模拟发动机燃烧的定容燃烧弹系统技术方案

本发明专利技术涉及模拟发动机燃烧的定容燃烧弹系统。解决的是在实际发动机中难以观察火焰燃烧过程、评定燃烧过程中某一时刻炭烟生成量的确定以及难于实现单一变量下燃烧产物实时采样分析的技术问题。模拟发动机燃烧的定容燃烧弹系统，包括：圆柱形形腔体的燃烧弹体；嵌套在燃烧弹体外周的加热夹层；喷油器；压力传感器；温度传感器；进气通道；排气采样系统；高压喷射燃油供给系统；同步数据采集系统；高速摄像系统；单片机控制系统。本发明专利技术的有益效果为：相对于专门改造的单缸机或快速压缩机成本低，且容易实现单一变量的精确控制。

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术涉及一种发动机燃烧的定容燃烧弹试验装置，进一步涉及模拟发动机燃烧的定容燃烧弹系统。
技术介绍
:随着汽车保有量的急剧增加，汽车的尾气排放对大气污染的影响日趋严重，汽车尾气污染物排放已成为大气污染的主要源头。为了进一步降低发动机的炭烟颗粒和氮氧化物的排放，满足日益严格的排放法规的要求，高压共轨技术、进气道预混高辛烷值燃料缸内直喷高十六烷值燃料的组合燃烧技术得到了广泛的关注和应用。中国专利CN1470752A公开了柴油/甲醇组合燃烧(Diesel Methanol CompoundCombust1n,DMCC)技术，提出进气道预混甲醇，缸内直喷柴油的甲醇柴油组合燃烧技术，台架试验和道路试验表明其有效降低了炭烟和氮氧化物的排放，通过粒度仪分析排气成分，炭烟的数密度和质量均得到有效的降低。吉林工业大学刘仪等人开发了柴油机全气缸取样机构，开始进行全气缸取样技术的研宄，并用其进行了缸内微粒形成历程的研宄。已有的研宄多在发动机本身上展开，很难实现燃油喷雾、燃烧、成分变化的一体化分析和测量，而只有对燃烧过程和燃烧成分进行详尽的研宄，才能更好的组织燃烧。发动机的实际循环过程比较复杂，直接在发动机上研宄喷雾和燃烧产物分析，很难避免燃烧循环间的相互影响以及对单一变量的精确控制，鉴于发动机喷雾燃烧的过程很短暂，可以认为其是在定容条件下完成的，因此能准确模拟发动机环境的定容燃烧弹装置来模拟发动机的燃烧并对燃烧产物进行实时采样分析是最有效的工具。日本Doshisha大学的H.Gen Fujimoto等人建立了模拟燃烧室对正庚烷的燃烧产物进行采样分析，这种模拟燃烧室采用提前通入一定量的氢气和氧气通过点火实现燃料燃烧的初始环境，这种装置的不足之处在于燃料燃烧后的温度分布不是均匀的，冷却迅速温度传感器响应带来的误差较大，此外，这种装置和试验方案也不能模拟提前预混的高辛烷值燃料，进而不能模拟多燃料组合燃烧的情况。中国卫海桥等人提出的模拟汽油机自燃的定容燃烧弹系统只能通过点火的形式来引燃燃油，同时也不具备采样和分析的功能。因此，要模拟发动机尤其是进气道预混高辛烷值燃料缸内直喷高十六烷值燃料燃烧，势必要求装置能够实现灵活可控的高压、均匀高温条件，实现高温高压下光学窗口的可靠性和密封性，实现定容弹内温度压力检测和采样时刻、光学测试系统的匹配。正是由以上现存的一些问题，提出设计专利技术一种模拟发动机燃烧和实时采样分析的定容燃烧弹系统，用于模拟发动机工作过程的喷雾燃烧、成分变化的光学诊断和实时成分检测分析，为更深入理解传统柴油机以及进气道预混高辛烷值燃料(比如甲醇)缸内直喷高十六烷值燃料(比如柴油)工作条件下燃烧过程、炭烟的生成特性具有重要意义。
技术实现思路
:本专利技术要解决的是在实际发动机中难以观察火焰燃烧过程、评定燃烧过程中某一时刻炭烟生成量的确定以及难于实现单一变量下燃烧产物实时采样分析的技术问题，提供了一种模拟发动机燃烧的定容燃烧弹系统。模拟发动机燃烧的定容燃烧弹系统，包括:圆柱形形腔体的燃烧弹体，可形成均匀高温等容的高温高压环境，可模拟柴油机活塞在上止点位置时的高温、高压、定容环境；燃烧弹体左右2个端面分别安装有耐高温高压的高透光石英玻璃，形成光路通路；嵌套在燃烧弹体外周的加热夹层，通过给燃烧弹体外壁加热模拟发动机缸内的高温环境；安装在燃烧弹体和加热夹层中央正上方的喷油器，喷油器安装孔采用水循环冷却，构成喷油器冷却系统；压力传感器，采集燃烧弹体内的温度；温度传感器，采集燃烧弹体内的压力；进气通道；排气采样系统；高压喷射燃油供给系统；同步数据采集系统，可方便记录喷雾燃烧过程中，定容燃烧弹装置内的温度和压力变化；该同步数据采集系统包括:工控机、采集卡、电荷放大器、信号输入输出线；高速摄像系统，该系统至少包括:高速摄像机，结合光学测量方法可以准确的确定燃油燃烧过程中炭烟生成情况及变化趋势；单片机控制系统，与高压喷射燃油供给系统、同步数据采集系统、高速摄像系统、温度传感器、压力传感器相连。上述的单片机控制系统的优选方案:由单片机、信号反馈系统、电磁阀控制系统、驱动器构成；其中信号反馈系统包括压力传感器变送器、温度传感器变送器、A/D模数转换器；所述的压力传感器变送器、温度传感器变送器是将压力传感器、温度传感器测到的信号传输给A/D模数转换器；所述的A/D模数转换器用于将压力信号和温度信号转化为数字信号并传输给所述单片机；所述单片机用于分析数字信号，并通过驱动器控制所述燃油供给系统喷油、控制排气采样系统电磁阀的开关，控制所述高温炉膛系统加热丝的通断，在喷油时刻同步触发高速摄像机和数据同步采集系统。上述的喷油器冷却系统的优选方案:包括冷却水泵、冷却管路、冷却水腔，所述的冷却水腔位于容弹弹体喷油器安装位置的四周。作为优选方案之一，还包括:预混燃油供给系统，该系统包括:金属进油管、阀门、电加热带、真空泵、注射器等组成，所述的金属进油管连接于容弹弹体。作为优选方案之二，所述的高压喷射燃油供给系统由燃油箱、变频电机、高压油泵、高压共轨、注油机、变频器等组成，所述的高压油轨连接于所属喷油器。作为优选方案之三，所述的采样系统主要包括排气通道、电磁阀、采样管路、采样袋。作为优选方案之四，所述的进气系统包括:进气通道连接的高压气瓶。作为优选方案之五，所述加热夹层内缠绕的电炉丝实现加热，且布置有两个改造后的火花塞，与加热夹层内的电炉丝连接，实现导电、密封以及与燃烧弹体绝缘的作用。本专利技术的有益效果为:(一 )本专利技术的定容燃烧弹系统应用到模拟柴油机在上止点的定容自燃时，相对于专门改造的单缸机或快速压缩机成本低，且容易实现单一变量的精确控制，避免了真实柴油机燃烧过程中各变量的相互影响。( 二)本专利技术的定容燃烧弹装置中可实现方便实现燃烧过程的光学诊断，可准确获得燃烧过程中燃油燃烧的炭烟排放，另一方面容弹系统可快捷精确的获得燃烧过程中某一时刻的真实样品，两者结合有效实现了光学诊断和实时采样的匹配。(三)本专利技术提出的高压喷射燃油供给系统和预混燃油供给系统的综合应用可实现模拟进气道喷射高辛烷值燃料、缸内直喷高十六烷值燃料的双燃料燃烧发动机系统。【附图说明】:图1为实施例技术方案的定容燃烧弹装置沿垂直方向的中心剖视图，图中，I代表圆柱形形腔体的燃烧弹体；2、3代表高透光石英玻璃；4代表喷油器；5代表冷却水腔。图2为图1的俯视图，图中，6、7代表火花塞安装孔；8代表压力传感器安装孔；9代表温度传感器安装孔；10代表排气采样系统安装孔；11进气系统安装孔；12代表预混燃油供给系统安装孔。图3为单片机控制系统的结构示意图。【具体实施方式】:实施例:下面通过具体的实施例对本专利技术作进一步详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。如图1-3所示，模拟发动机燃烧的定容燃烧弹系统，包括:圆柱形形腔体的燃烧弹体，燃烧弹体由添加有16MnRE钢正火锻造处理，可形成均匀高温等容的高温高压环境，可模拟柴油机活塞在上止点位置时的高温、高压、定容环境；燃烧弹体左右2个端面分别安装有耐高温高压的高透光石英玻璃，形成光路通路，高透光石英玻璃作为观察视窗，可以布置高速摄像系统，用于检测分析燃烧过程中的炭烟生成情况和火焰燃烧特性；燃烧弹体左侧上方本文档来自技高网...

【技术保护点】
模拟发动机燃烧的定容燃烧弹系统，其特征在于，包括：圆柱形形腔体的燃烧弹体，可形成均匀高温等容的高温高压环境，可模拟柴油机活塞在上止点位置时的高温、高压、定容环境；燃烧弹体左右2个端面分别安装有耐高温高压的高透光石英玻璃，形成光路通路；嵌套在燃烧弹体外周的加热夹层，通过给燃烧弹体外壁加热模拟发动机缸内的高温环境；安装在燃烧弹体和加热夹层中央正上方的喷油器，喷油器安装孔采用水循环冷却，构成喷油器冷却系统；压力传感器，采集燃烧弹体内的温度；温度传感器，采集燃烧弹体内的压力；进气系统；排气采样系统；高压喷射燃油供给系统，可方便实现供油压力、喷油时刻、喷油次数的灵活量化调节；同步数据采集系统，可方便记录喷雾燃烧过程中，定容燃烧弹装置内的温度和压力变化；该系统包括：工控机、采集卡、电荷放大器、信号输入输出线；高速摄像系统，该系统至少包括：高速摄像机；结合光学测量方法可以准确的确定燃油燃烧过程中炭烟生成情况及变化趋势；单片机控制系统，与高压喷射燃油供给系统、同步数据采集系统、高速摄像系统、温度传感器、压力传感器相连；单片机控制系统通过信号反馈系统采集信号，处理后由驱动器发出指令，可实现对加热、喷油、触发高速摄像、触发数据采集及打开排气采样系统的精确控制。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚春德，银增辉，耿培林，胡江涛，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12