CN104808118B - 双缸快速压缩膨胀燃烧机及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双缸快速压缩膨胀燃烧机及其方法。包括气缸盖、缸体、曲轴、飞轮、电控单元及显示仪表。缸体上布置有柴油缸和测试燃料缸，气缸内均包含活塞、活塞销、连杆，通过各自连杆共同连接到曲轴上。气缸盖上布置有对应于两个气缸的进、排气道，进、排气门和喷油器，在测试燃料侧气缸盖上还布置有缸压传感器和石英视窗，石英视窗处安装有内窥镜。此快速压缩膨胀燃烧机的电控单元可根据曲轴转角信号分别控制柴油缸和测试燃料缸喷油时刻。本发明的双缸快速压缩膨胀燃烧机利用柴油缸驱动测试燃料的压缩燃烧，可重复实验，通过更换测试燃料活塞头部及变更其火力岸高度实现压缩比可调，根据缸压传感器和内窥镜监测燃烧过程状态参数。
Description
技术领域
本发明涉及研究各种液体燃料压缩燃烧过程的双缸快速压缩膨胀燃烧机及其方法。
背景技术
研究燃烧过程的实验方法有激波管、连续流动反应器、搅动反应器、快速压缩燃烧机等，这些方法分别适用于不同压力、温度等实验条件，都有各自的局限性，其中快速压缩燃烧机可以测量中低温下的着火燃烧过程；而传统的快速压缩燃烧机只能实现单次压缩燃烧过程，时间费用太大，实验过程繁琐；本发明提出的双缸快速压缩燃烧机利用柴油内燃机为测试液体燃料压缩过程提供动力，实现循环压缩，从而进行重复实验，并通过电控单元控制进、排气提前或延迟时间和喷油时刻，以及更换测试燃料活塞来得到不同的燃烧室和火力岸高度，从而实现可变压缩比控制，如此一来，实现不同燃料在不同驱动压力下的不同压缩比、不同当量比的压缩自燃过程测量。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种双缸快速压缩膨胀燃烧机及其方法。本发明采用的技术方案如下：
一种适用于研究液体替代燃料燃烧过程的双缸快速压缩膨胀燃烧机包括气缸盖、缸体、曲轴、飞轮、电控单元及显示仪表，缸体包含柴油缸和测试燃料缸，柴油缸内部配有柴油缸活塞、柴油缸活塞销、柴油缸连杆、测试燃料缸内部配有测试燃料连杆、测试燃料活塞销、测试燃料活塞；气缸盖包括第一进气道、第一排气道、第二进气道、第二排气道、柴油喷油器、测试燃料喷油器、缸压传感器、石英视窗；
双缸快速压缩膨胀燃烧机自上而下依次是气缸盖、缸体、曲轴，气缸盖与缸体紧密接合，中间由密封垫密封；缸体包含柴油缸和测试燃料缸，柴油缸内柴油缸活塞通过柴油缸活塞销与柴油缸连杆连接，测试燃料缸内测试燃料活塞通过测试燃料活塞销与测试燃料连杆连接，两个连杆共同与曲轴连接，曲轴末端装配有飞轮；柴油缸内新鲜空气经过第一进气道通入、其开闭由第一进气门控制，柴油燃烧废气经过第一排气道排出、其开闭由第一排气门控制，柴油经柴油喷油器喷入；测试燃料缸内新鲜空气经过第二进气道通入、其开闭由第二进气门控制，燃烧废气经过第二排气道排出、其开闭由第二排气门控制，测试燃料经测试燃料喷油器喷入；测试燃料缸的缸盖上布置有缸压传感器和石英视窗，石英视窗处安装有内窥镜。
测试燃料缸的动力来自于柴油缸，两缸独立供油，在柴油缸持续工作时，测试燃料缸能够实现循环压缩过程，可重复实验。
曲轴转角位置信号传入电控单元，电控单元根据曲轴转角信号分别控制柴油缸和测试燃料缸喷油时刻。
测试燃料活塞结构包含紧固螺钉、燃烧室、活塞头部、上气环、下气环、油环和活塞基部；活塞头部和活塞基部通过紧固螺钉连接，活塞头部上设有燃烧室，活塞基部上设有上气环、下气环、油环；
缸活塞头部可更换，通过更换测试燃料缸活塞头部可实现不同的燃烧室形状及压缩比的压燃试验研究。
所述的适用于研究液体替代燃料的双缸快速压缩膨胀燃烧机的控制方法如下：工作时，由电控单元给出信号控制柴油缸进气门、排气门的开闭时刻为柴油缸供应新鲜空气，电控单元根据曲轴传来的曲轴转角信号控制柴油喷油器喷入柴油，柴油压缩燃烧使得混合气膨胀做功，通过柴油缸活塞、柴油缸活塞销、柴油缸连杆和曲轴将能量储存在飞轮中；电控单元给出信号控制测试燃料缸进气门、排气门的开闭时刻为测试燃料缸供应新鲜空气，飞轮释放能量，通过测试燃料连杆、测试燃料活塞销、测试燃料活塞压缩新鲜空气，电控单元根据用户的需求控制测试燃料喷油器的喷油时刻，随后的压缩燃烧过程特征及其参数由石英视窗处安装的内窥镜和缸压传感器实时监测和检测，缸压传感器测量缸内压力，可由此计算缸内压力升高率、指示热效率以研究燃烧放热规律，内窥镜可实时检测燃烧始点，从而研究试验燃料的滞燃期，根据上述参数并可深入研究测试燃料的爆震特性；通过更换测试燃料活塞的活塞头部，得到不同的燃烧室和不同的火力岸高度，从而实现不同压缩比的压缩燃烧。。
本发明的适用于研究液体燃料燃烧过程的快速压缩膨胀燃烧机，利用柴油缸输出的动力，驱动测试燃料缸中燃料-空气的压缩过程，实现快速压缩自燃；通过更换测试燃料活塞的活塞头部，得到不同的燃烧室和不同的火力岸高度，从而实现不同压缩比的压缩；电控单元根据曲轴转角信号，依据用户需求进而分别控制各喷油器的喷油时刻，实现不同压力下不同当量比的测试燃料快速压缩自燃；缸压传感器测量缸内压力，可由此计算缸内压力升高率、指示热效率以研究燃烧放热规律，内窥镜可实时检测燃烧始点，从而研究试验燃料的滞燃期，根据上述参数并可深入研究测试燃料的爆震特性。
附图说明
图1为适用于研究液体燃料燃烧过程的双缸快速压缩膨胀燃烧机的结构示意图；
图2为测试燃料活塞的结构示意图及俯视图；
图3为测试燃料活塞更换头部之后的活塞示意图；
图中：第一排气门1、柴油喷油器2、第一进气门3、气缸盖4、第一进气道5、缸体6、柴油缸活塞7、柴油缸活塞销8、柴油缸连杆9、曲轴10、飞轮11、测试燃料连杆12、测试燃料活塞销13、测试燃料活塞14、缸压传感器15、石英视窗16、第二进气道17、第二进气门18、测试燃料喷油器19、第二排气门20、第二排气道21、第一排气道22、电控单元及显示仪表23、紧固螺钉1401、燃烧室1402、活塞头部1403、上气环1404、下气环1405、油环1406和活塞基部1407。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明的适用于研究液体燃料燃烧过程的双缸快速压缩膨胀燃烧机作进一步的详细说明。
如图1所示，一种适用于研究液体替代燃料燃烧过程的双缸快速压缩膨胀燃烧机包括气缸盖4、缸体6、曲轴10、飞轮11、电控单元及显示仪表23，缸体6包含柴油缸和测试燃料缸，柴油缸内部配有柴油缸活塞7、柴油缸活塞销8、柴油缸连杆9、测试燃料缸内部配有测试燃料连杆12、测试燃料活塞销13、测试燃料活塞14；气缸盖4包括第一进气道5、第一排气道22、第二进气道17、第二排气道21、柴油喷油器2、测试燃料喷油器19、缸压传感器15、石英视窗16；
双缸快速压缩膨胀燃烧机自上而下依次是气缸盖4、缸体6、曲轴10，气缸盖4与缸体6紧密接合，中间由密封垫密封；缸体6包含柴油缸和测试燃料缸，柴油缸内柴油缸活塞7通过柴油缸活塞销8与柴油缸连杆9连接，测试燃料缸内测试燃料活塞14通过测试燃料活塞销13与测试燃料连杆12连接，两个连杆共同与曲轴10连接，曲轴末端装配有飞轮11；柴油缸内新鲜空气经过第一进气道5通入、其开闭由第一进气门3控制，柴油燃烧废气经过第一排气道22排出、其开闭由第一排气门1控制，柴油经柴油喷油器2喷入；测试燃料缸内新鲜空气经过第二进气道17通入、其开闭由第二进气门18控制，燃烧废气经过第二排气道21排出、其开闭由第二排气门20控制，测试燃料经测试燃料喷油器19喷入；测试燃料缸的缸盖上布置有缸压传感器15和石英视窗16，石英视窗16处安装有内窥镜。
测试燃料缸的动力来自于柴油缸，两缸独立供油，在柴油缸持续工作时，测试燃料缸能够实现循环压缩过程，可重复实验。
曲轴转角位置信号传入电控单元，电控单元根据曲轴转角信号分别控制柴油缸和测试燃料缸喷油时刻。
如图2和图3所示，测试燃料活塞14结构包含紧固螺钉1401、燃烧室1402、活塞头部1403、上气环1404、下气环1405、油环1406和活塞基部1407；活塞头部1403和活塞基部1407通过紧固螺钉1401连接，活塞头部1403上设有燃烧室1402，活塞基部1407上设有上气环1404、下气环1405、油环1406；缸活塞头部1403可更换，通过更换测试燃料缸活塞头部1403可实现不同的燃烧室形状及压缩比的压燃试验研究； 其中a)是普通燃烧室，b)是火力岸高度发生变化的燃烧室，c)是燃烧室在测试燃料活塞上的位置发生变化，d)是燃烧室的形状发生变化。
所述的适用于研究液体替代燃料的双缸快速压缩膨胀燃烧机的控制方法如下：工作时，由电控单元给出信号控制柴油缸进气门5、排气门1的开闭时刻为柴油缸供应新鲜空气，电控单元23根据曲轴10传来的曲轴转角信号控制柴油喷油器2喷入柴油，柴油压缩燃烧使得混合气膨胀做功，通过柴油缸活塞7、柴油缸活塞销8、柴油缸连杆9和曲轴10将能量储存在飞轮11中；电控单元23给出信号控制测试燃料缸进气门18、排气门21的开闭时刻为测试燃料缸供应新鲜空气，飞轮11释放能量，通过测试燃料连杆12、测试燃料活塞销13、测试燃料活塞14压缩新鲜空气，电控单元23根据用户的需求控制测试燃料喷油器19的喷油时刻，随后的压缩燃烧过程特征参数由石英视窗16处安装的内窥镜和缸压传感器15检测，缸压传感器测量缸内压力，可由此计算缸内压力升高率、指示热效率以研究燃烧放热规律，内窥镜可实时检测燃烧始点，从而研究试验燃料的滞燃期，根据上述参数并可深入研究测试燃料的爆震特性；通过更换测试燃料活塞14的活塞头部1403，得到不同的燃烧室1402和不同的火力岸高度，从而实现不同压缩比的压缩燃烧。
通过本双缸快速压缩膨胀燃烧机的运行，可实现不同压力下不同压缩比、不同当量比的测试液体燃料压缩自燃过程，通过柴油缸动力持续输出，可实现测试燃料缸的循环压缩，测量周期短；通过缸压传感器和石英窗口处安装的内窥镜能够实现燃烧过程的记录，可以得到测试燃料压燃过程的滞燃期、压力升高率曲线以及放热规律，进一步可研究爆震特性，这样可以完善所测试燃料的化学反应动力学研究，并为理论建模研究提供实验基础。
Claims (5)
1.一种适用于研究液体替代燃料燃烧过程的双缸快速压缩膨胀燃烧机，其特征在于包括气缸盖（4）、缸体（6）、曲轴（10）、飞轮（11）、电控单元及显示仪表，缸体（6）包含柴油缸和测试燃料缸，柴油缸内部配有柴油缸活塞（7）、柴油缸活塞销（8）、柴油缸连杆（9）、测试燃料缸内部配有测试燃料连杆（12）、测试燃料活塞销（13）、测试燃料活塞（14）；气缸盖（4）包括第一进气道（5）、第一排气道（22）、第二进气道（17）、第二排气道（21）、柴油喷油器（2）、测试燃料喷油器（19）、缸压传感器（15）、石英视窗（16）；
双缸快速压缩膨胀燃烧机自上而下依次是气缸盖（4）、缸体（6）、曲轴（10），气缸盖（4）与缸体（6）紧密接合，中间由密封垫密封；缸体（6）包含柴油缸和测试燃料缸，柴油缸内柴油缸活塞（7）通过柴油缸活塞销（8）与柴油缸连杆（9）连接，测试燃料缸内测试燃料活塞（14）通过测试燃料活塞销（13）与测试燃料连杆（12）连接，两个连杆共同与曲轴（10）连接，曲轴末端装配有飞轮（11）；柴油缸内新鲜空气经过第一进气道（5）通入、其开闭由第一进气门（3）控制，柴油燃烧废气经过第一排气道（22）排出、其开闭由第一排气门（1）控制，柴油经柴油喷油器（2）喷入；测试燃料缸内新鲜空气经过第二进气道（17）通入、其开闭由第二进气门（18）控制，燃烧废气经过第二排气道（21）排出、其开闭由第二排气门（20）控制，测试燃料经测试燃料喷油器（19）喷入；测试燃料缸的气缸盖上布置有缸压传感器（15）和石英视窗（16），石英视窗（16）处安装有内窥镜。
2.如权利要求1所述的双缸快速压缩膨胀燃烧机，其特征在于，测试燃料缸的动力来自于柴油缸，两缸独立供油，在柴油缸持续工作时，测试燃料缸能够实现循环压缩过程，可重复实验。
3.如权利要求1所述的双缸快速压缩膨胀燃烧机，其特征在于，曲轴转角位置信号传入电控单元，电控单元根据曲轴转角信号分别控制柴油缸和测试燃料缸喷油时刻。
4.如权利要求1所述的双缸快速压缩膨胀燃烧机，其特征在于，测试燃料活塞（14）结构包含紧固螺钉（1401）、燃烧室（1402）、活塞头部（1403）、上气环（1404）、下气环（1405）、油环（1406）和活塞基部（1407）；活塞头部（1403）和活塞基部（1407）通过紧固螺钉（1401）连接，活塞头部（1403）上设有燃烧室（1402），活塞基部（1407）上设有上气环（1404）、下气环（1405）、油环（1406）；
活塞头部（1403）可更换，通过更换测试燃料缸活塞头部（1403）可实现不同的燃烧室形状及压缩比的压燃试验研究。
5.一种使用如权利要求4所述的双缸快速压缩膨胀燃烧机的控制方法，其特征在于：工作时，由电控单元给出信号控制柴油缸第一进气门（3）、第一排气门（1）的开闭时刻为柴油缸供应新鲜空气，电控单元根据曲轴（10）传来的曲轴转角信号控制柴油喷油器（2）喷入柴油，柴油压缩燃烧使得柴油缸内混合气膨胀做功，通过柴油缸活塞（7）、柴油缸活塞销（8）、柴油缸连杆（9）和曲轴（10）将能量储存在飞轮（11）中；电控单元给出信号控制第二进气门（18）、第二排气门（20）的开闭时刻为测试燃料缸供应新鲜空气，飞轮（11）释放能量，通过测试燃料连杆（12）、测试燃料活塞销（13）、测试燃料活塞（14）压缩新鲜空气，电控单元根据用户的需求，控制测试燃料喷油器（19）的喷油时刻，随后的压缩燃烧过程特征及其参数由石英视窗（16）处安装的内窥镜和缸压传感器（15）实时监测和检测，缸压传感器测量缸内压力，可由此计算缸内压力升高率、指示热效率以研究燃烧放热规律，内窥镜可实时检测燃烧始点，从而研究试验燃料的滞燃期，根据上述参数并可深入研究测试燃料的爆震特性；通过更换测试燃料活塞（14）的活塞头部（1403），得到不同的燃烧室（1402）和不同的火力岸高度，从而实现不同压缩比的压缩燃烧。
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| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |