CN206071752U - 一种燃气直喷喷射系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃气直喷喷射系统，定容燃烧弹设置在纹影摄影单元的光路之间，点火电极固定在定容燃烧弹内且延伸至定容燃烧弹内部中心，燃烧室方块固定在定容燃烧弹内部中心，在定容燃烧弹上还设置有排气阀和真空泵；燃气瓶连接到喷射器的燃气入口，喷射器的液体出口连接到高速电磁阀，高速电磁阀连接到液体回收箱，喷射器的液体入口连接到蓄能器，蓄能器连接到三通连接头的一头，三通连接头另两头分别连接到空气瓶和定容燃烧弹。本实用新型将气体燃料通过喷射器直接喷射进入定容燃烧弹内，通过光学诊断技术得到缸内喷雾动态特性、混合特性和燃烧特性等参数数据，有助于未来设计、开发缸内直喷气体燃料发动机。

Description

一种燃气直喷喷射系统

技术领域

本实用新型属于定容燃烧弹应用领域，具体涉及一种适用于定容燃烧弹气体燃料直喷喷射系统。

背景技术

面对当前石油能源危机和环境污染日益突出的问题，寻找清洁、理想的发动机替代燃料俨然已成为内燃机研究者的重点课题研究方向。天然气、石油气、氢气等常被认为可靠、理想的发动机替代燃料，且气体燃料大多都是以小分子为主的烃类有机燃料，此类小分子有机燃料容易与空气形成均匀的混合气，混合气质量较高，有利于混合气的完全燃烧。因此，发动机使用此类燃料有助于满足日益严格的排放法规。同时，由于某些气体燃料的价格相对低于传统燃料，因此具有较好的经济效益，受到越来越广泛的关注。

为进一步发挥出气体燃料相应优点，提高发动机的动力性、经济性以及改善尾气排放，将燃气直喷于缸内有助于实现上述目标。国内外对于气体燃料直喷绝大多数处于试验研究阶段，有的基于数值模拟研究、有的基于发动机台架试验、有的基于定容燃烧弹可视化系统平台等手段。基于定容燃烧弹可视化系统平台研究气体燃料直喷有助于研究者进一步认识气体燃料的相应属性，是现今研究内燃机方面不可替代的必要平台。故为了研究气体燃料直喷式发动机，得到相应的气体燃料缸内喷雾动态特性、混合特性、燃烧特性和排放特性等基础数据，为未来设计、开发直喷式气体燃料发动机提供相应的理论依据。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种燃气直喷喷射系统，将气体燃料通过喷射器直接喷射进入定容燃烧弹内，通过光学诊断技术得到缸内喷雾动态特性、混合特性和燃烧特性等参数数据，有助于未来设计、开发缸内直喷气体燃料发动机。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种燃气直喷喷射系统，包括纹影摄影单元和定容燃烧弹；

所述定容燃烧弹设置在纹影摄影单元的光路之间，设置有点火电极和燃烧室方块，所述点火电极固定在定容燃烧弹内且延伸至定容燃烧弹内部中心，所述燃烧室方块固定在定容燃烧弹内部中心，在定容燃烧弹上还设置有排气阀和真空泵；

燃气瓶连接到喷射器的燃气入口，喷射器的液体出口连接到高速电磁阀，高速电磁阀连接到液体回收箱，喷射器的液体入口连接到蓄能器，蓄能器连接到三通连接头的一头，所述三通连接头的另外两头，一头连接到空气瓶，另一头连接到定容燃烧弹，还设置有用于控制高速电磁阀的喷射控制器。

进一步的，所述喷射器的结构为：

上部的液体腔体与下部的气体腔体通过螺栓相连，在液体腔体与气体腔体之间设置有膜片，所述膜片上方设置有位于液体腔体的导向杆，下方设置有位于气体腔体的阀芯，所述阀芯与导向杆相连；

气体腔体内部底面设有环槽，环槽内安装有O型密封圈，气体腔体底部中心设有喷管螺纹通孔，所述喷管螺纹通孔上固定燃气喷管，液体腔体上开有液体入口和液体出口，气体腔体上开有燃气入口。

进一步的，所述纹影摄影单元为Z字型布置，其包括光源、狭缝装置、反射镜、准直镜、刀口装置和高速照相机。

更进一步的，还设置有加热控制器、采集单元、控制单元；所述加热控制器用于为定容燃烧弹加热，所述采集单元包括依次连接的压力传感器、电荷放大器和NI采集卡，所述控制单元包括电脑和多功能控制仪。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、提供了一个研究气体燃料直喷喷射系统，有助于进一步研究燃气直喷发动机缸内喷雾动态特性、燃气混合特性、燃烧特性等基础特征数据。

2、提供了一种容易实现的气体燃料直喷喷射供给系统，其喷射器结构较为简单。

3、本实用新型中，气体燃料喷射器控制原理较简单，通过控制电磁阀开关使得液体腔体里的液压产生变化，由此改变喷射器内部受力平衡，使喷射器处于喷射工作状态。

4、本实用新型中，燃气喷管采用螺纹连接有助于后期试验研究时，更换不同内径尺寸大小的燃气喷管，提高研究工作效率。

附图说明

图1为本实用新型一种燃气直喷喷射系统示意图。

图2为本实用新型一种燃气直喷喷射系统的喷射器示意图(非工作时)。

图3为本实用新型一种燃气直喷喷射系统的喷射器示意图(工作时)。

图中：1-纹影摄影单元；2-点火电极；3-定容燃烧弹；4-燃烧室方块；5-排气阀；6-真空泵；7-采集单元；8-多功能控制仪；9-电脑；10-喷射控制器；11-加热控制器；12-燃气瓶；13-液体回收箱；14-空气瓶；15-三通连接头；16-高速电磁阀；17-蓄能器；18-喷射器；19-液体腔体；20-导向杆；21-螺栓；22-膜片；23-螺纹盲孔；24-气体腔体；25-阀芯；26-O型密封圈；27-喷管螺纹通孔；28-燃气喷管；a-液体入口；b-液体出口；c-燃气入口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供的一种适用于定容燃烧弹3气体燃料直喷喷射系统，主要由纹影摄影单元1、定容燃烧弹3、进排气单元、采集单元7、控制单元、燃气供给单元等构成。

纹影摄影单元1采用Z字型布置，包括光源、狭缝装置、反射镜、准直镜、刀口装置以及高速照相机。定容燃烧弹3外形结构类似于球体，设置于纹影摄影单元1光路之中，定容燃烧弹3上安装有电子压力表、热电偶等器件，光路从定容燃烧弹3视窗中心穿过；点火电极2布置于定容燃烧弹3内部且延伸至定容燃烧弹3内部中心；燃烧室方块4通过连接杆安装于定容燃烧弹3内部中心。

排气阀5和真空泵6分别安装于定容燃烧弹3两侧，且与压缩的空气瓶14、三通连接头15共同组成进排气系统。

压力传感器、电荷放大器、NI采集卡共同组成本实用新型的采集单元7。

电脑9、多功能控制仪8、喷射控制器10、加热控制器11等组成本实用新型的控制单元；多功能控制仪8用于同步控制喷射、采集、照相、点火功能，定容燃烧弹3的加热控制器11负责为定容燃烧弹3加热，其根据目标温度自行控制加热，待达到目标温度时，进入PID控制模式。

燃气瓶12、液体回收箱13、空气瓶14、三通连接头15、高速电磁阀16、蓄能器17、喷射器18共同组成燃气供给系统；燃气瓶12为喷射器18提供燃气，燃气输送管道连接在喷射器18的气体腔体24的燃气入口c上；液体回收箱13的输送管道与高速电磁阀16的出口端相连接，即高速电磁阀16喷出的液体进入到液体回收箱13里，液体腔体19之中液体出口b连接于高速电磁阀16的进口端孔；空气瓶14和三通连接头15一端为皮囊式蓄能器17提供高压空气，为蓄能器17里面的液体建立起目标压力；蓄能器17液体端与喷射器18的液体腔体19之中液体入口a连接，高压液体通过a入口进入液体腔体19内。

液体回收箱13为长方体结构，用于回收液体。所述蓄能器17为皮囊式蓄能器，其目的为蓄能、蓄压作用，一端连接空气瓶14管道，另一端连接喷射器18液体入口a，为喷射器18提供高压液体。

喷射器18主要由液体腔体19、气体腔体24、阀芯25、膜片22、燃气喷管27构成；液体腔体19其主要功用为储存高压液体，其与气体腔体24之间通过螺栓21连接，气体腔体24主要功能为储存高压燃气，以便于喷射进入定容燃烧弹3内；气体腔体24内部底面开设有一定尺寸的环槽，用于安装O型密封圈26，O型密封圈26与阀芯25受力配合便于密封气体；气体腔体24底部中心处开设有喷管螺纹通孔27，燃气喷管28与气体腔体24通过这个喷管螺纹通孔27连接一起。燃气喷管28连接在气体腔体24中喷管螺纹通孔27里，且其另一端伸入定容燃烧弹3中心。

导向杆20起着导向和连接膜片22、阀芯25的作用；导向杆20位于液体腔体19内，其下端加工有一定尺寸的外螺纹，上端距液体腔体19顶部具有一定大小的限位距离。膜片22为圆柱体结构，其中心处加工一定尺寸的通孔，膜片22放置在液体腔体19和气体腔体24槽里，并被两者压紧固定。阀芯25上端设计有一定尺寸的螺纹盲孔23，导向杆20穿过膜片22中心孔与螺纹盲孔23螺纹连接，并压紧膜片22。

喷射器18在非工作状态时，液体腔体19里面的液压大于气体腔体24里面的气压一定值，通过膜片22的微变形使得阀芯25压紧O型密封圈26，保证气腔里面的燃气不能进入燃气喷管28里。

喷射器18在工作状态时，通过控制高速电磁阀16开始喷射，这样液体腔体19里面的液压降低，从而使得气体腔体24的气压大于液压，压力差能够将膜片22产生形变，即可带动阀芯25脱离O型密封圈26，但阀芯25脱离O型密封圈26的距离已被导向杆20与液体腔体19内部顶面之间距离限定，这样实现燃气喷射功能。在燃气喷射的时候，燃气瓶12一直通过燃气入口c往气体腔体24里面充气，以保证气体腔体24里燃气压力恒定。

当高速电磁阀16完成液体喷射时，喷射器18上的液体出口b就没有液体流出，这时蓄能器17通过液体入口a往液体腔体19里面加注液体，将里面的液压迅速建立起来，使之大于气体腔体24里面的气压，使得阀芯25可以回到喷射器18非工作状态。这才是一个完整的喷射器18喷射工作周期。

本实用新型一种燃气直喷喷射系统是这样实现的：根据整个系统控制原则——同步性，即多功能控制仪8发出四个触发信号分别触发高速电磁阀16工作、纹影摄影单元1开始拍照、采集单元7以及点火电极2点火之间的控制关系。当高速电磁阀16开始工作后，喷射器18的液体腔体19里面的高压液体从液体出口b流向高速电磁阀16进油端口，高速电磁阀16喷出的液体流向液体回收箱13；这时液体腔体19里面的液压迅速降低从而使得气体腔体24的气压大于液压，使得膜片22产生变形，即带动阀芯25脱离O型密封圈26，喷射器18开始喷射燃气；在燃气喷射的时候，燃气瓶12一直通过燃气入口c往气体腔体24里面充气，以保证气体腔体24的燃气压力恒定。高速电磁阀16停止喷射时，喷射器18上的液体出口b就没有液体流出，这时蓄能器17通过液体入口a往液体腔体19里面加注液体，将里面的液压迅速的建立起来，使之大于气体腔体24里面的气压，使得阀芯25可以回到喷射器18非工作状态，即喷射器18停止喷射燃气。

Claims (4)

1.一种燃气直喷喷射系统，其特征在于，包括纹影摄影单元(1)和定容燃烧弹(3)；

所述定容燃烧弹(3)设置在纹影摄影单元(1)的光路之间，设置有点火电极(2)和燃烧室方块(4)，所述点火电极(2)固定在定容燃烧弹(3)内且延伸至定容燃烧弹(3)内部中心，所述燃烧室方块(4)固定在定容燃烧弹(3)内部中心，在定容燃烧弹(3)上还设置有排气阀(5)和真空泵(6)；

燃气瓶(12)连接到喷射器(18)的燃气入口，喷射器(18)的液体出口连接到高速电磁阀(16)，高速电磁阀(16)连接到液体回收箱(13)，喷射器(18)的液体入口连接到蓄能器(17)，蓄能器(17)连接到三通连接头(15)的一头，所述三通连接头(15)的另外两头，一头连接到空气瓶(14)，另一头连接到定容燃烧弹(3)，还设置有用于控制高速电磁阀(16)的喷射控制器(10)。

2.如权利要求1所述的一种燃气直喷喷射系统平台，其特征在于，所述喷射器(18)的结构为：

上部的液体腔体(19)与下部的气体腔体(24)通过螺栓(21)相连，在液体腔体(19)与气体腔体(24)之间设置有膜片(22)，所述膜片(22)上方设置有位于液体腔体(19)的导向杆(20)，下方设置有位于气体腔体(24)的阀芯(25)，所述阀芯(25)与导向杆(20)相连；

气体腔体(24)内部底面设有环槽，环槽内安装有O型密封圈(26)，气体腔体(24)底部中心设有喷管螺纹通孔(27)，所述喷管螺纹通孔(27)上固定燃气喷管(28)，液体腔体(19)上开有液体入口和液体出口，气体腔体(24)上开有燃气入口。

3.如权利要求1或2所述的一种燃气直喷喷射系统平台，其特征在于，所述纹影摄影单元(1)为Z字型布置，其包括光源、狭缝装置、反射镜、准直镜、刀口装置和高速照相机。

4.如权利要求3所述的一种燃气直喷喷射系统平台，其特征在于，还设置有加热控制器(11)、采集单元(7)、控制单元；所述加热控制器(11)用于为定容燃烧弹(3)加热，所述采集单元(7)包括依次连接的压力传感器、电荷放大器和NI采集卡，所述控制单元包括电脑(9)和多功能控制仪(8)。