CN107355310A - 一种光学发动机 - Google Patents
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Abstract
一种光学发动机属汽车发动机技术领域，本发明由四缸GDI发动机改装而成，原发动机缸盖只保留第一缸的进排气门，拆除原发动机缸盖中第二、三、四缸的进排气门，密封气门导管上端；加长可视化部分的上下表面分别与原发动机缸盖部分下表面和原发动机缸体上表面固接，且加长可视化部分上下表面的油道孔和水道孔与原发动机缸盖和原发动机缸体的油道孔和水道孔一一对应；原发动机每个活塞均加装配重块，每个配重块的重量等于加长活塞的重量减去原发动机活塞的重量；本发明结构更简单，不拆卸原发动机缸盖就能擦拭石英玻璃，实现方便，可靠性强，比拟性好，既能测量缸内的温度场、浓度场，又能实现不同角度亮度测量，有助于缸内爆震的研究。
Description
技术领域
本发明属汽车发动机技术领域，具体涉及一种光学发动机。
背景技术
自上个世纪70年代以来，燃烧与排放的控制得到了迅猛的发展，使得发动机的热效率不断提高，污染物排放水平不断降低。这其中，燃烧基础研究的进展以及新的燃烧模型的提出起了至关重要的的作用。发动机的工作过程是一个极其复杂的湍流过程，主要包括燃料喷射、蒸发、混合、着火、燃烧等一系列的物理、化学过程。研究发动机的工作过程仅仅通过宏观表面的方式不能满足不断提高的排放法规的要求，所以必须借助光学手段对发动机内部燃烧过程有一个微观可视化的认识。从而指导燃烧模型如HCCI、PCCI、LTC、RCCI等不断改进以满足排放、动力性、经济性的要求。其中，光学发动机作为一种重要的可视化光学诊断手段，起着巨大的作用。本发明是一种从发动机前端开视窗的光学发动机，它比从活塞上开视窗和从缸盖上开视窗的光学发动机机构更简单，并且不用拆卸原发动机缸盖就能擦拭石英玻璃，实现方便，可靠性强，比拟性好，不会扰乱光线传播，通过更换光纤支座可以实现不同角度亮度测量。
发明内容
本发明是一种从发动机前端开视窗的光学发动机，它比从活塞上开视窗和从缸盖上开视窗的光学发动机机构更简单，并且不用拆卸原发动机缸盖就能擦拭石英玻璃，实现方便，可靠性强，比拟性好，不会扰乱光线传播，通过更换光纤支座可以实现不同角度亮度测量。
本发明由原发动机缸盖Ⅰ、加长可视化部分Ⅱ、原发动机缸体Ⅲ、机油温度控制系统C、起动电机D、发动机水温控制系统E、发动机控制系统G和燃料供给系统H组成，其中原发动机缸盖Ⅰ、加长可视化部分Ⅱ和原发动机缸体Ⅲ自上而下顺序固接，燃油供给系统H经高压油管与原发动机缸盖Ⅰ的高压共轨连接，机油温度控制系统C经油管与原发动机缸体Ⅲ的油底壳连接，起动电机D的输出端与原发动机缸体Ⅲ的曲轴27通过联轴器连接，发动机控制系统G通过导线分别与原发动机缸盖Ⅰ的喷油器、燃油压力调节阀、节气门、火花塞、凸轮轴相位传感器、轨压传感器、发动机缸体Ⅲ的曲轴位置传感器连接，从光纤支座引出的光纤与光谱仪和ICCDF连接。
原发动机缸盖Ⅰ中只保留第一缸的进排气门，将原发动机缸盖Ⅰ中第二、三、四缸的所有进排气门拆除，从而减少第二缸、第三缸、第四缸的泵气损失与压缩负功，同时将气门导管的上端口密封，防止润滑油通过气门导管大量进入第二、三、四缸。
加长可视化部分Ⅱ的上表面与原发动机缸盖部分Ⅰ的下表面固接，且加长可视化部分Ⅱ上表面的油道孔和水道孔与原发动机缸盖Ⅰ下表面的油道孔和水道孔一一对应；加长可视化部分Ⅱ的下表面与原发动机缸体Ⅲ的上表面固接，且加长可视化部分Ⅱ下表面的油道孔和水道孔与原发动机缸体Ⅲ的油道孔和水道孔一一对应，以便加长可视化部分Ⅱ的冷却以及原发动机缸盖部分Ⅲ的冷却与润滑。
原发动机缸体部分Ⅲ内部安装有原发动机活塞Ⅰ15、原发动机活塞Ⅱ17、原发动机活塞Ⅲ18、加长活塞20，原发动机活塞Ⅰ15与配重块Ⅰ14固接，原发动机活塞Ⅱ17与配重块Ⅱ16固接，原发动机活塞Ⅲ18与配重块Ⅲ19固接，将第四缸的原发动机活塞改为加长活塞20；每个配重块的重量等于加长活塞20的重量减去原发动机活塞的重量，从而可以平衡发动机的往复惯性力，保证光学发动机稳定运行。
正时链条28由原发动机正时链条加长改装而成，进气凸轮轴21、排气凸轮轴30通过正时链条28与曲轴27连接，正时链条28跨度间侧面分别装有正时链条张紧装置23；曲轴27与机油泵25之间通过机油泵链条26连接，机油泵链条26跨度间两侧装有机油泵链条张紧装置24；水温控制系统F经两根水管分别与原发动机缸体Ⅲ的冷却水入口和冷却水出口连接。
所述的加长可视化部分Ⅱ由视窗孔Ⅰ31、视窗孔Ⅱ32、视窗孔Ⅲ33、压块Ⅰ1、环垫Ⅰ2、支撑板3、环垫Ⅱ4、压块Ⅱ5、石英玻璃Ⅰ6、环垫Ⅲ7、环垫Ⅳ8、光纤支座9、环垫Ⅴ10、压块Ⅲ11、环垫Ⅵ12、石英玻璃Ⅱ13组成，其中视窗孔Ⅲ33设于加长可视化部分Ⅱ的后面，视窗孔Ⅰ31设于加长可视化部分Ⅱ的前面，视窗孔Ⅱ32设于加长可视化部分Ⅱ的右面。
环垫Ⅵ12、石英玻璃Ⅱ13和环垫Ⅰ2自内向外置于视窗孔Ⅲ33中，并由压块Ⅰ1固定。
环垫Ⅲ7、石英玻璃Ⅰ6和环垫Ⅱ4自内向外置于视窗孔Ⅰ31中，并由压块Ⅱ5固定。
环垫Ⅳ8、光纤支座9和环垫Ⅴ10自内向外置于视窗孔Ⅱ32中，并由压块Ⅲ11固定。
光纤支座9上设有3行9列光纤孔34，用于引出光纤与光谱仪和ICCDF连接，以及用于散射光线采集。
所述视窗孔Ⅰ31中的石英玻璃Ⅰ6和视窗孔Ⅲ33中的石英玻璃Ⅱ13均可换成光纤支座9，实现不同角度对缸内亮度的采集，从而可以实现对缸内爆震的研究。
本发明结构更简单，并且不用拆卸原发动机缸盖就能擦拭石英玻璃，实现方便，可靠性强，比拟性好，不会扰乱光线传播，通过更换光纤支座可实现不同角度亮度测量，有助于缸内爆震问题的研究，从而成为既能测量缸内的温度场、浓度场，又能测量缸内亮度的多功能光学发动机。
附图说明
图1是光学发动机整体结构以及附加装置示意图
图2是加长可视化部分的剖面图
图3是原发动机缸体部分及加长可视化部分示意图
图4是光学发动机侧面示意图
图5是支撑板剖面图
图6是压块俯视图
图7是压块主视示意图
图8是光纤支座示意图
其中：Ⅰ.原发动机缸盖 Ⅱ.加长可视化部分 Ⅲ.原发动机缸体 A.光学发动机 B.激光器 C.机油温度控制系统 D.起动电机 E.发动机水温控制系统 F.光谱仪和ICCD G.发动机控制系统 H.燃料供给系统 1.压块Ⅰ 2.环垫Ⅰ 3.支撑板 4.环垫Ⅱ 5.压块Ⅱ 6.石英玻璃Ⅰ 7.环垫Ⅲ 8.环垫Ⅳ 9.光纤支座 10.环垫Ⅴ 11.压块Ⅲ 12.环垫Ⅵ 13.石英玻璃Ⅱ 14.配重块Ⅰ 15.原发动机活塞Ⅰ 16.配重块Ⅱ 17.原发动机活塞Ⅱ 18.原发动机活塞Ⅲ 19.配重块Ⅲ 20.加长活塞 21.进气凸轮轴 22.进气管 23.正时链条张紧装置 24.机油泵链条张紧装置 25.机油泵 26.机油泵链条 27.曲轴 28.正时链条 29.排气管 30.排气凸轮轴 31.视窗孔Ⅰ 32.视窗孔Ⅱ 33.视窗孔Ⅲ 34.光纤孔
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述：
如图1和图4所示，本发明由原发动机缸盖Ⅰ、加长可视化部分Ⅱ、原发动机缸体Ⅲ、机油温度控制系统C、起动电机D、发动机水温控制系统E、发动机控制系统G和燃料供给系统H组成。其中原发动机缸盖Ⅰ、加长可视化部分Ⅱ和原发动机缸体Ⅲ自上而下顺序固接，燃油供给系统H经高压油管与原发动机缸盖Ⅰ的高压共轨连接，机油温度控制系统C经油管与原发动机缸体Ⅲ的油底壳连接，起动电机D的输出端与原发动机缸体Ⅲ的曲轴27通过联轴器连接，发动机控制系统G通过导线分别与原发动机缸盖Ⅰ的喷油器、燃油压力调节阀、节气门、火花塞、凸轮轴相位传感器、轨压传感器、发动机缸体Ⅲ的曲轴位置传感器连接，从光纤支座引出的光纤与光谱仪和ICCDF连接。
原发动机缸盖Ⅰ中只保留第一缸的进排气门，同时将原发动机缸盖Ⅰ中第二、三、四缸的所有进排气门拆掉，从而减少第二缸、第三缸、第四缸的泵气损失与压缩负功，同时将气门导管的上端口密封，防止润滑油通过气门导管大量进入第二、三、四缸。
加长可视化部分Ⅱ的上表面与原发动机缸盖部分Ⅰ的下表面固接，且加长可视化部分Ⅱ上表面的油道孔和水道孔与原发动机缸盖Ⅰ下表面的油道孔和水道孔一一对应；加长可视化部分Ⅱ的下表面与原发动机缸体Ⅲ的上表面固接，且加长可视化部分Ⅱ下表面的油道孔和水道孔与原发动机缸体Ⅲ的油道孔和水道孔一一对应，用于加长可视化部分Ⅱ的冷却以及原发动机缸盖部分Ⅲ的冷却与润滑。
原发动机缸体部分Ⅲ内部安装有原发动机活塞Ⅰ15、原发动机活塞Ⅱ17、原发动机活塞Ⅲ18、加长活塞20，原发动机活塞Ⅰ15与配重块Ⅰ14固接，原发动机活塞Ⅱ17与配重块Ⅱ16固接，原发动机活塞Ⅲ18与配重块Ⅲ19固接，将第四缸的原发动机活塞改为加长活塞20。每个配重块的重量等于加长活塞20的重量减去原发动机活塞的重量，从而可以平衡发动机的往复惯性力，保证光学发动机稳定运行。
正时链条28是由原发动机正时链条加长改装而成，进气凸轮轴21、排气凸轮轴30通过正时链条28与曲轴27链接，正时链条28跨度间侧面分别装有正时链条张紧装置23；曲轴27与机油泵25之间通过机油泵链条26链接，机油泵链条26跨度间两侧装有机油泵链条张紧装置24；水温控制系统F经两根水管分别与原发动机缸体Ⅲ的冷却水入口和冷却水出口连接。
如图2所示，加长可视化部分Ⅱ由压块Ⅰ1、环垫Ⅰ2、支撑板3、环垫Ⅱ4、压块Ⅱ5、石英玻璃Ⅰ6、环垫Ⅲ7、环垫Ⅳ8、光纤支座9、环垫Ⅴ10、压块Ⅲ11、环垫Ⅵ12、石英玻璃Ⅱ13组成。其中视窗孔Ⅲ33设于加长可视化部分Ⅱ的后面，视窗孔Ⅰ31设于加长可视化部分Ⅱ的前面，视窗孔Ⅱ32设于加长可视化部分Ⅱ的右面；环垫Ⅵ12、石英玻璃Ⅱ13和环垫Ⅰ2自内向外置于视窗孔Ⅲ33中，并由压块Ⅰ1固定；环垫Ⅲ7、石英玻璃Ⅰ6和环垫Ⅱ4自内向外置于视窗孔Ⅰ31中，并由压块Ⅱ5固定。
环垫Ⅳ8、光纤支座9和环垫Ⅴ10自内向外置于视窗孔Ⅱ32中，并由压块Ⅲ11固定；光纤支座9上设有3行9列光纤孔34，用于引出光纤与光谱仪和ICCDF连接，以及用于散射光线采集。
所述加长可视化部分Ⅱ中的石英玻璃Ⅰ6和石英玻璃Ⅱ13可以换成光纤支座9，实现从不同角度对缸内亮度的采集，从而可以实现对缸内爆震的研究。
本发明的工作过程如下：
首先通过发动机水温控制系统E和机油温度控制系统C将光学发动机的冷却水和润滑油都加热到80℃左右。之后，通过起动电机D光拖动学发动机转动，由燃料供给系统H给光学发动机供给燃油，以及喷油器喷油和火花塞点火。这个复杂的过程，由发动机控制系统G进行协调控制。当光学发动机调整到需要研究的工况如CAI燃烧模式下时，由发动机控制系统G触发激光器B发射激光，激光穿过石英玻璃Ⅰ6直接进入缸内，激发缸内混合气，产生散射光线，再通过连接在光纤支座9上的光纤稳定的传入光谱仪和ICCDF。做几次试验后，直接卸下压块Ⅰ1和压块Ⅱ5，取出石英玻璃，进行擦拭。从而起到不用拆卸原发动机缸盖Ⅰ就能擦拭石英视窗的目的。如果想测缸内的亮度，研究爆震问题，直接将石英视窗Ⅰ6和石英视窗Ⅱ13换成光纤支座9，引出三路光纤，用3个光谱仪和ICCD进行拍摄。
Claims (3)
1.一种光学发动机，由原发动机缸盖(Ⅰ)、加长可视化部分(Ⅱ)、原发动机缸体(Ⅲ)、机油温度控制系统(C)、起动电机(D)、发动机水温控制系统(E)、发动机控制系统(G)和燃料供给系统(H)组成，其中原发动机缸盖(Ⅰ)、加长可视化部分(Ⅱ)和原发动机缸体(Ⅲ)自上而下顺序固接，燃油供给系统(H)经高压油管与原发动机缸盖(Ⅰ)的高压共轨连接，机油温度控制系统(C)经油管与原发动机缸体(Ⅲ)的油底壳连接，起动电机(D)的输出端与原发动机缸体(Ⅲ)的曲轴(27)通过联轴器连接，发动机控制系统(G)通过导线分别与原发动机缸盖(Ⅰ)的喷油器、燃油压力调节阀、节气门、火花塞、凸轮轴相位传感器、轨压传感器、发动机缸体(Ⅲ)的曲轴位置传感器连接，从光纤支座引出的光纤与光谱仪和ICCD(F)连接；其特征在于：原发动机缸盖(Ⅰ)中只保留第一缸的进排气门，将原发动机缸盖(Ⅰ)中第二、三、四缸的所有进排气门拆除，同时将气门导管的上端口密封；加长可视化部分(Ⅱ)的上表面与原发动机缸盖部分(Ⅰ)的下表面固接，且加长可视化部分(Ⅱ)上表面的油道孔和水道孔与原发动机缸盖(Ⅰ)下表面的油道孔和水道孔一一对应；加长可视化部分(Ⅱ)的下表面与原发动机缸体(Ⅲ)的上表面固接，且加长可视化部分(Ⅱ)下表面的油道孔和水道孔与原发动机缸体(Ⅲ)的油道孔和水道孔一一对应；原发动机缸体部分(Ⅲ)内部安装有原发动机活塞Ⅰ(15)、原发动机活塞Ⅱ(17)、原发动机活塞Ⅲ(18)、加长活塞(20)，原发动机活塞Ⅰ(15)与配重块Ⅰ(14)固接，原发动机活塞Ⅱ(17)与配重块Ⅱ(16)固接，原发动机活塞Ⅲ(18)与配重块Ⅲ(19)固接，将第四缸的原发动机活塞改为加长活塞(20)；每个配重块的重量等于加长活塞(20)的重量减去原发动机活塞的重量；正时链条(28)由原发动机正时链条加长改装而成，进气凸轮轴(21)、排气凸轮轴(30)通过正时链条(28)与曲轴(27)连接，正时链条(28)跨度间侧面分别装有正时链条张紧装置(23)；曲轴(27)与机油泵(25)之间通过机油泵链条(26)连接，机油泵链条(26)跨度间两侧装有机油泵链条张紧装置(24)；水温控制系统(F)经两根水管分别与原发动机缸体(Ⅲ)的冷却水入口和冷却水出口连接。
2.按权利要求1所述的光学发动机，其特征在于：所述的加长可视化部分(Ⅱ)由视窗孔Ⅰ(31)、视窗孔Ⅱ(32)、视窗孔Ⅲ(33)、压块Ⅰ(1)、环垫Ⅰ(2)、支撑板(3)、环垫Ⅱ(4)、压块Ⅱ(5)、石英玻璃Ⅰ(6)、环垫Ⅲ(7)、环垫Ⅳ(8)、光纤支座(9)、环垫Ⅴ(10)、压块Ⅲ(11)、环垫Ⅵ(12)、石英玻璃Ⅱ(13)组成，其中视窗孔Ⅲ(33)设于加长可视化部分(Ⅱ)的后面，视窗孔Ⅰ(31)设于加长可视化部分(Ⅱ)的前面，视窗孔Ⅱ(32)设于加长可视化部分(Ⅱ)的右面；环垫Ⅵ(12)、石英玻璃Ⅱ(13)和环垫Ⅰ(2)自内向外置于视窗孔Ⅲ(33)中，并由压块Ⅰ(1)固定；环垫Ⅲ(7)、石英玻璃Ⅰ(6)和环垫Ⅱ(4)自内向外置于视窗孔Ⅰ(31)中，并由压块Ⅱ(5)固定；环垫Ⅳ(8)、光纤支座(9)和环垫Ⅴ(10)自内向外置于视窗孔Ⅱ(32)中，并由压块Ⅲ(11)固定；所述的光纤支座(9)上设有3行9列光纤孔(34)。
3.按权利要求1所述的光学发动机，其特征在于：所述视窗孔Ⅰ(31)中的石英玻璃Ⅰ(6)和视窗孔Ⅲ(33)中的石英玻璃Ⅱ(13)均可换成光纤支座(9)。
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| CN201710711635.6A Active CN107355310B (zh) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | 一种光学发动机 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111075588A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-28 | 江苏大学 | 一种可扩大视场和削弱光反射的光学发动机 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3039879A1 (de) * | 1980-10-22 | 1982-06-03 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Optische brennraumsonde fuer brennkraftmaschinen |
| US4422323A (en) * | 1981-02-20 | 1983-12-27 | Robert Bosch Gmbh | Combustion process observation element construction |
| DE10261823A1 (de) * | 2002-12-20 | 2004-07-15 | Volkswagen Ag | Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen |
| CN103541813A (zh) * | 2013-11-15 | 2014-01-29 | 吉林大学 | 一种可视化直喷汽油机 |
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-
2017
- 2017-08-18 CN CN201710711635.6A patent/CN107355310B/zh active Active
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| CN111075588A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-28 | 江苏大学 | 一种可扩大视场和削弱光反射的光学发动机 |
| WO2021109613A1 (zh) * | 2019-12-06 | 2021-06-10 | 江苏大学 | 一种可扩大视场和削弱光反射的光学发动机 |
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