一种可模拟涡流及滚流运动的定容燃烧弹

摘要

本发明提供了一种可模拟涡流及滚流运动的定容燃烧弹，包括定容燃烧弹主体和与定容燃烧弹主体相连的涡流及滚流发生装置，涡流及滚流发生装置包括风扇、风扇电机、电机传动轴和控制装置，所述风扇电机位于定容燃烧弹主体的外侧，电机传动轴穿过定容燃烧弹主体的侧壁，风扇安装在电机传动轴的末端，模拟涡流运动时，风扇水平设置，模拟滚流运动时，风扇垂直设置，本发明具有喷油器冷却系统和防爆安全系统，实现既冷却喷油器又加热燃烧弹进气的效果，并且若实验过程中出现燃烧弹内的压力过高的情况，能避免事故的发生，本发明在同一个定容燃烧弹内可模拟发动机气缸内气体的涡流运动及滚流运动，结构简单，体积小，能适应实验场地改变的需要。

说明书

技术领域

本发明涉及发动机实验技术领域，尤其涉及一种可模拟涡流及滚流运动的定容燃烧弹。

背景技术

发动机缸内气流运动情况对混合气的形成和燃烧过程有重要影响，尤其是进气终了时刻气缸内气体流场的结构将直接决定着火前气缸内湍流强度、气流速度以及缸内燃料的分布状况，从而影响发动机的动力性、经济性及排放特性。由于发动机缸内气流运动十分复杂，且伴随有循环变动，对环境条件的控制较为困难，且不易开展观测研究。因此，发动机的燃烧研究大多在可视化模拟实验装置上进行，定容燃烧弹是采用较多的实验装置，其结构简单且构造成本低，能够方便的研究单一参数变化对燃烧过程的影响。

涡流和滚流是发动机缸内气流运动的主要形式，分析涡流或滚流对缸内燃烧过程的影响很有必要。现有实验装置中多是模拟湍流强度对缸内燃烧的影响，这种模拟的湍流强度也只是实验设备众多功能中的一个附属测量手段，而非定量研究湍流运动对燃烧的影响。中国公告号为CN205262753U，名称为：“一种湍流强度和位置可控的测试定容弹及控制方法专利，该发明专利可精确测量湍流强度和湍流发生位置，但该装置不能用来模拟气体涡流和滚流运动。

对于气体滚流，目前模拟装置多采用进气道产生滚流。例如，中国公告号为CN205426525U的专利，公开了“发动机全压差气道滚流实验装置”，该实验装置通过进气道产生滚流。这种通过进气道产生滚流的实验装置结构庞大，构造复杂，平台搭建之后不易移动，并且不能做缸内涡流实验研究。对于缸内涡流产生装置多限于改造进气道或进气门以增强涡流强度，而且这种改造只是对于发动机气道试验台的改装，不能用于缸内燃烧分析。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种可模拟涡流及滚流运动的定容燃烧弹，该装置利用风扇产生气体流动，既可以做涡流模拟实验又可以做滚流模拟实验，且该装置结构简化、可移动。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种可模拟涡流及滚流运动的定容燃烧弹，包括定容燃烧弹主体，还包括涡流及滚流发生装置，所述涡流及滚流发生装置与定容燃烧弹主体相连；

所述涡流及滚流发生装置包括风扇、控制风扇的风扇电机、电机传动轴和控制装置，所述风扇电机位于定容燃烧弹主体的外侧，风扇电机的电机传动轴穿过定容燃烧弹主体的侧壁；

模拟涡流运动时，风扇安装在风扇轴的一端，风扇轴的另一端通过固定轴承固定在底座上，风扇的旋转轴线与电控喷油器同轴，风扇轴通过伞齿轮与电机传动轴连接；

模拟滚流运动时，风扇安装在电机传动轴的末端并位于电控喷油器的末端，风扇的旋转轴线与电机传动轴同轴；

所述控制装置包括上位计算机、下位PLC和转速传感器，上位计算机与下位PLC连接，下位PLC与转速传感器连接，通过上位计算机自带的测试系统和下位PLC控制模块确定风扇的转速从而控制涡流及滚流的强度。

优选地，所述定容燃烧弹主体包括定容弹弹体和安装于该定容弹弹体底部外侧的电加热板，所述定容弹弹体为中空圆柱状，定容弹弹体的侧壁沿圆周方向均布四个可拆卸观察窗，定容弹弹体的上端设有盖板，所述盖板可拆卸，盖板上设有电控喷油器、压力传感器和温度传感器，定容弹弹体的侧壁顶端设有热线风速仪测量口，所述压力传感器和温度传感器与下位PLC连接，下位PLC通过压力传感器和温度传感器监测定容弹弹体内的压力和温度。

优选地，所述盖板上还设有安全阀安装口、进气口和排气口，所述定容燃烧弹主体还包括防爆安全系统，所述防爆安全系统包括安全阀、排气管道和抽风机，所述安全阀安装在安全阀安装口上，所述排气管道的一端与抽风机连接，另一端与排气口连接。

优选地，所述定容燃烧弹主体还包括喷油器冷却系统，所述喷油器冷却系统包括风机、冷却管路和喷油器冷却腔，所述喷油器冷却腔设置在盖板的中心，电控喷油器设于喷油器冷却腔内，喷油器冷却腔内通冷空气，喷油器冷却腔通过管道将冷却腔排风口和定容燃烧弹弹体的进气口相连。

优选地，所述电机传动轴通过过渡装置穿过定可拆卸观察窗，所述过渡装置包括固定在可拆卸观察窗上的钢管和钢管与电机传动轴之间的填充材料，所述填充材料通过锥形压板密封盖压紧在钢管与电机传动轴之间。

优选地，所述填充材料采用耐磨耐高温弹性填充材料。

优选地，所述锥形压紧密封盖通过螺纹固定在过渡装置的钢管上，在可拆卸观察窗的内外表面上各有一个锥形压紧密封盖。

本发明的有益效果：

1)本发明具有涡流发生装置及滚流发生装置，在同一个定容燃烧弹内可以利用空气模拟发动机气缸内气体的涡流运动及滚流运动；

2)本发明所述风扇电机安装于定容燃烧弹弹体外，风扇电机不需要承受燃烧弹的高温，定容燃烧弹的盖板可拆卸，方便涡流模拟实验和滚流模拟实验之间的转换；

3)本发明的定容燃烧弹具有喷油器冷却系统，可以实现既冷却喷油器又加热燃烧弹进气的效果；

4)本发明的定容燃烧弹具有防爆安全系统，若实验过程中出现燃烧弹内的压力过高的情况，可以避免安全事故的发生；

5)本发明的定容燃烧弹利用风扇产生涡流运动和滚流运动，结构简单，体积较小，更能适应实验场地改变的需要。

附图说明

图1为本发明所述可模拟涡流及滚流运动的定容燃烧弹的涡流发生结构示意图。

图2为本发明所述可模拟涡流及滚流运动的定容燃烧弹的滚流发生结构示意图。

图3为本发明所述盖板俯视图。

其中：

1：定容弹弹体；2：石英玻璃；3：盖板；4：观察窗；5：底座；6：电加热板；7：排气口；8：安全阀安装口；9：电控喷油器；10：进气口；11：喷油器冷却腔；12：冷却腔排风口；13：冷却腔进风口；14：压力传感器；15：温度传感器；16：风扇电机；17：电机传动轴；18：过渡装置；19：固定轴承；20：热线风速仪测量口；21：电机支架；22：锥形压板密封盖；23：风扇；24：固定轴承；25：伞齿轮。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

一种可模拟涡流及滚流运动的定容燃烧弹，包括定容燃烧弹主体和涡流及滚流发生装置，定容燃烧弹主体包括定容弹弹体1和安装于该定容弹弹体1底部的加热系统，定容弹弹体1为中空圆柱状，可承受10MPa的压力，定容弹弹体1的侧壁沿圆周方向均布四个可拆卸观察窗4，可拆卸观察窗4为石英玻璃2，定容弹弹体1的上端设有盖板3，所述盖板3可拆卸，以方便安装或更换盖板上装置和燃烧弹弹体内设备。盖板3上设有电控喷油器9、压力传感器14和温度传感器15，安全阀安装口8、进气口10、排气口7，冷却腔进风口13和冷却腔排风口12。电控喷油器9设于盖板3的中心，进气口10为空气进口，另一端与空气滤清器相连，定容燃烧弹弹体1顶部和其一侧面相交的边上安装有热线风速仪测量口26，可测量燃烧弹弹体内的涡流速度或滚流速度，电加热板6覆盖于定容弹弹体1的底座5外侧，用于加热燃烧室。所述加热系统包括电加热板6、控制电路的开关和导线，所述电加热板6覆盖于定容弹弹体1的底座5外侧，用于加热燃烧室。

定容燃烧弹主体上设有防爆安全系统和喷油器冷却系统，所述防爆安全系统包括安全阀、排气管道和抽风机，所述安全阀安装在安全阀安装口8上，所述排气管道的一端与抽风机连接，另一端与排气口7连接。当燃烧室内的压力高于设定值时，安全阀打开，将燃烧室内的气体排出，所述安全阀通过管道和排气管道相连；所述排气管道一端和定容燃烧弹排气口相连，另一端安装有抽气机通到室外。

喷油器冷却系统包括风机、冷却管路和喷油器冷却腔11，所述喷油器冷却腔11设置在盖板3的中心，电控喷油器9设于喷油器冷却腔11内，喷油器冷却腔11内通冷空气，通过管道将冷却腔排风口12和定容燃烧弹弹体的进气口10相连。

涡流及滚流发生装置包括风扇23、控制风扇23的风扇电机16、电机传动轴17和控制装置。风扇电机16通过电机支架21固定在定容弹弹体1上，风扇电机16的电机传动轴17通过过渡装置18从一个可拆卸观察窗的中心穿过，过渡装置18包括固定在石英玻璃上的钢管和填充材料，所述填充材料为耐磨耐高温弹性填充材料，填充材料通过锥形压紧密封盖22压紧在钢管和电机传动轴17之间，所述锥形压紧密封盖22通过螺纹固定在过渡装置18的钢管上，在可拆卸观察窗4的内外表面上各有一个锥形压紧密封盖22。

模拟涡流运动时，风扇23安装在风扇轴的一端，风扇轴的另一端通过固定轴承24固定在底座5上，所述风扇轴与电控喷油器9同轴，风扇轴通过伞齿轮25与电机传动轴17连接。

模拟滚流运动时，风扇23垂直设置在电机传动轴17的末端，并位于电控喷油器9的下方，电机传动轴17位于定容燃烧弹主体内的部分通过固定轴承21和支架支撑。

所述控制装置包括上位计算机、下位PLC和转速传感器，上位计算机与下位PLC连接，下位PLC与转速传感器、压力传感器14和温度传感器15连接，通过上位计算机自带的测试系统和下位PLC控制模块确定风扇23的转速从而控制涡流及滚流的强度，并且通过压力传感器14和温度传感器15监测定容弹弹体1内的压力和温度。

电控喷油器由共轨式供油系统提供喷油压力，所述共轨式供油系统包括高压油泵、共轨管、电控喷油器和共轨管压力传感器，所述高速摄像系统包括高速摄像机和光学测量仪器，所述共轨式供油系统和高速摄影系统可通过上位计算机实现同步控制；。

利用本发明所述可模拟涡流及滚流运动的定容燃烧弹进行实验的方法如下：

将定容燃烧弹系统的各装置连接好，检查定容燃烧弹内部，确保清洁，石英玻璃窗口擦拭干净，确保燃油供给系统、喷油器冷却系统、加热系统、高速摄像系统、进排气系统、涡流及滚流发生装置以及防爆安全系统准备就绪。

打开高速摄像机，必要的时候可以安装补光灯，调节好高速摄像机的高度和焦距，使摄像机能够清晰完整的拍摄到观察窗4。然后一直保持高速摄像机位置和高度不变，使高速摄像机保持在待触发状态，此时可以关闭补光灯。

通过电加热板6进行加热，并往定容燃烧弹弹体1通入空气，以对定容弹弹体1进行充压，并通过压力传感器14和温度传感器15进行监测，直到定容弹弹体1内满足实验所需的压力和温度。

开启涡流或滚流发生装置，调节好风扇电机16的转速，使定容燃烧弹弹体1内产生所需要的涡流或滚流，用热线风速仪测量涡流速度或滚流速度。

开启共轨喷油系统，调节好喷油脉宽、喷油压力、喷油次数，打开高速摄像机触发通道，在上位机控制下电控喷油器9和高速摄像机同步工作，记录和保存实验过程。

改变涡流风扇或滚流风扇转速，或者是不同的其他影响因素，通过排气口7彻底排除废气，以确保每次拍摄的照片质量比较高。

最后，分析数据，以得到涡流或滚流影响特点，从而完成实验。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。