可视化发动机的制作方法

本发明涉及汽车发动机技术领域，特别是涉及一种可视化发动机。

背景技术：

汽车发动机是节能环保的重点领域，新型燃料和燃烧方式的发展和利用都需要对其在发动机缸内的具体的混合气形成、燃烧放热及污染物形成的过程进行详细分析。为此就需要对发动机缸内的情况有直观的了解及对各个参数的准确测量，可视化发动机应运而生。可视化发动机利用透明材料实现对缸内环境的观测，使用成像设备对发动机内部的喷雾和燃烧过程进行捕捉，也可利用激光诊断等光学方法来研究缸内的混合气浓度分布，燃烧中间产物分布，碳烟生成过程等，全面分析各类燃料和燃烧方式。

目前，现有的可视化发动机多数是通过加工透明活塞顶和透明缸体来实现对缸内的可视化。但是由于燃料在发动机缸体内燃烧时，燃烧所产生的碳烟、未燃尽的燃料及机油等不可避免地会附着于缸体内壁和活塞表面，阻断光路，干扰光学测试，因此需要不断地对缸体和活塞进行清洗。但是，可视化发动机结构复杂，拆装以及清洗将会耗费大量时间。另外，每次拆装后还需要重新对各零部件定位，如若出现定位偏差则会导致可视化发动机运行的不稳定，甚至是损坏。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种结构可靠、便于清洁的可视化发动机，以解决现有的可视化发动机拆装定位困难、不易清洗的问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种可视化发动机，包括相对设置的缸盖和缸体，以及设于所述缸盖和缸体之间的缸套、活塞、多个沿所述缸套的周向设置的导向柱和可拆卸地连接于所述导向柱的第一限位组件；所述活塞可在所述缸套和所述缸体内滑动，且所述活塞朝向所述缸盖的一端设有可视化视窗；所述导向柱的一端连接于所述缸盖，所述导向柱的另一端设有挡块，所述导向柱的中部穿过所述缸套的凸缘，以使得所述缸套可在所述缸盖和所述挡块之间滑动；所述第一限位组件设于所述缸套和所述挡块之间，所述第一限位组件用于使所述缸套抵接于所述缸盖。

其中，所述第一限位组件包括多个卡板，所述卡板上设有与所述导向柱相配合的卡槽；所述卡板的一端抵接于所述缸套，所述卡板的另一端抵接于所述挡块。

其中，所述缸套包括第一缸套和透明的第二缸套；所述第一缸套滑动连接于所述导向柱，且可在所述缸盖和所述挡块之间滑动；所述第二缸套的一端抵接于所述第一缸套，所述第二缸套的另一端抵接于所述缸盖。

其中，还包括用于对所述第二缸套进行轴向限位的第二限位组件，所述第二限位组件设于所述第二缸套外；所述第二限位组件的一端连接于所述缸盖，所述第二限位组件的另一端抵接于所述第一缸套。

其中，所述第二限位组件包括多个沿所述第二缸套的周向设置的定位块，任一所述定位块至少与一侧的相邻的所述定位块之间通过连杆连接；所述定位块上设有用于连接所述缸盖的第一连接孔和用于连接所述导向柱的第二连接孔。

其中，所述第一缸套包括内缸套和套设于所述内缸套外的外缸套，所述外缸套和所述内缸套之间围设成冷却水腔，所述外缸套上设有连通所述冷却水腔的进水口和出水口。

其中，还包括用于将所述可视化视窗透出的光改变方向的图像反射组件，所述图像反射组件连接于所述缸体，且所述图像反射组件伸入所述活塞内部。

其中，所述图像反射组件包括由下至上依次连接的支撑板、支撑柱和反射镜，所述支撑板连接于所述缸体，所述支撑柱与所述反射镜的连接面为斜切面。

其中，所述缸体朝向所述缸盖的一端连接有结合板，且所述缸盖和所述结合板通过多个支柱连接。

其中，还包括连接于所述缸体的导向套筒，所述缸套可滑动地插接于所述导向套筒内。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的一种可视化发动机，包括相对设置的缸盖和缸体，以及设于所述缸盖和缸体之间的缸套、活塞、多个沿所述缸套的周向设置的导向柱以及第一限位组件，其中缸套可以沿着导向柱的轴线上下移动。当需要对可视化视窗进行拆卸和清洗时，分离第一限位组件和导向柱，解除第一限位组件对缸套的限位作用，使缸套能够向下移动，然后可视化视窗即可从缸套的上端开口拆下和取出，便于清洗；当清洗完成后需要重新安装时，将可视化视窗重新安装好，再将缸套上移，将第一限位组件与导向柱连接，使缸套抵接于缸盖，因而缸盖、缸套以及活塞之间围设成密封的燃烧室，可以进行下一次实验。该可视化发动机利用导向柱和第一限位组件实现缸套的快速升降，在不需要拆卸缸盖的条件下，即可实现对可视化视窗的拆装和清洗，并且具有结构简单紧凑、定位精确、能耐受较大负荷、体积小的优点。同时该可视化发动机安装快捷、使用方便、操作稳定，便于直接对现有的发动机缸体和缸盖进行改造，成本较低，适用范围广。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种可视化发动机的等轴测视图；

图2是本发明实施例中的工作状态时的可视化发动机的剖视图；

图3是本发明实施例中的待清洗状态时的可视化发动机的剖视图；

图4是本发明实施例中的卡板的结构示意图；

图5是本发明实施例中的第二限位组件的结构示意图；

图6是本发明实施例中的第二限位组件和第二缸套的安装剖视图；

图7是本发明实施例中的图像反射组件的结构示意图；

图8是本发明实施例中的支柱的结构示意图；

附图标记说明:

1：缸盖；2：缸体；3：第一缸套；

31：内缸套；32：外缸套；321：进水口；

322：出水口；4：活塞；41：第一活塞；

42：第二活塞；5：导向柱；51：挡块；

6：可视化视窗；61：视窗压盖；7：第二缸套；

8：卡板；81：第一卡槽；82：第二卡槽；

9：第二限位组件；91：定位块；91-1：第一定位块；

91-2：第二定位块；91-3：第三定位块；91-4：第四定位块；

911：第一连接孔；912：第二连接孔；92：连杆；

10：图像反射组件；101：支撑板；102：支撑柱；

103：反射镜；11：导向套筒；12：结合板；

13：支柱；131：第一销孔；132：第二销孔；

133：第一凹槽；134：第二凹槽。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和具体实施例，对发明中的技术方案进行清楚地描述。显然，所描述的实施例是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”“第三”“第四”等等是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”均以附图所示方向为准。“上端”“下端”“顶部”“底部”均以常规对产品结构认知为准。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

图1是本发明实施例中的一种可视化发动机的等轴测视图，图2是本发明实施例中的工作状态时的可视化发动机的剖视图，图3是本发明实施例中的待清洗状态时的可视化发动机的剖视图，如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种可视化发动机，包括相对设置的缸盖1和缸体2，以及设于缸盖1和缸体2之间的缸套、活塞4、多个沿缸套的周向设置的导向柱5和可拆卸地连接于导向柱5的第一限位组件。

缸盖1和缸体2直接利用现有的单缸或多缸发动机的缸盖和缸体，本实施例中以单缸发动机缸体和多缸发动机缸盖为例进行说明，多缸发动机缸体与单缸发动机类似，可以只利用其中一缸，也可以对多缸按照同样方式进行改造，仅需增加可视化组件的数量即可，此处不再赘述。

活塞4可在缸套和缸体2内滑动。活塞4是一个中空的柱形活塞；缸套的中部是圆柱形空腔，且缸套朝向缸盖1的上端沿径向向外延伸形成凸缘；缸体2的上部设有圆形开口，且缸体2的圆形开口的轴线、缸套的圆柱形空腔的轴线和活塞4的轴线共线。实验过程中通过活塞4的上下移动来模拟现实发动机的四个行程。

缸套的内表面、活塞4的上表面以及缸盖1的下表面围设成燃烧室，活塞4朝向缸盖1的一端，即活塞4的上端设有可视化视窗6，活塞4的上端设有凹槽，视窗压盖61螺纹连接于凹槽，以将可视化视窗6抵紧于凹槽内。当活塞4在缸套和缸体2内上下滑动时，观察光路可以从可视化视窗6中透过，被外部的图像采集装置收集，实现对燃烧室内的燃烧情况的观测。

多个导向柱5沿缸套的周向设置，且导向柱5的轴线平行于缸套的圆柱形空腔的轴线。本实施例中以四个导向柱5为例进行说明，此处不做限制。每个导向柱5的上端均连接于缸盖1，下端均各自设有挡块51。导向柱5的中部从缸套的凸缘上的安装孔中穿过，以使得缸套可在缸盖1和挡块51之间滑动。安装时，将导向柱5的上端朝上穿过缸套的凸缘，然后固定连接于缸盖1上。具体地，导向柱5可以采用铰制孔螺柱，挡块51则可以采用六角螺母，其中，铰制孔螺柱的上端螺纹连接于缸盖1，中部为光滑的圆杆，下端螺纹连接于六角螺母。此外，导向柱5还可以直接采用铰制孔螺钉，其螺钉头作为挡块51。

如图2和图3所示，第一限位组件可拆卸连接于导向柱5，其中图2所示的是第一限位组件连接于导向柱5时的可视化发动机的剖视图，图3所示的是第一限位组件从导向柱5上分离后的可视化发动机的剖视图。

当第一限位组件连接于导向柱5时，如图2所示，第一限位组件设于缸套的凸缘和挡块51之间，用于使缸套抵接于缸盖1。此时燃烧室封闭，可以进行燃料的燃烧试验，活塞4可上下移动，改变燃烧室的体积。当第一限位组件从导向柱5上拆卸下来时，如图3所示，缸套下移并由挡块51进行限位和支撑，此时燃烧室开放，操作人员可以方便地从缸套的上端开口中取出可视化视窗6，对其进行清洗。清洗完毕后，只需将可视化视窗6重新安装，再上移缸套，并将第一限位组件连接于导向柱5即可。整个过程无需拆卸导向柱5，因而不需要反复定位，避免由于导向柱5的定位不准确而导致活塞4的偏心移动，进而损坏发动机。

本实施例提供的一种可视化发动机，包括相对设置的缸盖和缸体，以及设于所述缸盖和缸体之间的缸套、活塞、多个沿所述缸套的周向设置的导向柱以及第一限位组件，其中缸套可以沿着导向柱的轴线上下移动。当需要对可视化视窗进行拆卸和清洗时，分离第一限位组件和导向柱，解除第一限位组件对缸套的限位作用，使缸套能够向下移动，然后可视化视窗即可从缸套的上端开口拆下和取出，便于清洗；当清洗完成后需要重新安装时，将可视化视窗重新安装好，再将缸套上移，将第一限位组件与导向柱连接，使缸套抵接于缸盖，因而缸盖、缸套以及活塞之间围设成密封的燃烧室，可以进行下一次实验。该可视化发动机利用导向柱和第一限位组件实现缸套的快速升降，在不需要拆卸缸盖的条件下，即可实现对可视化视窗的拆装和清洗，并且具有结构简单紧凑、定位精确、能耐受较大负荷、体积小的优点。同时该可视化发动机安装快捷、使用方便、操作稳定，便于直接对现有的发动机缸体和缸盖进行改造，成本较低，适用范围广。

进一步地，如图4所示，第一限位组件包括多个卡板8，本实施例中以两个卡板8为例进行说明，此处不做限制。卡板8上设有与导向柱5相配合的卡槽，本实施例中的导向柱5为四个，因而每个卡板8上对应两个导向柱5而设有两个卡槽，分别是第一卡槽81和第二卡槽82。

如图2所示，安装时将两个卡板8分别从缸套的相对的两侧由外向内靠近，使第一卡槽81和第二卡槽82分别卡接于两个导向柱5上，此时卡板8的下端抵接于挡块51；然后向上微调挡块51，使得卡板8的上端抵接于缸套，进而使得缸套抵紧于缸盖1上。实际使用时可以根据缸套与缸盖1之间接合的紧密情况来适当调节挡块51的最终位置。

拆卸时，向下微调挡块51，并逐步使缸套与缸盖1的接合以及卡板8与缸套的接合变松，此时稍加施力撑住缸套，然后由内向外移除两个卡板8，再使得缸套沿导向柱5向下滑动，直至缸套的凸缘抵接于挡块51上。

通过挡块与卡板之间的松紧配合，实现对缸套位置的调整，操作简便，仅需微调挡块即可实现调节，无需彻底拆卸导向柱即可实现对可视化视窗的拆装，极大地降低了清洁过程的拆装工作量，大大节约了试验准备时间，提高了测试效率。而且，无需对缸套重新定位，保证了活塞上下移动的同轴度，提高了试验的可靠性。通过合理设置卡板高度及挡块的可调范围，可保证活塞的活塞环在较大范围内不会因缸套下移而脱出，减少拆装活塞环的次数，从而减少拉缸等损伤的概率。

进一步地，如图2所示，缸套包括第一缸套3和透明的第二缸套7。第一缸套3滑动连接于导向柱5，且可在缸盖1和挡块51之间滑动。第二缸套7设于第一缸套3和缸盖1之间，第二缸套7的下端抵接于第一缸套3上面的凹槽，第二缸套7的上端抵接于缸盖1。具体地，第二缸套7为透明的环形缸套，第一缸套3和第二缸套7的内径相等，均可以保证活塞4的上下滑动。通过设置第二缸套可以从可视化发动机的侧面引入激光，激光透过第二缸套进入燃烧室内，其诱导产生的光信号再透过可视化视窗被外部的图像采集装置采集，从而获得燃烧室内的试验图像。

更进一步地，如图2所示，还包括第二限位组件9，第二限位组件9设于第二缸套7外。第二限位组件9的上端连接于缸盖1，第二限位组件9的下端抵接于第一缸套3。通过设置第二限位组件可以对第二缸套的轴向位置进行限位，第二限位组件可以对第二缸套起到保护作用，第二限位组件的厚度限制了第一缸套与缸盖之间的最短距离，使得在第二缸套上方无垫片时，第二缸套也不会和金属材质的缸盖直接接触而导致破裂。通过合理设计此厚度，亦可有效控制密封垫片的压缩量，以及避免受力严重不均所导致的第二缸套压溃的现象。

更进一步地，如图5和图6所示，第二限位组件9包括多个沿第二缸套7的周向设置的定位块91，任一定位块91至少与一侧的相邻的定位块91之间通过连杆92连接。定位块91上设有用于连接缸盖1的第一连接孔911和用于连接导向柱5的第二连接孔912。

具体地，缸盖1采用现有的发动机缸盖，因而缸盖1上的螺钉孔是固定不变的，可以根据缸盖1上的螺钉孔位置来确定定位块91上的第一连接孔911的位置。通过在定位块91上设置两组螺纹孔，一是可以实现无需卸下零件5就能取出可视化视窗6和第二缸套7；二是可以直接利用缸盖1上已有的螺钉孔，而不必再对缸盖1进行加工螺纹等操作。

缸盖1通常采用铝质材料，其强度有限，且内部设有复杂的水道和油道，能再加工的余量十分有限，若再次加工很容易导致水道油道的泄露等问题，因而直接利用缸盖1上的螺钉孔进行其他零件的安装和定位是最好的选择。通过设置第一连接孔911和第二连接孔912，可以将缸盖1上原本的螺钉孔与导向柱5安装的定位孔分开，既减少了对缸盖1的再加工的操作，避免了对缸盖1的破坏，又增加了导向柱位置的灵活性，使其不再受限于缸盖1上的螺钉孔位置。若实际操作中认为缸套螺钉孔的定位作用有限，在其基础上加工定位销套孔等也是可行的，且此处一般有足够的加工余量。

设置于第一缸套顶部的第二缸套7在试验过程中也会被碳烟等燃烧产物污染，因而也需要被取出进行清洗，当第一限位组件8从导向柱5上分离后，第一缸套3和第二缸套7均下移，此时第二缸套7仅搭接于第一缸套3，因而从两个导向柱5之间即可将第二缸套7取出。而为了能够顺利取出第二缸套7，相邻两个导向柱5之间的距离必须大于第二缸套7的外径。

具体地，如图6所示，本实施例中以四个定位块91为例进行说明，分别为第一定位块91-1、第二定位块91-2、第三定位块91-3、第四定位块91-4。其中，四个定位块91分为两组，第一定位块91-1和第二定位块91-2通过连杆92连接，第三定位块91-3和第四定位块91-4也通过连杆92连接。第一定位块91-1上的第二连接孔912与第二定位块91-2上的第二连接孔912之间的距离h应该大于第二缸套7的外径r。

更进一步地，如图2所示，第一缸套3包括内缸套31和套设于内缸套31外的外缸套32，外缸套32和内缸套31之间围设成冷却水腔，外缸套32上设有连通冷却水腔的进水口321和出水口322。通过设置冷却水腔的水温与实际发动机相同，可以对燃烧室进行保温，也可以控制燃烧室内燃烧的边界条件更接近实际发动机。

进一步地，如图2和图3所示，可视化发动机还包括连接于缸体2的导向套筒11，缸套可滑动地插接于导向套筒11内，导向套筒11和缸套以及活塞4均同轴设置。通过设置导向套筒也可以控制缸套上下移动时始终与活塞4保持同轴，避免发生偏心移动。

进一步地，如图1至图3所示，可视化发动机还包括连接于缸体2的图像反射组件10，图像反射组件10伸入活塞4内部。具体地，活塞4包括相互连接的第一活塞41和第二活塞42，第二活塞42属于发动机的原始活塞，第一活塞41属于延长活塞。第一活塞41的下部的两侧壁开设有矩形通孔，图像反射组件10可以穿过该矩形通孔伸入第一活塞41的内部，图像反射组件10的镜面朝向缸盖1。

另外，还可以通过调整第一活塞41的高度来调整发动机的压缩比，比如可以在第一活塞41的下方与第二活塞42之间设置一定厚度的垫片，来提高试验可以覆盖的工况范围。

进一步地，如图7所示，图像反射组件10包括由下至上依次连接的支撑板101、支撑柱102和反射镜103，支撑板101连接于缸体2，支撑柱102与反射镜103的连接面为斜切面。斜切面的角度可以根据使用需求将支撑柱102切成预设角度，优选地为45度。使用时，燃烧室内的光向下传递，通过45度的反射镜103变成水平方向，被接收器接收。如果接收器角度不是水平的，可以调整反射镜角度，本实施例中只需要改变支撑柱102的切割角度即可实现精确控制。通过设置图像反射组件10可以将活塞4上端的可视化视窗6透出的光改变方向，便于相机等图像采集装置接收。该图像反射组件10有利于对反射角度的控制和安装位置的控制，且可使光路避开安装螺钉。

进一步地，如图2和图3所示，缸体2的上端连接有结合板12，缸盖1和结合板12之间设有多个支柱13，支柱13的上端连接于缸盖1，支柱13的下端连接于结合板12。如图8所示，图8中的a图是支柱的等轴测视图，图8中的b图是支柱的左视图，图8中c图是支柱的剖视图，支柱13上设有用于连接缸盖1的第一销孔131和用于连接结合板12的第二销孔132，第一销孔131和第二销孔132同轴设置，可以实现一次性加工成型。支柱13上相对的两侧还设有第一凹槽133和第二凹槽134，用于减重和安装辅助固定螺钉。通过设置支柱第一销孔和第二销孔可保证缸盖和缸体相对位置的准确，而缸盖和缸体间的准确定位对于燃烧室位置的精准和缸盖的拆装非常关键。两个销孔同轴设置时，安装中即使支柱发生旋转，也不会影响定位，且各个支柱的通用性较好。

通过以上实施例可以看出，本发明提供的可视化发动机，包括相对设置的缸盖和缸体，以及设于所述缸盖和缸体之间的缸套、活塞、多个沿所述缸套的周向设置的导向柱以及第一限位组件，其中缸套可以沿着导向柱的轴线上下移动。当试验完成后需要对可视化视窗进行拆卸和清洗时，分离第一限位组件和导向柱，解除第一限位组件对缸套的限位作用，使缸套能够向下移动，然后可视化视窗即可从缸套的上端开口拆下和取出，便于清洗；当清洗完成后需要重新安装时，将可视化视窗重新安装好，再将缸套上移，将第一限位组件与导向柱连接，使缸套抵接于缸盖，因而缸盖、缸套以及活塞之间围设成密封的燃烧室，可以进行下一次实验。该可视化发动机利用导向柱和第一限位组件实现缸套的快速升降，在不需要拆卸缸盖的条件下，即可实现对可视化视窗的拆装和清洗，并且具有结构简单紧凑、定位精确、能耐受较大负荷、体积小的优点。同时该可视化发动机安装快捷、使用方便、操作稳定，便于直接对现有的发动机缸体和缸盖进行改造，成本较低，适用范围广。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。