一种模拟发动机缸内单次燃烧的实验装置及其实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟发动机缸内单次燃烧的实验装置及其实验方法，属于一种模拟发动机缸内燃烧的实验装置，包括内部贯穿有凸轮轴的底座，凸轮轴的中部设有凸轮，凸轮的右侧设有同凸轮基圆直径相同的凸轮基圆圆柱，左侧设有凸轮回位弹簧，凸轮与燃烧装置的滚轮接触；底座的右侧连接有液压油盖，液压油盖具有一个与凸轮轴相配合的大圆柱空腔，大圆柱空腔的右侧还有一个液压油腔，液压油腔经液压油道与外部的电磁阀相连。本装置能确保缸内燃料单次着火燃烧后的燃烧产物组分不受活塞运动的影响，能更好地研究燃料在缸内的燃烧过程；既能用于研究不同类型的发动机缸内燃烧产物组分，也能用于研究不同燃料的缸内燃烧产物组分。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟发动机缸内单次燃烧的实验装置及其实验方法
本专利技术涉及一种模拟发动机缸内燃烧的实验装置，具体涉及到一种模拟发动机缸内单次燃烧的实验装置及其实验方法。
技术介绍
发动机缸内的燃烧过程十分复杂，而国内外目前研究发动机缸内燃烧过程的装置大致分为光学发动机、定容燃烧弹和快速压缩机等三大类。其中光学发动机为单缸机，缸内燃烧过程与实际发动机缸内燃烧过程相同，但由于受发动机循环变动等因素的影响，不能准确控制燃烧室的热力参数。定容燃烧弹多用于研究均质混合气火花点火燃烧的火焰传播过程，燃烧分析过程中忽略了空气流动对缸内燃烧过程的影响，这与发动机实际的工作过程不符。快速压缩机是利用外力在很短时间内推动活塞完成缸内的压缩过程，在接近上止点时喷油或点火，模拟发动机缸内的单次燃烧。快速压缩机现有的驱动方式主要分：压缩空气驱动、液体驱动、爆炸驱动等几类。其中压缩空气驱动的压缩机构不能模拟类似于柴油机等高压缩比缸内的燃烧过程。液体驱动的压缩机构虽能实现高压缩比，但因压缩速度低、散热严重等因素，不能达到燃料油束所需的自燃温度。爆炸驱动危险且爆炸物难以取得，研究中较少使用。现有的快速压缩机驱动装置不能在缸内燃料燃烧膨胀后立即停止活塞的运动以维持缸内的容积恒定，难以排除因燃烧室容积变化对燃料燃烧组分的影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种模拟发动机缸内单次燃烧的实验装置，解决现有的快速压缩机驱动装置不能在缸内燃料燃烧膨胀后立即停止活塞的运动以维持缸内的容积恒定的问题，该装置可在燃料燃烧膨胀后停止活塞运动，减少因燃烧室容积变化对燃烧产物组分的影响。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种模拟发动机缸内单次燃烧的实验装置，包括内部贯穿有凸轮轴的底座，凸轮轴的中部设有一个凸轮，凸轮的右侧设有同凸轮基圆直径相同的凸轮基圆圆柱，凸轮左侧的凸轮轴上套有凸轮回位弹簧，凸轮与燃烧装置的滚轮接触；底座的右侧连接有液压油盖，液压油盖具有一个与凸轮轴相配合的大圆柱空腔，大圆柱空腔的右侧还有一个液压油腔，液压油腔经液压油道与外部的电磁阀相连。根据上述方案，所述燃烧装置包括设置在底座的上方并且内部贯穿有圆柱形挺柱的挺柱座，挺柱的顶端中心设有半球型凹槽，挺柱的底部沿其直径方向设有凹槽，凹槽内嵌有与凸轮接触的滚轮，挺柱垂直凹槽的方向贯穿有滚轮销，滚轮销穿过滚轮的中心；挺柱座的上端连接到发动机缸体，发动机缸体内部设有活塞，连杆顶端经活塞销与活塞相连，连杆底部为半球形并与挺柱顶端的半球形凹槽相嵌合；活塞顶部还设有活塞环；发动机缸盖及相关组件连接到发动机缸体的顶部。作为上述方案的进一步改进，所述发动机缸体内部具有阶梯形空腔，下部为直径较大的第一空腔，上部为直径较小的第二空腔；所述活塞为阶梯形，下部为直径较大的活塞大头端，上部为直径较小的活塞小头端；活塞大头端与发动机缸体的第一空腔之间设有活塞回位弹簧。作为上述方案的进一步改进，还包括数据采集系统；所述数据采集系统包括凸轮位置传感器、瞬时压力传感器、进排气压力传感器、进排气温度传感器、尾气分析仪、数据采集卡和PC机；凸轮位置传感器安装在凸轮轴上，瞬时压力传感器的探头与发动机缸体内部的燃烧室接触，进排气压力传感器和进排气温度传感器安装在发动机缸盖及相关组件的进排气管上。作为上述方案的进一步改进，还包括控制系统；所述控制系统包括信号处理模块、电子控制单元及电磁阀。一种如上述方案所述的模拟发动机缸内单次燃烧的实验装置的实验方法，其过程如下：实验装置运行后，以活塞到达压缩上止点时刻的信号作为电子控制单元和数据采集系统的触发信号；在活塞到达压缩上止点时刻喷入燃油或点燃可燃混合气，当发动机缸体内混合气未着火燃烧时，则重复前面动作直至发动机缸体内可燃混合气着火燃烧；当发动机缸体内混合气着火燃烧后，通过瞬时压力传感器测取发动机缸体内的瞬时压力，根据所测压力信号判断发动机缸体内混合气燃烧是否正常；当电子控制单元收到发动机缸体内混合气燃烧信号后给电磁阀发送指令，电磁阀开启，液压油进入液压油腔并推动凸轮轴移动，当滚轮完全脱离凸轮时，电磁阀关闭，否则一直充油，直至滚轮完全脱离凸轮；当滚轮完全脱离凸轮并按凸轮的基圆型线运行时，电磁阀关闭，充油过程结束；此时尾气分析仪、进排气压力传感器和进排气温度传感器测取发动机缸体内燃烧产物的组分、压力和温度等信号，并通过数据采集卡集成处理后在PC机上显示；当发动机缸体内信号采集完毕后，电子控制单元给电磁阀发送开启指令，电磁阀开启并泄出液压油，凸轮轴复位，滚轮与凸轮完全接触后电磁阀关闭，否则电磁阀将一直开启直至滚轮与凸轮完全接触；当滚轮与凸轮完全接触并按凸轮的基圆型线运行后，活塞在凸轮的作用下将发动机缸体内废气排出；当发动机缸体内废气排出后，活塞在活塞回位弹簧的作用下向下运行而进入进气行程，测取进气温度、压力信号，此时完成一个循环的工作内容，并进入下一循环的工作状态。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：能确保缸内燃料单次着火燃烧后的燃烧产物组分不受活塞运动的影响，能更好的研究燃料在缸内的燃烧过程；同时也能模拟发动机各个转速下缸内燃料的燃烧产物，其工作模式更为接近发动机的实际工作情况；既能用于研究不同类型的发动机缸内燃烧产物组分，也能用于研究不同燃料的缸内燃烧产物组分。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明，其中：图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的实验方法的流程图。图中各标号的释义为：1-底座，2-凸轮轴，3-凸轮位置传感器，4-凸轮回位弹簧，5-滚轮，6-滚轮销，7-挺柱，8-挺柱座，9-连杆，10-发动机缸体，11-活塞，12-活塞回位弹簧，13-活塞销，14-活塞密封环，15-发动机缸盖及相关组件，16-挺柱座连接螺栓，17-弹簧销，18-凸轮，19-凸轮基圆圆柱，20-电磁阀，21-液压油道，22-O型密封圈，23-液压油腔，24-液压油盖，25-液压油盖连接螺栓。具体实施方式一种模拟发动机缸内单次燃烧的实验装置，包括底座1、带有凸轮基圆圆柱19的凸轮轴2、凸轮回位弹簧4、液压系统组件、挺柱组件、活塞连杆组件、发动机缸体10、发动机缸盖及相关组件15、数据采集系统和控制系统。底座1位于整个实验装置的底部并起支撑作用，内部呈“凹”形状，凸轮轴2穿过底座1的两端并能自由转动。带有凸轮基圆圆柱19的凸轮轴2安装在底座1上，凸轮18位于凸轮轴2的中间，凸轮18左边安装凸轮回位弹簧4，凸轮回位弹簧4位于底座1和凸轮18之间并穿过凸轮轴2；凸轮18右边为外径依次减小的三阶圆柱体，第一阶圆柱体为凸轮基圆圆柱19，靠近凸轮18端，其外径与凸轮18的基圆外径一致；第二阶圆柱体的外径大于底座1上的轴安装直径，对凸轮18的运动起限位作用；第三阶圆柱体的直径略小于底座1上的轴安装直径，确保凸轮轴2能自由转动。液压系统组件包括具有液压油道21的液压油盖24、液压油腔23和电磁阀20。液压油盖24外形为圆柱体，其内部具有“凸”字形的圆柱体空腔，液压油盖24经液压油盖连接螺栓25与底座1相连，内部大圆柱体空腔的圆周面与凸轮轴2第三阶圆柱体外圆面相配合，凸轮轴2的端面与大圆柱体空腔的端面贴合，与小圆柱体空腔一道形成密闭的液压油腔23。液压油盖24上开有与小圆柱体空腔相通的液压油道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟发动机缸内单次燃烧的实验装置，其特征在于：包括内部贯穿有凸轮轴(2)的底座(1)，凸轮轴(2)的中部设有一个凸轮(18)，凸轮(18)的右侧设有同凸轮(18)基圆直径相同的凸轮基圆圆柱(19)，凸轮(18)左侧的凸轮轴(2)上套有凸轮回位弹簧(4)，凸轮(18)与燃烧装置的滚轮(5)接触；底座(1)的右侧连接有液压油盖(24)，液压油盖(24)具有一个与凸轮轴(2)相配合的大圆柱空腔，大圆柱空腔的右侧还有一个液压油腔(23)，液压油腔(23)经液压油道(21)与外部的电磁阀(20)相连。

【技术特征摘要】
1.一种模拟发动机缸内单次燃烧的实验装置，其特征在于：包括内部贯穿有凸轮轴(2)的底座(1)，凸轮轴(2)的中部设有一个凸轮(18)，凸轮(18)的右侧设有同凸轮(18)基圆直径相同的凸轮基圆圆柱(19)，凸轮(18)左侧的凸轮轴(2)上套有凸轮回位弹簧(4)，凸轮(18)与燃烧装置的滚轮(5)接触；底座(1)的右侧连接有液压油盖(24)，液压油盖(24)具有一个与凸轮轴(2)相配合的大圆柱空腔，大圆柱空腔的右侧还有一个液压油腔(23)，液压油腔(23)经液压油道(21)与外部的电磁阀(20)相连。2.根据权利要求1所述的一种模拟发动机缸内单次燃烧的实验装置，其特征在于：所述燃烧装置包括设置在底座(1)的上方并且内部贯穿有圆柱形挺柱(7)的挺柱座(8)，挺柱(7)的顶端中心设有半球型凹槽，挺柱(7)的底部沿其直径方向设有凹槽，凹槽内嵌有与凸轮(18)接触的滚轮(5)，挺柱(7)垂直凹槽的方向贯穿有滚轮销(6)，滚轮销(6)穿过滚轮(5)的中心；挺柱座(8)的上端连接到发动机缸体(10)，发动机缸体(10)内部设有活塞(11)，连杆(9)顶端经活塞销(13)与活塞(11)相连，连杆(9)底部为半球形并与挺柱(7)顶端的半球形凹槽相嵌合；活塞(11)顶部还设有活塞环(14)；发动机缸盖及相关组件(15)连接到发动机缸体(10)的顶部。3.根据权利要求2所述的一种模拟发动机缸内单次燃烧的实验装置，其特征在于：所述发动机缸体(10)内部具有阶梯形空腔，下部为直径较大的第一空腔，上部为直径较小的第二空腔；所述活塞(11)为阶梯形，下部为直径较大的活塞大头端，上部为直径较小的活塞小头端；活塞大头端与发动机缸体(10)的第一空腔之间设有活塞回位弹簧(12)。4.根据权利要求3所述的一种模拟发动机缸内单次燃烧的实验装置，其特征在于：还包括数据采集系统；所述数据采集系统包括凸轮位置传感器(3)、瞬时压力传感器、进排气压力传感器、进排气温度传感器、尾气分析仪、数据采集卡和PC机；凸轮位置传感器(3)安装在凸轮轴(2)上，瞬时压力传感器的探头与发动机缸体(10)内部的燃烧室接触，...

【专利技术属性】
技术研发人员：田维，赵家辉，韩志强，刘智，张洵，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川,51