一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统

本发明涉及用于内燃机燃烧光学诊断系统，尤其涉及一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统。

背景技术：

1、光学发动机是一种在缸套或活塞上改造出光学窗口，通过高速摄像机采集光学信号的发动机试验装置。典型结构为全透明、部分透明或不透明缸套，活塞顶部装有透明石英玻璃，加长型鲍迪奇式中间镂空活塞，镂空部分安装反射镜，高速摄像机采集缸内光学信号。光学发动机主要研究缸内喷雾、混合气形成、燃烧火焰结构和污染物生成演变情况。由于光学发动机是在不破坏缸内工作过程条件下获得真实信息，因此得到大量应用。

2、光学发动机气缸盖和曲轴箱之间通过立柱连接，立柱与缸套之间紧密贴合，并无额外空间安装其它设备，导致光学发动机存在一些问题。(1)光学发动机缸套一般采用风冷或局部水冷的方式，风冷的形式冷却效果较差，难以将缸套维持在恒定温度；局部水冷的方式导致缸套温度梯度大，易对实验结果产生不利影响。(2)气缸盖与曲轴箱之间的鲍迪奇式活塞暴露于空气之中，缸套与活塞环之间并无润滑油，时间过久会导致缸套与活塞环磨损严重，易造成拉缸故障。(3)由于光学发动机缸套与活塞之间润滑效果与热力学发动机差异较大，导致光学发动机实验结果与热力学发动机实际效果有所差异。(4)为减小缸套和活塞环之间的磨损，需定时拆装缸套进行手动涂抹润滑脂，但手动涂抹润滑脂量难以把握，易造成润滑脂涂抹厚度不均的问题，且多次涂抹润滑脂需频繁的拆装气缸盖和缸套，程序较为繁琐和复杂。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明提供一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统，可实现恒温和变温控制，提高缸套温度分布的均匀性，并自主可控提供润滑油，保证缸套与活塞环之间润滑油分布更加均匀，避免出现拉缸故障，减小光学发动机实验值与热力学发动机真实值之间的差异。

2、为了解决上述技术问题，本发明提出的一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统，包括温控缸套系统、润滑缸套系统、可视化活塞系统和电控系统组成；

3、所述温控缸套系统包括温控缸套本体、温控水箱和两个动力电机；所述温控缸套本体由两个相互嵌套的套筒组成，两套筒间的空间由沿周向布置的多个连接筋划分为十个大小相同的水槽，按照周向上相邻的五个水槽串联，将十个水槽分为两组，同一组中的相邻水槽的串联口的位置按照上、下间隔交错布置，每组水槽分别具有一个进水口和一个出水口，所述进水口和出水口均贯通所述温控缸套本体的外筒壁、并通过水管连接至温控水箱；所述温控水箱内设有高压水泵；所述高压水泵将温控介质水从两个进水口压入至两套筒间的两组水槽，温控介质水流经两组水槽向所述润滑缸套系统传热或吸热，然后从出水口流回温控水箱；所述两个动力电机对称地安装于所述温控缸套本体的下方，所述动力电机通过齿轮传动机构带动所述温控缸套本体旋转；

4、所述润滑缸套系统包括润滑缸套本体、两个润滑油喷射器和润滑油泵；所述润滑油喷射器与所述润滑油泵之间通过油管连接，所述润滑缸套本体的下部实体内设有一环形油槽，沿所述环形油槽的周向均布有20个通向所述润滑缸套本体内部的喷油孔，所述喷油孔的喷射方向与所述润滑缸套本体的径向倾斜；两个润滑油喷射器均分别通过润滑油管路与所述环形油槽连通；

5、所述温控缸套本体套于所述润滑缸套本体的上部、且为间隙配合；所述动力电机通过齿轮传动机构带动所述温控缸套本体绕润滑缸套本体周向往复旋转；所述润滑缸套本体的下部外径与所述温控缸套本体的外径相同；

6、所述可视化活塞系统包括可视化活塞本体和石英玻璃窗，所述可视化活塞本体外的上部自上而下的设有两道气环和一道槽孔式油环；所述可视化活塞本体上、且位于所述槽孔式油环的内侧设有一环形储油槽，所述槽孔式油环设有与所述环形储油槽贯通的连通孔；

7、润滑油经过所述润滑油泵加压后泵入所述润滑油喷射器后进入环形油槽，而后再通过喷油孔喷于润滑缸套本体与所述槽孔式油环之间；

8、所述电控系统包括温控水箱的水温传感器、发动机转速传感器和ecu单元，所述水温传感器、发动机转速传感器、动力电机、高压水泵、润滑油泵和润滑油喷射器均与所述ecu单元相联。

9、进一步讲，本发明所述的适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统，其中：

10、所述进水口位于所述温控缸套本体的顶端，所述出水口位于所述温控缸套本体的底端。

11、所述齿轮传动机构包括固定在所述温控缸套本体底部的环形外齿圈，所述动力电机的输出端设有与所述环形外齿圈啮合的齿轮。

12、所述两道气环和一道槽孔式油环的岔口交替布置。

13、所述石英玻璃窗布置在所述可视化活塞本体上位于活塞头部的一端。

14、所述ecu单元根据所述水温传感器实时监测到的水温，判断实际水温与目标水温的差距控制所述温控水箱对冷却介质水进行加热或制冷处理；所述ecu单元根据所述温控水箱水温传感器提供的水温信息计算润滑油粘度，进而控制所述润滑油泵和润滑油喷射器来调节润滑油的喷射量；所述ecu单元根据所述发动机转速传感器提供的转速信息控制所述润滑油喷射器的喷射频率，并按照活塞每隔两次往复运动后于缸套和活塞之间进行一次润滑油周向喷射；所述ecu单元同时控制所述动力电机以固定的频率正反旋转。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、(1)本发明中，温控缸套系统的温控缸套本体外接大功率温控水箱，采用温控介质水可有效的对润滑缸套本体吸热或传热，精密控制润滑缸套内壁面温度，误差范围为±0.5℃，消除了同一组实验中温度波动对实验结果的影响。

17、(2)温控缸套本体与润滑缸套本体之间的相对运动、多个温控水槽、“n”型的水槽流向和高压水泵提供的高速水流可实现润滑缸套本体内壁面更均匀的温度分布，消除了缸套内壁面温度不均对实验结果的影响。

18、(3)本发明中，润滑缸套系统中设计的润滑油喷射器、多个倾斜喷油孔、槽孔式油环和活塞储油槽可有效模拟热力学发动机缸套和活塞之间的润滑油布置情况，保证光学发动机运行条件更加接近热力学发动机，提高实验结果可信度。

19、(4)润滑缸套系统减缓了缸套和活塞环之间的磨损，延长了缸套和活塞环的使用寿命，提高燃烧室气密性，避免出现拉缸现象。

20、(5)润滑缸套系统替换了手动涂抹润滑脂操作，使润滑油涂抹更加均匀，润滑油量更加合适，减少了气缸盖和缸套的拆装次数，简化实验程序。

技术特征：

1.一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统，包括温控缸套系统、润滑缸套系统、可视化活塞系统和电控系统组成；其特征在于，

2.根据权利要求1所述的适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统，其特征在于，所述进水口(4)位于所述温控缸套本体(1)的顶端，所述出水口(6)位于所述温控缸套本体(1)的底端。

3.根据权利要求1所述的适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统，其特征在于，所述齿轮传动机构包括固定在所述温控缸套本体(1)底部的环形外齿圈(7)，所述动力电机(8)的输出端设有与所述环形外齿圈(7)啮合的齿轮。

4.根据权利要求1所述的适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统，其特征在于，所述两道气环(14)和一道槽孔式油环(15)的岔口交替布置。

5.根据权利要求1所述的适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统，其特征在于，所述石英玻璃窗(18)布置在所述可视化活塞本体(3)上位于活塞头部的一端。

6.根据权利要求1所述的适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统，其特征在于，所述ecu单元根据所述水温传感器实时监测到的水温，判断实际水温与目标水温的差距控制所述温控水箱(20)对冷却介质水进行加热或制冷处理；

技术总结
本发明公开了一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统，包括温控缸套系统、润滑缸套系统、可视化活塞系统和电控系统组成。温控缸套系统包括温控缸套本体和温控水箱；温控缸套本体由两个相互嵌套的套筒组成，两套筒间的空间为内嵌式冷却水道，利用内嵌式冷却水道、温控水箱和缸套之间的相对移动来控制缸套温度，保证缸套温度分布更加均匀，同时可恒温和变温控制缸套温度；并控制活塞每隔两次往复运动后于缸套和活塞之间进行一次润滑油周向喷射，解决光学发动机易出现的拉缸故障。润滑油喷淋量与缸套冷却水温成正比，润滑缸套系统提供较多的润滑油时可暂存可视化活塞之中，润滑缸套系统提供较少的润滑油时可视化活塞可补充润滑油。

技术研发人员：潘家营,李金光,卫海桥,舒歌群,梁兴雨,王磊
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5