CN209326987U - 内燃机高速摄像与照明同步系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种内燃机高速摄像与照明同步系统，包括：角标仪、燃烧分析仪、燃油喷射系统、光学测试系统、照明灯控制单元、照明灯、相机；所述角标仪的输出端连接燃烧分析仪的输入端，燃烧分析仪的曲轴转角信号输出端和内燃机压缩上止点信号输出端分别连接燃油喷射系统和光学测试系统；燃油喷射系统的燃油喷射正时信号输出端分别连接照明灯控制单元的输入端和光学测试系统的一个控制端；照明灯控制单元的输出端连接照明灯；光学测试系统的相机拍摄时序输出端连接相机的输入端；相机的图像输出端连接光学测试系统的一个输入端。本实用新型可以实现从燃油喷雾开始对气缸内燃油喷雾、混合气形成、着火燃烧全过程循环内进行拍摄。
Description
技术领域
本实用新型属于机械技术领域。本实用新型涉及用于在内燃机运行期间，拍摄气缸内燃油喷雾的内燃机高速摄像与照明同步系统。
背景技术
内燃机是交通运输和工农业生产的重要动力装置，不断提高内燃机有效热效率是内燃机领域节能减排的需要，也是内燃机科研人员及工程技术人员一直追求的目标。内燃机通过在气缸内燃烧化石燃料或者其它代用燃料并释放化学能，通过热功转化的方式转化为机械能。内燃机气缸内的燃烧过程是影响内燃机热效率的重要因素。为了了解气缸内燃烧过程，目前通常的做法是采用高速摄像机对光学单缸机缸内整个燃烧过程进行拍摄，通过后期图像处理软件得到气缸内喷雾特性、混合气形成、着火燃烧、污染物分布、温度分布等工作过程信息。
目前，采用高速摄像对气缸内燃烧过程进行拍摄存在这样的问题：柴油光学单缸机主要利用燃烧火焰自然发光对燃烧火焰进行拍摄，为了获得良好的缸内图像，拍摄过程中试验室要求处于暗室。但是这样就使得缸内燃料着火之前的喷雾过程完全拍摄不到，在对缸内过程进行分析时缺少重要的喷雾环节。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种内燃机高速摄像与照明同步系统，实现了内燃机缸内燃烧时序、相机拍摄时序与照明时序的同步控制；本实用新型采用的技术方案是：
一种内燃机高速摄像与照明同步系统，包括：角标仪、燃烧分析仪、燃油喷射系统、光学测试系统、照明灯控制单元、照明灯、相机；
所述角标仪的输出端连接燃烧分析仪的输入端，燃烧分析仪的曲轴转角信号输出端和内燃机压缩上止点信号输出端分别连接燃油喷射系统和光学测试系统；燃油喷射系统的燃油喷射正时信号输出端分别连接照明灯控制单元的输入端和光学测试系统的一个控制端；照明灯控制单元的输出端连接照明灯；光学测试系统的相机拍摄时序输出端连接相机的输入端；相机的图像输出端连接光学测试系统的一个输入端。
进一步地，角标仪测量得到内燃机曲轴转角传感信号并输出给燃烧分析仪；燃烧分析仪对内燃机曲轴转角传感信号处理后输出曲轴转角信号和内燃机压缩上止点信号，分别输出至燃油喷射系统和光学测试系统，经燃油喷射系统处理后输出燃油喷射正时信号，燃油喷射正时信号输出至照明灯控制单元和光学测试系统；光学测试系统根据曲轴转角信号和内燃机压缩上止点信号，结合燃油喷射正时信号，输出基于曲轴转角的相机拍摄时序，输出至相机；相机拍摄内燃机缸内图像返回给光学测试系统；
照明灯控制单元收到燃油喷射正时信号，输出照明时序控制照明灯，实现燃油喷射之后缸内燃烧之前相机拍摄的缸内照明。
进一步地，光学测试系统采用内窥镜系统。
进一步地，该同步系统的时序设定如下：
内燃机压缩上止点信号作为参考基准；
燃油喷射正时信号的脉冲开始时刻、脉冲结束时刻分别为喷油开始时刻、喷油结束时刻；燃油喷射正时信号的脉冲以内燃机压缩上止点信号作为参考，设定在内燃机压缩上止点信号之前；
相机拍摄时序包括多个连续的拍摄脉冲；相机拍摄时序的第一个拍摄脉冲开始时刻为相机拍摄开始时刻，最后一个拍摄脉冲的结束时刻为相机拍摄结束时刻；相机拍摄时序中每个拍摄脉冲的时长为相机拍摄脉冲时长；
照明时序包括照明灯时长控制照明时序或照明灯脉冲控制照明时序；
照明灯时长控制照明时序的脉冲开始时刻、脉冲结束时刻分别为照明开始时刻、照明结束时刻；照明开始时刻与照明结束时刻之间为照明时长；
照明灯脉冲控制照明时序包括多个连续的照明脉冲，照明灯脉冲控制照明时序中第一个照明脉冲的开始时刻为照明开始时刻，最后一个照明脉冲的结束时刻为照明结束时刻，照明灯脉冲控制照明时序中每个照明脉冲的时长为照明脉冲时长；
根据燃油喷射正时信号的脉冲开始时刻即喷油开始时刻，对相机拍摄时序的相机拍摄开始时刻进行设定，保证相机拍摄开始时刻在喷油开始时刻之前；
根据内燃机缸内燃烧时序的燃烧开始时刻、燃烧结束时刻对相机拍摄时序的相机拍摄结束时刻进行设定，保证相机拍摄结束时刻在燃烧结束时刻之后；
当采用照明灯时长控制照明时序时，根据相机拍摄时序中的相机拍摄开始时刻对照明开始时刻进行设定，保证照明开始时刻与相机拍摄开始时刻相同或接近相同；根据内燃机缸内燃烧时序的燃烧开始时刻对照明结束时刻进行设定，保证燃烧开始时刻与照明结束时刻相同或接近相同；
当采用照明灯脉冲控制照明时序时，根据相机拍摄时序中的相机拍摄开始时刻对照明开始时刻进行设定，保证照明开始时刻与相机拍摄开始时刻相同或接近相同；根据内燃机缸内燃烧时序的燃烧开始时刻对照明结束时刻进行设定，保证燃烧开始时刻与照明结束时刻相同或接近相同；并保证每一个相机拍摄时序中的拍摄脉冲均有一个照明灯脉冲控制照明时序中的照明脉冲与之对应。
更进一步地，当采用照明灯时长控制照明时序时，照明开始时刻与相机拍摄开始时刻偏差小于相机拍摄脉冲时长的1/3；燃烧开始时刻与照明结束时刻偏差小于相机拍摄脉冲时长的1/3。
当采用照明灯脉冲控制照明时序时，照明开始时刻与相机拍摄开始时刻偏差小于相机拍摄脉冲时长的1/3；燃烧开始时刻与照明结束时刻偏差小于相机拍摄脉冲时长的1/3或照明脉冲时长的1/3。
本实用新型的优点在于：本实用新型可以实现从燃油喷雾开始对气缸内燃油喷雾、混合气形成、着火燃烧全过程循环内进行拍摄。照明灯的照明时序与相机的拍摄时序保持同步，因此可以保证拍摄效果清晰，不出现过曝光和曝光不足现象，进而可以实现对整个内燃机燃烧过程细节更为清晰的掌握。
附图说明
图1为本实用新型的电气连接示意图。
图2为本实用新型的时序示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型提出一种内燃机高速摄像与照明同步系统，包括：角标仪1、燃烧分析仪2、燃油喷射系统3、光学测试系统4、照明灯控制单元5、照明灯6、相机10；
其中，光学测试系统4采用内窥镜系统；照明灯6采用LED灯，相应地，照明灯控制单元5采用LED灯控制单元；相机10为高速摄像机；
所述角标仪1的输出端连接燃烧分析仪2的输入端，燃烧分析仪2的曲轴转角信号输出端和内燃机压缩上止点信号输出端分别连接燃油喷射系统3和光学测试系统4；燃油喷射系统3的燃油喷射正时信号输出端分别连接照明灯控制单元5的输入端和光学测试系统4的一个控制端；照明灯控制单元5的输出端连接照明灯6；光学测试系统4的相机拍摄时序输出端连接相机10的输入端；相机10的图像输出端连接光学测试系统4的一个输入端。
角标仪1测量得到内燃机曲轴转角传感信号并输出给燃烧分析仪2；燃烧分析仪2对内燃机曲轴转角传感信号处理后输出曲轴转角信号7和内燃机压缩上止点信号8，分别输出至燃油喷射系统3和光学测试系统4，经燃油喷射系统3处理后输出燃油喷射正时信号9，该燃油喷射正时信号9作为测试触发信号，燃油喷射正时信号9输出至照明灯控制单元5和光学测试系统4；光学测试系统4根据曲轴转角信号7和内燃机压缩上止点信号8，结合燃油喷射正时信号9，输出基于曲轴转角的相机拍摄时序20，输出至相机10；相机10拍摄内燃机缸内图像11返回给光学测试系统4；
照明灯控制单元5收到燃油喷射正时信号9，输出照明灯时长控制照明时序24或照明灯脉冲控制照明时序28，控制LED灯开关，以保证燃油喷射之后缸内燃烧之前实现对柴油机缸内照明，以便相机拍摄到缸内燃料着火之前的喷雾过程；
本实用新型的时序设定参照图2。
内燃机压缩上止点信号8作为参考基准；
燃油喷射正时信号9的脉冲开始时刻、脉冲结束时刻分别为喷油开始时刻13、喷油结束时刻14；喷油开始时刻13与喷油结束时刻14之间为喷油持续时长15；燃油喷射正时信号9的脉冲以内燃机压缩上止点信号8作为参考，设定在内燃机压缩上止点信号8之前；
内燃机缸内燃烧时序16的燃烧开始时刻17、燃烧结束时刻18如图2所示；燃烧开始时刻17与燃烧结束时刻18之间为燃烧持续时长19；
相机拍摄时序20包括多个连续的拍摄脉冲，每个拍摄脉冲代表拍摄一副图像；相机拍摄时序20的第一个拍摄脉冲开始时刻为相机拍摄开始时刻21，最后一个拍摄脉冲的结束时刻为相机拍摄结束时刻22；相机拍摄时序20中每个拍摄脉冲的时长为相机拍摄脉冲时长23，在此时长内相机进行拍摄；
照明时序包括照明灯时长控制照明时序24或照明灯脉冲控制照明时序28；
照明灯时长控制照明时序24的脉冲开始时刻、脉冲结束时刻分别为照明开始时刻25、照明结束时刻26；照明开始时刻25与照明结束时刻26之间为照明时长27；
照明灯脉冲控制照明时序28包括多个连续的照明脉冲，照明灯脉冲控制照明时序28中第一个照明脉冲的开始时刻为照明开始时刻25，最后一个照明脉冲的结束时刻为照明结束时刻26，照明灯脉冲控制照明时序28中每个照明脉冲的时长为照明脉冲时长31；
根据燃油喷射正时信号9的脉冲开始时刻即喷油开始时刻13，对相机拍摄时序20的相机拍摄开始时刻21进行设定，保证相机拍摄开始时刻21在喷油开始时刻13之前；可以保证相机能够在燃油喷雾过程中拍摄；
根据内燃机缸内燃烧时序16的燃烧开始时刻17、燃烧结束时刻18对相机拍摄时序20的相机拍摄结束时刻22进行设定，保证相机拍摄结束时刻22在燃烧结束时刻18之后；
当采用照明灯时长控制照明时序24时，根据相机拍摄时序20中的相机拍摄开始时刻21对照明开始时刻25进行设定，保证照明开始时刻25与相机拍摄开始时刻21相同或接近相同（例如两者偏差小于相机拍摄脉冲时长23的1/3），能够保证燃油喷雾过程中的照明；根据内燃机缸内燃烧时序16的燃烧开始时刻17对照明结束时刻26进行设定，保证燃烧开始时刻17与照明结束时刻26相同或接近相同（例如两者偏差小于相机拍摄脉冲时长23的1/3）；
当采用照明灯脉冲控制照明时序28时，根据相机拍摄时序20中的相机拍摄开始时刻21对照明开始时刻25进行设定，保证照明开始时刻25与相机拍摄开始时刻21相同或接近相同（例如两者偏差小于相机拍摄脉冲时长23的1/3）；根据内燃机缸内燃烧时序16的燃烧开始时刻17对照明结束时刻26进行设定，保证燃烧开始时刻17与照明结束时刻26相同或接近相同（例如两者偏差小于相机拍摄脉冲时长23的1/3或照明脉冲时长31的1/3）；并保证每一个相机拍摄时序20中的拍摄脉冲均有一个照明灯脉冲控制照明时序28中的照明脉冲与之对应，使得每一幅燃油喷雾的照片在拍摄时均有良好的照明条件。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种内燃机高速摄像与照明同步系统，其特征在于，包括：角标仪(1)、燃烧分析仪(2)、燃油喷射系统(3)、光学测试系统(4)、照明灯控制单元(5)、照明灯(6)、相机(10)；
所述角标仪(1)的输出端连接燃烧分析仪(2)的输入端，燃烧分析仪(2)的曲轴转角信号输出端和内燃机压缩上止点信号输出端分别连接燃油喷射系统(3)和光学测试系统(4)；燃油喷射系统(3)的燃油喷射正时信号输出端分别连接照明灯控制单元(5)的输入端和光学测试系统(4)的一个控制端；照明灯控制单元(5)的输出端连接照明灯(6)；光学测试系统(4)的相机拍摄时序输出端连接相机(10)的输入端；相机(10)的图像输出端连接光学测试系统(4)的一个输入端。
2.如权利要求1所述的内燃机高速摄像与照明同步系统，其特征在于，
角标仪(1)测量得到内燃机曲轴转角传感信号并输出给燃烧分析仪(2)；燃烧分析仪(2)对内燃机曲轴转角传感信号处理后输出曲轴转角信号(7)和内燃机压缩上止点信号(8)，分别输出至燃油喷射系统(3)和光学测试系统(4)，经燃油喷射系统(3)处理后输出燃油喷射正时信号(9)，燃油喷射正时信号(9)输出至照明灯控制单元(5)和光学测试系统(4)；光学测试系统(4)根据曲轴转角信号(7)和内燃机压缩上止点信号(8)，结合燃油喷射正时信号(9)，输出基于曲轴转角的相机拍摄时序(20)，输出至相机(10)；相机(10)拍摄内燃机缸内图像(11)返回给光学测试系统(4)；
照明灯控制单元(5)收到燃油喷射正时信号(9)，输出照明时序控制照明灯，实现燃油喷射之后缸内燃烧之前相机拍摄的缸内照明。
3.如权利要求1所述的内燃机高速摄像与照明同步系统，其特征在于，
光学测试系统(4)采用内窥镜系统。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201920161607.6U CN209326987U (zh) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | 内燃机高速摄像与照明同步系统 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201920161607.6U Active CN209326987U (zh) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | 内燃机高速摄像与照明同步系统 |
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| CN (1) | CN209326987U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111855218A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-10-30 | 一汽解放汽车有限公司 | 内燃机缸内可视化测试系统 |
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2019
- 2019-01-30 CN CN201920161607.6U patent/CN209326987U/zh active Active
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