定容燃烧弹、预混容器及定容燃烧弹系统的制作方法

本实用新型涉及内燃机技术领域，具体涉及一种定容燃烧弹、预混容器及定容燃烧弹系统。

背景技术：

为了节约能源和降低车用发动机的排放，国内外的学者都致力于新技术、新模型的开发与研究，来应对日益严峻的能源短缺与严格的排放法规的现状。对于发动机本身的优化设计，研究者们归根结底是研究发动机的燃烧机理，从根本上解决发动机的燃烧问题，以提高发动机的动力性、经济型和排放性。

在内燃机领域，燃料的雾化过程直接影响着燃烧和排放性能，进而为缓解能源和环境问题做出贡献。因此对于内燃机研究者而言，获得燃料的喷雾特性(射流破碎长度，喷雾锥角，油滴粒径与速度等)及其与周围环境参数(压力，温度，环境气体种类及密度等)的关系，进而建立燃料雾化反应动力学机理，最终为发动机喷雾模拟以及优化提供基础数据，是开展喷油雾化研究的主要目的。

由于发动机的实际喷射雾化、扩散、蒸发、燃烧、传热等过程十分复杂，且伴随有循环变动，对环境条件的控制较为困难，且不易开展观测研究。并局限于发动机燃烧空间是密闭的，研究者们无法直观的观察燃烧过程，为燃烧机理的研究带来了困难。

为了解决这个问题，定容燃烧弹就应运而生了。定容燃烧弹是用于研究预混燃烧的密闭容器，以模拟发动机在活塞上止点附近的燃烧，其特点是结构简单，能够方便的改变热力学参数和点火参数，定容燃烧弹上设有可视化窗口，是对燃料燃烧理论基础研究的重要工具。火焰燃烧速度、传播速度、火焰燃烧的稳定性、燃烧压力等都可以通过定容燃烧弹加上辅助测试设备得到，为燃烧机理的研究提供了很大方便。

定容燃烧弹系统一般包括：具有燃烧腔的弹体，以及预混容器。预混容器具有混合腔，用于配制和存储可燃混合气。当预混容器内的可燃混合气达到配制要求后，输送至弹体的燃烧腔中，进行相应的燃烧试验。

但，预混容器中的可燃混合气存在混合不均匀现象，输送至弹体后也同样混合不均匀。这就使得可燃混合气燃烧后燃烧腔内的温度分层严重，定容燃烧弹的可视化窗口上易凝结水蒸气，影响对燃烧腔内燃烧状况的观测。

技术实现要素：

本实用新型解决的问题是定容燃烧弹的预混容器和弹体内可燃混合气混合不均匀。

为解决上述问题，本实用新型提供一种定容燃烧弹，用于模拟内燃机的燃烧，包括：弹体，具有燃烧腔，所述燃烧腔内置第一风扇，以及驱动所述第一风扇转动的第一电机。

可选的，所述弹体的壁上设有至少六个安装孔；其中，三个安装孔用于安装视窗，所述视窗用于观测所述燃烧腔内的燃烧状况；一个安装孔用于安装喷油器，一个安装孔用于安装所述第一电机，一个安装孔用于安装火花塞。

可选的，任意三个所述安装孔用于安装视窗，任意一个安装孔用于安装喷油器，任意一个安装孔用于安装所述第一电机，任意一个安装孔用于安装火花塞。

可选的，所述视窗错开布置。

可选的，所述视窗分别布置于所述弹体的三个相互垂直方向的壁上。

可选的，所述视窗包括：由石英玻璃制成的主体部，以及设于所述主体部面向所在的所述安装孔的部分上的凸部；沿朝向所述燃烧腔的方向，用于安装所述视窗的所述安装孔包括第一安装孔和第二安装孔，所述第二安装孔相比于所述第一安装孔更靠近所述燃烧腔，所述第一安装孔的孔径大于所述第二安装孔的孔径；

所述主体部设于所述第二安装孔内，所述凸部与所述第一安装孔相抵。

可选的，所述弹体的壁上还设有加热板，所述加热板用于加热所述弹体。

可选的，还包括盖板，所述盖板盖设于安装所述第一电机的安装孔；所述燃烧腔内还设有隔板，所述隔板、所述燃烧腔的腔壁及所述盖板围成容纳腔，所述第一电机设于所述容纳腔内，所述第一电机具有输出轴，所述输出轴伸出所述容纳腔并延伸至所述燃烧腔，所述第一风扇套设于所述输出轴，并位于所述燃烧腔内。

可选的，还包括中空的压盖，盖设于所述视窗上，用于将所述视窗紧固于所述安装孔；所述压盖与所述视窗之间设有红钢纸垫片，所述凸部与第一安装孔之间设有O圈。

可选的，还包括冷却通道，所述冷却通道环绕所述第一电机设置，所述冷却通道供冷却介质流通以冷却所述第一电机。

可选的，所述弹体呈八边形柱状。

本实用新型还提供一种预混容器，具有混合腔，用于配制和存储可燃混合气，所述可燃混合气能够在上述所述的定容燃烧弹的所述燃烧腔内燃烧，所述混合腔内置第二风扇，以及驱动所述第二风扇转动的第二电机。

可选的，所述预混容器呈两端开口的筒状，所述预混容器开口的两端通过压盖封闭所述混合腔；所述混合腔内设有隔板，所述隔板、所述混合腔的腔壁及其中一个所述压盖围成容纳腔，所述第二电机设于所述容纳腔内，所述第二电机具有输出轴，所述输出轴伸出所述容纳腔并延伸至所述混合腔，所述第二风扇套设于所述输出轴，并位于所述混合腔内。

可选的，还包括冷却通道，所述冷却通道环绕所述第二电机设置，所述冷却通道供冷却介质流通以冷却所述第二电机。

本实用新型还提供一种定容燃烧弹系统，包括：上述任一项所述的定容燃烧弹；上述任一项所述的预混容器，所述预混容器的混合腔能够与所述定容燃烧弹的所述燃烧腔连通，以向所述燃烧腔提供可燃混合气。

可选的，还包括：配气系统，用于向所述预混容器的混合腔配送可燃气体。

可选的，还包括:点火系统，用于点火引燃所述燃烧腔内的可燃混合气。

可选的，还包括：供油系统，用于向设于所述弹体上的喷油器提供燃油。

可选的，还包括：图像采集系统，用于观测和摄影所述燃烧腔内的燃烧状况。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

本实用新型在定容燃烧弹的弹体的燃烧腔内设置第一风扇，以及驱动第一风扇转动的第一电机；同时，还在预混容器的混合腔内设置第二风扇，以及驱动第二风扇转动的第二电机。通过第二电机驱动第二风扇在混合腔内转动，搅拌混合腔内配制和存储的可燃混合气，加速混合腔内的可燃混合气混合均匀。当可燃混合气输送至燃烧腔后，通过第一电机驱动第一风扇在燃烧腔内转动，搅拌燃烧腔内的可燃混合气，加速燃烧腔内的可燃混合气混合均匀，提高可燃混合气的燃烧速率，保证燃烧腔内温度分布均匀，降低定容燃烧弹的可视化窗口上凝结水蒸气的程度，有利于对燃烧腔内燃烧状况的观测。

进一步的，本实用新型在弹体上设置至少三个视窗，且三个视窗错开布置，分布于弹体的三个相互垂直的方向上的壁上，可以全方位通过视窗观测燃烧腔内的燃烧状况，观测无死角区域。

进一步的，本实用新型在弹体的壁上设有多块加热板，加热板的加热面积大，弹体的加热效果明显，弹体上的视窗能够与受热后的弹体实现热交换，降低视窗上凝结水蒸气的程度，有利于通过视窗观测燃烧腔内的燃烧状况。

进一步的，本实用新型的视窗呈凸台状，视窗嵌设于弹体的安装孔上，扩大了视窗的受力面积，提高了视窗承受压力的能力。

附图说明

图1是本实用新型实施例定容燃烧弹系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例定容燃烧弹系统中弹体的侧视图；

图3是图2中沿A-A方向的剖视图一；

图4是本实用新型实施例定容燃烧弹系统中预混容器的立体图一；

图5是本实用新型实施例定容燃烧弹系统中预混容器的侧视图；

图6是图5中沿B-B方向的剖视图；

图7是本实用新型实施例定容燃烧弹系统中弹体的立体图一；

图8是本实用新型实施例定容燃烧弹系统中弹体的立体图二；

图9是本实用新型实施例定容燃烧弹系统剖视角度下视窗的结构示意图；

图10是图2中沿A-A方向的剖视图二；

图11是本实用新型实施例定容燃烧弹系统中预混容器的立体图二；

图12是本实用新型实施例定容燃烧弹系统的控制框图；

图13是本实用新型实施例定容燃烧弹系统的弹体内的压力变化示意图。

具体实施方式

现有技术中，定容燃烧弹的预混容器和弹体内可燃混合气混合不均匀，定容燃烧弹的可视化窗口上易凝结水蒸气，影响对燃烧腔内燃烧状况的观测。本实用新型在定容燃烧弹的预混容器和弹体内设置风扇和电机，电机驱动风扇转动，搅动预混容器和弹体内的可燃混合气，加速混合腔内的可燃混合气混合均匀，保证燃烧腔内温度分布均匀，降低定容燃烧弹的可视化窗口上凝结水蒸气的程度，有利于对燃烧腔内燃烧状况的观测。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

本实用新型提供一种定容燃烧弹系统，用于模拟内燃机的燃烧。参考图1，本实施例的定容燃烧弹系统包括：定容燃烧弹和预混容器30。其中，定容燃烧弹包括弹体10，参考图2和图3，弹体10具有燃烧腔15，可燃混合气能够在燃烧腔15内燃烧。参考图4至图6，预混容器30具有混合腔31，可在预混容器30的混合腔31内配制和存储可燃混合气，当可燃混合气达到试验要求后，混合腔31能够与燃烧腔15连通，预混容器30向弹体10输送可燃混合气。预混容器30还可以存储较多的预混气体供弹体10多次使用。

为了使得可燃混合气在弹体10的燃烧腔15和预混容器30的混合腔31中混合均匀，参考图3，本实施例在弹体10的燃烧腔15内设置第一风扇(图未示出)，以及驱动第一风扇转动的第一电机12，第一风扇套设于第一电机12的输出轴上。同时，参考图6，还在预混容器30的混合腔31内设置第二风扇33，以及驱动第二风扇33转动的第二电机32，第二风扇33套设于第二电机32的输出轴上。

通过第二电机32驱动第二风扇33在混合腔31内转动，搅拌混合腔31内配制和存储的可燃混合气，加速混合腔31内的可燃混合气混合均匀。当可燃混合气输送至燃烧腔15后，通过第一电机12驱动第一风扇在燃烧腔15内转动，搅拌燃烧腔15内的可燃混合气，加速燃烧腔15内的可燃混合气混合均匀，提高可燃混合气的燃烧速率，保证燃烧腔15内温度分布均匀，降低定容燃烧弹的可视化窗口上凝结水蒸气的程度，有利于对燃烧腔15内燃烧状况的观测。

参考图7和图8并结合图3所示，本实用新型的弹体10整体呈八边形柱状，在弹体10的壁上设有至少六个安装孔(图未示出)，本实施例中，设有六个安装孔。具体为，在弹体10上沿三个轴向(图8中X、Y及Z三个方向所示)设置有垂直交叉的安装孔，安装孔与燃烧腔15连通。其中，三个安装孔用于安装视窗14，视窗15用于观测燃烧腔15内的燃烧状况；一个安装孔用于安装喷油器18，一个安装孔用于安装第一电机12，一个安装孔用于安装火花塞17。

需说明的是，弹体10的壁上的安装孔具体安装的部件不做限制，即任意三个安装孔用于安装视窗14，任意一个安装孔用于安装喷油器18，任意一个安装孔用于安装所述第一电机12，任意一个安装孔用于安装火花塞17。

本实施例中，安装孔的直径约为90mm，弹体10的燃烧腔15即由三个轴向的安装孔形成的交叉区域构成，体积约为0.72L，燃烧腔15的体积较小，可燃混合气在腔体内燃烧时压力变化显著，有利于根据压力变化对燃料燃烧过程进行分析。

为了全方位的对燃烧腔15内的燃烧状况的观测，本实用新型在弹体10上错开布置多个视窗14。参考图7和图8，本实施例中设有三个视窗14，弹体10的三个相互垂直方向的壁上，可以理解为：弹体10的X方向的壁上设有一个视窗14，Y方向的壁上设有一个视窗14，Z方向的壁上设有一个视窗14。

这样设置可以从不同角度，全方位通过视窗14观测燃烧腔15内的燃烧状况，燃烧腔15内不存在观测死角区域，可以观测到完整的燃烧过程。在其它实施例中，可以设置更多的视窗14，以更好地通过视窗14观测燃烧腔15内的燃烧状况。

需说明的是，弹体10的形状不做限制，本实施例中，弹体10呈八边形柱状，在其它实施例中，弹体10可以呈其它形状，例如筒状。且设于弹体10上的安装孔的数量不做限制，本实施例中设有6个安装孔，在其它实施例中，可以设置更多的安装孔。

为观测燃烧腔15内的燃烧过程，本实用新型还包括图像采集系统(图未示出)。图像采集系统主要由光源、凹面反射镜、刀口和高速相机等组成，可根据实验需要调整视窗14位置后设置相应光路，使用阴影法、纹影法、米氏散射法、两色法等对定容燃烧弹内的预混合燃烧、喷雾及着火等过程进行拍摄。以纹影法为例，不限于纹影法，纹影法是通过不同密度的介质对光的折射率不同进行成像。柴油喷雾与缸内气体的折射率不同，喷雾蒸发吸热过程对其附近气体进行冷却，也使得缸内气体出现密度梯度，燃烧过程使火焰在前锋面上出现较大密度差异，所以采用这种方法可以记录喷雾发展过程和清晰的火焰前锋面。

前文描述了定容燃烧弹可以模拟发动机缸内活塞上止点附近定容燃烧过程，一般用于观察改变各试验初始参数对燃烧过程产生的影响。多数情况下，会根据实验需求在弹体10上设置光学观察窗口(视窗14)，以便利用高速摄影机拍摄观察内部喷雾、火焰传播等现象。光学观察窗口的材料以选用石英玻璃为主，少数情况下选用蓝宝石玻璃。

但是，即使强度较高的玻璃相对燃烧弹体主体材料钢材的强度要低十余倍，而模拟内燃机缸内环境的实验条件对玻璃的耐压和耐温强度要求较高，因此一般需要采用较大的玻璃厚度以承受压力冲击。同时，设置光学观察窗口势必影响燃烧弹的密封，特别是金属材料与玻璃之间的密封，而燃烧弹的密封性能对试验结果和试验安全也有着很重要的影响。

另外，光学观察窗口的设置对流场的影响作用往往被忽视，这对试验仿真环境也是有着较大的潜在影响；并且，若光学观察窗口的设置不合理会导致燃烧腔表面形状复杂，对模拟观察燃烧压力波及其反射波的相互作用有着十分不利的影响，复杂表面的不规则反射容易破坏试验的单一初始条件。综上所述，光学观察窗口在燃烧弹的设计中起着重要影响，光学观察窗口设计合理，可以更好的观察火焰与燃烧压力波及其壁面反射波的相互作用，及其对火焰传播状态和自燃发生现象的影响。

为获得良好的实验结果，参考图3和图9，本实施例的视窗14包括：由石英玻璃制成的主体部14b，以及设于主体部14b面向所在的安装孔13(参考图10)的部分上的凸部14a，凸部14a也由石英玻璃制成，可以理解为：视窗14整体由石英玻璃制成，视窗14整体呈凸台状，视窗14的沿朝向燃烧腔15的方向的截面呈阶梯状。

视窗14选用高纯度石英玻璃，原因是其具有很高的变形温度和软化温度、非常低的热膨胀系数和抗热振能力、从红外线到紫外线有极宽的光谱透过能力和较低的色散现象。高纯度石英玻璃抗拉强度、抗弯强度较其他玻璃高出不少，仅次于蓝宝石玻璃，但蓝宝石玻璃的成本极高，限制了其应用。本实施例中，石英玻璃采用JGS1型，可见光波段下透光率大于90％。

参考图10，沿朝向燃烧腔15的方向，用于安装视窗14的安装孔13包括第一安装孔13b和第二安装孔13a，第二安装孔13a相比于第一安装孔13b更靠近燃烧腔15，第一安装孔13b的孔径大于第二安装孔13a的孔径。本实施例中，主体部14b和凸部14a均呈圆柱状，凸部14a的直径大于主体部14b的直径。

其中，主体部14b的直径在90mm至100mm之间，包括90mm和100mm，凸部14a的直径在110mm至120mm之间，包括110mm和120mm。在其它实施例中，凸部14a和主体部14b可以呈其它形状。石英玻璃的总厚度为50mm，可视化部分的直径为90mm。参考图3和图9，主体部14b设于第二安装孔13a内，凸部14a与第一安装孔13b相抵，相当于视窗14是嵌设于安装孔13内。

参考图3和图7，本实施例的定容燃烧弹系统还包括中空的压盖19，压盖19盖设于视窗14上，用于将视窗14紧固于安装孔。压盖19和视窗14及弹体10的相应位置处均设有螺栓孔，压盖19、视窗14及弹体10通过M6内六角螺栓连接，然后再通过M8外六角螺栓16固定。

这样设置的目的是：由于视窗14的凸部14a与第一安装孔13b相抵，扩大了视窗14的受力面积，提高了视窗承受压力的能力，提高其抗冲击性能。且压盖19与视窗14之间设有红钢纸垫片(图未示出)，以保护视窗14的预紧力不会过大，防止压盖19损伤视窗14。另外凸部14a与第一安装孔13b之间设有O圈(图未示出)，O圈为氟橡胶O圈，能起到密封作用。

前文已描述了通过在弹体10的燃烧腔15中设置第一电机12和第一风扇，能够使得燃烧腔15内的燃烧温度均匀，降低了视窗14上凝结水蒸气的程度，有利于通过视窗14观测燃烧腔15内的燃烧状况。为了进一步降低视窗14上凝结水蒸气的程度，参考图7和图8，弹体10上还设有多个与视窗14错开的加热板20，用于对弹体10加热。

本实施例中加热板20为加热铜板，加热铜板与弹体10的接触面积大，加热效率高。由于弹体10为金属材质，紧固视窗14的压盖19也为金属材质，通过加热铜板对弹体10加热后，弹体10和压盖19之间进行热传递。弹体10上的温度传递至压盖19，并进一步传递至视窗14，相当于也对视窗14加热了，那么，水蒸气难以在视窗14上凝结，更有利于通过视窗14观测燃烧腔15内的燃烧状况。本实施例中，加热铜板尺寸为220mm×80mm×10mm，铜板总功率2800W，由4个M8螺栓固定在定容燃烧弹的周向平面。使用反馈控制方法控制定容燃烧弹温度，在无保温条件下可将定容燃烧弹加热至423K。

本实施例中，参考图7和图8，在弹体10上设置了四个加热铜板，在其它实施例中，只要弹体10的布置空间允许，可以设置更多的加热铜板。

此外还需说明的是，本实施例中，弹体10上设置的安装孔尺寸一致，参考图8并结合图10所示，在安装孔内可安装视窗14、第一电机12及喷油器18，图8中标号12所指向的是第一电机12所处的位置。由于安装孔的尺寸一致，那么可以在任意的安装孔内安装视窗14、第一电机12及喷油器18，灵活布置视窗14、第一电机12及喷油器18。同时，还可以根据实验需要在安装孔内安装其它的实验设备，无需更改弹体10的结构，即可满足更多的实验需求。

需说明的是，由于弹体10的燃烧腔15内燃烧温度和压力较高，而将第一电机12和第一风扇内置在燃烧腔15内，高温高压势必会对第一电机12和第一风扇产生影响。为此，继续参考图3，本实施例的弹体10还包括盖板19a，盖板19a盖设于安装第一电机12的安装孔，以封闭安装孔。燃烧腔15内还设有隔板19b，隔板19b、燃烧腔15的腔壁及盖板19a围成容纳腔15a，第一电机12设于容纳腔15a内，第一电机12具有输出轴，输出轴伸出容纳腔15a并延伸至所述燃烧腔15，第一风扇套设于输出轴，并位于燃烧腔15内。

由于设置了容纳腔15a，且在隔板19b的作用下，燃烧腔15内的高温对第一电机12的影响减弱，且第一风扇使用不锈钢材质，能够耐高温。并且第一电机12的壳体非封闭的，因此，高压环境对第一电机12的影响也减弱了。

此外，本实施例在第一电机12上还设有冷却通道(图未示出)，冷却通道环绕第一电机12设置，冷却通道供冷却介质流通以冷却第一电机12。冷却方式可以是水冷，也可以是风冷。在冷却通道的辅助作用下，第一电机12受高温环境的影响进一步减弱了。

参考图4和图11，本实施例的预混容器30呈两端开口的筒状，在其它实施例中可以是其它形状。预混容器30开口的两端通过压盖42、42a封闭混合腔31。其中，预混容器30的壁厚40mm，容积4.6L，使用一个容积较大、耐压较高的预混容器30可显著提高混合气配制的精度、增加实验的再现性、提高实验效率。

本实施例的预混容器30的主体上有6个气孔，包括：氮气进气孔36、氧气进气孔37、乙烯进气孔38、排气孔39、安全阀气孔41及备用气孔40。其中，氮气进气孔36用于充入氮气，氧气进气孔37用于充入氧气，乙烯进气孔38用于充入乙烯。安全阀气孔41用于在混合腔31内的混合气达到配制要求后打开并输送至燃烧腔15，排气孔39用于完成燃烧试验后，将混合腔31内残留的混合气排出。向混合腔31中充入的气体类型不做限制，可以根据实验需要通过备用气孔40向混合腔31中填充相应的气体类型。

沿预混容器30的长度方向，预混容器30的主体两侧与两个圆柱型压盖42、42a连接，每个压盖用12个M14的双头螺柱进行固定，压盖和预混容器30的主体之间使用氟橡胶O圈(图未示出)密封。一端压盖42安装压力传感器34和热电偶35，压力传感器34可以是Kistler 4620A型压力传感器，热电偶35可以是Omega K型热电偶；另一端压盖42a布置第二电机32和第二风扇33，图4中标号32所指向的是第二电机32所处的位置。

参考图6，混合腔31内设有隔板31b，隔板31b、混合腔31的腔壁及其中一个压盖42a(参考图4)围成容纳腔31a，第二电机32设于容纳腔31a内，第二电机32具有输出轴，输出轴伸出容纳腔31a并延伸至混合腔31，第二风扇33套设于输出轴，并位于混合腔31内。由于设置了隔板31b及容纳腔31a，使得混合腔31中的高压环境对第二电机32影响减弱。

其中，压力传感器34用于检测预混容器30的混合腔31中的压力，热电偶35用于检测预混容器30的混合腔31中的温度，实现对预混容器30的安全监测。由于氮气、氧气及乙烯混合后属于可燃气体，在预混容器30中，氮气、氧气及乙烯的混合气不能燃烧，一旦燃烧，热电偶35就会检测到混合腔31内的温度升高，应采取相应措施；同时，充入混合腔31中的氮气、氧气及乙烯的压力需根据实验需求设定，一旦压力传感器34检测到压力达到实验要求，就会控制配气系统停止向混合腔31中充入氮气、氧气及乙烯。

此外，由于第一电机12和第二电机32长时间工作后会产生热量，为避免第一电机12和第二电机32过热，本实施例中，在第一电机12和第二电机32内均设有冷却通道，用于冷却第一电机12和第二电机32。第一电机12和第二电机32的冷却方式一样，以第二电机32的冷却方式为例，冷却通道环绕第二电机32设置，冷却通道为冷却铜管。

参考图11，在预混容器30的主体一侧设有进水管路44和出水管路45，进水管路44和出水管路45位于第二电机32内部的部分缠绕在第二电机32的定子上，冷却液流入进水管路44，再从出水管路45流出，通过冷却液循环实现了第二电机32的冷却。

还需说明的是，本实施例中，第一电机12全部置于燃烧腔15中，第二电机32全部置于混合腔31中。第一电机12的电源线引出燃烧腔15，仅需对第一电机12的电源线实现密封即可。同理，参考图11，第二电机32的电源线通过预混容器30的主体一侧的电源线孔43引出，电源线孔43与进水管路44和出水管路45位于同一侧，仅需对电源线孔43实现密封即可。

若将第一电机12置于燃烧腔15外，第一电机12的输出轴轴向一端位于燃烧腔15内，轴向另一端伸出燃烧腔15，需要对第一电机12的输出轴进行密封，而第一电机12的输出轴工作时会转动，难以实现第一电机12的输出轴的密封。同理，若将第二电机32置于混合腔31外，也难以实现第二电机32的输出轴的密封。因此，将第一电机12置于燃烧腔15内，将第二电机32置于混合腔31内，便于密封。

继续参考图3，为完成内燃机的燃烧试验，弹体10的其它安装孔处，例如，图3中的弹体10的顶部的安装孔处布置喷油器18、温度传感器(图未示出)以及冷却系统(图未示出)，喷油器18与所处的安装孔通过垫片密封；图3的弹体10的底部和侧部的安装孔处布置火花塞17。喷油器18用于向弹体10的燃烧腔15喷油，当温度传感器检测到喷油器18温度过高时，就会通过冷却系统冷却喷油器18。

本实用新型的定容燃烧弹系统还包括：配气系统，用于向预混容器30的混合腔31配送可燃气体；点火系统，用于点火引燃燃烧腔15内的可燃混合气；供油系统，用于向设于弹体10上的喷油器18提供燃油。

其中，配气系统包括高压气瓶、减压阀、球阀、针阀、直流电磁阀、安全阀、真空泵等。减压阀对高压气瓶输出的高压气体(氮气和氧气为15MPa，乙烯为8MPa)进行降压，球阀用于手动控制管路通断，针阀用于调节气体流量。电磁阀耐压10MPa，电源为24V，本系统使用闭环控制策略精确控制配气和进排气管路中电磁阀的开闭，以实现对配气和进排气过程的远程精确控制。

点火系统由两支火花塞、两个点火线圈和点火控制模块组成；其中，火花塞可以是BOSCH FR8DP火花塞，点火线圈可以是TC-28A点火线圈。根据实验需求选择单火花塞或双火花塞点火，点火次数可在控制模块进行设定，包括单次点火、多次点火及连续点火三种模式。

供油系统由电动机、变频器、同步带、同步带轮、张紧轮、高压油泵、共轨管、油箱、滤清器、高压油管、喷油器和高压共轨控制模块组成。本系统采用西门子11KW三相异步变频电动机，通过正时皮带带动最大工作压力为1600bar的BOSCH CP1H型高压柱塞油泵工作。

电动机配有15KW的变频器，可根据需要研究不同频率下的喷油特性。高压共轨管使用BOSCH的激光焊接轨，最高耐压值为1600bar。本系统使用电磁驱动式单孔喷油器18，可与高压泵、共轨管等部件配合实现最大喷射压力1600bar的高压喷射，此喷油器18工作时参数为：提升电压100V；提升电流22A；工作电压24V；保持电流12A；喷孔直径0.25mm。

在安装喷油器18的安装孔处还设有温度传感器(图未示出)，以及水冷系统，水冷系统可对喷油器温度进行调节。本模块可安装BOSCH，无锡油泵油嘴研究所，电装(中国)投资有限公司等公司多个型号的喷油器，喷油器18和安装孔之间使用铜垫片进行密封。温度传感器为Omega K型热电偶，用以测量充入定容燃烧弹内的可燃混合气初始温度。其中，水冷系统包括水泵、水管、针阀、冷却铜管和卡套接头，针阀可调节冷却水流量以控制喷油器温度。

搅拌电机空载转速16500RPM，负载最大转速14500RPM，本系统所用转速8000RPM。风扇外径30mm，为四扇叶搅拌型风扇。火花塞型号为BOSCH FR8DP，压力传感器为Kistler 6125C型，配套Kistler 5018A型电荷放大器使用。

本实用新型还包括上位机界面，上位机界面包括预混容器、定容燃烧弹和驱动三个模块。预混容器模块控制氧气、乙烯及氮气三路配气电磁阀；采集的信号包括预混合容器内压力和温度信号，实现预混合气的配制和状态监视。定容燃烧弹模块控制充气电磁阀和排气电磁阀；采集的信号包括弹内压力、弹内温度及弹体表面温度，实现定容燃烧弹充气和状态监视。驱动模块主要包括点火驱动和喷射驱动，可根据实验需求对点火和喷射参数进行调整。

下面结合图12，描述内燃机的燃烧试验过程，内燃机燃烧试验包括以下阶段：

配气阶段：氮气、氧气和乙烯通过分别通过氮气进气孔、氧气进气孔、乙烯进气孔进入预混合容器，为防止充气时气体回流，预混合容器安装有单向阀。根据实验方案计算所需气体的配制比例，通过ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)向配气系统发送配气信号，控制配气系统的电磁阀开闭依次冲入定量的氮气、乙烯和氧气。电磁阀使用压力反馈控制，当预混容器30内压力信号对应的压力达到预设值时，温度信号对应的温度符合温度范围时，ECU向预混容器发送供气信号，控制电磁阀快速关闭，向弹体供气，保证配气精度和安全性。

预混燃烧阶段：参考图1，当预混容器30中的配气达到要求后，预混容器30上的安全阀气孔41通过管路10a向定容燃烧弹的燃烧腔15输送配制好的可燃混合气，打开定容燃烧弹内的第一风扇，设定相应的转速，例如将转速设定为8000rpm/min，促进气体与定容燃烧弹热量交换，使其温度一致。ECU向弹体发送点火信号，控制两个火花塞17点火引燃定容燃烧弹内可燃气体，根据弹体反馈的压力信号和弹体温度，气体燃烧后弹内温度压力快速上升并达到峰值，点火燃烧后形成高温高压环境，用以模拟柴油机气缸内的喷射环境。

喷油阶段：因为弹体10壁面的传热损失而使得环境压力在燃烧完成、达到峰值后持续下降；当环境压力降至预先设定的阈值时向弹体发送喷油信号，触发喷油器18喷油，同时向高速相机发送相机触发信号，触发高速相机记录整个喷雾和燃烧的发展过程。其中，ECU根据共轨管的轨压反馈信号，控制变频电动机、高压油泵及共轨管向弹体内的喷油器18供油，ECU与高压油泵之间为阀控制。

排气清理阶段：喷雾及燃烧结束后，定容燃烧弹内温度压力下降到较低值。打开排气电磁阀排出废气，确认废气排净后，拆开定容燃烧弹视窗14，对弹体10内部及视窗14进行清理。

即，本实施例的定容燃烧弹系统是预先向定容燃烧弹内充入一定量的预混合可燃气体(较为常见的为乙炔，氢气，氧气，氮气)，点火燃烧后形成高温高压环境，用以模拟柴油机气缸内的喷射环境。通过调整充入的预混气体配比及喷油时刻，可方便地改变环境参数(包括过量空气系数、模拟EGR率、高温高压环境)。当定容燃烧弹内的温度压力达到实验条件时，开始喷油并触发摄像系统，对喷雾燃烧过程进行记录，可对喷雾贯穿距、喷雾锥角、液相贯穿距、火焰温度、碳烟生成等特性进行研究。

例如，参考图13，弹体10中初始充入预混合气体1.10MPa，其中乙烯含量3.5％，氧气含量31.5％，氮气含量65％。乙烯燃烧后定容燃烧弹内压力达到最大值5.62MPa。燃烧结束后，伴随热量的散失压力逐渐下降，当达到目标压力4MPa时触发喷油，柴油经雾化燃烧后引起压力再次上升。对柴油燃烧时段的压力数据进行处理，即可得到柴油在此环境下的滞燃期和放热率数据。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。