CN103541813B - 一种可视化直喷汽油机 - Google Patents

Abstract

一种可视化直喷汽油机属发动机技术领域，本发明中加长可视化部分上下分别与发动机缸盖部分和发动机缸体部分固接，控制单元分别与燃油压力调节阀、节气门、火花塞、喷油器、凸轮轴相位传感器、轨压传感器、机械增压器、转速传感器连接；低压油泵串接于燃油箱和高压油泵；水箱的出水口与底座的进水口连接，水泵串接于水箱和水套底座的入水口管路中；数显加热管装于水箱内部，并与冷却液温度传感器连接；冷却液温度传感器固接于水箱的回水口处；本发明能克服现有技术存在的使用单缸机改装光学发动机与实际汽油机比拟性差和单缸机改装平衡困难问题，适用于增压小排量缸内直喷汽油机进行光学研究，且运转噪声小、使用寿命长、成本低。

Description

一种可视化直喷汽油机

技术领域

本发明属发动机技术领域，更确切的说，本发明是一种可视化的直喷汽油机。

背景技术

随着汽车工业的发展，GDI（缸内直喷）汽油机已逐渐成为乘用车载发动机的主流，相比于进气道喷射的PFI发动机，GDI发动机具有压缩比高经济性好、喷油灵活、控制精度高、可实现多种燃烧模式的优点。但日益严格的排放法规要求，迫切需要更低排放和更低油耗的发动机技术以达到节能减排的目标，因此，对GDI发动机技术潜力的进一步开发和普及应用对实现这一目标具有重要意义。

可视化直喷汽油机为汽油直喷技术的发展提供了一种三维研究平台，结合激光器、高速CCD等光学诊断技术可以实现发动机缸内温度场、浓度场、火焰传播速度、污染物生成的瞬态测量，相比传统的通过外部信号的测量来反应缸内平均状况的测试具有更直接的应用价值；同时还可以为发动机三维仿真计算软件提供验证依据。国外在上世纪末就已经有可视化发动机研究的应用，而近年来随着我国汽车工业的进步和发展，基于可视化发动机的技术研究也开始出现，但很多学者都是简单的将单缸柴油机改装为可视化发动机，而对于汽油机而言这种改装是不合适的，因为单缸柴油机的活塞行程和压缩比都要大于汽油机，这会使缸内的气流运动和燃烧过程都不同于正常的汽油机，失去了研究的准确性和可靠性。不仅如此，单缸机改装之后的发动机再平衡比较困难，加长活塞增加了原机的往复惯性力，增大了发动机的震动，从而影响光学拍摄质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的使用单缸机改装光学发动机与实际汽油机比拟性差和单缸机改装平衡困难的问题，提供一种四缸直喷汽油机改装的可视化直喷汽油机。

本发明由发动机缸体部分Ⅰ、加长可视化部分Ⅱ、发动机缸盖部分Ⅲ、控制单元1、低压油泵2、燃油箱3、水泵4、水箱5、数显加热管6、冷却液温度传感器7和机油回油管14组成，其特征在于其中控制单元1经导线分别与发动机缸盖部分Ⅲ的燃油压力调节阀63、节气门27、火花塞62、喷油器24、凸轮轴相位传感器61、轨压传感器60、发动机缸体部分Ⅰ的机械增压器13、转速传感器40连接；低压油泵2串接于燃油箱3和高压油泵28的油路中；水箱5的出水口经水管与加长可视化部分Ⅱ的水套底座12的进水口连接，回水口经管道与水套底座12的出水口连接，水泵4串接于水箱5的出水口和水套底座12的入水口管路中；数显加热管6装于水箱5内部，并经导线与冷却液温度传感器7连接；冷却液温度传感器7固接于水箱5的回水口处；发动机缸盖部分Ⅲ中进气凸轮轴29和排气凸轮轴30的齿轮端经正时链条9、发动机缸体部分Ⅰ的曲轴端链轮31与曲轴36活动连接；机油回油管14两端分别与发动机缸盖部分Ⅲ中缸盖11的机油回油口和发动机缸体部分Ⅰ中缸体16后面的涡轮增压器机油回油口固接；加长可视化部分Ⅱ的下支撑板23与发动机缸体部分Ⅰ的缸体16固接，加长可视化部分Ⅱ的上支撑板22与发动机缸盖部分Ⅲ的缸盖11固接。

所述的发动机缸体部分Ⅰ由机械增压器13、机油回油管14、正时链条张紧装置Ⅰ15、缸体16、机油泵链条17、油底壳18、机油泵链条张紧装置19、法兰盘20、正时链条张紧装置Ⅱ21、曲轴端链轮31、机油泵32、连杆Ⅰ33、连杆Ⅱ34、连杆Ⅲ35、曲轴36、连杆Ⅳ37、转速信号盘38、曲轴端带轮39、转速传感器40、PK带41、配重活塞Ⅰ42、配重活塞Ⅱ44和配重活塞Ⅲ45组成，其中曲轴36安装在缸体16内主轴承座之间，曲轴36一端与转速信号盘38和曲轴端带轮39固接，曲轴36另一端与法兰盘20和曲轴端链轮31固接；油底壳18固接于缸体16正下方，油底壳18内部装有机油泵32，机油泵32经机油泵链条17与曲轴端链轮31链连接；转速传感器40固接于转速信号盘38正上方；机械增压器13固接于缸体16的右侧后方，经PK带41与曲轴端带轮39活动连接；缸体16内部第一、第二、第三、第四缸套内依次安装有配重活塞Ⅰ42、加长活塞43、配重活塞Ⅱ44和配重活塞Ⅲ45，配重活塞Ⅰ42、加长活塞43、配重活塞Ⅱ44、配重活塞Ⅲ45分别经连杆Ⅳ37、连杆Ⅲ35、连杆Ⅱ34、连杆Ⅰ33与曲轴36活动连接；正时链条张紧装置Ⅰ15和正时链条张紧装置Ⅱ21固接于缸体16左侧、正时链条9两边；机油泵链条17也安装在缸体16左侧；机油回油管14两端分别与缸盖11和缸体16固接。

所述的加长可视化部分Ⅱ由水套底座12、上支撑板22、下支撑板23、加长活塞43、普通支柱Ⅰ46、加长机油管47、定位支柱Ⅰ48、45°反光镜49、定位支柱Ⅱ50、石英保护套下51、石英保护套上52、石英缸套53、普通支柱Ⅱ54、定位支柱Ⅲ55、定位支柱Ⅳ56、加长缸套57、底视石英窗58、45°反光镜支架59组成，其中上支撑板22经普通支柱Ⅰ46、普通支柱Ⅱ54、定位支柱Ⅰ48、定位支柱Ⅱ50、定位支柱Ⅲ55、定位支柱Ⅳ56与下支撑板23固接；水套底座12固接于下支撑板23定位止口内；加长缸套57镶嵌于水套底座12内部上侧，加长缸套57内安装加长活塞43，加长活塞43顶部装有底视石英窗58；石英缸套53上下分别与石英保护套上52和石英保护套下51固接后，装于水套底座12上方的止口内；45°反光镜49安装在45°反光镜支架59上，45°反光镜支架59与下支撑板23固接；加长机油管47两端分别与上支撑板22和下支撑板23连接。

所述的发动机缸盖部分Ⅲ由气门室盖8、正时链条9、排气管10、缸盖11、喷油器24、油轨25、进气管26、节气门27、高压油泵28、进气凸轮轴29、排气凸轮轴30、轨压传感器60、凸轮轴相位传感器61、火花塞62、燃油压力调节阀63组成，其中气门室盖8安装于缸盖11正上方，气门室盖8和缸盖11中间安装进气凸轮轴29和排气凸轮轴30，气门室盖8上面偏进气凸轮轴29侧、节气门27左侧安装高压油泵28，进气凸轮轴29右端安装凸轮轴相位传感器61，高压油泵28上装有燃油压力调节阀63；缸盖11前后两面分别装有进气管26和排气管10，进气管26内装有节气门27，缸盖11前面、进气管26下方还装有油轨25和喷油器24，油轨25右端固接有轨压传感器60；火花塞62装在缸盖11中加长活塞的中心线、第二缸的火花塞孔内。

可视化直喷汽油机工作过程

可视化直喷汽油机与普通发动机一样具有相同的工作方式，同样也具有相同的曲柄连杆机构、配气机构、喷油点火系统、润滑系统、冷却系统，只不过起动系统是由电动机反拖起动；加长活塞部分的润滑是通过提前涂抹固态润滑剂的形式润滑；冷却系统也需要外界的加热装置事先加热保温，以保证可视化直喷汽油机的热机状态。

电动机拖动曲轴36旋转，通过曲柄连杆机构将曲轴的旋转运动转化为活塞的上下往复运动，从而带动配重活塞Ⅰ42、加长活塞43、配重活塞Ⅱ44、配重活塞Ⅲ45在缸套内上下运动。曲轴36的旋转运动同时通过正时链条9和机油泵链条17传递给进气凸轮轴29、排气凸轮轴30和机油泵10，机油泵10工作以后为整个发动机的运动部件提供润滑机油；进排气凸轮轴的旋转运动驱动进排气门打开和关闭，结合加长活塞的下行和上行运动实现可视化直喷汽油机燃烧内的进气和排气过程；进气凸轮轴29上的四方凸轮旋转驱动高压油泵28内的柱塞运动，产生高压燃油供给油轨25。控制单元1采集转速传感器40和凸轮轴相位传感器61的信号判断活塞运动和曲轴旋转位置，控制喷油器24将油轨25内的高压燃油喷进燃烧室，然后控制火花塞28点火，实现可视化直喷汽油机的正常燃烧。

可视化直喷汽油机光路

可视化直喷汽油机是一个研究平台，需要结合不同的光学测试设备才能实现燃烧室内部空气流动、燃油浓度分布、燃烧以及排放物生成等过程的研究。

通过中间加长部分的改装可实现多种激发和拍摄光路：

光路1：激发光纵向穿过石英保护套下51和石英保护套上52组合后形成的侧面激发口，高速摄像机拍摄光路对准正面拍摄口，也即激发光的垂直方向，对可视化直喷汽油机燃烧室内的纵向激发进行拍摄取样。

光路2：激发光横向穿过石英保护套下51和石英保护套上52组合后形成的正面拍摄口，高速摄像机拍摄光路对准45°反光镜49，对可视化直喷汽油机燃烧室内的横向激发进行拍摄取样。

光路3：激发光对准45°反光镜49，反射到可视化直喷汽油机燃烧室，高速摄像机拍摄光路对准石英保护套下51和石英保护套上52组合后形成的拍摄口，对整个燃烧室可见部分进行拍摄取样。

配重活塞的质量计算方法

本发明为解决改装后发动机的再平衡问题，采用了三个配重活塞进行质量平衡匹配的方法，解决了安装加长活塞43以后带来的一阶往复惯性力不平衡的问题。

具体的说，第二缸安装加长活塞43质量m_j，第三缸安装配重活塞Ⅱ44m₀（为减少和加长活塞43同往复惯性力方向的活塞质量，配重活塞Ⅱ44只使用配重活塞主部），第一缸安装配重活塞Ⅰ42质量m₀+m₁（配种活塞主部质量m₀，配重块质量m₁），第四缸安装配重活塞Ⅲ45质量m₀+m₄（配种活塞主部质量m₀，配重块质量m₄）。根据四缸机活塞一阶往复惯性力平衡计算方法，首先保证合力为0，得m_j+m₀＝m₀+m₁+m₀+m₄，然后合力距为0，得m_j+3m₄＝m₀+3m₁（对中心取矩）。两式联立得m₁＝2/3(m_j-m₀)，m₂＝1/3(m_j-m₀)。因此根据加长活塞和配重活塞主部质量，就可确定出配重活塞配重块的质量，完成平衡匹配，实现光学发动机一阶往复惯性力平衡的再平衡。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明具有温度可控的保温系统、喷射压力可调的燃油系统，并可以通过安装机械增压器实现增压压力可调的进气系统，是一种适用于增压小排量缸内直喷汽油机进行光学研究的可视化直喷汽油机平台。

2.本发明考虑了发动机改装以后的再平衡问题，在第二缸安装加长活塞以后，通过在其它三个缸安装配重活塞实现一阶往复惯性力的平衡，使可视化直喷汽油机运转过程更加平稳。

3.本发明采用的一半金属缸套和一半石英缸套的形式，既保证了侧向的光学拍摄，又可以维持燃烧室温度研究光学发动机热机状态下的缸内特性，而且活塞环在金属缸套内滑动，可以使用普通发动机用的金属活塞环，避免了对石英缸套的刮伤。

4.本发明石英缸套外使用两块分开的石英保护套，避免了巨大的缸盖压紧力直接作用到石英缸套上，减少了对昂贵元器件的损坏几率。

5.本发明基于一台四缸直喷汽油机改装，省去了曲轴、缸体以及缸盖的重新加工设计，大幅度的降低了成本。

6.本发明实现了底视和侧视的光学通路，扩大了光学研究的几何范围。

7.本发明可视化直喷汽油机的进排气凸轮轴和曲轴之间正时采用链条传动，可以降低运转噪声和延长使用寿命。

附图说明

图1是可视化直喷汽油机主视图

图2是可视化直喷汽油机侧视图

图3是发动机缸体部分Ⅰ剖面图

图4是加长可视化部分Ⅱ主视图

图5是加长可视化部分Ⅱ剖面图

图6是加长可视化部分Ⅱ左视图

图7是发动机缸盖部分Ⅲ主视图

图8是水套底座主视图

图9是水套底座左视剖面图

图10是法兰盘示意图

图11是上支撑板示意图

图12是下支撑板示意图

图13是配重活塞主视剖面图

图14是配种活塞左视图

图15是加长活塞主视图

图16是加长活塞左视图

图17是普通支柱示意图

图18是45°反光镜示意图

图19是石英缸套与石英保护套装配正视图

图20是石英缸套与石英保护套装配左视图

图21是石英缸套剖面图

图22是底视石英窗剖面图

图23是45°反光镜支架主视图

图24是45°反光镜支架俯视图

图中：Ⅰ--发动机缸体部分Ⅱ--加长可视化部分Ⅲ--发动机缸盖部分1.控制单元2.低压油泵3.燃油箱4.水泵5.水箱6.数显加热管7.冷却液温度传感器8.气门室盖9.正时链条10.排气管11.缸盖12.水套底座13.机械增压器14.机油回油管15.正时链条张紧装置Ⅰ16.缸体17.机油泵链条18.油底壳19.机油泵链条张紧装置20.法兰盘21.正时链条张紧装置Ⅱ22.上支撑板23.下支撑板24.喷油器25.油轨26.进气管27.节气门28.高压油泵29.进气凸轮轴30.排气凸轮轴31.曲轴端链轮32.机油泵33.连杆Ⅰ34.连杆Ⅱ35.连杆Ⅲ36.曲轴37.连杆Ⅳ38.转速信号盘39.曲轴端带轮40.转速传感器41.PK带42.配重活塞Ⅰ43.加长活塞44.配重活塞Ⅱ45.配重活塞Ⅲ46.普通支柱Ⅰ47.加长机油管48定位支柱Ⅰ49.45°反光镜50.定位支柱Ⅱ51.石英保护套下52.石英保护套上53.石英缸套54.普通支柱Ⅱ55.定位支柱Ⅲ56.定位支柱Ⅳ57.加长缸套58.底视石英窗59.45°反光镜支架60.轨压传感器61.凸轮轴相位传感器62.火花塞63.燃油压力调节阀64.配重块65.配重活塞主部

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

所述的控制单元1为整个可视化直喷汽油机的控制中枢，以freescale9S12X芯片为基础，通过数据采集卡采集传感器信号，采集信号经过汇编语言编译处理后按程序执行输出控制信号，freescale9S12X输出口外接驱动电路，驱动电路根据输出信号控制执行器的执行。具体的说，控制单元1通过采集转速传感器40和凸轮轴相位传感器61信号控制喷油器24和火花塞62分别执行喷油和点火，实现可视化直喷汽油机缸内的正常燃烧；通过采集轨压传感器60信号控制燃油压力调节阀63改变泵油量，进而调整燃油喷射压力。此外，控制单元1还负责控制机械增压器13电磁离合器的啮合和断开。

所述的低压油泵2为干式燃油泵，串联在燃油箱3出油口与高压油泵28低压油入口的管路中，主要用于为高压油泵28提供大约4bar的低压燃油，低压油泵2所用电源电压为12V。

所述的油箱3为普通市售汽油箱，容积大约5L。

所述的水泵4为整个冷却液循环系统的动力源，串联在水箱5到水套底座12的进水管上。水泵4的电源电压为直流12V，最大流量9升/分，工作温度在0-100℃。

所述水箱5为市售普通水箱，带有进出水口，水箱容积为8L。水箱5经过简单改装安装数显加热管6，水箱5出水管接口通过水管连接水泵4，回水管接水套底座12的出水口。水箱5外包以保温棉，减少水箱散热量。

所述的数显加热管6为整个水箱5的加热装置，安装在水箱5内部，可以根据设定温度保持水温恒定，当水温高于设定温度时停止加热，当水温低于设定温度时开始加热。数显加热管6功率1000W，温度设置范围在0-99℃，可以满足可视化直喷汽油机的应用需求。

所述的冷却液温度传感器7为普通热电偶式温度传感器，安装在水箱5的回水口处，与数显加热管6通过导线连接。冷却液温度传感器7主要用于采集流回冷却液的时时温度反馈给数显加热管6，数显加热管6根据采集的温度与设定温度对比，确定是否继续加热。

所述的气门室盖8为改装发动机的原机气门室盖，除了起到包络运动部件和封闭飞溅润滑油外，还起到支撑作用，气门室盖8上部安装有高压油泵28、凸轮轴相位传感器61、进气凸轮轴29和排气凸轮轴30等。气门室盖8和改装前在原改装发动机的安装位置一样，固接在缸盖11的正上方。

所述的正时链条9通过加长原机正时链条改装而来，主要用于进气凸轮轴29和排气凸轮轴30与曲轴端链轮39之间的链传动。

所述的排气管10安装在缸盖11第二缸的排气口处，排气管10为内径40mm，外径45mm的钢管。

所述的缸盖11为改装发动机的原有缸盖，拆除第一、三、四缸的气门及气门弹簧等附件，只保留第二缸的进排气门；拆除原机的进气管和排气管，安装单缸用进气管26和排气管10，并在缸盖11安装排气管10侧的同一面加工出安装机油回油管14的螺纹孔，用于安装机油回油管14。

所述的水套底座12总高度为162mm，材料为45#钢，外形如图8和图9所示。水套底座12上加工有一个进水孔和两个出水孔，并在进水孔相对的另一侧开有45°反光镜透光孔。水套底座12主要有两个作用：一是和镶嵌里面的加长缸套57过盈配合组成密闭空间水套，通热水保持可视化直喷汽油机的热机状态；二是支撑作用，通过水套底座12上方的止口安装石英保护套下51。整个水套底座12安装在下支撑板23的圆形止口内，通过5个M8螺栓固接。下支撑板23、水套底座12、金属缸套57、石英保护套下51四者的装配关系如图5所示。水套底座12机械加工完成以后，进行发黑处理，防止水套生锈。

所述的机械增压13为电磁离合器式机械增压器，通过控制单元1控制电磁离合器的啮合和断开，当可视化直喷汽油机需要更多的进气量时，机械增压器开始工作，达到模拟废气涡轮增压发动机的效果。机械增压器安装在缸体11的侧面，通过PK带41与曲轴端带轮39相连。

所述的机油回油管14用于将缸盖11内的过余机油流回油底壳18，机油回油管14外径14mm，两端接有卡环接头，一端安装到缸盖11的机油回油口，另一端安装到缸体16的原机涡轮增压器机油回油口处。

所述的正时链条张紧装置Ⅰ15和正时链条张紧装置Ⅱ21为原机的正时链条张紧装置，安装位置和改装前一样，在原机缸体16左侧、正时链条9的两边，起到张紧正时链条9的作用。

所述的缸体16为改装发动机的原有缸体，是整个可视化直喷汽油机的安装基础，拆除原安装在发动机缸体上的发电机、空调压缩机、水泵等附件，右侧后方安装机械增压器13，上面安装下支撑板23。

所述的机油泵链条17为原机机油泵链条，一端连接机油泵链轮，另一端连接曲轴端链轮31，起链传动作用。

所述的油底壳18为改装发动机的油底壳，安装位置保持不变，主要起存储润滑油的作用。

所述的机油泵链条张紧装置19与正时链条张紧装置一样，起张紧机油泵链条17的作用，安装位置在原机缸体6的左侧下端，与改装前在原发动机的安装位置相同。

所述的法兰盘20是曲轴36与倒拖电动机的连接装置，其外形示意图如图10所示。法兰盘内孔尺寸根据曲轴末端尺寸确定，外圈共加工有8个直径11mm的通孔，用于安装M10螺栓，厚度10mm，外圈止口用于定位。

所述的上支撑板22示意图如图11所示，板长366.5mm，宽260mm，高25mm，材料为45#钢。上支撑板22中间开有82mm的缺口将上支撑板22分为两个半圆部分，主要是为了避免遮闭石英缸套53的上半部分从而扩大燃烧室的可见范围；上支撑板22两侧加工有6个支柱安装孔用于安装普通支柱和定位支柱，与下支撑板23相对应；中间4个直径9mm的普通通孔和2个直径13mm的定位通孔（使用定位环定位），主要用于安装固定缸盖11；一个加长机油管47接头螺纹孔。上支撑板22中线附近还开有宽5mm、深18mm的上支撑板透光槽，主要用作纵向片状激发光的通路。

所述的下支撑板23示意图如图12所示，板长366.5mm，宽260mm，厚25mm，材料为45#钢。下支撑板23中间对应加长活塞43和三个平衡活塞的位置开有四个直径78mm的圆孔，分别用于穿过加长活塞43和三个配重活塞；下支撑板23上还加工有6个与上支撑板22相对应的支柱安装孔、10个与缸体16固接的螺栓安装孔、5个水套底座固定螺纹孔、1个加长机油管安装螺纹孔以及3个45°反光镜支架安装螺纹孔。具体的说，外侧的6个支柱安装孔用于安装普通支柱Ⅰ、普通支柱Ⅱ、定位支柱Ⅰ、定位支柱Ⅱ、定位支柱Ⅲ、定位支柱Ⅳ；中间的大圆止口用于定位水套底座12；10个通孔用于将下支撑板23固接在缸体16上；加长机油管安装螺纹孔连接加长机油管47的下端。

所述的喷油器24为原机喷油器，主要作用是向发动机燃烧室内喷射燃油，喷油器24与控制单元1连接，其喷油时刻和喷油持续期通过控制单元1控制。喷油器24安装在缸盖11对应的第二缸的喷油器孔内，另一端与油轨25通过卡槽固接。

所述的油轨25为高压燃油的共轨管，主要用于储存高压油，通过高压油管与高压油泵28的高压油输出接口相连，末端安装有轨压传感器60。轨压传感器60用于测量油轨25的燃油压力，传递给控制单元1。油轨25也是通过原机油轨改装而来，封闭油轨25上的第一、三、四个喷油器接口，只留下第二个喷油器接口，安装喷油器24。

所述的进气管26安装在缸盖11第二缸的进气口，进气管26为外径55mm，内径50mm的钢管，上面装有节气门27。

所述的节气门27安装在进气管26的末端，节气门27控制线与控制单元1相连，通过控制单元1调节其开度以调整进气量的多少，控制可视化直喷汽油机的工作负荷。

所述的高压油泵28安装在气门室盖8上，通过进气凸轮轴29上的四方凸轮驱动，将由低压油泵2输送的低压油加压为高压油输送到油轨25。

所述的进气凸轮轴29和排气凸轮轴30为原改装机的进气凸轮轴和排气凸轮轴，安装在气门室盖8内，进气凸轮轴29主要用于驱动进气门和高压油泵28，并为凸轮相位传感器61提供相位信号；排气凸轮轴30主要用于驱动排气门。进气凸轮轴29和排气凸轮轴30都通过正时链条9驱动。

所述的曲轴端链轮31为原机曲轴端链轮，是一种连体双链轮式链轮，可同时驱动进排气凸轮轴和机油泵32，安装在曲轴36的末端。

所述的机油泵32安装在缸体16下部，油底壳18的内部，主要起到将油底壳18里的机油泵送到各需要润滑的运动部件的作用，机油泵32由曲轴端链轮31通过机油泵链条17驱动。

所述的连杆Ⅰ33、连杆Ⅱ34、连杆Ⅲ35、连杆Ⅳ37为改装发动机的原有连杆，主要包括连杆大头、杆身、连杆小头三部分，连杆Ⅰ33、连杆Ⅱ34、连杆Ⅲ35、连杆Ⅳ37的小头端分别与配重活塞Ⅲ45、配重活塞Ⅱ44、加长活塞43、配重活塞Ⅰ42活动连接，连杆大头与曲轴36活动连接。

所述的曲轴36为改装发动机的原有曲轴，主要作用是将活塞的往复运动输出为旋转运动，安装在缸体16的主轴承座内，曲轴曲柄的长度决定了活塞行程，因此可视化直喷汽油机平台与原直喷汽油机具有相同的活塞行程。

所述的转速信号盘38与转速传感器40配合使用，转速信号盘38安装在曲轴36的一端，转速传感器40安装在缸体16上，转速信号盘38的正上方，主要作用是测量转速信号和判断曲轴位置，测量结果传输给控制单元1。

所述的曲轴端带轮39安装在曲轴末端，具体的说，曲轴端带轮39为6沟带轮，与PK带41配合使用，主要起驱动发动机附件的作用，这里用作驱动机械增压器13。

所述的PK带41安装在曲轴端带轮39和机械增压器13的带轮之间，主要为机械增压器13提供动力传输。PK带41为6pk多楔带，长度根据机械增压器13带轮和曲轴端带轮39的半径和距离确定。

所述的配重活塞Ⅰ45、配重活塞Ⅱ44、配重活塞Ⅲ42是根据改装发动机缸套尺寸设计的质量可变活塞，直径为76.3mm，与缸套之间间隙0.1mm，主要包括配重活塞主部65和配重块64两部分，如图19和图20所示。配重活塞主部65和普通活塞结构一样，钻有活塞销和活塞销挡圈槽等结构，并在配重活塞主部65的上边缘处加工有油环槽，安装油环，起到刮油和布油的作用，减少配重活塞与缸套之间的摩擦。配重活塞Ⅰ45、配重活塞Ⅱ44、配重活塞Ⅲ42具有相同质量和外形的配重活塞主部，但有不同质量的配重块，配重块64是通过改变厚度来实现质量调节的；配重活塞主部为铝合金材料，而配重块为45号钢。具体的说，配重块64与配重活塞主部65之间是通过5个螺栓固接的，配重活塞Ⅰ45、配重活塞Ⅱ44、配重活塞Ⅲ42分别安装到第四、第三和第一缸内与连杆Ⅰ33、连杆Ⅱ34、连杆Ⅳ37的小头端相连。

所述的加长活塞43是实现底视光路的关键部件，其剖面图如图15和图16所示，主要包括加长活塞主部、加长活塞顶两个部分，均为铝合金材料，加长活塞顶和加长活塞主部之间通过12根均布的钛合金M4螺栓固接，中间镶嵌底视石英窗58。底视石英窗58与加长活塞主部和加长活塞顶的接触面使用聚四氟乙烯垫片密封。加长活塞43整体为中空式，并在侧面开有45°反光镜的方形避让孔，加长活塞裙部和普通活塞一样加工有活塞销孔和一道油环槽，油环槽内安装油环，起刮油和布油的作用；上部开有两道气环槽，安装气环，减少燃烧室内的窜气量。加长活塞43安装在缸体16的第二缸内，与连杆Ⅲ35的小头端相连。

所述的普通支柱Ⅰ46和普通支柱Ⅱ54如图17所示，材料为45号钢，两端钻有M12的螺纹孔，支柱总长227mm，安装在靠近正时链条9侧的上下两个支撑板的支柱安装孔内，下端与下支撑板23安装配合，直径30-0.02mm，上端与上支撑板22安装配合，直径29mm。

所述的定位支柱Ⅰ48、定位支柱Ⅱ50、定位支柱Ⅲ55、定位支柱Ⅳ56外形尺寸和普通支柱基本相同，总长227mm，唯一的差别是上端直径为30-0.02mm，不同于普通支柱的29mm，主要起定位上支撑板22的作用。定位支柱Ⅰ48、定位支柱Ⅱ50、定位支柱Ⅲ55、定位支柱Ⅳ56分别安装在上支撑板22和下支撑板23上分布在水套底座12周围的支柱安装孔内。

所述的45°反光镜49为K9玻璃前表面镀铝膜平面反光镜，背面粘贴在45°反光镜支架59上，其外形形状如图18所示，厚度3mm。上表面镀铝膜，具有较好的反射效果，主要作用是将燃烧室横截面的竖直光路反射为水平光路，方便高速摄像机的拍摄。

所述的石英保护套下51和石英保护套上52配合使用，主要作用是保护石英缸套53，组合之后的石英保护套外圆直径150mm，内径80mm，总高61mm，内部镶嵌石英缸套53，石英缸套53与保护套上下接触面通过聚四氟乙烯垫片密封。组合之后的石英保护套安装在水套底座12与缸盖11之间，避免了缸盖压紧力直接作用到石英缸套53上。石英保护套下51、石英保护套上52与石英缸套53组合之后的示意图如图19和20所示，对称分别开有两个激发口和两个拍摄口，激发口宽5mm，长48mm，距离上边缘6mm，与上支撑板22透光槽相对应；拍摄口宽84mm，长48mm，距离上边缘6mm，与上支撑板22两个半圆组成的缺口相对应。激发口用于透过纵向激发光路，拍摄口用于透过横向激发光路和摄像机拍摄。

所述的石英缸套53是实现测试光路的关键部件，材料为JGS1石英，JGS1石英具有较好的紫外透光性，能透过185-2500mμ波段的光，特别是在185mμ处的透过率可达90％以上，而且强度高，抗拉强度48MPa，抗压强度1100MPa。石英缸套53的外形示意图如图21所示，外径120-0.05mm，内径80.4mm，高度50mm，内圆表面和外圆表面的圆柱度为0.04，同轴度φ0.03，内外表面抛光。

所述的加长缸套57为普通发动机用480缸套，内径80mm，根据可视化直喷汽油机活塞行程将其高度缩短为89mm，主要作为加长活塞43上侧气环运动的承托表面以及与水套底座12一起形成密闭的水套。

所述的底视石英窗58也为JGS1石英，其外形如图22所示，底视石英玻璃窗58上下面抛光，高度25mm，上部直径55mm，下部直径60mm，与加长活塞43接触面使用聚四氟乙烯垫片密封。

所述的45°反光镜支架59安装在下支撑板23上，材料为45号钢，外形示意图如图23和图24所示，上表面粘贴有45°反光镜49。

所述的轨压传感器60安装在油轨25的右端，采集油轨25内的燃油压力，采集信号输送给控制单元1，与控制单元1之间通过导线连接。

所述的凸轮相位传感器61安装在气门室盖8上，采集进气凸轮轴29末端信号盘的相位信号传递给控制单元1，凸轮轴相位传感器61与控制单元1之间通过导线连接。

所述的火花塞62为原机火花塞，安装在缸盖11第二缸的火花塞孔内，外接高压线圈，高压线圈与控制单元1相连，通过控制单元1确定其点火时刻。

所述的燃油压力调节阀63安装在高压油泵28上，与控制单元1通过导线连接，燃油压力调节阀63根据控制单元1设定的轨压调节高压油泵28的供油量，从而控制油轨25内的燃油压力，起到调节燃油喷射压力的作用。

Claims (3)

1.一种可视化直喷汽油机，由发动机缸体部分(Ⅰ)、加长可视化部分(Ⅱ)、发动机缸盖部分(Ⅲ)、控制单元(1)、低压油泵(2)、燃油箱(3)、水泵(4)、水箱(5)、数显加热管(6)、冷却液温度传感器(7)和机油回油管(14)组成，其中控制单元(1)经导线分别与发动机缸盖部分(Ⅲ)的燃油压力调节阀(63)、节气门(27)、火花塞(62)、喷油器(24)、凸轮轴相位传感器(61)、轨压传感器(60)、发动机缸体部分(Ⅰ)的机械增压器(13)、转速传感器(40)连接；低压油泵(2)串接于燃油箱(3)和高压油泵(28)的油路中；水箱(5)的出水口经水管与加长可视化部分(Ⅱ)的水套底座(12)的进水口连接，回水口经管道与水套底座(12)的出水口连接，水泵(4)串接于水箱(5)的出水口和水套底座(12)的入水口管路中；数显加热管(6)装于水箱(5)内部，并经导线与冷却液温度传感器(7)连接；冷却液温度传感器(7)固接于水箱(5)的回水口处；发动机缸盖部分(Ⅲ)中进气凸轮轴(29)和排气凸轮轴(30)的齿轮端经正时链条(9)、发动机缸体部分(Ⅰ)的曲轴端链轮(31)与曲轴(36)活动连接；机油回油管(14)两端分别与发动机缸盖部分(Ⅲ)中缸盖(11)的机油回油口和发动机缸体部分(Ⅰ)中缸体(16)后面的涡轮增压器机油回油口固接；加长可视化部分(Ⅱ)的下支撑板(23)与发动机缸体部分(Ⅰ)的缸体(16)固接，加长可视化部分(Ⅱ)的上支撑板(22)与发动机缸盖部分(Ⅲ)的缸盖(11)固接；所述的发动机缸体部分(Ⅰ)由机械增压器(13)机油回油管(14)、正时链条张紧装置Ⅰ(15)、缸体(16)、机油泵链条(17)、油底壳(18)、机油泵链条张紧装置(19)、法兰盘(20)、正时链条张紧装置Ⅱ(21)、曲轴端链轮(31)、机油泵(32)、连杆Ⅰ(33)、连杆Ⅱ(34)、连杆Ⅲ(35)、曲轴(36)、连杆Ⅳ(37)、转速信号盘(38)、曲轴端带轮(39)、转速传感器(40)、PK带(41)、配重活塞Ⅰ(42)、配重活塞Ⅱ(44)和配重活塞Ⅲ(45)组成，其特征在于其中曲轴(36)安装在缸体(16)内主轴承座之间，曲轴(36)一端与转速信号盘(38)和曲轴端带轮(39)固接，曲轴(36)另一端与法兰盘(20)和曲轴端链轮(31)固接；油底壳(18)固接于缸体(16)正下方，油底壳(18)内部装有机油泵(32)，机油泵(32)经机油泵链条(17)与曲轴端链轮(31)链连接；转速传感器(40)固接于转速信号盘(38)正上方；机械增压器(13)固接于缸体(16)的右侧后方，经PK带(41)与曲轴端带轮(39)活动连接；缸体(16)内部第一、第二、第三、第四缸套内依次安装有配重活塞Ⅰ(42)、加长活塞(43)、配重活塞Ⅱ(44)和配重活塞Ⅲ(45)，配重活塞Ⅰ(42)、加长活塞(43)、配重活塞Ⅱ(44)、配重活塞Ⅲ(45)分别经连杆Ⅳ(37)、连杆Ⅲ(35)、连杆Ⅱ(34)、连杆Ⅰ(33)与曲轴(36)活动连接；正时链条张紧装置Ⅰ(15)和正时链条张紧装置Ⅱ(21)固接于缸体(16)左侧、正时链条(9)两边；机油泵链条(17)也安装在缸体16左侧；机油回油管(14)两端分别与缸盖(11)和缸体(16)固接。

2.按权利要求1所述的可视化直喷汽油机，所述的加长可视化部分(Ⅱ)由水套底座(12)、上支撑板(22)、下支撑板(23)、加长活塞(43)、普通支柱Ⅰ(46)、加长机油管(47)、定位支柱Ⅰ(48)、45°反光镜(49)、定位支柱Ⅱ(50)、石英保护套下(51)、石英保护套上(52)、石英缸套(53)、普通支柱Ⅱ(54)、定位支柱Ⅲ(55)、定位支柱Ⅳ(56)、加长缸套(57)、底视石英窗(58)、45°反光镜支架(59)组成，其特征在于上支撑板(22)经普通支柱Ⅰ(46)、普通支柱Ⅱ(54)、定位支柱Ⅰ(48)、定位支柱Ⅱ(50)、定位支柱Ⅲ(55)、定位支柱Ⅳ(56)与下支撑板(23)固接；水套底座(12)固接于下支撑板23定位止口内；加长缸套(57)镶嵌于水套底座(12)内部上侧，加长缸套(57)内安装加长活塞(43)，加长活塞(43)顶部装有底视石英窗(58)；石英缸套(53)上下分别与石英保护套上(52)和石英保护套下(51)固接后，装于水套底座(12)上方的止口内；45°反光镜(49)安装在45°反光镜支架(59)上，45°反光镜支架(59)与下支撑板(23)固接；加长机油管(47)两端分别与上支撑板(22)和下支撑板(23)连接。

3.按权利要求1所述的可视化直喷汽油机，所述的发动机缸盖部分(Ⅲ)由气门室盖(8)、正时链条(9)、排气管(10)、缸盖(11)、喷油器(24)、油轨(25)、进气管(26)、节气门(27)、高压油泵(28)、进气凸轮轴(29)、排气凸轮轴(30)、轨压传感器(60)、凸轮轴相位传感器(61)、火花塞(62)、燃油压力调节阀(63)组成，其特征在于其中气门室盖(8)安装于缸盖(11)正上方，气门室盖(8)和缸盖(11)中间安装进气凸轮轴(29)和排气凸轮轴(30)，气门室盖(8)上面偏进气凸轮轴(29)侧、节气门(27)左侧安装高压油泵(28)，进气凸轮轴(29)右端安装凸轮轴相位传感器(61)，高压油泵(28)上装有燃油压力调节阀(63)；缸盖(11)前后两面分别装有进气管(26)和排气管(10)，进气管(26)内装有节气门(27)，缸盖(11)前面、进气管(26)下方还装有油轨(25)和喷油器(24)，油轨(25)右端固接有轨压传感器(60)；火花塞(62)装在缸盖(11)中加长活塞的中心线、火花塞孔内。