CN1103166A - 确定燃烧室中空气流的涡旋速度的装置及为此装入的组件 - Google Patents

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Abstract

在燃烧室(4)中装有一个测量喷嘴(10)和两个光 学探测头(11，12)，其中测量喷嘴做成喷油嘴的结构， 并且喷嘴(10)喷入燃烧室中的燃油至少一部分的指 向垂直于空气涡流。两个光学探测头(11，12)沿空 气涡旋运动的方向设置在测量喷嘴(10)的下游。两 个探测头(11，12)相互相对地沿空气涡旋运动的方 向前后设置，由测量喷嘴喷射而产生的火焰依据时间 相继通过两个探测头。

Description

在往复式内燃机气缸的燃烧室中进行的燃烧过程中，燃烧室中的空气旋转或涡旋速度是一个主要参数，因此人们对该参数的大小很感兴趣。理论上来说，空气流的涡旋速度可以借助于数字模型计算得到，其计算结果可以例如通过激光测量技术（LDA激光多普勒测速仪）或者燃烧室中的摄影进行实验验证。但这些方法都很昂贵，不适合用于对涡旋速度进行日常常规测量。
本发明的目的在于提供一种操作简单，适用于常规测量的用于确定燃烧室中涡旋速度的装量。
按照本发明，上述目的是通过在燃烧室中装入一个测量喷嘴和两个光学探测头实现的。其中测量喷嘴做成燃油喷嘴的结构，使之至少由其射入燃烧室中的燃油量中的一部分是垂直指向空气涡流的。此外两个光学探测头沿空气涡旋运动的方向设置在测量喷嘴的下游并且它们相对地前后设置。这种技术方案是基于此种构思：利用两个相间隔设置的探测头来测量喷嘴产生的火焰传播，根据所确定的火焰从第一探测头移动到第二探测头所需要的时间差就可以推算出涡旋速度。此时涡旋速度等于测量距离（它等于沿涡旋方向两个探测头之间的间距）（单位为mm）除以两个探测头之光信号的时间差（单位为毫秒）的值。已经证明利用按照本发明的装置能够比以前更加精地确定涡旋速度。
根据本发明的一个改进方案，一种结构上极度其简单的装置在于将测量喷嘴装在通常装燃油喷嘴的位置上，而两个探测头组装在一个支持器中后一起装到通常是设置往复式内燃机启动阀的位置上。这样就能够利用气缸上现有的孔来装入测量喷嘴和探测头。
下面对照附图较详细地描述本发明的一个实施例，附图中，
图1是通过气缸上部的一个垂直的轴向截面示意图，
图2是从燃烧室方向看的气缸盖的示意图，
图3是沿图1中箭头A方向的测量喷嘴的视图，
图4是光信号的强度依时间的分布图。
在一个未详细示出的多缸低速二冲程往复式内燃机（按狄塞尔过程工作）中，一个气缸1的上部分示于图1中，一个工作活塞2可在该气缸中上下运动。活塞2和装在气缸1上的气缸盖3一起限定一个燃烧室4。参见图2，设置了三个均布的通入燃烧室4中的孔5，6，7，在柴油机正常工作下，这三个孔中各装有一个喷油嘴，用于向燃烧室4中喷射柴油。根据图2，只有孔5和6装了喷油嘴15及16。孔7中装了一个喷嘴10，它显然也能同燃烧室4中喷射柴油，但它用于测量目的，因此被称为“测量喷嘴”，其功能以下还要详细说明。
气缸盖3在孔7和5之间有一个孔8，此孔在柴油机正常工作时用于装入一个启动阀。参见图2，孔8装了一个探测头支持器9取代了启动阀，支持器中装有光学探测头11和12，其功能同样要在以下进行说明。
根据图2，在气缸盖3的中心设有一个排气阀13，将其打开，以排出燃烧室4中的废气。所述柴油机通常是以纵向扫气工作的。
燃烧室4中的空气以公知的方式经气缸1下端的未示出的扫气口进入气缸，这扫气口的设置能使进入的空气在气缸中作涡旋运动。围绕轴30的这种涡旋运动在排气阀13总闭后的活塞压缩行程期间仍然维持住，并在活塞处于上死点时具有近似于封闭涡旋流的形式。图2中用箭头B表示了空气的涡旋运动，在柴油机正常工作下，三个喷油嘴将燃油沿涡旋方向喷入以涡流运动着的压缩空气中，这象在图2中用箭头C表示出的喷油嘴15和16的情况那样。涡旋速度的大小影响燃烧室4中的燃烧过程。为了确定该涡旋速度，采取了按本发明测量喷嘴10和光学探测头11和12的装置。
测量喷嘴10具有喷孔20a-20e，这些喷孔都位于一个平面中，并从喷嘴10的纵轴10′（图3）从径向延伸出来。测量喷嘴10装在孔7中，并使得所述经向平面垂直了涡旋运动方向。喷孔20a与纵轴10′对齐，这样从图3中可见喷孔20b和20c就位于喷孔20a两侧并向下稍微张开，这三个喷孔20a-20c对于测量目的是很重要的，因为它们基本上产生向下指向的燃油射流，这些射流只有通过空气流的输送才能达到沿涡旋方向的探测头11和12的测量区域中。设置附加喷孔20d和20e，是为了能够经所有五个喷孔将等量的燃油喷射到燃烧室4中，即所喷射的燃油量要与正常情况下用孔7中的喷油嘴时的燃油量相等。在由测量喷嘴10喷射时形成的火焰对着探测头11和12传播，并在其下通过。火焰从探测头旁通过（每个探测头的测量范围约为3°）时使探测头中产生光信号，该光信号则被用来估算。光学探测头11和12本身的结构是公知的，例如它们都由一个石英玻璃片，一个光导体和一个光敏二极度管组成。在利用测量喷嘴10喷射期间，还可以经两个喷油嘴15和16喷入燃油，由此产生的火焰从测量喷嘴10喷射开始到由此产生的测量结束时一直保持在测量装置之外部。
在图4所示的图中再现了两个光信号的变化过程，其中横坐标为时间（毫秒），并且喷嘴10喷射开始的时到处于0毫秒处。由图可见，由喷嘴10产生的火焰5在喷射开始后5ms达到探测头11，探测头11就产生曲线E所示的光信号。曲线E有一段陡的上升，此后保持近似不变。火焰燃烧后该曲线就下降，这在图4中未示出。火焰在之后的传播过程中通过探测头12，在其中以产生一个光信号，见图4中曲线F。曲线F的分布基本上与曲线E相同。由两个曲线之间的时间差△t（由各光信号最大值的20%左右的阀值确定的）以及考虑测量距离G（等于两个探测头11和12之间的弧形间距）就能确定燃烧宝4中的空气流的涡旋速度，并且以下面的公式计算：
D＝ (G(mm))/(Delta t(ms)) （m/s）.
信号估算的另一种方法是计算下面的关系函数K（T）：
K（T）～∫E（t）·F（t-T）dt，
其中E（t）和F（t）表示探测头11和12的各自的光信号强度。
该函数有一个信号峰值，由该峰值可以确定信号E和F的时间延迟。
当燃烧室4中有紊流火焰传播时信号估算值就会产生大的波动。因此，为了达到约为3%的足够的精确度，要以统计方法对多于一百次发动机循环下的测量值进行测算才行。
测量结束后拆下测量喷嘴10和探测头支持器9，重新装入第三个喷油嘴和启动阀，这样恢复到气缸的正常工作状态。
测量喷嘴也可以与所述实施例具有不同的结构和安装情况，例如用于测量目的喷入的燃油的射流方向基本上平行于工作活塞2的底部。此外还可以只设置一个测量喷嘴，或者设置一个测量喷嘴和一个正常的喷油嘴。

Claims (5)

1、确定至少有一个气缸的往复式内燃机的燃烧室中的空气流涡旋速度的装置，其特征是，燃烧室中装入一个测量喷嘴和两个光学探测头，其中测量喷嘴作为喷油嘴构成，即至少由它喷射到燃烧室中的燃油的一部分是基本垂直指向空气涡流的，此外两个光学探测头沿空气涡流运动方向位于测量喷嘴下游，并且两个探测头相互相对地沿涡旋运动方向前后设置。
2、按权利要求1的装置，其特征是，测量喷嘴装在通常安装喷油嘴的那个位置上，两个探测头组装在一个支持器中，然后一起装入通常安装往复式内燃机的启动阀的那个位置上。
3、按权利要求1或2的装置，其特征是，测量喷嘴至少有一个与两个探测头指向测量区域的方向相同指向的喷孔。
4、按权利要求3的装置，其特征是，测量喷嘴具有三个以上的喷孔，这些喷孔都位于一个与空气涡流基本成直角延伸的公共平面上，其中三个喷孔的指向与两个探测头指向测量区域的方向相同。
5、一种组件，它由权利要求1中所述的测量喷嘴和两个光学探测头所组成。
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