在透明石英玻璃缸套内运动。
进一步地，所述透明石英玻璃缸套的长度大于发动机冲程与活塞最下面一道环到活塞顶面的距离之和，发动机缸体，原缸套，缸盖以及透明石英玻璃缸套之间均螺栓固定连接。
所述加长活塞的侧面开有窗口，该窗口的高度大于光学发动机的冲程。
所述侧面所开的窗口的高度大于发动机的行程，该窗口用来放置反射镜。
活塞的加长部分采用铝合金材料，活塞加长部分与装有透明石英玻璃窗口的顶部之间通过螺栓连接。
所述反射镜固定在一支架的一端，该反射镜以45度角通过该支架斜放至该加长活塞的侧面窗口内，该支架的另一端固定至发动机缸体的上表面。
透明石英玻璃缸套内径和发动机缸套缸径相等，其中，还包括一同轴套，该同轴套安装在发动机缸体上，用于确保该透明石英玻璃缸套和发动机原缸套的同轴度。
所述同轴套上开有窗口，固定在支架上的反射镜通过该窗口伸到活塞侧面窗口内，透明石英玻璃缸套的一侧安装有激光器，其发射的光通过透明石英玻璃缸套照射到缸内。
活塞环采用石墨材质，用于活塞环和缸套之间的润滑，同时防止活塞环刮伤透明石英玻璃缸套。
附图说明
图1为本发明整体视图
图2为加长活塞示意图
图3为同轴套示意图
图中：
1.缸盖系统；2.加长活塞；3.透明缸套；4.同轴套；5.反射镜；6反射镜支架；7.缸体总成；8.油底壳总成；9.活塞顶部；10.活塞加长部分；11.垫圈 12.石墨活塞环；13.透明石英玻璃窗口；14.螺栓；15.加长活塞侧面窗口；16.活塞销孔；17.同轴套侧面窗口
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
优选实施例中，原有发动机缸盖、缸体、曲轴箱系统以及连杆等零部件不变，活塞进行加长，且加长活塞头部装有透明石英玻璃，加长活塞侧面开有窗口，窗口的高度大于发动机的行程(避免活塞上下运动中撞到反射镜)，窗口内装有反射镜，缸体、缸盖之间加入透明石英玻璃缸套，通过活塞下部的反射镜和透明缸套，可以检测缸内的流场、喷雾以及混合气的形成等情况；石英玻璃缸套内径和发动机缸套内径相等，石英玻璃缸套的长度大于发动机冲程，保证了活塞环整个行程在缸套中运行；连杆采用原连杆，由于透明缸套和同轴套引起缸体缸盖间距离的增加，通过加长活塞来进行补充。
参照附图，优选实施例可以为，在多缸原型机上进行改造，改造后的光学发动机(如图
1)主要用于研究发动机缸内不同方向的流场、喷雾以及混合气的形成等情况，但不做缸内燃烧研究。
采用原型机连杆，对活塞进行加长，加长活塞顶部装有透明石英玻璃窗口，活塞的上下两部分通过螺栓连接，使活塞顶部部分及透明窗口易于装配和拆卸，加长部分侧面开有用来放置反射镜的窗口。同时活塞加长部分采用铝合金材料，减小整体活塞质量。(如图2)
在缸盖和原缸套之间装有透明石英玻璃缸套，透明缸套和原缸套间装有同轴套，保证原缸套和透明缸套的同轴度，同轴套上开有安装反射镜的窗口(如图3)。可在透明缸套一侧装激光器，通过透明缸套照射到缸内。
反射镜固定在支架上通过同轴套上的窗口伸到活塞侧面窗口内，通过反射镜、活塞顶部透明窗口可观测到缸内气流、喷雾以及混合气形成等情况。
由于石英玻璃缸套比较容易被刮伤，活塞环采用石墨材质，保证了石英玻璃缸套不被刮伤，同时石墨具有自润滑作用和较好热传导系数，保证了活塞环和透明缸套之间的润滑，并对降低透明缸套由于摩擦引起的温度升高有一定的意义。
本光学发动机在多缸原型机上改造过程中保持原有的发动机缸盖、缸体、曲轴箱系统，连杆等大部分零部件不变，活塞加长，缸体、缸盖之间加入透明石英玻璃缸套，并用螺栓固定连接。(如图1)进一步地，各个构件可以在实施例中优选为：
1.透明石英玻璃缸套：
透明石英玻璃缸套内径和发动机缸径相等，石英玻璃缸套的长度大于发动机冲程与活塞最下面一道环到活塞顶面的距离之和，保证活塞环仅在透明缸套内运动，避免活塞环在不同材质的缸套中运动带来的不良影响。
2.加长活塞：
缸体与缸盖之间距离的增加，通过加长活塞来进行补充。加长活塞顶部装有透明石英玻璃窗口，侧面开有安装反光镜的窗口，窗口的高度大于发动机的行程，避免活塞上下运动中撞到反射镜。(如图2)
3.同轴套：
为了保证活塞连杆机构运动的平稳性，减小整个光学发动机的振动，透明缸套和原缸套的同轴度通过同轴套来保证。同轴套加工时需要安装在缸体上，和缸体一起加工，加工精度不低于缸套内表面的加工精度。同轴套上开有窗口，用来和加长活塞一起放置反射镜。(如图3)
4.反射镜
反射镜固定到支架的一端，并以45度角通过支架斜放到加长活塞的侧面窗口内，支架的另一端固定到缸体上表面。
5.光学发动机的润滑：
发动机的机油泵仍保留。缸盖的润滑通过外接管路，管路一端到缸体原主油道，另一端接缸盖原主油道。缸盖的回油，也通过外接管路，管路一端连接缸盖回油孔，一端连接缸体回油孔。
曲轴连杆的润滑仍采用缸体原润滑油道进行润滑。
活塞环和缸套之间的润滑主要依靠石墨活塞环的自润滑进行。
6.光学发动机的冷却和加温：
由于本光学发动机不进行燃烧试验，所有主要的热源来自于摩擦，缸盖系统摩擦热主要通过润滑系统进行冷却，曲轴连杆机构也主要通过润滑系统进行冷却，透明石英缸套的冷却主要通过石墨活塞环传递给活塞，由于发动机实际运转时间较短，所以摩擦产生的热量非常有限。光学发动机的冷却系统中的水道在这里主要起到加温的作用，使得缸内温度和发动机实际运转时相接近。
7.通过缸体、缸盖间的透明石英玻璃以及活塞顶部窗口，即可检测缸内的不同方向的流场、喷雾以及混合气的形成等情况。由于很大程度上保留与实际发动机燃烧系统参数的一致性，提高了光学发动机试验结果可信度和参考价值。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光学发动机，包括缸盖，原缸套以及活塞，其特征在于，所述缸盖与原缸套之间安装有一透明石英玻璃缸套，所述活塞为一加长活塞，该加长活塞顶部开有圆窗口，圆窗口内安装有透明石英玻璃。
2.如权利要求1所述的光学发动机，其特征在于，所述透明石英玻璃缸套的长度大于光学发动机的冲程，所述活塞的活塞环仅在透明石英玻璃缸套内运动。
3.如权利要求2所述的光学发动机，其特征在于，进一步地，所述透明石英玻璃缸套的长度大于发动机冲程与活塞最下面一道环到活塞顶面的距离之和，发动机缸体，原缸套，缸盖以及透明石英玻璃缸套之间均螺栓固定连接。
4.如权利要求1-3中任一项所述的光学发动机，其特征在于，所述加长活塞的侧面开有窗口，该窗口的高度大于光学发动机的冲程。
5.如权利要求4所述的光学发动机，其特征在于，所述加长活塞侧面所开窗口的高度大于发动机的行程，该窗口用来放置反射镜。
6.如权利要求1-3，5中任一项所述的光学发动机，其特征在于，活塞的加长部分采用铝合金材料，活塞加长部分与装有透明石英玻璃窗口的顶部之间通过螺栓连接。
7.如权利要求5所述的光学发动机，其特征在于，所述反射镜固定在一支架的一端，该反射镜以45度角通过该支架斜放至加长活塞的侧面窗口内，该支架的另一端固定至发动机缸体的上表面。
8.如权利要求1-3，5，7中任一项所述的光学发动机，其特征在于，透明石英玻璃缸套内径和发动机缸套缸径相等，其中，还包括一同轴套，该同轴套安装在发动机缸体上，用于确保该透明石英玻璃缸套和发动机原缸套的同轴度。
9.如权利要求8所述的光学发动机，其特征在于，所述同轴套上开有窗口，固定在支架上的反射镜通过该窗口伸到活塞侧面窗口内，透明石英玻璃缸套的一侧安装有激光器，其发射的光通过透明石英玻璃缸套照射到缸内。
10.如权利要求1-3，5，7，9中任一项所述的光学发动机，其特征在于，活塞环采用石墨材质，用于活塞环和缸套之间的润滑，同时防止活塞环刮伤透明石英玻璃缸套。
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