一种全可视化光学发动机的制作方法

本发明属汽车发动机技术领域，具体涉及一种全可视化光学发动机。

背景技术：

由于当今世界石油资源日趋贫乏，可开采利用的石油资源有限，人们越来越重视燃油的节约，因此燃油经济性在发动机的设计研发中扮演着越来越重要的角色。此外，随着人们生活水平的提高，对环境保护的意识逐渐增强，为了满足人民对绿色环境的需求，国家不断升级排放法规，从之前的国三排放标准到国四排放标准，再到现在的国五排放标准，对发动机的排放性提出了更为严格的要求。在发动机的燃油经济性和排放性等因素的驱动下，发动机的性能指标不断升级。

发动机的工作过程是一个极为复杂的过程，主要包括在湍流状态下的燃油喷射、蒸发、混合、着火等一系列的物理、化学过程。在一个极短的时间以及工作空间极为有限的条件下，完成这个极为复杂的过程，对燃烧的可控性要求较高。优化喷油和进气控制策略，合理组织缸内气流运动，以及使用多元化的燃料，已经使得传统发动机的排放水平大幅度降低，燃烧效率不断提高。一些新的燃烧模式也被不断提出，主要有均质压燃(hcci)、预混压燃(pcci)等。这些燃烧模式的燃烧效率和经济性较高，排放性较低。

针对这些燃烧模型，以往的发动机诊断手段，主要是通过发动机的外部特性进行测量与分析，再结合计算计仿真，对其内部燃烧状况做一个推测，而不能对发动机的燃烧过程做一个可视化的微观层面上的分析。为了对缸内燃烧过程进一步的了解和研究，需对缸内的温度场、速度场以及组分成分及其浓度等信息进行检测，这就需要运用各种光学的手段，对发动机的内部燃烧状况进行微观诊断。目前国内外的光学手段主要有：米氏(mie)、瑞利(rayleigh)和激光自发拉曼散射(raman)、相干反斯托克斯拉曼散射、激光诱导白炽光技术(lii)、平面激光诱导荧光技术(plif)、化学发光法以及光学示踪剂法等等。

针对这些光学诊断技术，人们设计了不同类型的光学发动机，主要有通过缸盖的光学通路，如1969年，scott在一台两冲程单缸柴油机上实现了光学通路，从而获得燃烧以及喷雾的可视化；英国布鲁内尔大学在一台idi柴油机上实现了发动机侧面和顶面的可视化发动机。此外，还有穿过侧壁的光学通路以及穿过活塞的光学通路等。然而目前已有的光学发动机仍存在安装透明石英缸套困难、擦拭石英玻璃不方便等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种石英视窗视野宽、透明石英缸套安装方便、石英玻璃擦拭方便的全可视化光学发动机。

一种全可视化光学发动机，由燃油供给系统b、机油温度控制系统c、起动电机d、水温控制系统e、发动机控制系统f、原发动机缸盖ⅰ、加长可视化部分ⅱ和原发动机缸体ⅲ组成，其中原发动机缸盖ⅰ、加长可视化部分ⅱ和原发动机缸体ⅲ自上而下顺序固接，燃油供给系统b经高压油管与原发动机缸盖ⅰ的高压共轨连接，机油温度控制系统c经油管与原发动机缸体ⅲ的油底壳连接，起动电机d的输出端与原发动机缸体ⅲ的曲轴39通过联轴器连接，发动机控制系统f通过导线分别与原发动机缸盖ⅰ的喷油器、燃油压力调节阀、节气门、火花塞、凸轮轴相位传感器、轨压传感器、发动机缸体ⅲ的曲轴位置传感器连接。

原发动机缸盖ⅰ中只保留第二缸的进排气门，同时将原发动机缸盖ⅰ中第一、三、四缸的所有进排气门拆掉，从而减少第一缸、第三缸、第四缸的泵气损失与压缩负功，气门导管的上端口密封，以防止润滑油大量进入第一、三、四缸。加长可视化部分ⅱ中上支撑板1的上表面与原发动机缸盖ⅰ的下表面固接，且上支撑板1上面的油道孔与原发动机缸盖ⅰ下表面的油道孔一一对应。加长可视化部分ⅱ中下支撑板6的下表面与原发动机缸体ⅲ的上表面固接，且下支撑板6下面的油道孔与原发动机缸体ⅲ上表面润滑油道孔一一对应。原发动机缸体ⅲ内除装有原发动机活塞ⅰ28、原发动机活塞ⅱ30、原发动机活塞ⅲ32外，另加装加长可视化部分ⅱ的加长活塞8。

原发动机活塞ⅰ28顶部加装配重块ⅰ27，原发动机活塞ⅱ30顶部加装配重块ⅱ29，原发动机活塞ⅲ32顶部加装配重块ⅲ33；配重块ⅰ27、配重块ⅱ29、配重块ⅲ33各自的重量均与加长活塞8中加长部分的重量相等，即每个配重块的重量分别等于加长活塞减原发动机活塞的重量，通过加装配重块ⅰ27、配重块ⅱ29、配重块ⅲ33来平衡全可视化发动机的往复惯性力，从而使全可视化光学发动机工作更稳定；正时链条37通过加长原机正时链条改装而来，正时链条37跨度间侧面装有正时链条张紧装置38。

机油泵31经机油泵链条40与曲轴39链连接，机油泵链条40跨度间侧面装有机油泵链条张紧装置41。

水温控制系统e经两根水管分别与加长可视化部分ⅱ的冷却水入口和冷却水出口连接。

所述的加长可视化部分ⅱ由上支撑板1、l型支撑板ⅰ2、加长缸体3、螺母ⅰ4、固定螺栓ⅰ5、下支撑板6固定螺栓ⅱ7、加长活塞8、螺母ⅱ9、l型支撑板ⅱ10、石英缸套支座11、石英缸套12、底视石英视窗13、l型支撑板ⅲ14、冷却水套15、螺母ⅲ16、固定螺栓ⅲ17、45°反光镜支架18、45°反光镜19、固定螺栓ⅳ20、螺母ⅳ21、l型支撑板ⅳ22、加长缸套23、环垫ⅰ24、环垫ⅱ25和环垫ⅲ26组成，其中上支撑板1与下支撑板6都是长方体，上支撑板1与下支撑板6之间通过它们四个角上的l型支撑板ⅰ2、l型支撑板ⅱ10、l型支撑板ⅲ14、l型支撑板ⅳ22固接。

上支撑板1的下表面中部与石英缸套支座11固接，环垫ⅲ26装于上支撑板1和石英缸套12之间；石英缸套装于石英缸套支座11内部，环垫ⅱ25装于石英缸套12和石英缸套支座11之间；环垫ⅰ24装于石英缸套支座11的下接触面和加长缸体3、加长缸套23的上部之间；加长缸体3通过固定螺栓ⅰ5、固定螺栓ⅱ7、固定螺栓ⅲ17和固定螺栓ⅳ20与下支撑板6连接。

螺母ⅰ4装于固定螺栓ⅰ5上，螺母ⅱ9装于固定螺栓ⅱ7上，螺母ⅲ16装于固定螺栓ⅲ17上，螺母ⅳ21装于固定螺栓ⅳ20上，加长缸体3、加长缸套23的移动是通过旋转螺母ⅰ4、螺母ⅱ9、螺母ⅲ16、螺母ⅳ21实现，从而起到不用拆卸原发动机缸盖ⅰ就能擦拭石英缸套12与底视石英视窗13的作用；加长缸体两侧设有冷却水入口44和冷却水出口45，分别与冷却水管连接；冷却水套15设于加长缸体3与加长缸套23之间，冷却水套15的下端侧面与冷却水入口44接通，冷却水套15的上端侧面与冷却水出口45接通。

加长活塞8装于加长缸套23内，底视石英视窗13装于加长活塞8顶部，加长活塞8的下部开有矩形孔34；45°反光镜19安装在45°反光镜支架18上，45°反光镜支架18与下支撑板6固接；上支撑板1与下支撑板6内有润滑油道，上支撑板1的润滑油道孔ⅲ48与下支撑板6的润滑油道孔ⅰ46通过一油管连接，上支撑板1的润滑油道孔ⅳ49与下支撑板6的润滑油道孔ⅱ47通过另一油管连接，以保证润滑油从下支撑板6的润滑油道孔ⅰ46流入油管，再从油管流入上支撑板1的润滑油道孔ⅲ48，完成原发动机缸盖ⅰ与上支撑板1的润滑与冷却后，润滑油从上支撑板1的润滑油道孔ⅳ49流入油管，再从油管流入下支撑板的润滑油道孔ⅱ47。

本发明的工作过程如下：

首先通过机油温度控制系统c和水温控制系统e，调整全可视化光学发动机机油温度和冷却水的温度。将二者的温度加热到80℃左右，然后通过起动电机d拖动光学发动机转动，再通过燃油供给系统供给b燃油，以及喷油器喷油和火花塞点火。这一过程是通过发动机控制系统f协调控制的。当将全可视化光学发动机调整到需要研究的工况如cai燃烧模式下时，由发动机控制系统f触发激光器g发射激光，激光穿过石英缸套12直接射入气缸内，然后由45°反光镜19反射出被激发的散射光线，再由外部的光谱仪和iccdh接受。做几次实验后，需要擦拭被燃烧产物污染的石英缸套12内表面，通过旋转固定螺栓ⅰ5、固定螺栓ⅱ7、固定螺栓ⅲ17、固定螺栓ⅳ20上的螺母ⅰ4、螺母ⅱ9、螺母ⅲ16、螺母ⅳ21向下移动加长缸体3，擦拭石英缸套12以及加长活塞8上部的底视石英视窗13。擦拭结束后旋转固定螺栓ⅰ5、固定螺栓ⅱ7、固定螺栓ⅲ17、固定螺栓ⅳ20上的螺母ⅰ4、螺母ⅱ9、螺母ⅲ16、螺母ⅳ21，使加长缸体3和加长缸套上移，通过密封环垫与石英缸套支座下端面压紧，对称旋紧螺母ⅰ4、螺母ⅱ9、螺母ⅲ16、螺母ⅳ21，用带有指示力矩值的扳手先拧60n，然后在拧120n，对角拧紧。

本发明的缸套为360°全可视化，在配合加长活塞顶部的石英视窗，视野更加广阔；采用本发明可不拆卸原发动机缸盖部分，就能擦洗石英缸套内表面，解决了光学发动机所存在的安装透明石英缸套困难和擦拭石英玻璃不方便等问题。

附图说明

图1是全可视化光学发动机结构示意图

图2是全可视光学发动机以及外部仪器示意图

图3是加长可视化部分结构示意图

图4是加长可视化部分剖视图

图5是原发动机缸体部分以及加长活塞示意图

图6是发动机的侧面示意图

图7是加长缸体结构示意图

图8是加长缸体剖视图

图9是下支撑板俯视图

图10是下支撑板主视图

图11是上支撑板俯视图

图12是上支撑板主视图

其中：a.光学发动机b.燃油供给系统c.机油温度控制系统d.起动电机e.水温控制系统f.发动机控制系统g.激光器h.光谱仪和iccdⅰ.原发动机缸盖ⅱ.加长可视化部分ⅲ.原发动机缸体1.上支撑板2.l型支撑板ⅰ3.加长缸体4.螺母ⅰ5.固定螺栓ⅰ6.下支撑板7.固定螺栓ⅱ8.加长活塞9.螺母ⅱ10.l型支撑板ⅱ11.石英缸套支座12.石英缸套13.底视石英视窗14.l型支撑板ⅲ15.冷却水套16.螺母ⅲ17.固定螺栓ⅲ18.45°反光镜支架19.45°反光镜20.固定螺栓ⅳ21.螺母ⅳ22.l型支撑板ⅳ23.加长缸套24.环垫ⅰ25.环垫ⅱ26.环垫ⅲ27.配重块ⅰ28.原发动机活塞ⅰ29.配重块ⅱ30.原发动机活塞ⅱ31.机油泵32.原发动机活塞ⅲ33.配重块ⅲ34.矩形孔35.进气凸轮轴36.进气管37.正时链条38.正时链条张紧装置39.曲轴40.机油泵链条41.机油泵链条张紧装置42.排气凸轮轴43.排气管44.冷却水入口45.冷却水出口46.润滑油道孔ⅰ47.润滑油道孔ⅱ48.润滑油道孔ⅲ49润滑油道孔ⅳ

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利做详细的描述：

如图1、图2、图5和图6所示，本发明由燃油供给系统b、机油温度控制系统c、起动电机d、水温控制系统e、发动机控制系统f、原发动机缸盖ⅰ、加长可视化部分ⅱ和原发动机缸体ⅲ组成，其中原发动机缸盖ⅰ、加长可视化部分ⅱ和原发动机缸体ⅲ自上而下顺序固接，燃油供给系统b经高压油管与原发动机缸盖ⅰ的高压共轨连接，机油温度控制系统c经油管与原发动机缸体ⅲ的油底壳连接，起动电机d的输出端与原发动机缸体ⅲ的曲轴39通过联轴器连接，发动机控制系统f通过导线分别与原发动机缸盖ⅰ的喷油器、燃油压力调节阀、节气门、火花塞、凸轮轴相位传感器、轨压传感器、发动机缸体ⅲ的曲轴位置传感器连接；其中原发动机缸盖ⅰ中只保留第二缸的进排气门，同时将原发动机缸盖ⅰ中第一、三、四缸的所有进排气门拆掉，气门导管的上端口密封。加长可视化部分ⅱ中上支撑板1的上表面与原发动机缸盖ⅰ的下表面固接，且上支撑板1上面的油道孔与原发动机缸盖ⅰ下表面的油道孔一一对应。加长可视化部分ⅱ中下支撑板6的下表面与原发动机缸体ⅲ的上表面固接，且下支撑板6下面的油道孔与原发动机缸体ⅲ上表面润滑油道孔一一对应。

原发动机缸体ⅲ内除装有原发动机活塞ⅰ28、原发动机活塞ⅱ30、原发动机活塞ⅲ32外，另加装加长可视化部分ⅱ的加长活塞8。

原发动机活塞ⅰ28顶部加装配重块ⅰ27，原发动机活塞ⅱ30顶部加装配重块ⅱ29，原发动机活塞ⅲ32顶部加装配重块ⅲ33；配重块ⅰ27、配重块ⅱ29、配重块ⅲ33各自的重量均与加长活塞8中加长部分的重量相等，即每个配重块的重量分别等于加长活塞减原发动机活塞的重量；正时链条37通过加长原机正时链条改装而来，正时链条37跨度间侧面装有正时链条张紧装置38。

机油泵31经机油泵链条40与曲轴39链连接，机油泵链条40跨度间侧面装有机油泵链条张紧装置41。

水温控制系统e经两根水管分别与加长可视化部分ⅱ的冷却水入口和冷却水出口连接。

如图3、图4、图7至图12所示，所述的加长可视化部分ⅱ由上支撑板1、l型支撑板ⅰ2、加长缸体3、螺母ⅰ4、固定螺栓ⅰ5、下支撑板6固定螺栓ⅱ7、加长活塞8、螺母ⅱ9、l型支撑板ⅱ10、石英缸套支座11、石英缸套12、底视石英视窗13、l型支撑板ⅲ14、冷却水套15、螺母ⅲ16、固定螺栓ⅲ17、45°反光镜支架18、45°反光镜19、固定螺栓ⅳ20、螺母ⅳ21、l型支撑板ⅳ22、加长缸套23、环垫ⅰ24、环垫ⅱ25和环垫ⅲ26组成，其中上支撑板1与下支撑板6都是长方体，上支撑板1与下支撑板6之间通过它们四个角上的l型支撑板ⅰ2、l型支撑板ⅱ10、l型支撑板ⅲ14、l型支撑板ⅳ22固接。

上支撑板1的下表面中部与石英缸套支座11固接，环垫ⅲ26装于上支撑板1和石英缸套12之间；石英缸套装于石英缸套支座11内部，环垫ⅱ25装于石英缸套12和石英缸套支座11之间；环垫ⅰ24装于石英缸套支座11的下接触面和加长缸体3、加长缸套23的上部之间；加长缸体3通过固定螺栓ⅰ5、固定螺栓ⅱ7、固定螺栓ⅲ17和固定螺栓ⅳ20与下支撑板6连接。

螺母ⅰ4装于固定螺栓ⅰ5上，螺母ⅱ9装于固定螺栓ⅱ7上，螺母ⅲ16装于固定螺栓ⅲ17上，螺母ⅳ21装于固定螺栓ⅳ20上，加长缸体3、加长缸套23的移动是通过旋转螺母ⅰ4、螺母ⅱ9、螺母ⅲ16、螺母ⅳ21实现；加长缸体两侧设有冷却水入口44和冷却水出口45，分别与冷却水管连接；冷却水套15设于加长缸体3与加长缸套23之间，冷却水套15的下端侧面与冷却水入口44接通，冷却水套15的上端侧面与冷却水出口45接通。

加长活塞8装于加长缸套23内，底视石英视窗13装于加长活塞8顶部，加长活塞8的下部开有矩形孔34；45°反光镜19安装在45°反光镜支架18上，45°反光镜支架18与下支撑板6固接；上支撑板1与下支撑板6内有润滑油道，上支撑板1的润滑油道孔ⅲ48与下支撑板6的润滑油道孔ⅰ46通过一油管连接，上支撑板1的润滑油道孔ⅳ49与下支撑板6的润滑油道孔ⅱ47通过另一油管连接，以保证润滑油从下支撑板6的润滑油道孔ⅰ46流入油管，再从油管流入上支撑板1的润滑油道孔ⅲ48，完成原发动机缸盖ⅰ与上支撑板1的润滑与冷却后，润滑油从上支撑板1的润滑油道孔ⅳ49流入油管，再从油管流入下支撑板的润滑油道孔ⅱ47。