CN106706327A - 一种发动机燃烧过程实验研究装置 - Google Patents

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何文华
田在鑫
周超
应智超
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Abstract

本发明公开了一种发动机燃烧过程实验研究装置，包括支撑架、重物平台、驱动装置、气缸；所述支撑架上部铰接有第一滑轮，所述重物平台滑动设置在支撑架上，所述重物平台通过绳索与驱动装置相连，绳索绕过第一滑轮，所述气缸安装在支撑架下部，气缸的缸体上开有进气口、排气口和螺纹孔，进气口上安装有阀门，排气口在燃烧做功结束后再打开排气。本发明适用于研究燃料均质燃烧特性，对发动机的燃烧过程的实验研究和过程优化有重要意义。

Description

一种发动机燃烧过程实验研究装置
技术领域
本发明属于内燃机技术领域，尤其涉及一种适用于发动机均质燃烧过程实验研究装置。
背景技术
为了提高可燃混合气的燃烧效率，燃料的燃烧方式更倾向于多点同时燃烧的均质压燃方式，但是现今均质压燃的实现方式不足，对于压燃所能达到的最大爆发压力等数据的研究不足，而目前适用于发动机燃烧过程的实验装置的设计也缺乏突破性的创新。
目前现有的空气压缩装置都仅仅关注于空气压缩装置的内部细节特征，缺少宏观性和过程细节，因此各种空气压缩装置的应用范围不广泛。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种发动机燃烧过程实验研究装置。
为实现上述目的，本发明所述采用的技术方案如下：一种发动机燃烧过程实验研究装置，包括支撑架、重物平台、驱动装置、气缸；所述支撑架上部铰接有第一滑轮，所述重物平台滑动设置在支撑架上，所述重物平台通过绳索与驱动装置相连，绳索绕过第一滑轮，所述气缸安装在支撑架下部，气缸的缸体上开有进气口和排气口，进气口和排气口上均安装有阀门。
进一步的，所述第一滑轮、重物平台以及气缸布置在一条直线上。
进一步的，所述气缸包括缸体、活塞杆，活塞杆滑动置于气缸内。
进一步的，所述进气口上的阀门为单向阀门；所述排气口开设在气缸的底部壁面上；气缸底面设有螺纹孔，用于安装压力传感器、温度传感器或火花塞。
进一步的，所述支撑架包括依次固定组装的顶座、承重梁和底座，第一滑轮铰接在顶座上，重物平台滑动设置在承重梁上，气缸安装在底座上。
进一步的，所述重物平台包括重物和保护架，重物固定在保护架上，保护架滑动设置在承重梁上。
进一步的，所述保护架的四周铰接有第二滑轮，所述第二滑轮与承重梁的侧壁抵接。
进一步的，所述承重梁和保护架上开有对应的定位孔。
进一步的，所述驱动装置包括电机和转速传感器，转速传感器用于测量电机断电反转的转速。
本发明的有益效果如下：为此，我们设计出了一种发动机燃烧过程实验研究装置，本发明适用于发动机过程燃烧的实验分析，尤其用于发动机的均质燃烧的过程，重物通过自由落体的惯性和质量来使活塞压燃混合气，圧缩过程迅速，压力升高速度快；重物质量和拉升高度可调，可以实现不同工作环境下的模拟研究，寻找最优工况点；燃料种类不限，可以研究不同燃料的燃烧过程特性；缸体改进空间很大，发明的应用领域广泛。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的气缸结构示意图；
图3是本发明实施例的重物平台与承重梁的接触方式示意图；
图中：支撑架1、重物平台2、驱动装置3、气缸4、第一滑轮5、绳索6、进气口7、底部螺纹孔8、燃烧室9、排气口10、顶座101、承重梁102、底座103、重物201、保护架202、缸体401、活塞杆402。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1-3所示，一种发动机燃烧过程实验研究装置，包括支撑架1、重物平台2、驱动装置3、气缸4；所述支撑架1上部铰接有第一滑轮5，用于拉升重物平台；所述重物平台2滑动设置在支撑架1上，所述重物平台2通过绳索6与驱动装置3相连，绳索6绕过第一滑轮5，所述气缸4安装在支撑架1下部，气缸4的缸体上开有进气口7和排气口10，进气口7和排气口10上均安装有阀门。
进一步的，所述第一滑轮5、重物平台2以及气缸4布置在一条直线上。
进一步的，所述气缸4包括缸体401、活塞杆402，活塞杆402滑动设置在缸体401内。气缸4的缸体401上开有进气口7，进气口7位于活塞杆402的工作区域内，作为燃料进气口，进气口7处安装单向阀门可承受一定的压力，从而防止在气体燃料注入和燃烧膨胀的过程中出现漏气。排气口10设置在缸体401底部壁面上，通过阀门控制开闭，燃烧做功结束后开启排气口排气。气缸固定于支撑架底座上，用以承受较大的压力而不发生较大的偏移。
活塞杆402用以承受重物平台的冲击，冲击力由活塞杆402传递到其上的上活塞上。气缸底部设有螺纹孔8，用于安装液压式压力传感器、温度传感器、火花塞等装置测量燃烧数据。
进一步的，所述支撑架1包括依次固定组装的顶座101、承重梁102和底座103，第一滑轮5铰接在顶座101上，重物平台2滑动设置在承重梁102上，四根承重梁102同时作为导轨，用于引导重物平台2的拉升与下落，同时将重物平台2包于内部；气缸4安装在底座103上，可以承受较大的冲击和爆发压力。
进一步的，所述重物平台2包括重物201和保护架202，重物201固定在保护架202上，保护架202滑动设置在承重梁102上，保护架202便于在重物201砸向第一活塞杆402时保护实验者。所述保护架202的四周铰接有第二滑轮203，所述第二滑轮203与承重梁102的侧壁抵接，从而减小保护架202与承重梁102之间的摩擦。所述承重梁102和保护架102上开有对应的定位孔，保护架102在承重梁102上拉升高度可调，通过定位孔定位，便于实现多种冲击力的调节。
进一步的，所述驱动装置3包括电机和转速传感器，转速传感器用于测量电机的转速。
电机有三种工作模式：上拉状态、常电保持状态和断电撤掉力矩状态；电机通电，通过将绳索6卷起，拉动重物平台2向上运动；到达指定高度后断电，重物平台2受重力自由落体，此时电机通过绳索6被重物平台2带动反转，断电后电机没有反向力矩；当重物平台2降低到第一活塞杆402向下运动到下止点时，气缸内混合气燃烧。
转速传感器采集转速信号包括重物下落通过绳索带动电机的实时转速采集。在重物触及活塞杆之前，转速信号的一阶微分为常数，将此时记为信号段1；重物砸向活塞杆后，转速传感器信号会经过一阶微分减小、小于零、直至转速信号为零的变化状态，此时转速信号为信号段2；通过积分可以求得重物拉升高度、活塞行程等数据。
本发明的工作过程包括如下步骤：
1、重物201与保护架202被电机拉升至固定位置，电机常电保持，使重物201与保护架202维持一定高度，并将承重梁102中的定位孔出插入螺栓，防止电机断电坠落；
2、将可燃气通过进气孔7处的阀门注入气缸燃烧室9内；
3、将承重梁102中的保护螺栓拔出，电机从常电保持切换为上拉状态，使重物201与保护架202继续向上运动；
4、当到达一定高度时电机断电，断电后电机不产生任何扭矩，重物201与保护架202自由落体，砸向第一活塞杆402；
5、第一活塞杆402承受冲击通过活塞杆传递给上活塞，燃烧室9减小，上活塞向下运动扫过进气孔7，形成可燃气的密闭燃烧室；
6、第一活塞杆402向下运动，燃烧室压力温度迅速增加至可燃区域，燃烧室9内可燃混合气在下止点附近被压燃，此时气体推动第一活塞杆402将力传递给重物201与保护架202，重物201与保护架202向上运动；
7、在可燃气体燃烧膨胀做功的过程中，将重物201与保护架202向上推起至最高点静止，完成整个工作过程。
此过程的重物201和保护架202固定在一起，功能不同，且拉升高度可调，可以模拟不同冲击力下的可燃气体燃烧情况，燃烧的最大爆发压力或温度等数据通过气缸底部安装的(温度或压力)传感器来测出，实时数据可以检测出整个工作过程的压力变化，实现压力采集。

Claims (9)

1.一种发动机燃烧过程实验研究装置，其特征在于，包括支撑架、重物平台、驱动装置、气缸等；所述支撑架上部铰接有第一滑轮，所述重物平台滑动设置在支撑架上，所述重物平台通过绳索与驱动装置相连，绳索绕过第一滑轮，所述气缸安装在支撑架下部，气缸的缸体上开有进气口和排气口，进气口和排气口上均安装有阀门。
2.根据权利要求1所述的发动机燃烧过程实验研究装置，其特征在于，所述第一滑轮、重物平台以及气缸布置在一条直线上。
3.根据权利要求1所述的发动机燃烧过程实验研究装置，其特征在于，所述气缸包括缸体、活塞杆，活塞杆滑动置于气缸内。
4.根据权利要求1所述的发动机燃烧过程实验研究装置，其特征在于，所述进气口上的阀门为单向阀门；所述排气口开设在气缸的底部壁面上；气缸底面设有螺纹孔，用于安装压力传感器、温度传感器或火花塞。
5.根据权利要求1所述的发动机燃烧过程实验研究装置，其特征在于，所述支撑架包括依次固定组装的顶座、承重梁和底座，第一滑轮铰接在顶座上，重物平台滑动设置在承重梁上，气缸安装在底座上。
6.根据权利要求5所述的发动机燃烧过程实验研究装置，其特征在于，所述重物平台包括重物和保护架，重物固定在保护架上，保护架滑动设置在承重梁上。
7.根据权利要求6所述的发动机燃烧过程实验研究装置，其特征在于，所述保护架的四周铰接有第二滑轮，所述第二滑轮与承重梁的侧壁抵接。
8.根据权利要求7所述的发动机燃烧过程实验研究装置，其特征在于，所述承重梁和保护架上开有对应的定位孔。
9.根据权利要求1所述的发动机燃烧过程实验研究装置，其特征在于，所述驱动装置包括电机和转速传感器，转速传感器用于测量电机断电反转的转速。
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