CN113654807B - 一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置，属于柴油机高温高压系统领域。解决了现有发动机模拟试验无法实现超高压缩温度与压力，且温度和压力不可调的问题。它包括压缩空气进气机构、氮气进气机构、稳压机构、循环加热机构、空气进气机构和快速压缩机机构，所述压缩空气进气机构和氮气进气机构均与稳压机构内的稳压罐的进气端相连，所述压缩空气进气机构和氮气进气机构分别向稳压罐内通入空气和氮气，所述稳压罐与循环加热机构相连，所述循环加热机构对稳压罐内气体进行加热，所述稳压罐的出气端与快速压缩机机构相连，所述稳压罐与快速压缩机机构之间连接空气进气机构。它主要用于发动机模拟试验。

Description

一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置

技术领域

本发明属于柴油机高温高压系统领域，特别是涉及一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置。

背景技术

通常情况下，二冲程低速发动机压缩终点具有较高的温度和压力，压缩终点的温度可达893K、压力可达150bar。一般来说，定容弹试验系统很难实现这么高的温度和压力。为了模拟发动机压缩终点的试验条件，通常需要使用压缩类试验仪器才能满足试验要求。但二冲程低速发动机往往拥有较大的冲程，试验条件下真实模拟长冲程发动机需要的材料和设备较为巨大、冗杂，所以通常使用较短冲程的快速压缩机来替代长冲程的试验机，来达到相同的试验效果。而较短冲程的快速压缩机压缩终点温度和压力满足不了要求，这就需要在进气阶段提供高温高压的进气条件，再加上快速压缩机的压缩作用，来实现可以满足试验条件的压缩终点的温度和压力，从而使喷入的柴油着火。同时，不同发动机工况下需要的温度和压力条件不同，因此试验设备还需要能够灵活提供各种不同的终点温度和压力。有时还需要提供纯氮气环境或者不同浓度配比的氮气和氧气环境。

目前，常用的供气设备大多只提供一定的压力而不能同时满足较高的温度，或者只能同时提供较低的温度和压力，这样的初始进气经过快速压缩机的压缩作用后，温度和压力远远不能满足试验要求。并且所提供的温度、压力和气体成分不可灵活调节。因此，为了模拟实际发动机的工作过程，迫切需要一种可以实现超高温度和压力的试验设备，且温度和压力可调，还能同时提供不同浓度配比的气体环境。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置，它包括压缩空气进气机构、氮气进气机构、稳压机构、循环加热机构、空气进气机构和快速压缩机机构，所述压缩空气进气机构和氮气进气机构均与稳压机构内的稳压罐的进气端相连，所述压缩空气进气机构和氮气进气机构分别向稳压罐内通入空气和氮气，所述稳压罐与循环加热机构相连，所述循环加热机构对稳压罐内气体进行加热，所述稳压罐的出气端与快速压缩机机构相连，所述稳压罐与快速压缩机机构之间连接空气进气机构。

更进一步的，所述压缩空气进气机构包括空压机、第一空气过滤器、第一压力传感器、第一电动球阀、第二电动球阀、第一减压阀和第二压力传感器，所述空压机与第一空气过滤器相连，所述第一空气过滤器通过气路管道与稳压罐相连，所述气路管道上沿供气方向依次设置有第一压力传感器、第一电动球阀和第二压力传感器，所述第一电动球阀两侧并联第二电动球阀，所述第二电动球阀后端连接第一减压阀。

更进一步的，所述第二压力传感器与第一减压阀通讯连接。

更进一步的，所述氮气进气机构包括沿供气方向依次相连的氮气瓶、第二减压阀、第三压力传感器和第三电动球阀，所述第三压力传感器与第二减压阀通讯连接。

更进一步的，所述稳压机构包括稳压罐、第一温度传感器、第四压力传感器、压力控制电池阀、真空泵、安全阀、第三减压阀和第四电动球阀，所述第一温度传感器和第四压力传感器均连接到稳压罐内部，对稳压罐内部气体的温度和压力进行监测，所述压力控制电池阀、真空泵和安全阀均分别与稳压罐相连，所述稳压罐出气端沿出气方向依次连接第三减压阀和第四电动球阀。

更进一步的，所述第一温度传感器和第四压力传感器均分别与循环加热机构和压力控制电池阀通讯连接。

更进一步的，所述循环加热机构为乙二醇循环循环加热机构。

更进一步的，所述乙二醇循环循环加热机构包括温控循环泵、水过滤器、乙二醇箱、电加热器、第二温度传感器、第五压力传感器和管式换热器，所述管式换热器设置在稳压罐的内部，所述管式换热器的两端分别与乙二醇箱的出水端和回水端相连，所述与乙二醇箱内部设置电加热器，所述乙二醇箱的出水端与管式换热器之间设置有第二温度传感器和第五压力传感器，所述乙二醇箱的出水端回水端上设置温控循环泵和水过滤器。

更进一步的，所述第二温度传感器和第五压力传感器与电加热器通讯连接。

更进一步的，所述空气进气机构包括沿供气方向依次相连的第二空气过滤器和第五电动球阀，所述快速压缩机机构包括沿气流方向依次相连第三温度传感器、第六压力传感器和快速压缩机，所述第三温度传感器和第六压力传感器分别与稳压机构和循环加热机构通讯相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了现有发动机模拟试验无法实现超高压缩温度与压力，且温度和压力不可调的问题。本发明能够创造超高温度和压力的试验条件，来模拟真实二冲程发动机的工作过程。并且可以灵活改变气体的温度和压力，改变气体成分的配比，可实现同时提供较高压力和较高温度的进气，进气压力最高可达8.5bar，进气温度最高可达500K，配合压缩过程的加温加压，最终可实现温度达893K、压力达150bar的试验条件。最终气体的温度、压力可以灵活控制，并且可以实现不同氧气和氮气浓度的配比，利于配合多种燃烧策略的实施。

附图说明

图1为本发明所述的一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置结构示意图。

1-压缩空气进气机构，2-氮气进气机构，3-稳压机构，4-循环加热机构，5-空气进气机构，6-快速压缩机机构，11-空压机，12-第一空气过滤器，13-第一压力传感器，14-第一电动球阀，15-第二电动球阀，16-第一减压阀，17-第二压力传感器，21-氮气瓶，22-第二减压阀，23-第三压力传感器，24-第三电动球阀，31-稳压罐，32-第一温度传感器，33-第四压力传感器，34-压力控制电池阀，35-真空泵，36-安全阀，37-第三减压阀，38-第四电动球阀，41-温控循环泵，42-水过滤器，43-乙二醇箱，44-电加热器，45-第二温度传感器，46-第五压力传感器，47-管式换热器，51-第二空气过滤器，52-第五电动球阀，61-第三温度传感器，62-第六压力传感器，63-快速压缩机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。

参见图1说明本实施方式，一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置，它包括压缩空气进气机构1、氮气进气机构2、稳压机构3、循环加热机构4、空气进气机构5和快速压缩机机构6，所述压缩空气进气机构1和氮气进气机构2均与稳压机构3内的稳压罐31的进气端相连，所述压缩空气进气机构1和氮气进气机构2分别向稳压罐31内通入空气和氮气，所述稳压罐31与循环加热机构4相连，所述循环加热机构4对稳压罐31内气体进行加热，所述稳压罐31的出气端与快速压缩机机构6相连，所述稳压罐31与快速压缩机机构6之间连接空气进气机构5。

本实施例需要提供较高温度和压力的进气条件，从而经过快速压缩机的压缩作用使压缩终点实现超高的温度和压力。压缩空气进气机构1和氮气进气机构2选择提供较高压力的空气或者氮气，稳压机构3存储通入的气体，循环加热机构4对稳压罐31中气体进行加热，快速压缩机机构6进一步提高气体的温度和压力。从而得到超高温度和压力的气体状态。压缩空气进气机构1和氮气进气机构2可以控制通入稳压罐31中的气体压力大小，循环加热机构4可以调节稳压罐31的加热温度，同时稳压罐31上的压力控制排气阀可以在循环加热机构4加热后对稳压罐31内压力升高的气体的温度和压力进一步进行调节，从而灵活调整最终的进气温度和压力，得到不同的压缩终点温度和压力。通过稳压罐31上的真空泵35将稳压罐31抽真空，调整压缩空气进气机构1和氮气进气机构2的通入分压来调整通入氧气和氮气的浓度，从而灵活控制形成不同浓度配比的空气和氮气混合气。同时，本装置可选择只通入常温常压空气。

本实施例可选择使用压缩空气进气机构1、氮气进气机构2或者空气进气机构5为快速压缩机机构6提供多种供气方式，且进气的压力和温度可以灵活调节，包括1-10bar压力和273-500K温度的空气和氮气进气。并且通过调整压缩空气进气机构1和氮气进气机构2的进气流量可以提供不同比例混合的空气和氮气进气。稳压机构3和循环加热机构4为稳压罐31中气体进行加热，并对稳压机构3中气体的温度进行调节。气体经过快速压缩机机构6进一步压缩，可得到超高温度和压力的气体系统。

压缩空气进气机构1和氮气进气机构2可选择提供高压空气或高压氮气，稳压罐31用来存储高压空气或高压氮气并调节罐内气体的温度和压力。循环加热机构4对稳压罐31中的气体进行加热并调节稳压罐31内气体的温度，空气进气机构5提供另一种常温常压的进气方式，快速压缩机机构6用来进一步提高气体的温度和压力。

压缩空气进气机构1用来提供可调节压力的高压空气，压力范围为1-10bar，压缩空气进气机构1包括空压机11、第一空气过滤器12、第一压力传感器13、第一电动球阀14、第二电动球阀15、第一减压阀16和第二压力传感器17，空压机11与第一空气过滤器12相连，空压机11用来压缩新鲜空气得到高压空气，最大压缩压力10bar，空气过滤器12用来过滤空气中的杂质，第一空气过滤器12通过气路管道与稳压罐31相连，气路管道上沿供气方向依次设置有第一压力传感器13、第一电动球阀14和第二压力传感器17，第一压力传感器13用来测量压缩空气压力。第一电动球阀14两侧并联第二电动球阀15，第二电动球阀15后端连接第一减压阀16，第一减压阀16用来调节其所在支路气体的压力，第一电动球阀14和第二电动球阀15分别开关各自的气路，之后两个气路合并成一个气路，第二压力传感器17与第一减压阀16通讯连接，第二压力传感器17用来监测调节后的压力并反馈到第一减压阀16来调节输出气体的压力。

氮气进气机构2用来提供可调节的高压氮气，氮气进气机构2包括沿供气方向依次相连的氮气瓶21、第二减压阀22、第三压力传感器23和第三电动球阀24，第三压力传感器23与第二减压阀22通讯连接，氮气瓶21用来提供高压氮气，第二减压阀22用来调整输出氮气的压力，第三压力传感器23用来监测气路中气体压力大小并反馈给第二减压阀22调节气路压力，第三电动球阀24用来开关气路。

稳压机构3用来存储空气或者氮气，并且可以进一步调节稳压罐31内气体的压力和温度。稳压机构3包括稳压罐31、第一温度传感器32、第四压力传感器33、压力控制电池阀34、真空泵35、安全阀36、第三减压阀37和第四电动球阀38，第一温度传感器32和第四压力传感器33均连接到稳压罐31内部，对稳压罐31内部气体的温度和压力进行监测，压力控制电池阀34、真空泵35和安全阀36均分别与稳压罐31相连，稳压罐31出气端沿出气方向依次连接第三减压阀37和第四电动球阀38。稳压罐31用来存储高压气体，第一温度传感器32和第四压力传感器用来监测稳压罐31内的温度和压力，第一温度传感器32和第四压力传感器33均分别与循环加热机构4和压力控制电池阀34通讯连接，分别调整稳压罐31内气体的温度和压力。当稳压罐31内气体温度因为加热压力升高时，压力控制电池阀34根据第四压力传感器的反馈进行适当排气，进一步调节稳压罐31内气体的压力。真空泵35用来将稳压罐31内抽成真空，方便计算和调节空气和氨气的混合比例。安全阀36在罐内压力高于一定压力时起到泄压作用，保护稳压罐31。第三减压阀37用来进一步调整气路压力的大小，第四电动球阀38用来控制气路的开闭。

循环加热机构4用来为稳压罐31加热并调节稳压罐31内气体的温度。循环加热机构4为乙二醇循环循环加热机构，乙二醇循环循环加热机构包括温控循环泵41、水过滤器42、乙二醇箱43、电加热器44、第二温度传感器45、第五压力传感器46和管式换热器47，管式换热器47设置在稳压罐31的内部，管式换热器47的两端分别与乙二醇箱43的出水端和回水端相连，与乙二醇箱43内部设置电加热器44，乙二醇箱43的出水端与管式换热器47之间设置有第二温度传感器45和第五压力传感器46，乙二醇箱43的出水端回水端上设置温控循环泵41和水过滤器42

温控循环泵41为循环加热机构4提供动力并通过控制乙二醇的流速控制换热速度，水过滤器42过滤乙二醇循环中的杂质，电加热器44用来加热乙二醇箱43内的乙二醇，并通过第二温度传感器45和第五压力传感器46反馈调节电加热器的电流来控制乙二醇循环温度。所述温控循环泵41为乙二醇循环系统4提供动力并通过控制乙二醇的流速控制换热速度，所述水过滤器42过滤乙二醇循环中的杂质，所述电加热器44用来加热乙二醇箱43内的乙二醇，第二温度传感器45和第五压力传感器46与电加热器44通讯连接，通过温度传感器45和压力传感器46反馈调节电加热器44的电流来控制乙二醇循环温度。管式换热器47与稳压罐31交换热量，为稳压罐31加热。

空气进气机构5用来为快速压缩机机构6提供常温常压进气，提高进气的灵活性。空气进气机构5包括沿供气方向依次相连的第二空气过滤器51和第五电动球阀52，第二空气过滤器51用来过滤空气中的杂质，第五电动球阀52用来控制气路的关闭。

快速压缩机机构6为最终的试验装置，压缩进气并进一步提高气体的温度和压力。根据热力学定律，最终气体温度可达893K，压力可达150bar。快速压缩机机构6包括沿气流方向依次相连第三温度传感器61、第六压力传感器62和快速压缩机63，第三温度传感器61和第六压力传感器62分别与稳压机构3和循环加热机构4通讯相连，第三温度传感器61和第六压力传感器62用来监测最终气路中为快速压缩机63提供进气的温度和压力并为调整气路中气体的温度和压力进行反馈。快速压缩机63用来压缩气体并进行试验。

以上对本发明所提供的一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置，其特征在于：它包括压缩空气进气机构(1)、氮气进气机构(2)、稳压机构(3)、循环加热机构(4)、空气进气机构(5)和快速压缩机机构(6)，所述压缩空气进气机构(1)和氮气进气机构(2)均与稳压机构(3)内的稳压罐(31)的进气端相连，所述压缩空气进气机构(1)和氮气进气机构(2)分别向稳压罐(31)内通入空气和氮气，所述稳压罐(31)与循环加热机构(4)相连，所述循环加热机构(4)对稳压罐(31)内气体进行加热，所述稳压罐(31)的出气端与快速压缩机机构(6)相连，所述稳压罐(31)与快速压缩机机构(6)之间连接空气进气机构(5)，所述稳压机构(3)包括稳压罐(31)、第一温度传感器(32)、第四压力传感器(33)、压力控制电磁阀(34)、真空泵(35)、安全阀(36)、第三减压阀(37)和第四电动球阀(38)，所述第一温度传感器(32)和第四压力传感器(33)均连接到稳压罐(31)内部，对稳压罐(31)内部气体的温度和压力进行监测，所述压力控制电磁阀(34)、真空泵(35)和安全阀(36)均分别与稳压罐(31)相连，所述稳压罐(31)出气端沿出气方向依次连接第三减压阀(37)和第四电动球阀(38)。

2.根据权利要求1所述的一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置，其特征在于：所述压缩空气进气机构(1)包括空压机(11)、第一空气过滤器(12)、第一压力传感器(13)、第一电动球阀(14)、第二电动球阀(15)、第一减压阀(16)和第二压力传感器(17)，所述空压机(11)与第一空气过滤器(12)相连，所述第一空气过滤器(12)通过气路管道与稳压罐(31)相连，所述气路管道上沿供气方向依次设置有第一压力传感器(13)、第一电动球阀(14)和第二压力传感器(17)，所述第一电动球阀(14)两侧并联第二电动球阀(15)，所述第二电动球阀(15)后端连接第一减压阀(16)。

3.根据权利要求2所述的一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置，其特征在于：所述第二压力传感器(17)与第一减压阀(16)通讯连接。

4.根据权利要求1所述的一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置，其特征在于：所述氮气进气机构(2)包括沿供气方向依次相连的氮气瓶(21)、第二减压阀(22)、第三压力传感器(23)和第三电动球阀(24)，所述第三压力传感器(23)与第二减压阀(22)通讯连接。

5.根据权利要求1所述的一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置，其特征在于：所述第一温度传感器(32)和第四压力传感器(33)均分别与循环加热机构(4)和压力控制电磁阀(34)通讯连接。

6.根据权利要求1所述的一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置，其特征在于：所述循环加热机构(4)为乙二醇循环循环加热机构。

7.根据权利要求6所述的一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置，其特征在于：所述乙二醇循环循环加热机构包括温控循环泵(41)、水过滤器(42)、乙二醇箱(43)、电加热器(44)、第二温度传感器(45)、第五压力传感器(46)和管式换热器(47)，所述管式换热器(47)设置在稳压罐(31)的内部，所述管式换热器(47)的两端分别与乙二醇箱(43)的出水端和回水端相连，所述乙二醇箱(43)内部设置电加热器(44)，所述乙二醇箱(43)的出水端与管式换热器(47)之间设置有第二温度传感器(45)和第五压力传感器(46)，所述乙二醇箱(43)的出水端回水端上设置温控循环泵(41)和水过滤器(42)。

8.根据权利要求7所述的一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置，其特征在于：所述第二温度传感器(45)和第五压力传感器(46)与电加热器(44)通讯连接。

9.根据权利要求1所述的一种可实现超高压缩温度与压力的发动机模拟试验装置，其特征在于：所述空气进气机构(5)包括沿供气方向依次相连的第二空气过滤器(51)和第五电动球阀(52)，所述快速压缩机机构(6)包括沿气流方向依次相连第三温度传感器(61)、第六压力传感器(62)和快速压缩机(63)，所述第三温度传感器(61)和第六压力传感器(62)分别与稳压机构(3)和循环加热机构(4)通讯相连。

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