专利名称：新型燃油喷雾可视化实验装置的制作方法
技术领域：
本发明提供了一种多用途的发动机燃油喷雾可视化的实验装置，本发明尤其适用于液体及气体燃料的各种喷雾形式的可视化实验研究。
背景技术：
燃油雾化过程对于柴油机的燃烧及排放性能都具有重要的影响作用，对柴油机油气混合、燃烧机理及低排放燃烧方式等研究均有重要的支撑作用。为了能够直观的研究柴油机喷雾过程，获取缸内油气混合信息，研究者往往采用喷雾可视化的研究手段。喷雾可视化主要分为两种研究技术路线，一种是采用光学发动机，即在实验发动机上加工出可视化光路。采用这种方式能够获取发动机实际工作参数条件下的喷雾情况，但是其系统复杂，造价昂贵，而且可视范围往往受到种种限制。另一种方式是采用定容弹，即在一个固定容积的压力容器内模拟发动机喷油时的温度和压力条件，并在容器的四壁或底部等方向上进行可视化测量。与光学发动机方式相比，采用定容弹方式的成本低，可视范围大，适用多种喷雾及燃烧方式，具有很大的灵活性。柴油机燃油喷射技术朝着高喷射压力方向发展，喷雾过程往往伴随着油束与燃烧室壁面的碰撞。不同的碰撞方式对于油气混合过程、燃烧过程以及发动机整体性能的影响差异很大。但在目前的研究中，大多基于定容弹的喷雾可视化研究只能获取自由喷雾的喷雾信息，无法进行多种碰撞方式的实验研究，通用性较差。
发明内容
鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种新型的多用途发动机燃油喷雾可视化实验装置，该装置采用模块化设计，具有独立的喷油器模块和碰撞单元模块，能够方便的调节喷油器在视窗中 的位置，改变喷嘴与碰撞单元间的碰撞距离，且适用于各种碰撞方式、喷油压力及环境背压等条件变换的实验需要。为了实现上述目的，本发明的技术方案为:新型燃油喷雾可视化实验装置，主要包括弹体、视窗盖板组、喷油器位置调节及固定模块、以及模拟燃烧室单元位置调整模块:所述的弹体为具有一定厚度的正立方体空腔结构，在弹体的每一个面上均设置有用以安装视窗盖板组、喷油器位置调节及固定模块以及模拟燃烧室单元位置调整模块的圆形安装槽；所述的视窗盖板组包括安装在弹体的四个侧面的圆形安装槽内，与弹体采用机械连接的视窗盖板以及安装在视窗盖板与弹体之间的空隙内的有机玻璃视窗；所述的喷油器位置调节及固定模块，用以调整喷油器的位置并固定，包括安装在弹体上表面的圆形安装槽内，与弹体采用机械连接的中间开有用以安放喷油器套筒通孔的喷油器上盖板，与喷油器盖板螺纹连接的中间开有孔径与喷油器外径相配合通孔的用以安装喷油器的喷油器套筒，安装于喷油器套筒内的喷油器以及用于压紧喷油器的喷油器压板；所述的模拟燃烧室单元位置调整模块，用以调整模拟燃烧室单元的位置，包括模拟燃烧室，安装在弹体下表面的圆形安装槽内，与弹体采用机械连接的下盖板，所述的下盖板中间设置一用以螺纹连接模拟燃烧室位置调整机构的通孔以及用以调整模拟燃烧室位置并保证模拟燃烧室始终与视窗方向保持垂直的模拟燃烧室位置调整机构，所述下盖板上还安装有用以调节弹体内背压的进气阀以及用以排除弹体内的高压氮气及积聚的燃油的排气阀。进一步的，所述的圆形安装槽的加工尺寸一致，用以实现视窗盖板组之间、视窗盖板组与喷油器位置调节及固定模块、以及模拟燃烧室单元位置调整模块互换。进一步的，所述的喷油器上盖板的通孔包括:孔径内加工有螺纹，用于固定喷油器套筒的上通孔以及孔径内加工两道环槽用以安装密封圈的下通孔，所述上通孔孔径大于下通孔孔径。进一步的，所述的喷油器套筒由三部分组成，第一部分为喷油器压板固定杆，所述喷油器压板固定杆将喷油器压板定位于喷油器套筒上，进而实现喷油器压紧；第二部分为喷油器套筒上部，其外径加工有螺纹，与喷油器上盖板螺纹连接；第三部分为喷油器套筒下部，其外径加工有用以调整喷油器在视窗中的相对位置的定位栅尺。进一步的，所述的喷油器压板为一方形钢板。进一步的，所述的喷油器压板固定杆为两根短螺栓。进一步的，所述的模拟燃烧室位置调整机构包括:表面加工螺纹，安装于下盖板通孔内的定位杆以及安装于下盖板上表面的两组定位销筒；所述的定位杆上端与模拟燃烧室机械连接，下端设置有一定位手轮；所述的定位销筒内设置定位销，定位销上端与模拟燃烧室机械连接。 所述的模拟燃烧室为具有柴油机燃烧室截面形状的二维燃烧室，其下端分别于定位销及定位杆相连接。所述的弹体与有机玻璃视窗之间、弹体与视窗盖板组之间、弹体与喷油器上盖板之间、弹体与下盖板之间、喷油器上盖板与喷油器套筒之间、下盖板与定位杆之间、喷油器与喷油器套筒之间均安装有密封圈。本发明的优点在于:本发明所提供的喷油器位置调节及固定模块，能够精确的调节喷油器在视窗中的位置，从而保证在使用不同种类喷油器时能够充分的利用可视范围，提高了装置的可用性。本发明所提供的模拟燃烧室单元位置调整模块，能够采用不同种类的模拟燃烧室，从而实现了喷雾与燃烧室几何形状的配合，能够研究喷雾与燃烧室壁面发生碰撞的信息及在喷雾燃烧室内的运动情况，使研究更接近发动机的实际工作情况，提高了研究数据的可信度。本发明所提供的视窗盖板组之间能够互换，并且可以与喷油器位置调节及固定模块、以及模拟燃烧室单元位置调整模块相互换，使得实验可以在多个方向上进行，提高了装置的通用性。
图1本发明的燃油喷雾可视化实验装置结构图；图2本发明的燃油喷雾可视化实验装置剖面图；图3本发明的燃油喷雾可视化实验装置上盖板剖面图；图4本发明的燃油喷雾可视化实验装置上盖板俯视图；图5本发明的模拟燃烧室示意图；图6本发明的密封圈位置示意图；图7本发明的密封圈位置示意图。图中:1、弹体，2、视窗盖板组，2a、视窗盖板，2b、有机玻璃视窗，3、喷油器位置调节及固定模块，3a、喷油器压板，3b、喷油器，3c、喷油器套筒，3cl、喷油器压板固定杆，3c2、喷油器套筒上部，3c3、喷油器套筒下部，3c4、定位栅尺，3d、喷油器上盖板，4、模拟燃烧室单元位置调整模块，4a、模拟燃烧室位置调整机构，4al、定位杆，4a2、定位销筒，4a3、定位销，4a4、定位手轮,4b、下盖板,4c、进气阀,4d、排气阀,4e、模拟燃烧室，M、密封圈。
具体实施例方式下面结合各个附图进一步说明本发明的技术方案:本发明提供的一种新型燃油喷雾可视化实验装置，如图1所示，主要包括:弹体1、视窗盖板组2、喷油器位置调节及固定模块3、模拟燃烧室单元位置调整模块4。图2所示为喷雾可视化实验装置的剖面图，所述的弹体I为具有一定厚度的正立方体空腔结构，每个侧面的均开有一个圆形安装槽，每个安装槽均通过视窗盖板组2固定一块有机玻璃视窗2b，将开口密封；所述的喷油器上盖板3d和下盖板4b分别安装于弹体I的上下两个表面的圆形安装槽内；所述的喷油器5安装于喷油器套筒3c内，模拟燃烧室4e选择具有柴油机燃烧室截面几何形状的二维燃烧室(即在一个长方体钢块上加工出一个与柴油机燃烧室中截面的形状一样的几何结构)，模拟燃烧室4e的下端分别与模拟燃烧室位置调整机构4a的定位销4a3及定位杆4al相连接,定位销4a3安装于定位销套筒4a2内，定位销套筒4a2、定位杆4al均安装于下盖板4b上,定位手轮4a4安装于定位杆4al下端，进气阀4c及排气阀4d安装于下盖板4b上。具体的，所述弹体I上的用以安装视窗盖板组2、喷油器位置调节及固定模块3以及模拟燃烧室单元位置调整模块4的圆形安装槽均加工为同一尺寸，这样的设计使得视窗盖板组2之间能够互换，并且可以与喷油器位置调节及固定模块3、以及模拟燃烧室单元位置调整模块4相互换，使得实验可以在多个方向上进行，提高了装置的通用性；同时圆形安装槽上均加工有圆形凹槽，用以安放O形密封圈以保证弹体气密性。所述的视窗盖板组2包括视窗盖板2a及有机玻璃视窗2b。所述的视窗盖板2a安装在弹体I的四个侧面上，与弹体I间采用机械连接。在每一盖板与弹体的接触面上均加工有安放O形密封圈的凹槽。所述的有机玻璃视窗2b安装在视窗盖板与弹体之间的空隙内，其与弹体及盖板的接触面上均安放有O形密封圈。如图2 、图3、图4所示，所述的喷油器上盖板3d安装于弹体I上表面的圆形安装槽内，与弹体I采用机械连接。上盖板3d上设置一通孔，所述的通孔可分为上通孔以及下通孔两部分，上通孔径大，下通孔径小，上通孔一端加工有螺纹，用于固定喷油器套筒3c ；下通孔一端加工有两道环槽，用以安装密封圈。
所述的喷油器套筒3c外径由三部分组成，第一部分为喷油器压板固定杆3cl，将喷油器压板3a固紧定位于喷油器套筒3c上，进而实现喷油器3b压紧过程，第二部分为喷油器套筒上部3c2，与喷油器上盖板3d螺纹连接，第三部分为喷油器套筒下部3c3，其外径加工有用以调整喷油器3b在视窗中的相对位置的定位栅尺3c4 ;喷油器套筒3c中间为孔径逐渐缩小的通孔，与喷油器3b外径相配，用以安装喷油器3b ;所述的喷油器套筒上部3c2外侧加工有螺纹，使用时在螺纹上缠绕密封带，并与上盖板3d连接。所述的喷油器套筒下部3c3外侧加工有定位栅尺3c4，用于喷油器套筒3c在视窗中的精确定位。使用时先将喷油器3b安放在喷油器套筒3c内，使用喷油器压板3a将喷油器3b压紧；将一摇臂插入喷油器压板固定杆3cl之间，转动摇臂并从视窗中读取定位栅尺3c4上的读数，直至喷油器3b到达视窗中的合适位置。进一步的，所述的用于压紧喷油器3b的喷油器压板3a为一方形钢板。进一步的，所述的喷油器压板固定杆3cl为两根短螺栓。所述的下盖板4b安装于弹体I下表面的圆形安装槽内，与弹体I采用机械连接。下盖板4b的中间为一通孔，通孔内侧加工有螺纹，用以螺纹连接模拟燃烧室位置调整机构4a的定位杆4al。所述的定位杆4al表面加工有螺纹,下端连接定位手轮4a4,上端与模拟燃烧室4e采用机械连接；所述的定位销筒4a2安装于下盖板上表面内，定位销筒4a2设置定位销，定位销4a3上端与模拟燃烧室机械4e连接。使用时,转动定位手轮4a4,定位杆4al将向上运动，模拟燃烧室4e在定位杆4al的推力作用下向上移动。由于受到安装于下盖板4b上的定位销筒4a2的限制，使得固定于模拟燃烧室4e下端的两根定位销4a3只能在沿定位杆4al的方向上做轴向运动，从而保证模拟燃烧室4e始终与视窗方向保持垂直。所述下盖板4b上还安装有用以调节弹体内背压的进气阀4c以及用以排除弹体内的高压氮气及积聚的燃油的排气阀4d。进一步的，如图5， 所述的模拟燃烧室4e为具有柴油机燃烧室中截面几何形状的二维燃烧室，其下端分别于定位销4a3及定位杆4al相连接。为了保证实验准确性，所述的弹体I与有机玻璃视窗2b之间、弹体I与视窗盖板组2之间、弹体I与喷油器上盖板3d之间、弹体I与下盖板4b之间、喷油器上盖板3d与喷油器套筒下部3c3之间、下盖板4b与定位杆4al之间喷油器3b与喷油器套筒3c之间采用密封，可以使用如上面陈述的密封圈的密封结构，如图6、图7，也可以采用其他密封结构。燃油雾化特性实验过程为，首先将上述各部分密封圈安装好，并将视窗盖板组2与有机玻璃视窗2b安装于弹体I上；然后调整喷油器位置调节模块3和模拟燃烧室单元位置调整模块4，确定喷油器3b和模拟燃烧室4e的相对位置；开启进气阀4c直至弹体内压力达到要求背压；开启光源系统；设置供油系统压力，并为喷油器3b供油；高速摄像机采集喷雾信息；实验结束后开启排气阀4d，弹体内堆积的燃油将在高压气体的作用下排出弹体外界。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.新型燃油喷雾可视化实验装置，包括弹体、视窗盖板组、喷油器位置调节及固定模块、以及模拟燃烧室单元位置调整模块，其特征在于: 所述的弹体具有正立方体空腔结构，在弹体的每一个面上均设置有用以安装视窗盖板组、喷油器位置调节及固定模块以及模拟燃烧室单元位置调整模块的圆形安装槽； 所述的视窗盖板组包括安装在弹体的四个侧面的圆形安装槽内，与弹体采用机械连接的视窗盖板以及安装在视窗盖板与弹体之间的空隙内的有机玻璃视窗； 所述的喷油器位置调节及固定模块，用以调整喷油器的位置并固定，包括安装在弹体上表面的圆形安装槽内，与弹体采用机械连接的中间开有用以安放喷油器套筒通孔的喷油器上盖板，与喷油器盖板螺纹连接的中间开有孔径与喷油器外径相配合通孔的用以安装喷油器的喷油器套筒，安装于喷油器套筒内的喷油器以及用于压紧喷油器的喷油器压板； 所述的模拟燃烧室单元位置调整模块，用以调整模拟燃烧室单元的位置，包括模拟燃烧室，安装在弹体下表面的圆形安装槽内，与弹体采用机械连接的下盖板，所述的下盖板中间设置一用以螺纹连接模拟燃烧室位置调整机构的通孔，以及用以调整模拟燃烧室位置并保证模拟燃烧室始终与视窗方向保持垂直的模拟燃烧室位置调整机构，所述下盖板上还安装有用以调节弹体内背压的进气阀以及用以排除弹体内的高压氮气及积聚的燃油的排气阀。
2.根据权利要求1所述的新型燃油喷雾可视化实验装置，其特征在于:所述的圆形安装槽的加工尺寸一致，用以实现视窗盖板组之间、视窗盖板组与喷油器位置调节及固定模块、以及模拟燃烧室单元位置调整模块互换。
3.根据权利要求1所述的新型燃油喷雾可视化实验装置，其特征在于:所述的喷油器上盖板的通孔包括:孔径内加工有螺纹，用于固定喷油器套筒的上通孔以及孔径内加工两道环槽用以安装密封圈的下通孔， 所述上通孔孔径大于下通孔孔径。
4.根据权利要求1所述的新型燃油喷雾可视化实验装置，其特征在于:所述的喷油器套筒由三部分组成，第一部分为喷油器压板固定杆，所述喷油器压板固定杆将喷油器压板定位于喷油器套筒上，进而实现喷油器压紧；第二部分为喷油器套筒上部，其外径加工有螺纹，与喷油器上盖板螺纹连接；第三部分为喷油器套筒下部，其外径加工有用以调整喷油器在视窗中的相对位置的定位栅尺。
5.根据权利要求4所述的新型燃油喷雾可视化实验装置，其特征在于:所述的喷油器压板固定杆为两根短螺栓。
6.根据权利要求1所述的新型燃油喷雾可视化实验装置，其特征在于:所述的喷油器压板为一方形钢板。
7.根据权利要求1所述的新型燃油喷雾可视化实验装置，其特征在于:所述的模拟燃烧室位置调整机构包括:表面加工螺纹，安装于下盖板通孔内的定位杆以及安装于下盖板上表面的两组定位销筒；所述的定位杆上端与模拟燃烧室机械连接，下端设置有一定位手轮；所述的定位销筒内设置定位销，定位销上端与模拟燃烧室机械连接。
8.根据权利要求7所述的新型燃油喷雾可视化实验装置，其特征在于:所述的模拟燃烧室为具有柴油机燃烧室截面形状的二维燃烧室，其下端分别于定位销及定位杆相连接。
9.根据权利要求1所述的新型燃油喷雾可视化实验装置，其特征在于:所述的弹体与有机玻璃视窗之间、弹体与视窗盖板组之间、弹体与喷油器上盖板之间、弹体与下盖板之间、喷油器上盖板与喷油器套筒之间、下盖板与定位杆之间、喷油器与喷油器套筒之间均安装有 密封圈。
全文摘要
本发明提供了一种多用途的发动机燃油喷雾可视化的实验装置，本发明主要包括弹体、视窗盖板组、喷油器位置调节及固定模块、以及模拟燃烧室单元位置调整模块。所述的喷油器位置调节及固定模块，能够精确的调节喷油器在视窗中的位置，保证在使用不同种类喷油器时能够充分的利用可视范围，提高了装置的可用性；所述的模拟燃烧室单元位置调整模块，能够研究喷雾与燃烧室壁面发生碰撞的信息及在喷雾燃烧室内的运动情况，使研究更接近发动机的实际工作情况，提高了研究数据的可信度；所述的视窗盖板组之间能够互换，且可与喷油器位置调节及固定模块、以及模拟燃烧室单元位置调整模块相互换，使得实验可在多个方向上进行，提高了装置的通用性。
文档编号F02M65/00GK103244330SQ201310183178
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月16日 优先权日2013年5月16日
发明者宋鹏, 陈雷, 徐国凯, 薄纯娟 申请人:大连民族学院