一种发动机进气道气体燃料喷射可视化试验装置及试验方法
【专利摘要】一种发动机进气道气体燃料喷射可视化试验装置及试验方法属于发动机技术领域，用于观察气体燃料在进气道内喷射流动以及和来流空气混合情况，主要包括喷气阀安装柱体、进气管本体，喷气阀安装在可以旋转的圆柱体上，使其能改变气体喷射角度。本发明可以模拟发动机进气道混合气的流动，研究可燃气体喷射流动的形成及其与空气混合的整个过程，以及喷射阀不同的喷射压力、喷射脉宽、空气流速度等对可燃气体喷射流动的影响。
【专利说明】
一种发动机进气道气体燃料喷射可视化试验装置及试验方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种发动机进气道气体燃料喷射可视化试验装置及试验方法，属于发动机技术领域。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，人们对能源和环境污染问题越来越重视，一些气体燃料(如氢气、天然气、沼气等)得到广泛应用。目前国内外，发动机可燃气体燃料的供给，已经由传统的混合器供给方式，转变为电控多点顺序喷射方式;因为较传统的机械式混合器方式，多点喷射方式可以根据发动机工况借助发动机电控单元精确控制燃料供给量，从而使发动机的动力性、经济性和尾气排放都得到很大改善。
[0003]对于进气道喷射气体燃料的发动机来说，保证进气道混合气体的混合均匀性是燃烧质量的根本途径。因此，研究进气管中可燃气体喷射流动的形成及其与空气混合的整个过程，以及不同的喷射压力、喷孔直径、空气流速度等对可燃气体喷射流动的影响有着十分重要的意义。
[0004]随着科学技术的发展，在各种潜在的技术手段研究中，使用先进的高速摄影技术和激光技术来研究发动机混合、扩散、着火以及燃烧过程在学术和工程应用上占据了更加重要的地位；国内外研究者利用米散射一纹影法、瑞利散射激光弹性散射成像技术、复合激光诱导荧光技术等在定容燃烧和光学发动机上已经开展了很多研究。目前在实际应用中，粒子成像测速、激光散斑测速等技术也已经广泛的应用在很多流场测试中，取得了重大突破。
【发明内容】
[0005]本发明涉及一种发动机进气道气体燃料喷射可视化试验装置及试验方法，能够观察进气管中可燃气体喷射流动的形成及其与空气混合的整个过程。目的是为了了解可燃气体与空气的混合及其流场变化情况，探究在不同的喷射压力、喷射角度、空气流速度等条件下，它们对可燃气体喷射流动的影响情况。
[0006]本发明的试验系统包括驱动电机、发动机(包括发动机空气供给系统，可燃气体供给系统等)、电子控制系统、数据采集系统、计算机、摄影机等。电子控制系统控制电动机转速，电动机输出轴与发动机曲轴端相连接，实现发动机活塞部件在不同转速下的往复运动。一种发动机进气道气体燃料喷射可视化试验装置，其特征在于:包括旋转柱体(I)、进气管本体(2)、螺栓安装孔(3)、观测窗(4)、法兰(5)、喷气阀安装孔(6);所述旋转柱体(I)安装于进气管本体(2)上，进气管本体(2)设有喷气阀安装孔(6);所述旋转柱体(I)与进气口通过法兰(5)连接，与节气门通过螺栓安装孔(3)采用螺栓连接;喷气阀安装于所述喷气阀安装孔(6)内；所述观测窗(4)由石英玻璃制成，与进气管本体(2)用胶粘死。
[0007]所述动态观测试验方法为调节可燃气体供给系统调压装置，使喷气阀工作在稳定的压力范围内，喷气阀通过电子控制系统发出的脉宽信号进行动作并喷出可燃气体;通过电子控制系统调节空气供给系统中电子节气门的开度来实现对空气流速的调节。通过发动机进气口前段可视化装置进行光学观测。
[0008]所述进气口前段可视化装置包括旋转柱体、进气管本体、螺栓安装孔、观测窗、法兰、喷气阀安装孔。
[0009]所述旋转柱体由硬质橡胶材料制成，安装于进气管本体上，并且紧密配合。
[0010]所述进气管本体与进气口和节气门通过法兰以及所述的螺栓安装孔采用螺栓连接。
[0011]所述观测窗由石英玻璃制成，与进气管本体用胶粘死。
[0012]所述气体喷射阀安装于所述喷气阀安装孔内，通过旋转柱体，进行喷射阀入射角度的调节，使得喷射角度朝内侧方向，与发动机缸盖轴心线呈0° — 60°夹角。如图2所示，喷射阀入射方向在与纸面垂直的平面内，且可以调整。
[0013]所述气源为可燃气体与示踪粒子的混合物。所述示踪粒子为平均直径2— 7μπι铝粉。
[0014]所述装置的应用方法，其特征在于:通过电子控制系统调节电动机运转速度，电动机输出轴与发动机曲轴端相连接，实现发动机在不同转速下的往复运动，调节可燃气体供给系统调压装置，压力可调范围为0.1 — 3.5MPa，喷气阀通过电子控制系统发出的脉宽信号进行动作喷出可燃气体和铝粉均匀混合物，通过电子控制系统调节空气供给系统中电子节气门的开度来实现对空气流速的调节，并对通过观察窗进行光学观测;旋转柱体(I)的旋转使得喷气阀的喷射角度与发动机缸盖轴心线呈0° — 60°夹角。
[0015]发明具有以下特点:1、在发动机不同的转速下，能够观察进气管中可燃气体喷射流动的形成及其与空气混合的整个过程;2、能够更好地探究在不同的喷射压力、喷射角度、空气流速度等条件下，它们对可燃气体喷射流动的影响情况。
【附图说明】
[0016]图1是发明方法的试验系统原理图；
[0017]图2是本发明方法应用装置(进气口前段可视化观测装置)的结构示意图；
[0018]图3是本发明喷气阀角度调节装置示意图；
[0019]图4是本发明喷气阀调节角度范围示意图；
[0020]图5是本发明试验过程中可视化观测示意图；
[0021]标号说明:1-旋转柱体、2-进气管本体、3-螺栓安装孔、4-观测窗、5-法兰、6-喷气阀安装孔。
【具体实施方式】
[0022]如附图1所示，一种发动机进气道气体燃料喷射可视化试验装置及试验方法，包括驱动电机、发动机(包括发动机空气供给系统，可燃气体供给系统等)、电子控制系统、数据采集系统、计算机、摄影机等。
[0023]如附图2所示，一种发动机进气道气体燃料喷射可视化试验装置，其特征在于:包括旋转柱体(1)、进气管本体(2)、螺栓安装孔(3)、观测窗(4)、法兰(5)、喷气阀安装孔(6)。
[0024]所述旋转柱体(I)由硬质橡胶材料制成，安装于进气管本体(2)上，并且紧密配合。
[0025]所述装置的应用方法，其特征在于:通过电子控制系统调节电动机运转速度，电动机输出轴与发动机曲轴端相连接，实现发动机在不同转速下的往复运动，调节可燃气体供给系统调压装置，压力可调范围为0.1 — 3.5MPa，喷气阀通过电子控制系统发出的脉宽信号进行动作喷出可燃气体和铝粉均匀混合物，通过电子控制系统调节空气供给系统中电子节气门的开度来实现对空气流速的调节，并对通过观察窗进行光学观测;旋转柱体(I)的旋转使得喷气阀的喷射角度与发动机缸盖轴心线呈0° — 60°夹角。
[0026]所述观测窗(4)由石英玻璃制成，与进气管本体(2)用胶粘死。
[0027]所述气体喷射阀安装于所述喷气阀安装孔(6)内，如图3、图4所示，通过旋转柱体
(I)，进行喷射阀入射角度的调节，使得喷射角度朝发动机进气口方向，与发动机缸盖轴心线呈0° — 60°夹角。
[0028]所述气源为可燃气体与示踪粒子的混合物。
[0029]所述示踪粒子为平均直径2 — 7μπι铝粉。
[0030]如图5所示，所述气体燃料和示踪粒子混合物通过喷气阀进入进气道气体燃料喷射可视化试验装置内，与来流空气混合，摄影机镜头与观测窗口垂直放置，由于示踪粒子发射光的强度不同，数据采集系统处理即可得出可燃气体喷射流动的形成及其与空气混合的规律。
[0031]试验初始，通过电子控制系统调节电动机运转速度，电动机输出轴与发动机曲轴端相连接，实现发动机在不同转速下的往复运动，调节可燃气体供给系统调压装置，压力可调范围为0.1 — 3.5MPa，使喷气阀工作在稳定的压力范围内，喷气阀通过电子控制系统发出的脉宽信号进行动作喷出可燃气体和铝粉均匀混合物，通过电子控制系统调节空气供给系统中电子节气门的开度来实现对空气流速的调节，并对发动机进气口前段可视化装置进行光学观测。
【主权项】
1.一种发动机进气道气体燃料喷射可视化试验装置，其特征在于:包括旋转柱体(I)、进气管本体(2)、螺栓安装孔(3)、观测窗(4)、法兰(5)、喷气阀安装孔(6);所述旋转柱体(I)安装于进气管本体(2)上，进气管本体(2)设有喷气阀安装孔(6);所述旋转柱体(I)与进气口通过法兰(5)连接，与节气门通过螺栓安装孔(3)采用螺栓连接;喷气阀安装于所述喷气阀安装孔(6)内；所述观测窗(4)由石英玻璃制成，与进气管本体(2)用胶粘死。2.如权利要求1所述装置的应用方法，其特征在于:通过电子控制系统调节电动机运转速度，电动机输出轴与发动机曲轴端相连接，实现发动机在不同转速下的往复运动，调节可燃气体供给系统调压装置，压力可调范围为0.1 — 3.5MPa，喷气阀通过电子控制系统发出的脉宽信号进行动作喷出可燃气体和铝粉均匀混合物，通过电子控制系统调节空气供给系统中电子节气门的开度来实现对空气流速的调节，并对通过观察窗进行光学观测;旋转柱体(I)的旋转使得喷气阀的喷射角度与发动机缸盖轴心线呈0° — 60°夹角。
【文档编号】F02D19/02GK106050441SQ201610450833
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】仇滔, 张亚飞, 雷艳
【申请人】北京工业大学