[发明专利]一种自由活塞压缩燃烧装置的活塞运动位移测量系统

说明书

本发明公开了一种自由活塞压缩燃烧装置的活塞运动位移测量系统，涉及发动机领域，包括光学装置、光电传感器装置、气缸、重物等；重物滑动设置在支撑架的导轨上，并通过绳索与驱动装置相连，气缸安装在支撑架下部，气缸的活塞杆上端固定一横向金属短杆，通过安全绳与光学装置相连接，光学装置的主体为一根轴，轴的左端固定连接一个转轮，安全绳的一端固定在转轮的外圈上，轴的右端固定一面光学反射镜，轴的中间为扭矩驱动机构；所述光电传感器装置给光学反射镜发射信号光，再接收光学反射镜的反射信号。通过机械结构设计和光电测试技术的应用大大降低了传统发动机测试装置中传感器的成本，且通过光学放大作用使测量精度得到提高。

技术领域

本发明属于内燃机技术领域，尤其涉及一种自由活塞压缩燃烧装置的活塞运动位移测量系统。

背景技术

为了提高可燃混合气的燃烧效率，燃料的燃烧方式更倾向于均质充量压燃（HCCI）方式，这种新型的发动机燃烧方式要是利用活塞压缩作用使混合气体达到自燃温度并燃烧，研究发现这种燃烧方式不仅能降低污染物的排放，还有多点同时着火，燃烧迅速等优良的燃烧特性。

但是现今均质压燃的实现方式不足，对于压燃所能达到的最大爆发压力等数据的研究不足，而目前适用于发动机压燃过程的实验装置的设计也缺乏突破性的创新，尤其存在压燃过程位移数据采集装置中数据采集不精确、传感器设计复杂、活塞运动传感器十分昂贵等问题。

发明内容

针对上述不足，本发明提出了一种自由活塞压缩燃烧装置的活塞运动位移测量系统，解决了自由活塞压燃过程中位移、速度、加速度数据采集精度问题，同时大大降低了传感器的成本。

为实现上述目的，本发明所述采用的技术方案如下：一种自由活塞压缩燃烧装置的活塞运动位移测量系统，包括光学装置、光电传感器装置、气缸、支撑架、重物、驱动装置；所述重物滑动设置在支撑架的导轨上，并通过绳索与驱动装置相连，所述气缸安装在支撑架下部，气缸的活塞杆上端焊接一横向金属短杆，通过安全绳与光学装置相连接，所述光学装置的主体为一根轴，轴的左端固定连接一个转轮，安全绳的一端固定在转轮的外圈上，并缠绕在转轮的外圈上，轴的右端固定一面光学反射镜，轴中间为扭矩驱动机构，可使安全绳持续拉紧；所述光电传感器装置给光学反射镜发射信号光，再接收光学反射镜的反射信号。

进一步的，所述光电传感器装置包括光源发生器、圆弧状光电传感器阵列、信号放大器、数据采集卡和计算机。光源发生器与光学反光镜的转动轴在同一个水平线上且光源发生器发出水平方向的光。圆弧状光电传感器阵列的圆心与光学反光镜的转动轴心为同一个点，光电传感器阵列接信号放大器，信号放大器接数据采集卡，数据采集卡与计算机相连。

进一步的，所述圆弧状光电传感器阵列主体为圆弧状支架，固定于支撑架上方。圆弧状支架下侧等间距的布满光电池，每个光电池与一个信号放大器相连。

进一步的，所述扭矩驱动机构为一橡皮筋，橡皮筋一端固定在转动轴上，另一端固定在支撑架底端，通过旋转转动轴提供扭矩。

进一步的，所述安全绳的内芯由钢丝加多股尼龙绳合成，外皮采用涤纶加强丝。

进一步的，所述转轮外圈为粗糙面，转轮的转动中心与光学反射镜的转动中心在同一根转动轴心上，扭矩驱动机构在转动轴中间。

本发明适用于发动机过程燃烧的实验分析，尤其用于发动机压燃的过程。重物通过自由落体的惯性和质量来使活塞压燃混合气，压缩过程迅速，压力升高速度快，传统压燃发动机测试装置存在运动状态测量不准确问题。本发明突破性的运动状态测试装置可以经济、精确地实现燃烧过程各项数值的采集；重物质量和拉升高度可调，可以实现不同工作环境下的模拟研究，寻找最优工况点；燃料种类不限，可以研究不同燃料的燃烧过程特性；缸体改进空间很大，发明的应用领域广泛。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图；