[發(fā)明專(zhuān)利]一種模擬發(fā)動(dòng)機(jī)條件的多功能燃燒測(cè)試裝置及試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610950636.1
• 申請(qǐng)日: 2016-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106525443B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 紀(jì)常偉;王杜;楊金鑫;汪碩峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M15/05
• 分類(lèi)號(hào): G01M15/05;G01M15/10
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種模擬發(fā)動(dòng)機(jī)條件的多功能燃燒測(cè)試裝置，其特征在于：包括裝置主體，所述的裝置主體分為前后兩段，裝置主體前段內(nèi)部為圓柱空間，外表面銑出四個(gè)相互垂直的平面，其中光學(xué)窗口平面與其平行的另一平面上均設(shè)置階梯型的主體光學(xué)通孔用于安放固定主體石英玻璃；與光學(xué)窗口平面垂直的取樣孔平面上設(shè)置若干取樣通孔，通孔靠近裝置主體外表面的部分設(shè)置螺紋，在不取樣時(shí)用螺釘進(jìn)行密封；與取樣孔平面平行的平面不進(jìn)行開(kāi)孔；光學(xué)窗口平面與其對(duì)置平面上均設(shè)置光學(xué)通孔凸臺(tái)，以增加裝置主體在光學(xué)通孔周?chē)植亢穸?；光學(xué)通孔凸臺(tái)周向設(shè)置螺紋孔后，螺紋孔底部到裝置主體內(nèi)壁的厚度仍然能夠承受燃燒壓力；所述的裝置主體前段的軸向端面處設(shè)置有主體頂板，主體頂板上設(shè)置螺紋孔，用于與端蓋機(jī)械聯(lián)接；所述裝置主體的后段為內(nèi)部與前段內(nèi)徑相同的中空?qǐng)A柱體，外表面纏繞布置加熱帶，用于對(duì)彈體和內(nèi)部的氣體進(jìn)行加熱；

所述的主體石英玻璃為直徑與光學(xué)通孔內(nèi)徑相同的圓柱體，活塞石英玻璃為直徑與活塞光學(xué)通孔內(nèi)徑相同的圓柱體，主體石英玻璃安裝時(shí)厚度方向一部分置于光學(xué)通孔內(nèi)，另一部分置于主體石英玻璃壓蓋內(nèi)，活塞石英玻璃全部置于活塞光學(xué)通孔內(nèi)；主體石英玻璃和活塞石英玻璃兩側(cè)均用密封墊進(jìn)行密封；

所述的端蓋結(jié)構(gòu)上分端蓋頂板和端蓋凸臺(tái)兩部分，端蓋頂板上布置若干螺紋孔用于與裝置主體的主體頂板機(jī)械聯(lián)接，聯(lián)接后端蓋凸臺(tái)位于裝置主體的內(nèi)部，凸臺(tái)的下端面首先制打磨成球冠曲面以模擬內(nèi)燃機(jī)燃燒室頂面；然后對(duì)該曲面的一部分進(jìn)行挖除，挖除的部分是比球冠直徑小的圓柱體的一部分，該圓柱母線通過(guò)球冠面的頂點(diǎn)，在球冠面上形成光路槽，所述的端蓋中心具有火花塞通孔用于安放火花塞，噴嘴通孔用于安放燃料噴嘴器，其兩側(cè)分別有進(jìn)氣管路螺紋孔用于聯(lián)接進(jìn)氣管路，用于將氣體導(dǎo)入裝置內(nèi)，螺紋孔用于聯(lián)接排氣管路，用于將燃燒廢氣排出；壓力傳感器，用于監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)氣體壓力；溫度傳感器，用于監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)氣體溫度；端蓋與裝置主體利用密封片密封；

活塞在裝置主體內(nèi)部能夠進(jìn)行軸向方向上的移動(dòng)；結(jié)構(gòu)上分為尾部，裙部，頭部；頭部開(kāi)有階梯型活塞光學(xué)通孔用于安放和固定活塞石英玻璃，光學(xué)通孔周邊設(shè)置螺紋孔與活塞石英玻璃壓蓋機(jī)械聯(lián)接；所述活塞的裙部徑向開(kāi)有貫穿裙部的行程槽；所述的活塞尾部軸向設(shè)置通孔，用于與活塞驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行機(jī)械聯(lián)接。

2.應(yīng)用如權(quán)利要求1所述裝置的方法，其特征在于，是按照以下幾種方案之一實(shí)現(xiàn)的：

模擬內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)預(yù)混燃燒排放情況實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：

1)從進(jìn)氣管路螺紋孔聯(lián)接的進(jìn)氣系統(tǒng)將燃料氣體和氧化氣體導(dǎo)入裝置內(nèi)部；

2)利用外部的機(jī)械限位裝置調(diào)整活塞壓縮終了位置，通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算得到壓縮終了時(shí)容器內(nèi)部的初始?jí)毫?，利用壓力傳感器安裝在通孔內(nèi)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量；

3)設(shè)置加熱帶加熱溫度對(duì)裝置體內(nèi)部的氣體進(jìn)行加熱，加熱帶利用PID控制，階梯型升溫，從而保證裝置內(nèi)氣體的初始溫度；

4)通過(guò)調(diào)整外部執(zhí)行器的推動(dòng)速度，設(shè)置活塞的壓縮速度V_P；

5)設(shè)置火花塞點(diǎn)火時(shí)刻τ_S和點(diǎn)火能量E_S，利用同步控制器，控制活塞在運(yùn)動(dòng)到指定位置時(shí)火花塞進(jìn)行點(diǎn)火；

6)通過(guò)主體光學(xué)通孔，利用紋影法觀測(cè)火焰在缸內(nèi)的傳播過(guò)程和火焰形態(tài)并利用攝像機(jī)進(jìn)行記錄；

7)通過(guò)取樣孔利用取樣器對(duì)缸內(nèi)已燃?xì)怏w進(jìn)行取樣，并通過(guò)色譜儀對(duì)氣體組分進(jìn)行測(cè)量；

8)通過(guò)排氣管路連接孔聯(lián)接的排氣管路和真空泵將裝置內(nèi)的燃燒廢氣全部排出；

模擬內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)噴霧情況實(shí)驗(yàn)具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：

1)將燃料噴嘴安裝在通孔內(nèi)；

2)從進(jìn)氣管路將背景氣體導(dǎo)入裝置內(nèi)部；

3)設(shè)置加熱帶加熱溫度來(lái)對(duì)裝置內(nèi)部的氣體進(jìn)行加熱，加熱帶利用PID控制，階梯型升溫，從而保證裝置內(nèi)氣體的初始溫度；

4)通過(guò)調(diào)整外部執(zhí)行器的的推動(dòng)速度，設(shè)置活塞的壓縮速度V_P；

5)利用同步觸發(fā)控制器，設(shè)置噴霧時(shí)刻τi與活塞位置信號(hào)的關(guān)聯(lián)，使之進(jìn)行噴霧，同時(shí)觸發(fā)攝像機(jī)進(jìn)行拍攝；

6)通過(guò)裝置主體光學(xué)通孔，利用直接拍攝，紋影法觀測(cè)，激光測(cè)量法觀測(cè)噴霧形態(tài)及液滴大小，并通過(guò)攝像機(jī)記錄；

7)通過(guò)排氣管路和真空泵將裝置內(nèi)的燃燒廢氣全部排出；

模擬內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)噴霧燃燒排放情況實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：

1)將燃料噴嘴安裝在通孔內(nèi)；

2)從進(jìn)氣管路螺紋孔聯(lián)接的進(jìn)氣系統(tǒng)將燃料氣體和氧化氣體導(dǎo)入裝置內(nèi)部；

3)利用外部的機(jī)械限位裝置調(diào)整活塞壓縮終了位置，通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算得到壓縮終了時(shí)容器內(nèi)部的初始?jí)毫Γ脡毫鞲衅鲗?duì)其進(jìn)行測(cè)量；

4)設(shè)置加熱帶加熱溫度來(lái)對(duì)裝置內(nèi)部的氣體進(jìn)行加熱，加熱帶利用PID控制，階梯型升溫，從而保證裝置內(nèi)氣體的初始溫度；

5)通過(guò)調(diào)整外部執(zhí)行器的的推動(dòng)速度，設(shè)置活塞的壓縮速度V_P；

6)設(shè)置火花塞點(diǎn)火時(shí)刻τ_S和點(diǎn)火能量E_S，利用同步控制器，控制活塞在運(yùn)動(dòng)到指定位置時(shí)燃料噴嘴進(jìn)行噴射同時(shí)火花塞進(jìn)行點(diǎn)火，火花塞安裝在通孔內(nèi)；

7)通過(guò)主體光學(xué)通孔，利用紋影法觀測(cè)火焰在缸內(nèi)的傳播過(guò)程和火焰形態(tài)并利用攝像機(jī)進(jìn)行記錄；

8)通過(guò)取樣孔利用取樣器對(duì)缸內(nèi)已燃?xì)怏w進(jìn)行取樣，并通過(guò)色譜儀對(duì)氣體組分進(jìn)行測(cè)量；

9)通過(guò)排氣管路連接孔聯(lián)接的排氣管路和真空泵將裝置內(nèi)的燃燒廢氣全部排出；

定容預(yù)混燃燒實(shí)驗(yàn)具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

1)將活塞利用外部機(jī)械裝置靜止在裝置主體內(nèi)部固定位置，使裝置主體內(nèi)部位置恒定容積；

2)從進(jìn)氣管路將燃料氣體和氧化導(dǎo)入裝置內(nèi)部；

3)將外部氣源解壓到所需初始?jí)毫?，利用道爾頓分壓定律將燃料氣體與氧化氣體通過(guò)進(jìn)氣管路通孔導(dǎo)入裝置內(nèi)部；

4)設(shè)置加熱帶加熱溫度來(lái)對(duì)裝置內(nèi)部的氣體進(jìn)行加熱，加熱帶利用PID控制，階梯型升溫，從而保證裝置內(nèi)氣體的初始溫度；

5)將火花塞更換為中心點(diǎn)火電極，使初始火核的形成位置在光學(xué)通孔中心；

6)通過(guò)同步觸發(fā)器進(jìn)行控制點(diǎn)火電極點(diǎn)火，利用溫度和和壓力傳感器測(cè)定燃燒器內(nèi)的溫度和壓力變化；

7)通過(guò)裝置主體光學(xué)通孔，利用紋影法觀測(cè)火焰在缸內(nèi)的傳播過(guò)程和火焰形態(tài)并利用攝像機(jī)進(jìn)行記錄；

8)通過(guò)排氣管路和真空泵將裝置內(nèi)的氣體全部排出；

定容噴霧實(shí)驗(yàn)具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

1)將活塞利用外部機(jī)械裝置靜止在裝置主體內(nèi)部固定位置，使裝置主體內(nèi)部位置恒定容積；

2)將燃料噴嘴安裝在通孔；

3)從進(jìn)氣管路將背景氣體導(dǎo)入裝置內(nèi)部；

4)將外部氣源解壓到所需初始?jí)毫?，利用道爾頓分壓定律將背景氣體通過(guò)進(jìn)氣管路通孔導(dǎo)入裝置內(nèi)部；

5)設(shè)置加熱帶加熱溫度來(lái)對(duì)裝置內(nèi)部的氣體進(jìn)行加熱，加熱帶利用PID控制，階梯型升溫，從而保證裝置內(nèi)氣體的初始溫度；

6)利用同步控制器，控制燃料噴嘴進(jìn)行噴霧，同時(shí)觸發(fā)攝像機(jī)拍攝；

7)通過(guò)裝置主體光學(xué)通孔，利用直接拍攝，紋影法觀測(cè)，激光測(cè)量法觀測(cè)噴霧形態(tài)及液滴大小并進(jìn)行記錄；

8)通過(guò)排氣管路和真空泵將裝置內(nèi)的氣體全部排出；

定容裝置內(nèi)氣體分層情況的具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

1)將活塞利用外部機(jī)械裝置靜止在裝置主體內(nèi)部固定位置，使裝置主體內(nèi)部位置恒定容積；

2)將外部氣源解壓到所需初始?jí)毫?，利用道爾頓分壓定律將燃料氣體與氧化氣體通過(guò)進(jìn)氣管路通孔導(dǎo)入裝置內(nèi)部；

3)設(shè)置加熱帶加熱溫度來(lái)對(duì)裝置內(nèi)部的氣體進(jìn)行加熱，加熱帶利用PID控制，階梯型升溫，從而保證裝置內(nèi)氣體的初始溫度；

4)在不同位置的取樣孔中插入不同長(zhǎng)度的取樣器針頭，對(duì)裝置內(nèi)部的不同位置的氣體進(jìn)行取樣；

7)利用色譜儀對(duì)取樣氣體的組分進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)比集散，得到裝置內(nèi)部氣體的分層情況。