一种发动机液体燃料燃烧特性测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种发动机液体燃料燃烧特性测试装置及方法。包含了燃烧反应器、加热系统、温度控制系统、燃料注入系统、点火系统、拍摄系统、扫气系统、控制系统等，控制系统对其他各系统进行启停操作。燃烧反应器采用石英玻璃三口烧瓶，加热设备为电热炉，温度控制采用温度传感器，燃料注入采用伺服电机推动螺旋注射器，燃料点火采用脉冲式打火器7，拍摄采用高速相机，扫气采用空气泵。控制系统依据燃料的特性、燃烧反应器内温度、废气浓度，对加热、燃料注入、点火、拍摄、扫气等操作进行调控，实现对发动机燃料燃烧特性的测试。通过该测试方法，可以实现易点燃燃料、易压燃燃料的燃烧特性测试等。

A test device and method for the combustion characteristics of an engine's liquid fuel

The invention relates to a testing device and method for the combustion characteristics of an engine liquid fuel. It includes combustion reactor, heating system, temperature control system, fuel injection system, ignition system, shooting system, scavenging system, control system and so on. The control system starts and stops other systems. Combustion reactor using quartz glass three flasks, heating equipment for heating furnace, temperature control by temperature sensor, adopts the servo motor drive screw injector fuel injection, fuel ignition using the pulse igniter 7, taken by high speed camera, scavenging by air pump. The control system regulates the operation of heating, fuel injection, ignition, shooting and scavenging based on the characteristics of fuel, the temperature and concentration of exhaust gas in the combustion reactor, and realizes the test of the combustion characteristics of the engine fuel. The test method can be used to test the combustion characteristics of fuel which is easily ignited and easily pressed.

【技术实现步骤摘要】
一种发动机液体燃料燃烧特性测试装置及方法
本专利技术专利涉及一种燃料燃烧特性测试领域，特别涉及发动机液体燃料燃烧特性测试装置及方法。技术背景目前，发动机替代燃料种类较多，主要分为易压燃和易点燃两类替代燃料。替代燃料在发动机上的燃用方式有与石化燃料掺混、进气道喷射、缸内直喷等燃用方式。从混合气的形成与燃料的着火特点来看，燃料在发动机的燃烧可以分为：易压燃燃料在空气氛围中压燃、易压燃燃料在其他燃料氛围中压燃、易点燃燃料在空气氛围中点燃、易点燃燃料在其他燃料氛围中点燃四种类型。燃料燃烧特性的好坏会直接影响发动机的使用性能。因此，对发动机燃料的燃烧特性进行测试，能够为燃料在发动机上的应用提供依据。发动机燃料的燃烧特性测试一般是通过发动机台架试验，采集缸压数据计算放热率，对燃料的燃烧特性进行分析。通过发动机试验结合内窥镜和高速摄影技术，能够观察到缸内火焰的发展过程。但基于发动机台架试验测试燃料的燃烧特性，试验过程复杂，消耗的人力、物力、财力较大。通过定容燃烧弹试验台结合高速摄影技术，也可以对燃料的燃烧特性进行测试，但定容燃烧弹试验成本高，试验过程中可视窗口易污染。因此，本专利技术中针对少量油滴的燃烧特性进行测量，采用低成本、高效率的测试装置和智能控制方法，获得发动机易压燃和易点燃燃料在空气氛围和其他燃料氛围中的燃烧特性，有效降低了测试成本、提高测试效率，实现对发动机液体燃料燃烧特性的测试。
技术实现思路
本专利技术针对现有发动机液体燃料燃烧特性测试方法耗费人力、物力、财力的现状，提供一种燃料燃烧特性的测试装置和方法，获得发动机燃料的燃烧特性参数，降低试验测试成本、提高测试效率。本专利技术的技术方案为：提出的一种发动机液体燃料燃烧特性测试装置，所述装置包括燃烧反应器、加热和温度控制系统、燃料注入系统、点火系统、拍摄系统、扫气系统、控制系统；燃烧反应器提供燃料燃烧的空间，所述燃烧反应器为石英玻璃三口烧瓶；加热和温度控制系统位于燃烧反应器的下部，用于加热和控制燃烧反应器内的温度；燃料注入系统和燃烧反应器的中间口相连，用于向燃烧反应器中加入燃料，精确控制每次试验注入的燃料量和速度；点火系统和燃烧反应器的右侧口相连，用于适时点燃燃烧反应器内的燃料；拍摄系统与燃烧反应器处于同一水平位置，用于拍摄从燃料注入到燃烧结束的整个过程；扫气系统分别和燃烧反应器的左侧口、右侧口相连，用于将燃烧产生的废气排出燃烧反应器；控制系统分别连接加热系统、温度控制系统、燃料注入系统、点火系统、拍摄系统、扫气系统，对各系统部件调节控制，定时、定量实现加热、燃料注入、点火、拍摄、扫气操作。该方法能够实现对发动机液体燃料在空气氛围中的自燃、点燃燃烧特性的测试、以及发动机液体燃料在其他燃料氛围中的自燃、点燃燃烧特性的测试；该测试方法可以分析氛围气、环境温度、空燃比等因素对燃料着火温度、着火浓度界限、滞燃期、着火过程中火焰结构的发展等燃烧特征参数的变化规律，能够对燃料的燃烧特性进行表征，为燃料在发动机上的应用提供依据。本专利技术的方法包括以下步骤：步骤1：设定初始参数：T、mA、mB、t1、t2、t3；其中，T—燃烧反应温度，根据燃料的自燃温度、点燃温度确定；mA、mB—主燃料A、氛围气燃料B注入质量，根据燃烧反应器3容积、试验中主燃料A和燃料B的质量比、主燃料A和燃料B的理论空燃比、试验测试需要的过量空气系数计算确定；t1—氛围气B的汽化时间，根据燃料B的挥发性确定，由于不同燃料的挥发特性不同，t1根据燃料汽化时间确定，一般t1<2s；t2—脉冲点火时间，t2>t3；t3—燃料注入时间，可由燃料注入量和速率计算；步骤2：电热炉14开启；步骤3：燃烧反应器3开始加热，控制单元6监测燃烧反应器3内的温度；步骤4：当燃烧反应器3内温度达到预定温度T时，控制单元6检测是否需要注入氛围气燃料，如是，注入质量为mB的氛围气燃料；如否，进行步骤6；步骤5：氛围气燃料注入燃烧反应器3后要等待一段时间t1，待氛围气燃料全部汽化；步骤6：判断主燃料是否需要点燃，如是，进行步骤6，如否，进行步骤7；步骤7：停止加热，同时注入质量为mA的主燃料、高速相机12开始拍摄、脉冲点火器7开始点火；该步骤三个动作的同步由控制系统实现；步骤8：停止加热，同时注入质量为mA的主燃料、高速相机12开始拍摄，该步骤两个动作的同步由控制系统实现；步骤9：着火完成，高速相机12停止拍摄，打开空气泵20、进排气管阀门19，开始扫气；步骤10：当CO2浓度小于0.04％时，扫气完成；步骤11：是否要开展下一次试验，如是，开始步骤2；如否，进行步骤12；步骤12：试验结束，关闭整个测试系统。通过该测试方法，还可以实现四种燃烧特性测试：(1)主燃料A在空气中自燃的燃烧特性测试：设定燃烧反应器3的预定温度T(T需要高于主燃料A的自燃温度)。首先开启电热炉14加热燃烧反应器3，通过温度传感器2检测燃烧反应器3内的温度。当燃烧反应器3内的温度达到T后，通螺旋注射器4向燃烧反应器3内注入质量为mA的主燃料A(mA根据燃烧反应器3的容积、主燃料A的理论空燃比、试验测试需要的过量空气系数计算确定)。在主燃料A注入的同时，通过控制单元6控制高速相机12开始拍摄，记录从燃油注入到着火、燃烧结束的过程。燃烧结束后，打开空气泵20、进排气管阀门19，开始扫气，当燃烧反应器3内的CO2浓度低于0.04％时，扫气完成，试验结束。(2)主燃料A在燃料B氛围气中自燃的燃烧特性测试(主燃料A的自燃温度低于燃料B的自燃温度)：设定燃烧反应器3的预定温度T(T需要高于主燃料A的自燃温度)。首先开启电热炉14加热燃烧反应器3，通过温度传感器2检测燃烧反应器3内的温度。当燃烧反应器3内的温度达到T后，通螺旋注射器4向燃烧反应器3内注入质量为mB的燃料B，待燃料B汽化，通螺旋注射器4向燃烧反应器3内注入质量为mA的主燃料A(mA、mB根据燃烧反应器3的容积、试验中主燃料A和燃料B的质量比、主燃料A和燃料B的理论空燃比、试验方案的过量空气系数计算确定)。在主燃料A注入的同时，通过控制单元6控制高速相机12开始拍摄，记录从燃油注入到着火、燃烧结束的过程。燃烧结束后，打开空气泵20、进排气管阀门19，开始扫气，当燃烧反应器3内的CO2浓度低于0.04％时，扫气完成，试验结束。(3)对于主燃料A在空气中点燃的燃烧过程测试：设定燃烧反应器3的预定温度T(T需要高于主燃料A的点燃温度，但低于主燃料A的自燃温度)。首先开启电热炉14加热燃烧反应器3，通过温度传感器2检测燃烧反应器3内的温度。当燃烧反应器3内的温度达到T后，通螺旋注射器4向燃烧反应器3内注入质量为mA的主燃料A(mA根据燃烧反应器3的容积、主燃料A的理论空燃比、试验测试需要的过量空气系数计算确定)。在主燃料A注入的同时，通过控制单元6控制脉冲打火器7开始打火、高速相机12开始拍摄，记录从燃料注入到着火、燃烧结束的过程。燃烧结束后，打开空气泵20、进排气管阀门19，开始扫气，当燃烧反应器3内的CO2浓度低于0.04％时，扫气完成，试验结束。(4)主燃料A在燃料B氛围气中点燃的燃烧特性测试(主燃料A的点燃温度低于燃料B的点燃温度)：设定燃烧反应器3的预定温度T(T需要高于主燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机液体燃料燃烧特性测试装置，其特征在于，所述装置包括燃烧反应器、加热和温度控制系统、燃料注入系统、点火系统、拍摄系统、扫气系统、控制系统；燃烧反应器提供燃料燃烧的空间，所述燃烧反应器为石英玻璃三口烧瓶；加热和温度控制系统位于燃烧反应器的下部，用于加热和控制燃烧反应器内的温度；燃料注入系统和燃烧反应器的中间口相连，用于向燃烧反应器中加入燃料，精确控制每次试验注入的燃料量和速度；点火系统和燃烧反应器的右侧口相连，用于适时点燃燃烧反应器内的燃料；拍摄系统与燃烧反应器处于同一水平位置，用于拍摄从燃料注入到燃烧结束的整个过程；扫气系统分别和燃烧反应器的左侧口、右侧口相连，用于将燃烧产生的废气排出燃烧反应器；控制系统分别连接加热系统、温度控制系统、燃料注入系统、点火系统、拍摄系统、扫气系统，对各系统部件调节控制，定时、定量实现加热、燃料注入、点火、拍摄、扫气操作。

【技术特征摘要】
1.一种发动机液体燃料燃烧特性测试装置，其特征在于，所述装置包括燃烧反应器、加热和温度控制系统、燃料注入系统、点火系统、拍摄系统、扫气系统、控制系统；燃烧反应器提供燃料燃烧的空间，所述燃烧反应器为石英玻璃三口烧瓶；加热和温度控制系统位于燃烧反应器的下部，用于加热和控制燃烧反应器内的温度；燃料注入系统和燃烧反应器的中间口相连，用于向燃烧反应器中加入燃料，精确控制每次试验注入的燃料量和速度；点火系统和燃烧反应器的右侧口相连，用于适时点燃燃烧反应器内的燃料；拍摄系统与燃烧反应器处于同一水平位置，用于拍摄从燃料注入到燃烧结束的整个过程；扫气系统分别和燃烧反应器的左侧口、右侧口相连，用于将燃烧产生的废气排出燃烧反应器；控制系统分别连接加热系统、温度控制系统、燃料注入系统、点火系统、拍摄系统、扫气系统，对各系统部件调节控制，定时、定量实现加热、燃料注入、点火、拍摄、扫气操作。2.根据权利要求1所述的一种发动机液体燃料燃烧特性测试装置，其特征在于，燃烧反应器(3)的三个口分别采用硅胶塞(18)进行密封。3.根据权利要求1所述的一种发动机液体燃料燃烧特性测试装置，其特征在于，所述加热和温度控制系统包括电热炉(14)、石棉(15)、保温罩箱(16)、温度传感器(2)、温度显示器(1)；电热炉(14)上加石棉网(15)，燃烧反应器(3)底部置于石棉网(15)上，使燃烧反应器(3)均匀受热；温度传感器(2)分别与燃烧反应器(3)的左侧口、温度显示器(1)相连，能够实时监测燃烧反应器(3)内温度；所述温度传感器(2)前端位于燃烧反应器(3)的中心，使所测的温度能有效反应燃烧反应器内(3)的平均温度。4.权利要求3所述的一种发动机液体燃料燃烧特性测试装置，其特征在于，所述保温罩箱(16)有3层材料，里层为铁板，铁板上有黑色涂层，使拍摄过程能清晰捕捉火焰结构，中间层为发泡聚氨酯隔热层，外层为铁板，用于固定黑色罩箱结构；黑色罩箱在下方设有可视窗口(13)，可视窗口(13)高度与燃烧反应器(3)中心高度一致，窗口面积大于高速相机(12)镜头面积；为确保燃烧反应器(3)内温度均匀，电热炉(14)的加热面积应大于燃烧反应器(3)的最大横截面积，保温罩箱(16)的最大横截面积应小于燃烧反应器(3)最大横截面积的两倍，保温罩箱(16)的高度应小于燃烧反应器高度的两倍。5.根据权利要求1所述的一种发动机液体燃料燃烧特性测试装置，其特征在于，所述燃料注入系统包括螺旋注射器(4)和与之相连的伺服电机(5)，螺旋注射器(4)与燃烧反应器(3)中间口相连；所述点火系统包括脉冲点火器(7)，脉冲点火器(7)与燃烧反应器(3)的右侧口相连；所述拍摄系统包括高速相机(12)，高速相机(12)通过可视窗口(13)对燃料的燃烧过程进行拍摄；所述高速相机(12)的拍摄速度应大于每秒800帧，镜头的水平高度与燃烧反应器(3)中心高度一致，便于拍摄火焰发展过程的火焰结构；高速相机(12)镜头与可视窗口(13)的距离为L，L的大小应以能捕捉火焰结构全貌为准；所述扫气系统包括空气泵(20)、进气管(17)、排气管(10)、CO2检测仪(9)、阀门(19)，空气泵(20)与进气管(17)相连，进气管(17)与燃烧反应器(3)的左侧口相连，排气管(10)一端与燃烧反应器(3)的右侧口相连，另一端和CO2检测仪(9)相连，阀门(19)用于控制进气管(17)、排气管(10)的开闭。6.根据权利要求5所述的一种发动机液体燃料燃烧特性测试装置，其特征在于，试验时进气管(17)、排气管(10)中的阀门(19)关闭，试验结束后打开进气管(17)、排气管(10)的阀门(19)，进行扫气和废气中CO2浓度的检测。7.根据权利要求5所述的一种发动机液体燃料燃烧特性测试装置，其特征在于，当燃烧反应器(3)内温度高于预定温度T时，采用空气泵(20)扫气的方法进行降温；当燃烧反应器(3)内温度接近预定温度T时，即与T相差10℃左右时，应采用关闭电热炉(14)、空气泵(20)的方法放缓加热、降温速度。8.根据权利要求1所述的一种发动机液体燃料燃烧特性测试装置，其特征在于，所述控制系统包括控制单元(6)、计算机(11)，控制单元(6)分别与电热炉(14)、温度显示器(1)、伺服电机(5)、脉冲点火器(7)、高速相机(12)、空气泵(20)、CO2检测仪(9)相连，计算机(11)实时监测整个测试系统的状态，对加热时间、燃料注射时刻、注射量、点火时刻、拍摄时刻、扫气时间进行控制。9.一种发动机液体燃料燃烧特性测试方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：设定初始参数：T、mA、mB、t1、t2、t3；其中，T—燃烧反应温度，根据燃料的自燃温度、点燃温度确定；mA、mB—主燃料A、氛围气燃料B注入质量，根据燃烧反应器3容积、试验中主燃料A和燃料B的质量比、主燃料A和燃料B的理论空燃比、试验测试需要的过量空气系数计算确定；t1—氛围气B的汽化时间，根据燃料B的挥发性确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞娜，王忠，丁昊，夏骅，刘帅，施佳裕，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32