壁面引导式二冲程lpg直喷发动机plif可视化装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机可视化实验装置，具体地说是壁面引导式二冲程LPG直喷发动机激光诱导荧光法可视化装置。
【背景技术】
[0002]光学发动机可以利用光学可视化技术诊断分析缸内状态，对优化燃烧室设计与燃烧过程给予指导。目前，国内外很多内燃机研宄机构都建立相应的光学发动机可视化测量平台，所获得的实验结果对发动机缸内的燃烧过程的理论分析起到了必要的支撑作用。
[0003]采用激光诱导荧光法研宄四冲程直喷汽油机的混合气形成和燃烧过程的报道已经较多，几乎看到的光学发动机是以研宄四冲程发动机缸内的工作过程而研制的。特别是近年来赛艇用发动机、船舷用机等开展了二冲程直喷汽油机的研宄，但现行的四冲程直喷汽油机光学发动机可视化测量装置并不能直接应用于二冲程直喷汽油机的缸内工作过程的可视化。
[0004]LPG燃料与汽油相比，具有辛烷值高、燃烧时生成的C02少等优点，因此，二冲程LPG直喷发动机缸内工作过程的研宄也相继报道。但检索表明现有的缸内可视化方法是安置内窥镜方式，存在着观测视角小，喷雾时光线暗、不能清楚地观察喷雾和燃烧过程等缺点。为了验证使用CFD软件数值模拟二冲程LPG直喷发动机缸内工作过程时所选定的计算模型的正确性，开发一种适用于二冲程LPG直喷发动机缸内工作过程可视化的光学发动机很有必要。
[0005]借鉴四冲程直喷汽油机燃烧系统，本发明提出的“壁面引导型” 二冲程LPG直喷发动机燃烧系统主要借助喷束角度、活塞形状、气流运动的配合，在恰当地点火时刻，燃料-空气混合气恰当地被引导至火花塞电极附近。由此，本发明提出的壁面引导式二冲程LPG直喷发动机工作过程的激光诱导荧光法可视化装置尚未看到。
[0006]参考文献:Wen_BinWang and Yu-Yin Peng, “Spray Measurement andVisualizat1n of Gasoline Inject1n for 2-Stroke Engine，，.SAE Paper.930496
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服现有二冲程LPG直喷发动机缸内工作过程测量技术的不足，提供了一种壁面引导式二冲程LPG直喷发动机的激光诱导荧光法可视化装置。
[0008]壁面引导式二冲程LPG直喷发动机激光诱导荧光法可视化装置，包括汽缸盖，火花塞，进气道，进气门，喷油器，光束截止器，石英环，片光器，激光器，排气口，加长汽缸，曲柄连杆机构，反拖测功机，反射镜，曲轴箱，加长活塞，带有凹坑的石英窗，压套，活塞环，加长活塞壁，汽缸中心线，汽缸视窗，活塞视窗；
所述的汽缸盖上不设置排气道，仅有进气门及纵向进气道，喷油器、进气道和进气门布置在汽缸中心线一侧，喷油器安装角度与加长活塞顶所在平面夹角为30° — 60°。排气口设计在汽缸中心线另一侧的加长汽缸下部，所述的排气口开在活塞下止点上方，活塞运动到下止点时排气口下缘低于活塞顶平面，活塞上下往复一次，完成发动机的进-压-爆-排工作循环；
所述的火花塞安装位置应当使得火花塞电极与接近上止点的石英窗上的凹坑引导的LPG喷束前锋相配合。
[0009]喷油器与加长活塞顶所在平面夹角为35° — 50°。
[0010]火花塞可以竖直的安装在汽缸中心，也可以安装在汽缸中心线一侧，其原则是应与活塞顶部的凹坑形状很好地配合；所述的带有凹坑的石英窗为一种当安装有石英窗的活塞在接近上止点时经石英窗凹坑引导的LPG喷束到达火花塞电极附近；
石英环安装在汽缸盖和加长汽缸之间，石英环与加长汽缸同轴、并且相同内径；所述的加长汽缸在安装有进气门及纵向进气道的对侧开有排气口 ；
所述的加长活塞由石英窗、压套、活塞环、加长活塞壁组成，石英窗圆柱面为台阶形式，压套内圆柱面也为台阶形式，压套内圆柱面台阶与石英窗圆柱面台阶配合，压套通过螺纹配合将石英窗安装在加长活塞壁上端。加长活塞壁是一种镂空结构，加长汽缸一侧开有汽缸视窗，加长活塞壁上开有与汽缸视窗对应的活塞视窗，活塞视窗内部安装有反射镜，反射镜与活塞轴线成45°角；燃烧室内部光线透过石英窗照射到反射镜上，通过高速摄影相机拍摄发动机内部的混合气形成和燃烧过程；
加长活塞大头通过曲柄连杆机构与反拖测功机相连；所述的反拖测功机可以测可视化发动机燃烧过程的功率，也可以在可视化发动机研宄喷雾过程中通过曲柄连杆机构反拖加长活塞上、下行；
加长活塞下端圆柱面开有活塞环槽，活塞环槽内安装有活塞环；
根据研宄对象设定不同波长，激光器发出的激光经片光器照射入石英环，照射在掺入荧光剂的LPG燃料上，荧光剂发光，显示了燃料-空气混合气扩散的区域，激光射出石英环，进入光束截止器；
在压套下半部分开有活塞环槽，活塞环槽内安装有活塞环，当安装好的加长活塞运动到上止点的时候，活塞环的位置低于石英环；
所述的活塞环包括气环和润滑环；
本发明有以下有益效果:提供了一套针对壁面引导式二冲程直喷发动机缸内工作过程的可视化实验装置，加长活塞顶部安装石英窗使得观测视野更宽广、激光光源布置更方便。安装在活塞顶部的石英窗的凹坑曲面与进气滚流、LPG噴束恰当地配合，当活塞上行至接近上止点时，使LPG-空气被引导至火花塞电极附近，形成易于点燃的较浓混合气。将激光诱导荧光法应用于拍摄不同曲轴转角时的二冲程直喷发动机缸内工作过程，可获得更清晰的缸内混合气分布图像，为定量的分析二冲程直喷发动机缸内流场信息提供依据。
【附图说明】
[0011]图1:本发明加长活塞移动到接近上止点时示意图；
图2:本发明加长活塞不意图；
图3:本发明加长活塞接近上止点时局部放大示意图；
图中:I汽缸盖，2火花塞，3进气道，4进气门，5喷油器，6光束截止器，7石英环，8片光器，9激光器，10排气口，11加长汽缸，12曲柄连杆机构，，13反拖测功机，14反射镜，15曲轴箱，16加长活塞，17带有凹坑的石英窗，18压套，19活塞环，20加长活塞壁，21汽缸中心线，22汽缸视窗，23活塞视窗。
【具体实施方式】
[0012]实施例1:在汽缸直径D=67mm、有效压缩比ε =8-8.5的二冲程发动机上，改造后的汽缸盖I上设置了纵向进气道3、旋流喷油器5(喷孔直径Φ=0.3lmm,LPG喷射压力4MPa)，进气道3和旋流喷油器5布置在汽缸中心线21右侧，排气口 10开在汽缸中心线21左侧的活塞下止点上方。使用反拖测功机13通过曲柄连杆机构12反拖加长活塞16，还改造了凸轮配气机构，加长活塞16上下往复一次，完成一次进-压-爆-排工作循环；设定发动机转速在100rpm，按照确定的不同负荷，根据曲轴上止点位置、转速和进气绝对压力等信号，由发动机燃料喷射-点火仪控制LPG喷射时刻(° CA)和喷射脉宽；设定激光器9波长266nm、打开激光器9使经片光器8的激光束射入石英环7，LPG燃料中的荧光剂在激光作用下发光，伴随着LPG—同在汽缸内扩散，光线透过带有凹坑的石英窗17照射到反射镜14，由高速摄像机拍摄不同负荷工况时的缸内LPG-空气混合气分布。
[0013]实施方式2:在实施例1基础上，研宄燃烧过程时，根据曲轴上止点位置、转速等信号，由发动机燃料喷射-点火仪设定火花塞2点火时刻(° CA);当较浓的的LPG-空气混合气在进气滚流、LPG噴束以及活塞顶部的带有凹坑的石英窗17的凹坑曲面的配合下被引导至火花塞2电极附近时，火花塞2在设定时刻跳火，点燃火花塞2电极间隙处的LPG-空气混合气，形成火焰传播，推动加长活塞16下行，至汽缸下部的排气口 10打开、废气排出。随着进气门4的打开，经纵向进气道3具有一定压力的新鲜空气流入汽缸，并强迫燃烧废气从排气口流出，完成一个工作循环。通过带有凹坑的石英窗17和反射镜14，把火花塞2跳火至燃烧火焰的传播过程由高速摄像机以24幀/秒拍摄速度记录下来。
[0014]试验表明，本发明提出的激光诱导荧光法可视化装置清晰地拍摄了壁面引导式二冲程LPG直喷发动机在不同负荷工况时的缸内的混合气浓度场和燃烧过程。
【主权项】
1.壁面引导式二冲程LPG直喷发动机激光诱导荧光法可视化装置，包括汽缸盖，火花塞，进气道，进气门，喷油器，光束截止器，石英环，片光器，激光器，排气口，加长汽缸，曲柄连杆机构，反拖测功机，反射镜，曲轴箱，加长活塞，带有凹坑的石英窗，压套，活塞环，加长活塞壁，汽缸中心线，汽缸视窗，活塞视窗；其特征在于:所述的汽缸盖上不设置排气道，仅有进气门及纵向进气道，喷油器、进气道和进气门布置在汽缸中心线一侧，喷油器安装角度与加长活塞顶所在平面夹角为30° — 60° ;排气口设计在汽缸中心线另一侧的加长汽缸下部。
2.根据权利要求1所述的壁面引导式二冲程LPG直喷发动机激光诱导荧光法可视化装置，其特征在于:所述的排气口开在活塞下止点上方，活塞运动到下止点时排气口下缘低于活塞顶平面。
3.根据权利要求1所述的壁面引导式二冲程LPG直喷发动机激光诱导荧光法可视化装置，其特征在于:所述的带有凹坑的石英窗为一种当安装有石英窗的活塞在接近上止点时经石英窗上的凹坑引导的LPG喷束到达火花塞电极附近。
4.根据权利要求1所述的壁面引导式二冲程LPG直喷发动机激光诱导荧光法可视化装置，其特征在于:所述的火花塞安装位置应当使得火花塞电极与接近上止点的石英窗上的凹坑引导的LPG喷束前锋相配合。
5.根据权利要求1所述的壁面引导式二冲程LPG直喷发动机激光诱导荧光法可视化装置，其特征在于:所述的火花塞可以竖直的安装在汽缸盖中心，也可以安装在汽缸中心线一侧。
6.根据权利要求1所述的壁面引导式二冲程LPG直喷发动机激光诱导荧光法可视化装置，其特征在于:石英环安装在汽缸盖和加长汽缸之间，石英环与加长汽缸同轴、并且相同内径。
7.根据权利要求1所述的壁面引导式二冲程LPG直喷发动机激光诱导荧光法可视化装置，其特征在于:喷油器与加长活塞顶所在平面夹角优选为35° — 50°。
【专利摘要】本发明涉及一种用于壁面引导式二冲程LPG直喷发动机缸内混合气浓度分布和燃烧过程测试的激光诱导荧光法可视化装置。其主要技术方案是：改造后的汽缸盖上设置了纵向进气道、高压旋流喷油器。进气道和旋流喷油器布置在汽缸中心线一侧，排气口开在汽缸中心线另一侧的活塞下止点上方。活塞上下往复一次，完成发动机的进-压-爆-排工作循环；安装在加长活塞顶部的石英窗的凹坑曲面与进气滚流、LPG噴束恰当地配合，当活塞上行至接近上止点时，使LPG-空气被引导至火花塞电极附近，形成易于点燃的较浓混合气；加长活塞壁上开有与汽缸视窗对应的活塞视窗，活塞视窗内部安装的反射镜与活塞中心线呈45°角；燃烧室内部光线透过石英窗映射到反射镜上，通过高速摄影相机拍摄发动机内部的混合气形成和燃烧过程。
【IPC分类】G01N21-64
【公开号】CN104792749
【申请号】CN201510112114
【发明人】许伯彦, 刘保龙, 齐运亮, 葛新洋
【申请人】山东建筑大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月13日