[发明专利]一种模拟发动机条件的多功能燃烧测试装置及试验方法

权利要求书

1.一种模拟发动机条件的多功能燃烧测试装置，其特征在于：包括装置主体，所述的装置主体分为前后两段，装置主体前段内部为圆柱空间，外表面铣出四个相互垂直的平面，其中光学窗口平面与其平行的另一平面上均设置阶梯型的主体光学通孔用于安放固定主体石英玻璃；与光学窗口平面垂直的取样孔平面上设置若干取样通孔，通孔靠近装置主体外表面的部分设置螺纹，在不取样时用螺钉进行密封；与取样孔平面平行的平面不进行开孔；光学窗口平面与其对置平面上均设置光学通孔凸台，以增加装置主体在光学通孔周围局部厚度；光学通孔凸台周向设置螺纹孔后，螺纹孔底部到装置主体内壁的厚度仍然能够承受燃烧压力；所述的装置主体前段的轴向端面处设置有主体顶板，主体顶板上设置螺纹孔，用于与端盖机械联接；所述装置主体的后段为内部与前段内径相同的中空圆柱体，外表面缠绕布置加热带，用于对弹体和内部的气体进行加热；

所述的主体石英玻璃为直径与光学通孔内径相同的圆柱体，活塞石英玻璃为直径与活塞光学通孔内径相同的圆柱体，主体石英玻璃安装时厚度方向一部分置于光学通孔内，另一部分置于主体石英玻璃压盖内，活塞石英玻璃全部置于活塞光学通孔内；主体石英玻璃和活塞石英玻璃两侧均用密封垫进行密封；

所述的端盖结构上分端盖顶板和端盖凸台两部分，端盖顶板上布置若干螺纹孔用于与装置主体的主体顶板机械联接，联接后端盖凸台位于装置主体的内部，凸台的下端面首先制打磨成球冠曲面以模拟内燃机燃烧室顶面；然后对该曲面的一部分进行挖除，挖除的部分是比球冠直径小的圆柱体的一部分，该圆柱母线通过球冠面的顶点，在球冠面上形成光路槽，所述的端盖中心具有火花塞通孔用于安放火花塞，喷嘴通孔用于安放燃料喷嘴器，其两侧分别有进气管路螺纹孔用于联接进气管路，用于将气体导入装置内，螺纹孔用于联接排气管路，用于将燃烧废气排出；压力传感器，用于监测装置内气体压力；温度传感器，用于监测装置内气体温度；端盖与装置主体利用密封片密封；

活塞在装置主体内部能够进行轴向方向上的移动；结构上分为尾部，裙部，头部；头部开有阶梯型活塞光学通孔用于安放和固定活塞石英玻璃，光学通孔周边设置螺纹孔与活塞石英玻璃压盖机械联接；所述活塞的裙部径向开有贯穿裙部的行程槽；所述的活塞尾部轴向设置通孔，用于与活塞驱动装置进行机械联接。

2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，是按照以下几种方案之一实现的：

模拟内燃机缸内预混燃烧排放情况实验的具体实现过程为：

1)从进气管路螺纹孔联接的进气系统将燃料气体和氧化气体导入装置内部；

2)利用外部的机械限位装置调整活塞压缩终了位置，通过热力学计算得到压缩终了时容器内部的初始压力，利用压力传感器安装在通孔内对其进行测量；

3)设置加热带加热温度对装置体内部的气体进行加热，加热带利用PID控制，阶梯型升温，从而保证装置内气体的初始温度；

4)通过调整外部执行器的推动速度，设置活塞的压缩速度V_P；

5)设置火花塞点火时刻τ_S和点火能量E_S，利用同步控制器，控制活塞在运动到指定位置时火花塞进行点火；

6)通过主体光学通孔，利用纹影法观测火焰在缸内的传播过程和火焰形态并利用摄像机进行记录；

7)通过取样孔利用取样器对缸内已燃气体进行取样，并通过色谱仪对气体组分进行测量；

8)通过排气管路连接孔联接的排气管路和真空泵将装置内的燃烧废气全部排出；

模拟内燃机缸内喷雾情况实验具体实现过程为：

1)将燃料喷嘴安装在通孔内；

2)从进气管路将背景气体导入装置内部；

3)设置加热带加热温度来对装置内部的气体进行加热，加热带利用PID控制，阶梯型升温，从而保证装置内气体的初始温度；

4)通过调整外部执行器的的推动速度，设置活塞的压缩速度V_P；

5)利用同步触发控制器，设置喷雾时刻τi与活塞位置信号的关联，使之进行喷雾，同时触发摄像机进行拍摄；

6)通过装置主体光学通孔，利用直接拍摄，纹影法观测，激光测量法观测喷雾形态及液滴大小，并通过摄像机记录；

7)通过排气管路和真空泵将装置内的燃烧废气全部排出；

模拟内燃机缸内喷雾燃烧排放情况实验的具体实现过程为：

1)将燃料喷嘴安装在通孔内；

2)从进气管路螺纹孔联接的进气系统将燃料气体和氧化气体导入装置内部；

3)利用外部的机械限位装置调整活塞压缩终了位置，通过热力学计算得到压缩终了时容器内部的初始压力，利用压力传感器对其进行测量；

4)设置加热带加热温度来对装置内部的气体进行加热，加热带利用PID控制，阶梯型升温，从而保证装置内气体的初始温度；

5)通过调整外部执行器的的推动速度，设置活塞的压缩速度V_P；

6)设置火花塞点火时刻τ_S和点火能量E_S，利用同步控制器，控制活塞在运动到指定位置时燃料喷嘴进行喷射同时火花塞进行点火，火花塞安装在通孔内；

7)通过主体光学通孔，利用纹影法观测火焰在缸内的传播过程和火焰形态并利用摄像机进行记录；

8)通过取样孔利用取样器对缸内已燃气体进行取样，并通过色谱仪对气体组分进行测量；

9)通过排气管路连接孔联接的排气管路和真空泵将装置内的燃烧废气全部排出；

定容预混燃烧实验具体实现步骤为：

1)将活塞利用外部机械装置静止在装置主体内部固定位置，使装置主体内部位置恒定容积；

2)从进气管路将燃料气体和氧化导入装置内部；

3)将外部气源解压到所需初始压力，利用道尔顿分压定律将燃料气体与氧化气体通过进气管路通孔导入装置内部；

4)设置加热带加热温度来对装置内部的气体进行加热，加热带利用PID控制，阶梯型升温，从而保证装置内气体的初始温度；

5)将火花塞更换为中心点火电极，使初始火核的形成位置在光学通孔中心；

6)通过同步触发器进行控制点火电极点火，利用温度和和压力传感器测定燃烧器内的温度和压力变化；

7)通过装置主体光学通孔，利用纹影法观测火焰在缸内的传播过程和火焰形态并利用摄像机进行记录；

8)通过排气管路和真空泵将装置内的气体全部排出；

定容喷雾实验具体实现步骤为：

1)将活塞利用外部机械装置静止在装置主体内部固定位置，使装置主体内部位置恒定容积；

2)将燃料喷嘴安装在通孔；

3)从进气管路将背景气体导入装置内部；

4)将外部气源解压到所需初始压力，利用道尔顿分压定律将背景气体通过进气管路通孔导入装置内部；

5)设置加热带加热温度来对装置内部的气体进行加热，加热带利用PID控制，阶梯型升温，从而保证装置内气体的初始温度；

6)利用同步控制器，控制燃料喷嘴进行喷雾，同时触发摄像机拍摄；

7)通过装置主体光学通孔，利用直接拍摄，纹影法观测，激光测量法观测喷雾形态及液滴大小并进行记录；

8)通过排气管路和真空泵将装置内的气体全部排出；

定容装置内气体分层情况的具体实现步骤为：

1)将活塞利用外部机械装置静止在装置主体内部固定位置，使装置主体内部位置恒定容积；

2)将外部气源解压到所需初始压力，利用道尔顿分压定律将燃料气体与氧化气体通过进气管路通孔导入装置内部；

3)设置加热带加热温度来对装置内部的气体进行加热，加热带利用PID控制，阶梯型升温，从而保证装置内气体的初始温度；

4)在不同位置的取样孔中插入不同长度的取样器针头，对装置内部的不同位置的气体进行取样；

7)利用色谱仪对取样气体的组分进行分析，通过对比集散，得到装置内部气体的分层情况。