[發明專利]基于快速壓縮/壓縮膨脹機的內燃機燃燒性能測試臺架

有效

• 申請號: 201911006104.2
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110726559B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 賈博儒;魏一迪;左正興;馮慧華;程子文
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01M15/04
• 分類號: G01M15/04;G01M15/02
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

1.基于快速壓縮/壓縮膨脹機的內燃機燃燒性能測試臺架，其特征在于：主要由快壓機和供氣系統組成；該臺架提出了使用直線電機進行驅動和制動的快壓機；快壓機包括高速攝像機(11)、燃燒缸和直線電機；燃燒缸包括：前缸蓋(16)、石英玻璃(15)、點火針(12)、壓力傳感器(13)、溫度傳感器(14)、進排氣口(17)、活塞(18)、連桿(7)、缸體(19)、后缸蓋(21)、位移傳感器(8)、限位塊(6)和加熱保溫套(20)；直線電機主要包括電機動子(10)和電機定子(9)；所述供氣系統用于給燃燒缸提供氣體燃料，以及將實驗后期燃燒廢氣排出燃燒缸；

電機動子(10)與連桿(7)一端固連，連桿(7)的另一端與活塞(18)連接，形成活塞(18)組件；電機動子(10)從電機定子(9)中穿過，通過電機動子(10)驅動或制動活塞(18)；通過控制電機力的大小、方向及作用時間實現快速壓縮機工作模式可變、活塞(18)運行行程可調和壓縮比可變；所述活塞(18)套于燃燒缸的缸體(19)中，缸體(19)前端與前缸蓋(16)連接，石英玻璃(15)嵌于前缸蓋(16)中，在測試中，可通過石英玻璃(15)窗口觀察缸內燃燒情況；高速攝像機(11)置于石英玻璃(15)窗口前方，用于記錄缸內燃燒情況；缸體(19)外部包裹著加熱保溫套(20)，用于給燃燒缸內氣體加熱；缸體(19)后端與后缸蓋(21)連接，后缸蓋(21)中間設有通孔，連桿(7)從中穿過，保證活塞(18)位于燃燒缸內，以形成燃燒腔；進排氣口(17)、點火針(12)、壓力傳感器(13)和溫度傳感器(14)周向安裝于缸體(19)前端，分別用于燃燒缸的進排氣、點火、缸內壓力檢測和溫度檢測；限位塊(6)安裝于連桿(7)上，用于活塞(18)部件限位；位移傳感器(8)安裝于連桿(7)上，用于間接檢測活塞(18)位置；

所述供氣系統包括：閥門(1)、真空泵(3)、燃料預混室(2)、燃料瓶(4)和清洗瓶(5)；

所述進排氣口(17)與供氣系統連接；供氣系統分為兩大支路，其中一支路為進氣支路，另一支路為排氣支路；進氣支路末端為清洗瓶(5)和多個燃料瓶(4)，清洗瓶(5)和多個燃料瓶(4)通過并聯方式接入燃料預混室(2)，燃料預混室(2)用于實驗中多種燃料預混、加熱及實驗后燃燒缸內氣體清洗；排氣支路主要部件為真空泵(3)，用于將實驗后期燃燒廢氣排出燃燒缸；所述供氣系統各部件間設有閥門(1)，用于控制管路通斷；

所述測試臺架工作于兩種模式下，分別為快速壓縮機模式和快速壓縮膨脹機模式；根據試驗實際需求設置模式，以模擬內燃機的壓縮、燃燒及膨脹過程，并通過實驗臺架觀測燃燒現象、采集實驗數據。

2.如權利要求1所述的基于快速壓縮/壓縮膨脹機的內燃機燃燒性能測試臺架，其特征在于：通過改變電機力的大小、方向和作用時間以改變活塞(18)運動行程，同時匹配相應厚度的限位塊(6)實現所述活塞(18)行程可調，即燃燒缸壓縮比可調。

3.采用如權利要求1所述的測試臺架進行測試的方法，其特征在于：通過控制供氣系統中各閥門(1)的開閉，將燃料瓶(4)內定量的燃料通入燃料預混室(2)，進行均勻混合和加熱；隨后充分預混后的燃料通過燃燒缸上的進排氣口(17)進入到燃燒缸內，缸外加熱保溫套(20)對混合氣體進行保溫和加熱；活塞(18)部件在電機力的驅動下將混合氣體壓縮，一次壓縮達到預設缸內壓力，點火針(12)點燃混合氣體，高速攝像機(11)、壓力傳感器(13)、溫度傳感器(14)持續記錄燃燒缸內變化；完成實驗后，打開進排氣口(17)處和真空泵(3)處閥門(1)，將廢氣抽離實驗裝置；打開清洗瓶(5)處閥門(1)，將惰性氣體充入燃燒缸，對燃燒缸進行清洗，最后，運用真空泵(3)將惰性氣體及殘余氣體抽離。

4.采用如權利要求1所述的測試臺架進行測試的方法，其特征在于：在電機力的作用下，活塞(18)組件向前運動；活塞(18)達到預定行程中段時，電機力減小，在缸內氣體壓力和電機力的共同作用下，活塞(18)部件加速度得以減小；到達行程盡頭時，在限位塊(6)和電機力的共同作用下活塞(18)止于上止點；當快壓機工作在快速壓縮機模式下，電機力在燃料被點燃后，依舊保持足夠大以保證活塞(18)位置不變，進而形成定容腔，燃料定容燃燒；當快壓機工作在快速壓縮膨脹機模式下，在燃料被點燃后，撤去電機力，活塞(18)在氣體壓力作用下以一定速度退回，實現自由膨脹。