CN106441907B - 一种定容燃烧弹分体式加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种定容燃烧弹分体式加热系统，包括加热单元(含加热器、加热器压板、密封螺纹陶瓷绝缘电极、隔热层和加热器适配盖板)以及单片机控制单元。通过在定容弹盖板内侧安装陶瓷红外电加热器，使用特制的金属螺纹陶瓷绝缘电极连接加热器和电源线，从而对定容弹进行加热；加热器与壁面之间安有隔热层，能避免定容弹壁面过热；每个加热器可单独控制，可根据温度传感器变送器反馈的温度信息由单片机控制设定加热温度。本发明不限于定容弹类型，可以独立的附加到不同的定容弹上，整个加热系统温度可调范围广、布置灵活、控制方便。

Description

一种定容燃烧弹分体式加热系统
技术领域
本发明涉及一种定容燃烧弹分体式加热系统，属于内燃机研究领域。
背景技术
不断提高的排放标准和日益严峻的能源危机问题对发动机技术提出了新的挑战，只有充分掌握燃油喷雾与燃烧特性才能实现对发动机缸内整个燃烧过程的精确控制，解决柴油机经济性和排放性的矛盾，而定容弹则是研究内燃机缸内喷雾与燃烧的重要工具。
背景温度是定容弹的一个关键参数，为了能够适应现代柴油机燃烧系统研发的需求，就需要定容弹内部能够达到并维持很高的背景温度。现有的定容弹加热系统分为以下几类，下面就其特点进行介绍和分析：
1)预混合燃烧加热型：传统的定容弹常采用燃气在容弹内混合燃烧的方式实现高温高压，如：定容预混燃烧测试装置(专利申请号为201110231930.4)。这种方法虽然快速，但是需要精确控制混合气各项成分的比例，否则因压力升高率过大而容易出现安全隐患。
2)进气加热型：有些定容弹也采用进气加热的方式，先将环境气体加热后再通入定容弹中。如：一种球形多功能定容弹(专利申请号为201410178854.9)便采用了这种加热方式。进气加热将热源外置，先将环境气体加热后再通入定容弹中。这种方案能够节省定容弹内的空间，缺点是浪费大量环境气体，气体介质本身热容很低，能够携带的热量有限，还要有很大一部分的热量通过排气损失掉，因此实际的加热效果及最大加热温度都不理想。
3)加热壁面型：这种加热方式通过加热定容弹壁面，进而加热定容弹内气体。专利如：模拟发动机燃烧的定容燃烧弹系统(专利申请号为201510141513.9)便采用了这种加热方式。但由于受热后的壁面金属材料力学性能限制，最大加热温度难以提升且壁面与气体温差造成的温度梯度会加大光学测量时的干扰。
4)电加热型：通过在定容弹内安装电加热器，从而直接对定容弹内气体进行加热，因此热效率较高。一般加热器安置在定容弹底侧，由于对加热速度和最高温度的要求，加热器一般较大，由于定容弹内部结构紧凑，往往难以布置。而由于加热器的安装位置和尺寸的限制，易造成定容弹内整个气体环境的加热不均匀，干扰测试区域内气体流场分布。另外，此类型加热方式的加热速度和功率特性不便于调节。
综上所述，预混合燃烧加热速度快，但安全性较差；其余三种方式中，进气加热和加热壁面加热的效率相对较低。电加热型以其安全性和相对较高的效率在近年来得到了广泛的应用，但也存在加热不均匀和功率档次无法灵活调节的问题，需要对其进行改进。
在使用电加热器加热定容弹内气体时，加热器与电源的连接是一个重要问题，一是确保连接的安全性，即不会发生漏电现象；二是确保定容弹的密封性能不受影响；三是确保加热器与电源能够有效连接。
在对定容弹进行加热时，需要预设定容弹内的背景温度，这就要求加热系统能够根据温度传感器的反馈信息对加热系统进行调节，使定容弹内的背景温度达到预设值。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种定容燃烧弹分体式加热系统，可以实现模拟内燃机燃烧室内背景温度的加热系统。
本发明的目的是这样实现的：包括加热单元和单片机控制单元，加热单元设置在在定容弹任意一面上，所述加热单元包括安装在定容弹上的加热器适配盖板、安装在加热器适配盖板上的加热器、设置在加热器与加热器适配盖板之间的隔热层，所述加热器适配盖板上设置有两个螺纹孔，每个螺纹孔内设置有连接加热器与电源线的密封螺纹陶瓷绝缘电极，在定容弹内设置有与加热单元个数相等的温度传感器。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述密封螺纹陶瓷绝缘电极有外至内包括与螺纹孔配合的外层的金属螺纹层、中间层的陶瓷材料的绝缘层和最内层的金属导体层，且最内层的金属导体层与加热器的电极通过加热器压板连接在一起。
2.所述加热单元的个数为1-4个。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在定容弹盖板内侧安装陶瓷红外电加热器，使用特制的金属螺纹陶瓷绝缘电极连接加热器和电源线，从而对定容弹进行加热；加热器与壁面之间安有隔热层，能避免定容弹壁面过热；每个加热器可单独控制，可根据温度传感器变送器反馈的温度信息由单片机控制设定加热温度。本发明不限于定容弹类型，可以独立的附加到不同的定容弹上，整个加热系统温度可调范围广、布置灵活、控制方便。
附图说明
图1(a)是本发明的加热器的示意图一，图1(b)是本发明的加热器的示意图二，图1(c)是本发明的加热器压板的示意图；
图2是本发明的密封螺纹陶瓷绝缘电极示意图；
图3(a)是本发明的加热器单元的整体结构示意图，图3(b)是图3(a)的A-A方向的剖视图；
图4是本发明的加热单元在定容弹上布置的示意图；
图5是本发明的单片机控制单元的结构示意图。
图中：1-加热单元；1a-加热器；1b-加热器压板；1c-密封螺纹陶瓷绝缘电极；1c1-金属螺纹层；1c2-陶瓷绝缘层；1c3-金属导体层；1d-隔热层；1e-加热器适配盖板；2-定容弹。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1(a)-图5，本发明的一种定容燃烧弹分体式加热系统，包括加热单元1(含加热器1a、加热器压板1b、密封螺纹陶瓷绝缘电极1c、隔热层1d和加热器适配盖板1e)以及单片机控制单元，通过在定容弹盖板上加装电加热器，直接加热定容弹内气体，通过在定容弹盖板内侧安装陶瓷红外电加热器1a，使用密封螺纹陶瓷绝缘电极1c连接加热器和电源线；每个加热器可单独控制，可根据热电偶反馈的温度信息由单片机单元控制设定加热温度。
本发明的加热系统不限于定容弹的类型，可以独立的附加到不同种类的定容弹上。使用分体式加热方式，加热器可以安装在定容弹的各个定容弹盖板内侧，可以根据需要，自由搭配安装加热器盖板的位置和数量；所述的加热单元1的数量根据定容弹窗口数量以及试验的温度调节来灵活设定，一般为1-4个；所述的加热器与盖板之间有一隔热层1d，避免定容弹壁面过热。使用密封螺纹陶瓷绝缘电极连接加热器和电源线，其特征在于：所述的密封螺纹陶瓷绝缘电极分为三层，最外层为金属螺纹层1c1，负责与定容弹体的连接；中间层为陶瓷材料的绝缘层1c2；最内层为金属导体层1c3。从而可以确保加热的安全性、密封性和有效性。为了确保密封性能，密封螺纹陶瓷绝缘电极与定容弹加热盖板连接时可以涂上耐高温螺纹胶。每个加热器可以单独控制，单片机控制单元可根据温度传感器变送器反馈的瞬态温度信息，通过驱动器控制所述加热器的电路通断，从而控制弹体内的气体温度。
图3(a)、(b)为加热单元的整体示意图，一个陶瓷加热器1a配合加热器压板1b和隔热层1d被安装到加热器适配盖板1e上。适配盖板上有两个螺纹孔，用于安装密封螺纹陶瓷绝缘电极1c。密封螺纹陶瓷绝缘电极的金属导电层1c3与陶瓷加热器的电极通过加热器压板紧密结合在一起，陶瓷绝缘层1c2的长度应大于加热器适配盖板的厚度，以防止漏电。同时，为了保证定容弹的密封性能，可在密封螺纹陶瓷绝缘电极的金属螺纹层1c1涂抹耐高温密封胶。
图4是加热单元1在定容弹2上的布置示意图，加热单元可以根据需要布置在定容弹的任意一面，灵活的组成光路。
图5是单片机控制单元的结构示意图，定容弹上可安置一个或多个温度传感器，可以检测定容弹内不同区域的温度变化情况，并将温度信息通过A/D转换后传送给单片机，通过判断温度是否分布均匀以及是否符合预设温升曲线及预设温度，单片机控制不同加热单元的工作时间，从而达到实验条件。
本加热系统在对如图4条件的定容弹进行加热时，通过使用3个加热单元，可以将背景温度提高至1000K。

Claims (2)

1.一种定容燃烧弹分体式加热系统，其特征在于：包括加热单元和单片机控制单元，加热单元设置在在定容弹任意一面上，所述加热单元包括安装在定容弹上的加热器适配盖板、安装在加热器适配盖板上的加热器、设置在加热器与加热器适配盖板之间的隔热层，所述加热器适配盖板上设置有两个螺纹孔，每个螺纹孔内设置有连接加热器与电源线的密封螺纹陶瓷绝缘电极，在定容弹内设置有与加热单元个数相等的温度传感器；所述密封螺纹陶瓷绝缘电极由外至内包括与螺纹孔配合的外层的金属螺纹层、中间层的陶瓷材料的绝缘层和最内层的金属导体层，且最内层的金属导体层与加热器的电极通过加热器压板连接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种定容燃烧弹分体式加热系统，其特征在于：所述加热单元的个数为1-4个。
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