CN117345497A - 一种用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构，包括气缸盖和安装于气缸盖的可更换点火装置，气缸盖内部设有中空的阶梯孔，阶梯孔由上到下分别为大直径通孔、小直径通孔、小直径螺纹孔和大直径螺纹孔，小直径螺纹孔的直径小于小直径通孔的直径；可更换点火装置包括预燃室点火装置，预燃室点火装置包括：按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第一火花塞、主动预燃室适配器、主动预燃室填充件和主动预燃室帽，其中，可更换点火装置设置有第一预燃室腔；或者，按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第二火花塞和被动预燃室帽，其中，可更换点火装置设置有第二预燃室腔。应用本发明提供的方案，能够提高试验效率且降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机燃烧技术领域，具体而言，涉及一种用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构。
背景技术
“双碳”目标为内燃机提供了新的活力，高效、智能、零碳排放是发动机开发的终极目标。对于火花点火发动机，采用超稀薄燃烧是当前实现50％热效率的主要方式。预燃室射流点火是一项改善稀燃条件下点火稳定性和循环变动的关键技术，其通过小体积预燃室形成分布式高能点火源，可靠引燃缸内稀混合气，并引入强湍流，加快火焰传播并抑制爆震，允许提高压缩比。同时，其应用于氨、氢、甲醇等碳中和燃料中的可行性也逐步得到验证。
目前，采用光学发动机平台开展缸内燃烧过程的光学诊断研究是认识机理、标定模型和辅助发动机研发的重要手段之一。对光学发动机的改造通常是将原型机的活塞或气缸套部分替换为透明玻璃，而气缸盖一般保持不变。由于喷油器、火花塞、缸压传感器等部件安装位置的限制，在同一台光学发动机中同时开展不同燃烧模式的研究时，一般需要更换气缸盖，相应地也需更改活塞和缸套设计，这就增加了制造成本和时间消耗。
对于预燃室点火系统，现有研究仍未提出理论性的设计原则，其几何参数的选择大多依赖经验，这就要求进行大量的发动机实验，以确定每一个预燃室几何参数的最佳值，这就导致实验效率较低且成本较高。
发明内容
本发明提供了一种用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构，能够提高实验效率且降低成本。具体的技术方案如下。
第一方面，本发明提供了一种用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构，包括：
气缸盖和安装于所述气缸盖的可更换点火装置，所述气缸盖内部设有中空的阶梯孔，所述阶梯孔由上到下分别为大直径通孔、小直径通孔、小直径螺纹孔和大直径螺纹孔，所述小直径螺纹孔的直径小于所述小直径通孔的直径；
所述可更换点火装置包括预燃室点火装置，所述预燃室点火装置包括：
按照从上到下的顺序安装于所述阶梯孔的第一火花塞、主动预燃室适配器、主动预燃室填充件和主动预燃室帽，其中，所述可更换点火装置设置有第一预燃室腔；
或者，
按照从上到下的顺序安装于所述阶梯孔的第二火花塞和被动预燃室帽，其中，所述可更换点火装置设置有第二预燃室腔。
可选的，所述可更换点火装置还包括非预燃室点火装置，所述非预燃室点火装置包括：
按照从上到下的顺序安装于所述阶梯孔的所述第二火花塞和火花塞填充件；
或者，
按照从上到下的顺序安装于所述阶梯孔的高压直喷喷油器和喷油器填充件。
可选的，所述第一火花塞为可进气火花塞，所述可进气火花塞包括普通火花塞和中空的钢管，所述钢管固定连接于所述普通火花塞的上端，且所述普通火花塞的内部开设有通孔，所述钢管内部的通孔与所述普通火花塞的通孔连通形成燃料/空气通道，所述普通火花塞的通孔与所述第一预燃室腔连通。
可选的，所述第一火花塞为普通火花塞或者缸压传感器火花塞。
可选的，所述第二火花塞为普通火花塞或者缸压传感器火花塞。
可选的，所述主动预燃室适配器为内部中空的阶梯形圆柱体，所述主动预燃室适配器的内部由上至下分别为火花塞螺纹孔、第一圆柱形孔、圆台形孔和第二圆柱形孔，其中，所述第一圆柱形孔的直径大于第二圆柱形孔的直径以及所述火花塞螺纹孔的直径，所述火花塞螺纹孔与所述第一火花塞螺纹配合，所述第一火花塞与所述主动预燃室适配器的上端面之间通过第一垫片进行密封；
所述主动预燃室适配器的外部由上至下分别为圆柱面和第一外螺纹，所述圆柱面的长度大于所述小直径通孔的长度，所述第一外螺纹的直径与所述火花塞螺纹孔的直径大小相同，所述圆柱面与所述小直径通孔间隙配合，所述第一外螺纹与所述小直径螺纹孔螺纹配合，所述小直径通孔以及所述小直径螺纹孔之间的台阶面与所述主动预燃室适配器之间通过第二垫片进行密封；
所述主动预燃室填充件为圆环形，所述主动预燃室填充件的外圈与所述大直径螺纹孔螺纹配合，所述小直径螺纹孔与所述大直径螺纹孔之间的台阶面与所述主动预燃室填充件的上端面接触，所述主动预燃室填充件的下端面与所述气缸盖的底面齐平；
所述主动预燃室帽为圆柱体，所述主动预燃室帽的内部设有第一腔体，所述第一腔体由上至下分别为第三圆柱形孔和球缺形孔，所述第三圆柱形孔的直径与所述第二圆柱形孔的直径大小相同，所述球缺形孔的曲面上设置有与外界连通的第一喷孔，每个第一喷孔的中心线与所述气缸盖的中轴线的夹角为预设角度，所述主动预燃室帽的外部设有第二外螺纹，所述第二外螺纹与所述主动预燃室填充件的内圈螺纹配合，所述主动预燃室帽的上端面与所述主动预燃室适配器的下端面接触，所述主动预燃室帽的下端面伸出所述气缸盖的底面漏出所述第一喷孔；
所述第一圆柱形孔、所述圆台形孔、所述第二圆柱形孔和所述第一腔体组成所述第一预燃室腔。
可选的，所述第二火花塞的外部设有第三外螺纹，所述第三外螺纹与所述小直径螺纹孔螺纹配合，所述小直径通孔与所述小直径螺纹孔之间的台阶面与所述第二火花塞之间通过第三垫片进行密封；
所述被动预燃室帽为圆柱体，所述被动预燃室帽的内部设有所述第二预燃室腔，所述第二预燃室腔由上至下分别为第四圆柱形孔和球缺形孔，所述第四圆柱形孔的直径大于所述第三外螺纹的直径，所述球缺形孔的曲面上设置有与外界连通的第二喷孔，每个第二喷孔的中心线与所述气缸盖的中轴线的夹角为预设角度，所述被动预燃室帽的外部设有第四外螺纹，所述第四外螺纹与所述大直径螺纹孔螺纹配合，所述小直径螺纹孔和所述大直径螺纹孔之间的台阶面与所述被动预燃室帽的上端面接触，所述被动预燃室帽的下端面伸出所述气缸盖的底面且漏出所述第二喷孔，所述第二火花塞的下端伸入所述第二预燃室腔内且不与所述被动预燃室帽接触。
可选的，所述第二火花塞的外部设有第三外螺纹，所述第三外螺纹与所述小直径螺纹孔螺纹配合，所述小直径通孔与所述小直径螺纹孔之间的台阶面与所述第二火花塞之间通过第三垫片进行密封；
所述火花塞填充件为圆环形，所述火花塞填充件的外圈与所述大直径螺纹孔配合，所述火花塞填充件的内圈与所述第三外螺纹螺纹配合，所述小直径螺纹孔和所述大直径螺纹孔之间的台阶面与所述火花塞填充件的上端面接触，所述火花塞填充件的下端面与所述气缸盖的底面齐平，所述第二火花塞的下端伸出所述气缸盖的底面。
可选的，所述高压直喷喷油器通过喷油器压台固定安装于所述气缸盖；
所述喷油器填充件为阶梯型圆柱体，所述喷油器填充件的外部由上至下分别为第四外螺纹和第五外螺纹，所述第四外螺纹与所述小直径螺纹孔螺纹配合，所述第五外螺纹与所述大直径螺纹孔螺纹配合，所述小直径螺纹孔和所述大直径螺纹孔之间的台阶面与所述第四外螺纹和所述第五外螺纹之间的台阶面接触，所述喷油器填充件的内部设有通孔，所述高压直喷喷油器的下端圆柱体与所述喷油器填充件的通孔间隙配合，所述喷油器填充件的上端面与所述高压直喷喷油器之间通过第四垫片密封，所述喷油器填充件的下端面以及所述高压直喷喷油器的下端圆柱体的下端面均与所述气缸盖的底面齐平。
可选的，所述预设角度的范围为45°-90°。
由上述内容可知，本发明实施例提供的一种用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构，包括气缸盖和安装于气缸盖的可更换点火装置，气缸盖内部设有中空的阶梯孔，阶梯孔由上到下分别为大直径通孔、小直径通孔、小直径螺纹孔和大直径螺纹孔，小直径螺纹孔的直径小于小直径通孔的直径；可更换点火装置包括预燃室点火装置，预燃室点火装置包括：按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第一火花塞、主动预燃室适配器、主动预燃室填充件和主动预燃室帽，其中，可更换点火装置设置有第一预燃室腔；或者，按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第二火花塞和被动预燃室帽，其中，可更换点火装置设置有第二预燃室腔。本发明中，设置有可更换点火装置，使得在同一台光学发动机中同时开展不同燃烧模式的研究时，无需更换气缸盖，相应地也无需更改活塞和缸套设计，只需要对可更换点火装置进行更换即可，减少了制造成本和时间消耗，并且本发明实施例中的可更换点火装置包括预燃室点火装置，在进行大量的发动机实验时，无需更换气缸盖，相应地也无需更改活塞和缸套设计，就可以确定每一个预燃室几何参数的最佳值，提高了试验效率且降低成本。
本发明实施例的创新点包括：
1、本发明中，设置有可更换点火装置，使得在同一台光学发动机中同时开展不同燃烧模式的研究时，无需更换气缸盖，相应地也无需更改活塞和缸套设计，只需要对可更换点火装置进行更换即可，减少了制造成本和时间消耗，并且本发明实施例中的可更换点火装置包括预燃室点火装置，在进行大量的发动机实验时，无需更换气缸盖，相应地也无需更改活塞和缸套设计，就可以确定每一个预燃室几何参数的最佳值，提高了试验效率且降低成本。
2、提供了一种主动预燃室点火装置和两种被动预燃室点火装置，在进行预燃室试验时，无需更换气缸盖，相应地也无需更改活塞和缸套设计，只需要对预燃室点火装置进行更换即可，拆装方便，减小加工成本。
3、由于可以对预燃室点火装置进行更换，因此可以对各预燃室腔以及各喷孔的几何结构进行改变，提高了设计自由度，有利于光学发动机的射流点火基础研究。
4、通过将钢管固定连接于普通火花塞从而形成燃料/空气通道的方式，使得燃料/空气通道集成于普通火花塞，无需再另外安装燃料通道以及空气通道，节省了安装空间且便于拆装。
5、在预燃室点火装置包括按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第一火花塞、主动预燃室适配器、主动预燃室填充件和主动预燃室帽，且第一火花塞为可进气火花塞时，可以在同一气缸盖上开展主动预燃室点火燃烧模式的光学发动机试验，提高试验效率。
6、在预燃室点火装置包括按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第一火花塞、主动预燃室适配器、主动预燃室填充件和主动预燃室帽，且第一火花塞为普通火花塞或者缸压传感器火花塞时，可以在同一气缸盖上开展被动预燃室点火燃烧模式的光学发动机试验，提高试验效率。
7、在预燃室点火装置包括按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第二火花塞和被动预燃室帽时，可以在同一气缸盖上开展被动预燃室点火燃烧模式的光学发动机试验，提高试验效率。
8、在非预燃室点火装置包括按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第二火花塞和火花塞填充件时，可以在同一气缸盖上开展火花点火燃烧模式的光学发动机试验，提高试验效率。
9、在非预燃室点火装置包括按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的高压直喷喷油器和喷油器填充件时，可以在同一气缸盖上开展压缩点火燃烧模式的光学发动机试验，提高试验效率。
10、可更换点火装置还包括非预燃室点火装置，在进行大量的发动机实验室，无需更换气缸盖，相应地也无需更改活塞和缸套设计，只需要更换非预燃室点火装置，就可以确定每一个非预燃室几何参数的最佳值，提高了试验效率且降低成本。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1(a)为本发明实施例提供的用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构的第一种结构示意图；
图1(b)为本发明实施例提供的用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构的第二种结构示意图；
图1(c)为本发明实施例提供的用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构的第三种结构示意图；
图2(a)为主动预燃室适配器的一个角度的结构示意图；
图2(b)为图2(a)中的剖面A-A的结构示意图；
图2(c)为主动预燃室适配器的另一个角度的结构示意图；
图3(a)为主动预燃室帽的一个角度的结构示意图；
图3(b)为主动预燃室帽的另一个角度的结构示意图；
图3(c)为图3(b)中的剖面B-B的结构示意图；
图4(a)为被动预燃室帽的一个角度的结构示意图；
图4(b)为被动预燃室帽的另一个角度的结构示意图；
图4(c)为图4(b)中的剖面C-C的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构的第四种结构示意图；
图6为本发明实施例提供的用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构的第五种结构示意图。
图1(a)-图6中，1气缸盖、2主动预燃室适配器、3主动预燃室填充件、4主动预燃室帽、5第一预燃室腔、6普通火花塞、7钢管、8燃料/空气通道、9第一垫片、10第二垫片、11第一喷孔、12第二火花塞、13被动预燃室帽、14第二预燃室腔、15第三垫片、16第二喷孔、17火花塞填充件、18高压直喷喷油器、19喷油器填充件、20第四垫片。
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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
本发明实施例公开了一种用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构，能够提高实验效率且降低成本。下面对本发明实施例进行详细说明。
图1(a)为本发明实施例提供的用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构的第一种结构示意图。参见图1(a)，本发明实施例提供的用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构包括：
气缸盖1和安装于气缸盖1的可更换点火装置，气缸盖1的底面为平面，气缸盖1内部设有中空的阶梯孔，用于安装可更换点火装置，其中，阶梯孔由上到下分别为大直径通孔、小直径通孔、小直径螺纹孔和大直径螺纹孔，大直径通孔的直径大于小直径通孔的直径，大直径螺纹孔的直径大于小直径螺纹孔的直径，小直径螺纹孔的直径小于小直径通孔的直径，其中，小直径螺纹孔的直径为M2，大直径螺纹孔的直径为M4。
在一种实现方式中，可更换点火装置包括预燃室点火装置。
其中，在本发明实施例中，预燃室点火装置的结构有多种，包括但不限于以下两种：
第一种预燃室点火装置：
继续参见图1(a)，第一种预燃室点火装置包括按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第一火花塞、主动预燃室适配器2、主动预燃室填充件3和主动预燃室帽4，其中，可更换点火装置设置有第一预燃室腔5。
在本发明实施例中，第一火花塞的形式有多种，包括但不限于以下两种：
第一种第一火花塞：
继续参见图1(a)，第一火花塞为可进气火花塞，可进气火花塞包括普通火花塞6和中空的钢管7，钢管7固定连接于普通火花塞6的上端，且普通火花塞6的内部开设有通孔，钢管7内部的通孔与普通火花塞6的通孔连通形成燃料/空气通道8，普通火花塞6的通孔与第一预燃室腔5连通。
也就是说，可进气火花塞是由普通火花塞6加工而成的，通过在普通火花塞6的上端螺纹处开槽然后焊接一段钢管7而成，同时在普通火花塞6的内部相应位置开设通孔，使得钢管7内部的通孔与普通火花塞6的通孔连通形成燃料/空气通道8，并且普通火花塞6的通孔与第一预燃室腔5连通，这样使得通过燃料/空气通道8可以向第一预燃室腔5中加浓或扫气，加浓就是供给燃料，扫气就是供给空气。
在第一火花塞为可进气火花塞时，第一种预燃室点火装置是主动预燃室点火装置，此时的第一预燃室腔5为主动预燃室腔。具体的各部件之间的连接方式在下文进行介绍。
由此，通过将钢管7固定连接于普通火花塞6从而形成燃料/空气通道8的方式，使得燃料/空气通道8集成于普通火花塞6，无需再另外安装燃料通道以及空气通道，节省了安装空间且便于拆装。
并且，在预燃室点火装置包括按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第一火花塞、主动预燃室适配器2、主动预燃室填充件3和主动预燃室帽4，且第一火花塞为可进气火花塞时，可以在同一气缸盖上开展主动预燃室点火燃烧模式的光学发动机试验，提高试验效率。
第二种第一火花塞：
图1(b)为本发明实施例提供的用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构的第二种结构示意图。参见图1(b)，第一火花塞为普通火花塞6或者缸压传感器火花塞(图中未示出)。
在第一火花塞为普通火花塞6或者缸压传感器火花塞时，第一种预燃室点火装置是被动预燃室点火装置，此时的第一预燃室腔5为被动预燃室腔。
由此，在预燃室点火装置包括按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第一火花塞、主动预燃室适配器2、主动预燃室填充件3和主动预燃室帽4，且第一火花塞为普通火花塞6或者缸压传感器火花塞时，可以在同一气缸盖上开展被动预燃室点火燃烧模式的光学发动机试验，提高试验效率。
也就是说基于第一火花塞的类型的不同，第一种预燃室点火装置的类型也有所不同。也就是说，在第一火花塞为可进气火花塞时，第一种预燃室点火装置是主动预燃室点火装置，当将可进气火花塞更换为普通火花塞6或者缸压传感器火花塞时，第一种预燃室点火装置就是被动预燃室点火装置。可见两者之间只是第一火花塞的类型不同，其他部件均相同，下面对具体的各部件之间的连接方式进行详细介绍。
图2(a)为主动预燃室适配器的一个角度的结构示意图，图2(b)为图2(a)中的剖面A-A的结构示意图，图2(c)为主动预燃室适配器的另一个角度的结构示意图。
参见图2(a)-图2(c)，在可更换点火装置包括的预燃室点火装置为第一种预燃室点火装置时，主动预燃室适配器2为内部中空的阶梯形圆柱体，从内部看共分为4个部分，即主动预燃室适配器2的内部由上至下分别为火花塞螺纹孔、第一圆柱形孔、圆台形孔和第二圆柱形孔，其中，第一圆柱形孔的直径D1大于第二圆柱形孔的直径D2以及火花塞螺纹孔的直径M1，第一圆柱形孔的长度L1和第二圆柱形孔的长度L2是根据实际装配来设计的，只要能完成本发明实施例提供的效果即可，具体的长度在此不做任何限定。
圆台形孔的作用是为了便于第一圆柱形孔向第二圆柱形孔进行过渡，减小压降和流动损失。
继续参见图1(a)和图1(b)，火花塞螺纹孔与第一火花塞螺纹配合，第一火花塞与主动预燃室适配器2的上端面之间通过第一垫片9进行密封，示例性的，第一垫片9可以为铜垫片或聚四氟乙烯垫片。其中，图1(a)就是第一火花塞为可进气火花塞的情况，图1(b)就是第一火花塞为普通火花塞6或者缸压传感器火花塞的情况。
继续参见图2(a)-图2(c)，主动预燃室适配器2从外部看共分为2个部分，即主动预燃室适配器2的外部由上至下分别为圆柱面和第一外螺纹，圆柱面的长度大于小直径通孔的长度，主动预燃室适配器2的上端设置有外六角用于安装。
继续参见图1(a)和图1(b)，第一外螺纹的直径与火花塞螺纹孔的直径大小相同，圆柱面与小直径通孔间隙配合，第一外螺纹与小直径螺纹孔螺纹配合，小直径通孔以及小直径螺纹孔之间的台阶面与主动预燃室适配器2之间通过第二垫片10进行密封，示例性的，第二垫片10可以为铜垫片或聚四氟乙烯垫片。
主动预燃室填充件3为圆环形，主动预燃室填充件3的外圈与大直径螺纹孔螺纹配合，小直径螺纹孔与大直径螺纹孔之间的台阶面与主动预燃室填充件3的上端面接触，主动预燃室填充件3的下端面与气缸盖1的底面齐平，为了方便安装，主动预燃室填充件3的下端面还设置有底孔或内六角孔。
图3(a)为主动预燃室帽的一个角度的结构示意图，图3(b)为主动预燃室帽的另一个角度的结构示意图，图3(c)为图3(b)中的剖面B-B的结构示意图。
参见图3(a)-图3(c)，主动预燃室帽4为圆柱体，主动预燃室帽4的内部设有第一腔体，第一腔体分为2部分，即第一腔体由上至下分别为第三圆柱形孔和球缺形孔，第一腔体的长度L3是根据实际装配来设计的，只要能完成本发明实施例提供的效果即可，具体的长度在此不做任何限定。
第三圆柱形孔的直径与第二圆柱形孔的直径大小相同，球缺形孔的曲面上设置有与外界连通的第一喷孔11，每个第一喷孔11的中心线与气缸盖1的中轴线的夹角为预设角度θ，第一喷孔11的数量根据实际需求来设定，示例性的，第一喷孔11为圆柱形孔，第一喷孔11的直径D3的范围为0.5mm-3mm，预设角度的范围为45°-90°。
继续参见图3(a)-图3(c)，主动预燃室帽4的外部设有第二外螺纹，第二外螺纹的直径为M3，第二外螺纹与主动预燃室填充件3的内圈螺纹配合，主动预燃室帽4的上端面与主动预燃室适配器2的下端面接触，主动预燃室帽4的下端面伸出气缸盖1的底面漏出第一喷孔11，为了方便安装，主动预燃室帽4的下端面还设置有底孔或内六角孔，主动预燃室帽4的下端还可以为弧面如图3(a)所示。
继续参见图1(a)和图1(b)，第一圆柱形孔、圆台形孔、第二圆柱形孔和第一腔体组成第一预燃室腔5。
第二种预燃室点火装置：
图1(c)为本发明实施例提供的用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构的第三种结构示意图。
参见图1(c)，第二种预燃室点火装置包括按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第二火花塞12和被动预燃室帽13，其中，可更换点火装置设置有第二预燃室腔14。
在本发明实施例中，第二火花塞的形式有多种，包括但不限于以下两种：普通火花塞或者缸压传感器火花塞。
第二种预燃室点火装置是被动预燃室点火装置，此时的第二预燃室腔14为被动预燃室腔。
继续参见图1(c)，在可更换点火装置包括的预燃室点火装置为第二种预燃室点火装置时，第二火花塞12的外部设有第三外螺纹，第三外螺纹与小直径螺纹孔螺纹配合，小直径通孔与小直径螺纹孔之间的台阶面与第二火花塞12之间通过第三垫片15进行密封，同时通过更换不同厚度的第三垫片15改变第二火花塞12伸入第二预燃室腔14中的长度，示例性的，第三垫片15可以为铜垫片或聚四氟乙烯垫片。
图4(a)为被动预燃室帽的一个角度的结构示意图，图4(b)为被动预燃室帽的另一个角度的结构示意图，图4(c)为图3(b)中的剖面C-C的结构示意图。
参见图4(a)-图4(c)，被动预燃室帽13为圆柱体，被动预燃室帽13的内部设有第二预燃室腔，第二预燃室腔由2部分组成，即第二预燃室腔由上至下分别为第四圆柱形孔和球缺形孔，第四圆柱形孔的直径D4大于第三外螺纹的直径，第二预燃室腔的长度L4是根据实际装配来设计的，只要能完成本发明实施例提供的效果即可，具体的长度在此不做任何限定。
继续参见图4(a)-图4(c)，球缺形孔的曲面上设置有与外界连通的第二喷孔16，每个第二喷孔16的中心线与气缸盖1的中轴线的夹角为预设角度θ，第二喷孔16的数量根据实际需求来设定，示例性的，第二喷孔16为圆柱形孔，第二喷孔16的直径D5的范围为0.5mm-3mm，预设角度的范围为45°-90°。
继续参见图1(c)和图4(a)-图4(c)，被动预燃室帽13的外部设有第四外螺纹，第四外螺纹的直径为M4，第四外螺纹与大直径螺纹孔螺纹配合，小直径螺纹孔和大直径螺纹孔之间的台阶面与被动预燃室帽13的上端面接触，被动预燃室帽13的下端面伸出气缸盖1的底面且漏出第二喷孔16，第二火花塞12的下端伸入第二预燃室腔14内且不与被动预燃室帽13接触。为了方便安装，被动预燃室帽13的下端面还设置有底孔或内六角孔，被动预燃室帽13的下端还可以为弧面如图4(a)所示。
由此，在预燃室点火装置包括按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第二火花塞12和被动预燃室帽13时，可以在同一气缸盖上开展被动预燃室点火燃烧模式的光学发动机试验，提高试验效率。
由上述内容可知，本发明实施例提供的一种用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构，包括气缸盖和安装于气缸盖的可更换点火装置，气缸盖内部设有中空的阶梯孔，阶梯孔由上到下分别为大直径通孔、小直径通孔、小直径螺纹孔和大直径螺纹孔，小直径螺纹孔的直径小于小直径通孔的直径；可更换点火装置包括预燃室点火装置，预燃室点火装置包括：按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第一火花塞、主动预燃室适配器、主动预燃室填充件和主动预燃室帽，其中，可更换点火装置设置有第一预燃室腔；或者，按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第二火花塞和被动预燃室帽，其中，可更换点火装置设置有第二预燃室腔。本发明中，设置有可更换点火装置，使得在同一台光学发动机中同时开展不同燃烧模式的研究时，无需更换气缸盖，相应地也无需更改活塞和缸套设计，只需要对可更换点火装置进行更换即可，减少了制造成本和时间消耗，并且本发明实施例中的可更换点火装置包括预燃室点火装置，在进行大量的发动机实验时，无需更换气缸盖，相应地也无需更改活塞和缸套设计，就可以确定每一个预燃室几何参数的最佳值，提高了试验效率且降低成本。
并且，本发明实施例中提供了一种主动预燃室点火装置和两种被动预燃室点火装置，在进行预燃室试验时，无需更换气缸盖，相应地也无需更改活塞和缸套设计，只需要对预燃室点火装置进行更换即可，拆装方便，减小加工成本。
以及，由于可以对预燃室点火装置进行更换，因此可以对各预燃室腔以及各喷孔的几何结构进行改变，提高了设计自由度，有利于光学发动机的射流点火基础研究。
在另一种实现方式中，可更换点火装置还包括非预燃室点火装置，非预燃室点火装置的结构有多种，包括但不限于以下两种：
第一种非预燃室点火装置：
图5为本发明实施例提供的用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构的第四种结构示意图。
参见图5，第一种非预燃室点火装置包括按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第二火花塞12和火花塞填充件17。此时，第一种非预燃室点火装置为火花点火装置。
此处的第二火花塞12与第二种预燃室点火装置中的第二火花塞12是同一个，第一种非预燃室点火装置与第二种预燃室点火装置的区别就是将被动预燃室帽13更换为火花塞填充件17。其中，第二火花塞12的形式有多种，包括但不限于普通火花塞或者缸压传感器火花塞。
第二火花塞13的外部设有第三外螺纹，第三外螺纹与小直径螺纹孔螺纹配合，小直径通孔与小直径螺纹孔之间的台阶面与第二火花塞12之间通过第三垫片15进行密封，同时通过更换不同厚度的第三垫片15改变第二火花塞12伸入气缸中的长度，示例性的，第三垫片15可以为铜垫片或聚四氟乙烯垫片。
继续参见图5，火花塞填充件17为圆环形，火花塞填充件17的外圈与大直径螺纹孔配合，火花塞填充件17的内圈与第三外螺纹螺纹配合，小直径螺纹孔和大直径螺纹孔之间的台阶面与火花塞填充件17的上端面接触，火花塞填充件17的下端面与气缸盖1的底面齐平，第二火花塞12的下端伸出气缸盖1的底面进入气缸。
由此，在非预燃室点火装置包括按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的第二火花塞12和火花塞填充件17时，可以在同一气缸盖上开展火花点火燃烧模式的光学发动机试验，提高试验效率。
第二种非预燃室点火装置：
图6为本发明实施例提供的用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构的第五种结构示意图。
参见图6，第二种非预燃室点火装置包括按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的高压直喷喷油器18和喷油器填充件19，此时，第二种非预燃室点火装置为压缩点火装置。示例性的，高压直喷喷油器18为柴油机喷油器。
高压直喷喷油器18通过喷油器压台固定安装于大直径通孔内，具体的，高压直喷喷油器18直接插入阶梯孔中，喷油器压台套在高压直喷喷油器18的外侧，喷油器压台和气缸盖1的上端面均设有螺纹孔，通过螺栓将喷油器压台和气缸盖1的上端面固定连接。
继续参见图6，喷油器填充件19为阶梯型圆柱体，从外部看，喷油器填充件19由2部分组成，即喷油器填充件19的外部由上至下分别为第四外螺纹和第五外螺纹，第四外螺纹与小直径螺纹孔螺纹配合，第五外螺纹与大直径螺纹孔螺纹配合，小直径螺纹孔和大直径螺纹孔之间的台阶面与第四外螺纹和第五外螺纹之间的台阶面接触。
喷油器填充件19的内部设有通孔，高压直喷喷油器18的下端圆柱体与喷油器填充件19的通孔间隙配合，喷油器填充件19的上端面与高压直喷喷油器18之间通过第四垫片20密封，喷油器填充件19的下端面以及高压直喷喷油器18的下端圆柱体的下端面均与气缸盖1的底面齐平。
由此，在非预燃室点火装置包括按照从上到下的顺序安装于阶梯孔的高压直喷喷油器18和喷油器填充件19时，可以在同一气缸盖上开展压缩点火燃烧模式的光学发动机试验，提高试验效率。
综上，可更换点火装置还包括非预燃室点火装置，在进行大量的发动机实验室，无需更换气缸盖，相应地也无需更改活塞和缸套设计，只需要更换非预燃室点火装置，就可以确定每一个非预燃室几何参数的最佳值，提高了试验效率且降低成本。
并且，在可更换点火装置既包括预燃室点火装置又包括非预燃室点火装置时，可以在同一气缸盖上更换多种预燃室点火装置和多种非预燃室点火装置，开展多种燃烧模式的光学发动机试验，提高试验效率。
也就是说，想要同时可以使用上述5种用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构，只需要以下部件：气缸盖1、第一火花塞、主动预燃室适配器2、主动预燃室填充件3、主动预燃室帽4、第一垫片9、第二垫片10、第二火花塞12、被动预燃室帽13、第三垫片15、火花塞填充件17、高压直喷喷油器18、喷油器填充件19和第四垫片20。
在使用时，将各个部件按照上述5种用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构进行装配即可，5种点火机构共用同一个气缸盖1，无需更换气缸盖，相应地也无需更改活塞和缸套设计，从而实现在同一气缸盖上开展多种燃烧模式的光学发动机试验的目的，提高试验效率。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于光学发动机多燃烧模式研究的点火机构，其特征在于，包括：
气缸盖和安装于所述气缸盖的可更换点火装置，所述气缸盖内部设有中空的阶梯孔，所述阶梯孔由上到下分别为大直径通孔、小直径通孔、小直径螺纹孔和大直径螺纹孔，所述小直径螺纹孔的直径小于所述小直径通孔的直径；
所述可更换点火装置包括预燃室点火装置，所述预燃室点火装置包括：
按照从上到下的顺序安装于所述阶梯孔的第一火花塞、主动预燃室适配器、主动预燃室填充件和主动预燃室帽，其中，所述可更换点火装置设置有第一预燃室腔；
或者，
按照从上到下的顺序安装于所述阶梯孔的第二火花塞和被动预燃室帽，其中，所述可更换点火装置设置有第二预燃室腔。
2.如权利要求1所述的点火机构，其特征在于，所述可更换点火装置还包括非预燃室点火装置，所述非预燃室点火装置包括：
按照从上到下的顺序安装于所述阶梯孔的所述第二火花塞和火花塞填充件；
或者，
按照从上到下的顺序安装于所述阶梯孔的高压直喷喷油器和喷油器填充件。
3.如权利要求1所述的点火机构，其特征在于，所述第一火花塞为可进气火花塞，所述可进气火花塞包括普通火花塞和中空的钢管，所述钢管固定连接于所述普通火花塞的上端，且所述普通火花塞的内部开设有通孔，所述钢管内部的通孔与所述普通火花塞的通孔连通形成燃料/空气通道，所述普通火花塞的通孔与所述第一预燃室腔连通。
4.如权利要求1所述的点火机构，其特征在于，所述第一火花塞为普通火花塞或者缸压传感器火花塞。
5.如权利要求1或2所述的点火机构，其特征在于，所述第二火花塞为普通火花塞或者缸压传感器火花塞。
6.如权利要求3或4所述的点火机构，其特征在于，所述主动预燃室适配器为内部中空的阶梯形圆柱体，所述主动预燃室适配器的内部由上至下分别为火花塞螺纹孔、第一圆柱形孔、圆台形孔和第二圆柱形孔，其中，所述第一圆柱形孔的直径大于第二圆柱形孔的直径以及所述火花塞螺纹孔的直径，所述火花塞螺纹孔与所述第一火花塞螺纹配合，所述第一火花塞与所述主动预燃室适配器的上端面之间通过第一垫片进行密封；
所述主动预燃室适配器的外部由上至下分别为圆柱面和第一外螺纹，所述圆柱面的长度大于所述小直径通孔的长度，所述第一外螺纹的直径与所述火花塞螺纹孔的直径大小相同，所述圆柱面与所述小直径通孔间隙配合，所述第一外螺纹与所述小直径螺纹孔螺纹配合，所述小直径通孔以及所述小直径螺纹孔之间的台阶面与所述主动预燃室适配器之间通过第二垫片进行密封；
所述主动预燃室填充件为圆环形，所述主动预燃室填充件的外圈与所述大直径螺纹孔螺纹配合，所述小直径螺纹孔与所述大直径螺纹孔之间的台阶面与所述主动预燃室填充件的上端面接触，所述主动预燃室填充件的下端面与所述气缸盖的底面齐平；
所述主动预燃室帽为圆柱体，所述主动预燃室帽的内部设有第一腔体，所述第一腔体由上至下分别为第三圆柱形孔和球缺形孔，所述第三圆柱形孔的直径与所述第二圆柱形孔的直径大小相同，所述球缺形孔的曲面上设置有与外界连通的第一喷孔，每个第一喷孔的中心线与所述气缸盖的中轴线的夹角为预设角度，所述主动预燃室帽的外部设有第二外螺纹，所述第二外螺纹与所述主动预燃室填充件的内圈螺纹配合，所述主动预燃室帽的上端面与所述主动预燃室适配器的下端面接触，所述主动预燃室帽的下端面伸出所述气缸盖的底面漏出所述第一喷孔；
所述第一圆柱形孔、所述圆台形孔、所述第二圆柱形孔和所述第一腔体组成所述第一预燃室腔。
7.如权利要求5所述的点火机构，其特征在于，所述第二火花塞的外部设有第三外螺纹，所述第三外螺纹与所述小直径螺纹孔螺纹配合，所述小直径通孔与所述小直径螺纹孔之间的台阶面与所述第二火花塞之间通过第三垫片进行密封；
所述被动预燃室帽为圆柱体，所述被动预燃室帽的内部设有所述第二预燃室腔，所述第二预燃室腔由上至下分别为第四圆柱形孔和球缺形孔，所述第四圆柱形孔的直径大于所述第三外螺纹的直径，所述球缺形孔的曲面上设置有与外界连通的第二喷孔，每个第二喷孔的中心线与所述气缸盖的中轴线的夹角为预设角度，所述被动预燃室帽的外部设有第四外螺纹，所述第四外螺纹与所述大直径螺纹孔螺纹配合，所述小直径螺纹孔和所述大直径螺纹孔之间的台阶面与所述被动预燃室帽的上端面接触，所述被动预燃室帽的下端面伸出所述气缸盖的底面且漏出所述第二喷孔，所述第二火花塞的下端伸入所述第二预燃室腔内且不与所述被动预燃室帽接触。
8.如权利要求5所述的点火机构，其特征在于，所述第二火花塞的外部设有第三外螺纹，所述第三外螺纹与所述小直径螺纹孔螺纹配合，所述小直径通孔与所述小直径螺纹孔之间的台阶面与所述第二火花塞之间通过第三垫片进行密封；
所述火花塞填充件为圆环形，所述火花塞填充件的外圈与所述大直径螺纹孔配合，所述火花塞填充件的内圈与所述第三外螺纹螺纹配合，所述小直径螺纹孔和所述大直径螺纹孔之间的台阶面与所述火花塞填充件的上端面接触，所述火花塞填充件的下端面与所述气缸盖的底面齐平，所述第二火花塞的下端伸出所述气缸盖的底面。
9.如权利要求2所述的点火机构，其特征在于，所述高压直喷喷油器通过喷油器压台固定安装于所述气缸盖；
所述喷油器填充件为阶梯型圆柱体，所述喷油器填充件的外部由上至下分别为第四外螺纹和第五外螺纹，所述第四外螺纹与所述小直径螺纹孔螺纹配合，所述第五外螺纹与所述大直径螺纹孔螺纹配合，所述小直径螺纹孔和所述大直径螺纹孔之间的台阶面与所述第四外螺纹和所述第五外螺纹之间的台阶面接触，所述喷油器填充件的内部设有通孔，所述高压直喷喷油器的下端圆柱体与所述喷油器填充件的通孔间隙配合，所述喷油器填充件的上端面与所述高压直喷喷油器之间通过第四垫片密封，所述喷油器填充件的下端面以及所述高压直喷喷油器的下端圆柱体的下端面均与所述气缸盖的底面齐平。
10.如权利要求6或7所述的点火机构，其特征在于，所述预设角度的范围为45°-90°。
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