[發(fā)明專利]一種可變視場的光學(xué)發(fā)動機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110262476.9
• 申請日: 2011-09-06
• 公開（公告）號: CN102297036A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝輝;宋東先;鄒慶武
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: F02F3/00
• 分類號: F02F3/00;F02F1/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及汽車發(fā)動機燃燒診斷，具體涉及光學(xué)發(fā)動機。

背景技術(shù)

光學(xué)發(fā)動機可以利用光學(xué)可視化技術(shù)診斷分析缸內(nèi)狀態(tài)，對發(fā)動機的燃燒設(shè)計與燃燒優(yōu)化給予指導(dǎo)。目前，國內(nèi)外很多內(nèi)燃機研究機構(gòu)都建立相應(yīng)的光學(xué)發(fā)動機可視化測量平臺，在發(fā)動機燃燒理論和發(fā)動機設(shè)計上起到了重要作用。

光學(xué)發(fā)動機的主要目的是在盡可能接近實際發(fā)動機運行的條件下，在發(fā)動機上開啟可視化窗口，來獲得發(fā)動機運轉(zhuǎn)時-缸內(nèi)的信息，經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，加長活塞式發(fā)動機成為了典型的光學(xué)發(fā)動機模式。

瑞典隆德大學(xué)Anders?Hultqvist，Magnus?Christensen，“The?HCCI?Combustion?Process?in?a?Single?Cycle-High-Speed?Fuel?Tracer?LIF?and?Chemiluminescence?Imaging”SAE?Paper?No：2002-01-0424，2002.。H.Persson，A.Hultqvist，“Investigation?of?the?Early?Flame?Development?in?Spark?Assisted?HCCI?Combustion?Using?High?Speed?Chemiluminescence?Imaging，SAE?Paper?NO：2007-01-0212，2007。(在一臺單缸機上采用高速燃油示蹤粒子激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)和化學(xué)發(fā)光成像技術(shù)研究均質(zhì)壓燃的燃燒過程，SAE論文編號：2002-01-0424。利用高速化學(xué)發(fā)光成像技術(shù)研究火花輔助均質(zhì)壓燃早期火焰發(fā)展過程，SAE論文編號：2007-01-0212。)是目前將光學(xué)發(fā)動機與光學(xué)測量手段有效結(jié)合的大學(xué)之一，其設(shè)計制作的三套光學(xué)發(fā)動機系統(tǒng)都是采用加長活塞的模式，主要用于兩種測量需求：一種是環(huán)形玻璃式光學(xué)發(fā)動機，在加長活塞缸套與發(fā)動機缸蓋之間加入了一塊環(huán)形石英玻璃，為激光的入射提供光路，該類型發(fā)動機可以通過環(huán)形石英玻璃提供較大的缸內(nèi)視場，主要用于混合氣(燃油、空燃比等)分布的水平方向和垂直方向二維激光測量，但是由于環(huán)形玻璃的存在限制了發(fā)動機所能承受的機械強度，在發(fā)動機著火狀態(tài)下環(huán)形玻璃易產(chǎn)生破碎，故一般用于發(fā)動機倒拖非著火情況下缸內(nèi)狀態(tài)的測量。另一種為平面玻璃鑲嵌式光學(xué)發(fā)動機，在加長活塞缸套與缸蓋之間主要為金屬缸套，金屬缸套四周掏孔，嵌入平面石英玻璃，相對于直接使用環(huán)形玻璃，該光學(xué)發(fā)動機可以承受較高的爆發(fā)壓力，實現(xiàn)燃燒情況下的激光可視化測量，但是鑲嵌的平面玻璃在視場上要小于環(huán)形石英玻璃，所以在二維激光測量中，該發(fā)動機可以拍攝的有效區(qū)域較小。法國石油天然氣研究中心B.Thirouard，J.Cherel，“Investigation?of?Mixture?Quality?Effect?on?CAI?Combustion”SAE?Paper?NO：2005-01-0141，2005。(混合程度對可控壓燃燃燒的影響，SAE論文編號：2005-01-0141。)也利用光學(xué)發(fā)動機進(jìn)行發(fā)動機燃燒理論的研究，其結(jié)構(gòu)類似于平面玻璃鑲嵌式光學(xué)發(fā)動機，其主要特點平面玻璃不是鑲嵌在缸套上，而是鑲嵌在缸蓋側(cè)面，其視場可以直接觀測到燃燒室。密歇根大學(xué)David?L.Reuss“Inhomogeneities?in?HCCI?Combustion：An?Imaging?Study”SAE?Paper?NO：2005-01-2122，2005。(對均質(zhì)壓燃技術(shù)不均勻性的圖像研究，SAE論文編號：2005-01-2122)與拉夫堡大學(xué)Paul?Osei-Owusu，Rui?Chen，”A?CFD?Model?with?Optical?Validation?on?In-cylinder?Charge?Performance?of?CAI?Engines”SAE?Paper?2008-01-0045，2008。(利用光學(xué)驗證的CFD模型研究可控壓燃發(fā)動機的充量作用，SAE論文，編號：2008-01-0045)在光學(xué)發(fā)動機方面一直走在世界的前列，其光學(xué)發(fā)動機的最大的特點是缸套采用全透明石英玻璃，即環(huán)形玻璃式光學(xué)發(fā)動機中環(huán)形石英玻璃高度大于發(fā)動機的沖程，為光學(xué)測量提供了足夠大的視場，但是該類型光學(xué)發(fā)動機對光學(xué)石英玻璃加工的要求極高，易產(chǎn)生破碎，同時全透明石英玻璃與實際發(fā)動機的缸壁溫度等邊界條件相差較多，無法真實反映缸內(nèi)的情況。其他大學(xué)如斯坦福大學(xué)David?A.Rothamer，“Simultaneous?imaging?of?exhaust?gas?residuals?and?temperature?during?HCCI?combustion”，Proceedings?of?the?Combustion?Institute32(2009)2869-2876。(均質(zhì)壓燃過程中殘余廢氣與溫度的同時成像測量，燃燒學(xué)會議論文集32(2009)2869-2876。)威斯康星大學(xué)等也都采用與上文類似的加長活塞式光學(xué)發(fā)動機機構(gòu)。