CN107238499B - 变容弹光学试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变容弹光学试验装置，所述装置包括连接机构、设置有变容活塞的光学变容弹以及设置有气缸活塞的燃烧气缸；所述变容活塞和所述气缸活塞通过所述连接机构连接；所述连接机构设置有单向运动限制机构；所述单向运动限制机构用于在所述变容弹光学试验装置进行变容的过程中，限制所述变容活塞和所述气缸活塞进行反向运动。本发明可以实现变容实验，相对于现有技术，可以很好的模拟发动机的实际运转情况，从而可靠的贴近活塞往复运动下发动机燃烧室内的气流运动、温度压力分布以及混合气分布情况。

Description

变容弹光学试验装置

技术领域

本发明涉及发动机可视化技术领域，特别是涉及一种变容弹光学试验装置。

背景技术

随着光学测试技术和高速成像技术的日益成熟，定容燃烧弹装置被广泛应用于发动机的可视化研究。基于定容弹光学平台的可视化技术使得发动机缸内研究更加直观深入，同时进一步在空间和时间维度上保证了测试结果的可靠性。但是相较于发动机的实际运转情况，现有技术中，定容燃烧弹在整个过程中容积固定不变，因此其内部环境并不能完全可靠的贴近活塞往复运动下发动机燃烧室内的气流运动、温度压力分布以及混合气分布情况。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种变容弹光学试验装置，用以解决现有定容燃烧弹所具有的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明中的一种变容弹光学试验装置，包括连接机构、设置有变容活塞的光学变容弹以及设置有气缸活塞的燃烧气缸；所述变容活塞和所述气缸活塞通过所述连接机构连接；所述连接机构设置有单向运动限制机构；所述单向运动限制机构用于在所述变容弹光学试验装置进行变容的过程中，限制所述变容活塞和所述气缸活塞进行反向运动；所述反向为与预设的变容方向相反的方向。

可选地，所述单向运动限制机构包括棘爪和设置在所述连接机构上的单向齿。

可选地，所述光学变容弹中还设置有最大容积限位部件；所述燃烧气缸中还设置有最小容积限位部件。

具体地，在所述变容弹光学试验装置进行变容的过程中，若所述变容活塞被所述最大容积限位部件限制运动，则所述光学变容弹处于预设的最大容积；

若所述气缸活塞被所述最小容积限位部件限制运动，则所述光学变容弹处于预设的最小容积。

具体地，所述光学变容弹的压缩比由所述最大容积和所述最小容积确定。

可选地，所述光学变容弹还设置有可视窗。

可选地，所述光学变容弹还设置有第一气体输入输出机构、第一点火部件和喷油器；所述燃烧气缸还设置有第二气体输入输出机构和第二点火部件。

具体地，所述第一气体输入输出机构包括空气进气口、与所述空气进气口连接的第一管道、第一排气口和与所述第一排气口连接的第二管道；所述第二气体输入输出机构包括可燃气体进气口、与所述可燃气体进气口连接的第三管道、第二排气口和与所述第二排气口连接的第四管道。

具体地，所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道和所述第四管道均设置有阀门。

具体地，在所述变容弹光学试验装置进行变容的过程中：

所述第二气体输入输出机构用于向所述燃烧气缸充入可燃气体；

所述喷油器用于在所述第二气体输入输出机构充入可燃气体时，向所述光学变容弹内喷入燃油，形成可燃的油气混合气；

所述第二点火部件用于在所述可燃气气体和所述燃油均达到相应预设容量时，点燃所述燃烧气缸内的可燃气体，从而推动所述气缸活塞，并带动所述变容活塞压缩所述光学变容弹内的所述油气混合气；

所述第一点火部件用于在所述气缸活塞被推动到距所述最小容积限位部件达到预设距离时，点燃所述油气混合气。

本发明有益效果如下：

本发明中变容弹光学试验装置通过光学变容弹、燃烧气缸、连接机构以及变容活塞和气缸活塞，可以实现变容实验，进一步，在所述变容弹光学试验装置进行变容的过程中，通过单向运动限制机构限制所述变容活塞和所述气缸活塞进行反向运动，从而相对于现有技术，可以很好的模拟发动机的实际运转情况，从而可靠的贴近活塞往复运动下发动机燃烧室内的气流运动、温度压力分布以及混合气分布情况。

附图说明

图1是本发明实施例中一种可选地变容弹光学试验装置的结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种变容弹光学试验装置，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供一种变容弹光学试验装置，所述装置包括设置有变容活塞11的光学变容弹(简称为变容弹)1、设置有气缸活塞21的燃烧气缸2以及连接机构；所述变容活塞11和所述气缸活塞21通过所述连接机构连接；所述连接机构设置有单向运动限制机构(包括棘爪31和单向齿32)；所述单向运动限制机构用于在所述变容弹光学试验装置进行变容的过程中，限制所述变容活塞11和所述气缸活塞21进行反向运动；所述反向为与预设的变容方向相反的方向。

其中变容活塞为用于光学变容弹中的活塞；气缸活塞为用于燃烧气缸中的活塞。

其中变容方向可以为光学变容弹的气体压缩方向。图中所示向上方向。

其中连接机构可以为推杆3。

在此需要说明的是，本发明实施例中的单向运动限制机构并不只限于棘爪31和单向齿32构成。

本发明实施例中变容弹光学试验装置通过光学变容弹、燃烧气缸、连接机构以及变容活塞和气缸活塞，可以实现变容实验，进一步，在所述变容弹光学试验装置进行变容的过程中，通过单向运动限制机构限制所述变容活塞和所述气缸活塞进行反向运动，从而相对于现有技术，可以很好的模拟发动机的实际运转情况，从而可靠的贴近活塞往复运动下发动机燃烧室内的气流运动、温度压力分布以及混合气分布情况。

以下具体说明本发明实施例。在此需要说明的是，本发明实施例中使用用于区分元器件、部件的诸如“第一”、“第二”等前缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。

可选地，所述单向运动限制机构包括棘爪31和设置在所述连接机构上的单向齿32。

可选地，所述光学变容弹1中还设置有最大容积限位部件；所述燃烧气缸2中还设置有最小容积限位部件。

进一步地，在所述变容弹光学试验装置进行变容的过程中，若所述变容活塞11被所述最大容积限位部件限制运动(即图中的向下运动)，则所述光学变容弹1处于预设的最大容积；

若所述气缸活塞21被所述最小容积限位部件限制运动(即图中的向上运动)，则所述光学变容弹1处于预设的最小容积。

其中，所述光学变容弹1的压缩比由所述最大容积和所述最小容积确定。

可选地，所述光学变容弹1还设置有可视窗13。

可选地，所述光学变容弹1还设置有第一气体输入输出机构、第一点火部件(例如火花塞14)和喷油器15；所述燃烧气缸还设置有第二气体输入输出机构和第二点火部件(例如火花塞23)。

所述第一气体输入输出机构包括空气进气口(可简称为进气口)、与所述空气进气口连接的第一管道、第一排气口和与所述第一排气口连接的第二管道；所述第二气体输入输出机构包括可燃气体进气口(可简称为进气口)、与所述可燃气体进气口连接的第三管道、第二排气口和与所述第二排气口连接的第四管道。

其中，所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道和所述第四管道均设置有阀门。

具体地，在所述变容弹光学试验装置进行变容的过程中：

所述第二气体输入输出机构用于向所述燃烧气缸充入可燃气体；

所述喷油器用于在所述第二气体输入输出机构充入可燃气体时，向所述光学变容弹内喷入燃油，形成可燃的油气混合气；

所述第二点火部件用于在所述可燃气气体和所述燃油均达到相应预设容量时，点燃所述燃烧气缸内的可燃气体，从而推动所述气缸活塞，并带动所述变容活塞压缩所述光学变容弹内的所述油气混合气；

所述第一点火部件用于在所述气缸活塞被推动到距所述最小容积限位部件达到预设距离时，点燃所述油气混合气。

举一可选实例，详细说明本发明实施例。

如图1所示，本发明实施例中变容弹光学试验装置主要由光学变容弹1，燃烧气缸2以及连接两者并带有单向齿32推杆3和棘爪31组成。

光学变容弹1主要由进气管102、进气孔16、进气阀门18、排气管101、排气孔17、排气阀门19、变容活塞11、火花塞14、喷油器15、可视窗13、可视窗压板103以及限位块(最大容积限位部件)12构成。

燃烧气缸2主要由进气管28、进气孔24、进气阀门27、排气管29、排气孔25、排气阀门26、气缸活塞21、火花塞23以及限位块(最小容积限位部件)22组成。

推杆3带有单向齿32，在棘爪31的限制下只能向上运动；若要下行需手动扳动棘爪31解除限制。

其中，光学变容弹1的弹体和燃烧气缸2的缸体呈上下分布并且固定在同一支座上，相对于支座固定不动。只有弹体和缸体内部的变容活塞11、气缸活塞21通过推杆3相互连接并在各循环中上下运动。的变容活塞11、气缸活塞21的极限位置由限位块12和22决定。

光学变容弹1弹体铸造而成，弹体顶部设置进气孔16和排气孔17各一个，进气孔16和排气孔17采用在弹体上钻孔形式，进气孔16和排气孔17设置防回火铜丝垫，例如在进气孔16和排气孔17的下端(图中所示朝向燃烧气缸的一端)设置防回火铜丝垫，上端利用管螺纹与进气管102和排气管101接头上的管螺纹连接，并通过螺纹接头连接进气阀门18和排气阀门19。喷油器15安装在缸体上的喷油器安装孔内并通过压板和螺栓固定，同时采用耐高温橡胶密封圈密封。火花塞14和弹体通过螺纹连接。可视窗13选用石英玻璃，压入缸体内的凹槽内，周向用聚四氟乙烯垫片密封，同时外侧采用可视窗压板103固定。限位块12采用焊接的方式固定在缸体内部。变容活塞11通过活塞环密封变容弹内气体并进行往复运动。

燃烧气缸2缸体铸造而成，缸体底部设置进气孔24和排气孔25各一个，进气孔24和排气孔25采用在缸体上钻孔形式，进气孔24和排气孔25设置防回火铜丝垫，例如，进气孔24和排气孔25的下端(图中所示朝向光学变容弹的一端)设置防回火铜丝垫；在上端利用管螺纹与进气管28和排气管29接头上的管螺纹连接，并通过螺纹接头连接进气阀门27和排气阀门26。火花塞23和缸体通过螺纹连接。限位块22采用焊接的方式固定在气缸内部。气缸活塞21通过活塞环密封缸体内气体并进行往复运动。

简述本发明实施例的原理。

开启光学变容弹1的进气阀门18通入压缩空气，保证变容弹1内残余废气全部排出缸外，新鲜空气充满后关闭进气阀门18以及排气阀门19。

然后开启燃烧气缸2的进气阀门27通入可燃气体(例如CNG(压缩天然气)和空气的混合气)，保证燃烧气缸2内残余废气全部排出缸内，新鲜充量充满后关闭进气阀门27以及排气阀门26。

限位块12可限制变容活塞11向下运动的极限位置，从而限制变容弹1的最大容积V1；限位块22可限制气缸活塞21向上运动的极限位置，通过推杆也限制了气缸活塞21向上运动的极限位置，进而限制了变容弹1的最小容积V2。V2与V1之比(即V2/V1)也就是变容弹的压缩比。

在向燃烧气缸2充气的过程中可通过喷油器15向变容弹1内喷入汽油，在变容弹1内形成可燃的油气混合气。新鲜充量准备完毕后，激发燃烧气缸2内的火花塞23点燃缸内的CNG和空气混合气，使其推动气缸活塞21同时带动推杆3将变容活塞11向上推进压缩变容弹1内的油气混合气，在压缩上止点(即气缸活塞距限位块22达到预设距离)附近激发变容弹1内的火花塞14点燃油气混合气，实现对压缩上止点附近气缸内燃烧过程的观察及研究。

燃烧结束后开启排气阀门19、排气阀门26，同时手动扳动棘爪31解除推杆3只能上行的限制，使变容活塞11和气缸活塞21下行，准备进入下一循环。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变容弹光学试验装置，其特征在于，所述装置包括连接机构、设置有变容活塞的光学变容弹以及设置有气缸活塞的燃烧气缸；所述变容活塞和所述气缸活塞通过所述连接机构连接；所述连接机构设置有单向运动限制机构；所述单向运动限制机构用于在所述变容弹光学试验装置进行变容的过程中，限制所述变容活塞和所述气缸活塞进行反向运动；所述反向为与预设的变容方向相反的方向。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述单向运动限制机构包括棘爪和设置在所述连接机构上的单向齿。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学变容弹中还设置有最大容积限位部件；所述燃烧气缸中还设置有最小容积限位部件。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述变容弹光学试验装置进行变容的过程中，若所述变容活塞被所述最大容积限位部件限制运动，则所述光学变容弹处于预设的最大容积；

若所述气缸活塞被所述最小容积限位部件限制运动，则所述光学变容弹处于预设的最小容积。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述光学变容弹的压缩比由所述最大容积和所述最小容积确定。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学变容弹还设置有可视窗。

7.如权利要求3-5中任意一项所述的装置，其特征在于，所述光学变容弹还设置有第一气体输入输出机构、第一点火部件和喷油器；所述燃烧气缸还设置有第二气体输入输出机构和第二点火部件。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一气体输入输出机构包括空气进气口、与所述空气进气口连接的第一管道、第一排气口和与所述第一排气口连接的第二管道；所述第二气体输入输出机构包括可燃气体进气口、与所述可燃气体进气口连接的第三管道、第二排气口和与所述第二排气口连接的第四管道。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道和所述第四管道均设置有阀门。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述变容弹光学试验装置进行变容的过程中：

所述第二气体输入输出机构用于向所述燃烧气缸充入可燃气体；

所述喷油器用于在所述第二气体输入输出机构充入可燃气体时，向所述光学变容弹内喷入燃油，形成可燃的油气混合气；

所述第二点火部件用于在所述可燃气气体和所述燃油均达到相应预设容量时，点燃所述燃烧气缸内的可燃气体，从而推动所述气缸活塞，并带动所述变容活塞压缩所述光学变容弹内的所述油气混合气；

所述第一点火部件用于在所述气缸活塞被推动到距所述最小容积限位部件达到预设距离时，点燃所述油气混合气。