[发明专利]一种研究发动机燃烧过程的快速压缩膨胀机

说明书

技术领域

本发明涉及用于对发动机燃烧过程进行研究的试验装置，该试验装置可模拟发动机的压缩、燃烧和膨胀过程，主要用于多种燃料的着火和燃烧特性研究，属于内燃机领域，具体为内燃机燃烧研究领域。

背景技术

内燃机的实际燃烧、传热、燃料与空气混合等过程十分复杂，加之常伴随有循环变动，要获得真实准确的试验过程参数或控制每循环间的燃烧条件不变是非常困难的，试验结果的可比性不强。因此，利用快速压缩膨胀机来模拟多种燃料、不同燃烧方式的燃烧过程，结合相关的测试及分析技术，是对发动机的燃烧过程及燃烧特性进行基础研究的一行之有效的手段。

为了更好地研究发动机的燃烧过程，研究人员提出并开发了各种各样的模拟试验设备。吉林大学研究开发了一种用于模拟发动机燃烧过程的多功能燃烧弹，其结构简图见附图5，该燃烧弹主要有动力气缸30、动力活塞组31、燃烧室32，动力气缸30中供应高压空气，压缩动力活塞组31向燃烧室32一端运动，压缩燃烧室32内的燃料空气混合气直至混合气压燃或由火花塞点燃。该多功能燃烧弹能实现对发动机缸内不同燃料、不同燃烧方式的燃烧过程的模拟，但是该装置存在动力活塞组运行速度较慢、气体泄漏的问题，这与实际发动机活塞运动的速度相差较大。

为了开发能够准确、真实地模拟实际发动机的工作过程的试验装置，解提出了一种研究发动机燃烧过程的快速压缩膨胀机，为了解决提高活塞运动速度的问题，该试验装置提出了使用现有的两台汽油机发动机缸体，利用两台发动机内的曲轴、连杆、活塞机构进行传动，两个曲轴间通过齿轮传动进行动力传输，改变齿轮比可以适当调整活塞压缩混合气的速度，实现活塞快速运动，能够接近实际发动机活塞的运动速度。同时，驱动活塞上安装了两道活塞环，可以有效地解决驱动气体泄漏的问题。另一方面，本装置利用现有的发动机零部件，易于改造。另外，传统快速压缩机在进行测试时通常采用在气缸盖上装有透明的石英玻璃以便摄影机拍摄燃烧图像。由于气缸盖上要布置燃料与空气供给管道、安装传感器及点火装置，这样对气缸盖的结构强度要求较高；而且，为了实现压缩比可变，有时会配套使用不同的气缸盖也改变燃烧室的压缩比。本发明采用在活塞顶部布置石英玻璃，从活塞底部利用光学原理对燃烧室燃烧情况进行拍摄，通过调整石英玻璃的厚度来改变压缩比，这样可以降低对气缸盖的要求及制造成本。

发明内容

本发明装置的目的是为了对发动机燃烧室内的燃烧过程进行系统的深入的研究，提出一种能模拟发动机的压缩、燃烧、膨胀过程的试验装置，主要利用高压气体的压力推动活塞运动，只作一次压缩冲程压缩燃烧室内的气体使之燃烧，为模拟内燃机的压缩和点火过程提供了一个理想的试验手段。

为了实现上述目的，本快速压缩膨胀机由如下一些机构系统组成，系统基本组成见附图1。该装置主要由燃烧系统、驱动机构、制动机构、供给系统、测试系统组成。该试验装置提出了使用两台发动机缸体及其内部的曲轴、连杆、活塞机构进行传动，两个曲轴间通过齿轮传动进行动力传输的试验方案，驱动气缸用缸体8、燃烧气缸用缸体4两个缸体都采用卧式布置，其中，驱动气缸用缸体8位于底层，燃烧气缸用缸体4位于上层。

本发明提供了一种研究发动机燃烧过程的快速压缩膨胀机，包括燃烧系统、驱动机构、供给系统、制动机构、测试系统，其特征在于，所述的驱动机构结构如下：驱动气缸用缸体8、燃烧气缸用缸体4两个缸体均采用卧式布置，其中，驱动气缸用缸体8位于下层，燃烧气缸用缸体4位于上层；从动齿轮6设在燃烧气缸用缸体4内，主动齿轮7设在驱动气缸用缸体8，从动齿轮6和主动齿轮7相互啮合；

主动齿轮7安装在驱动曲轴23上，与主动齿轮7啮合的从动齿轮6安装在曲轴22上；

驱动气缸用缸体8侧面分别安装有驱动气缸9以及回退气缸14，驱动气缸9中设有驱动活塞25、驱动连杆24、驱动曲轴23，驱动曲轴23上安装的驱动连杆24与驱动活塞25连接；回退气缸14中设有回退气缸活塞28、回退气缸连杆27，燃烧气缸用缸体4侧面安装有燃烧气缸2、燃烧气缸2中设有加长活塞20、连杆21、曲轴22，加长活塞20通过连杆21安装于曲轴22上。加长活塞20顶部装有的透明的石英玻璃19。

本快速压缩膨胀机的优点是：

利用两台发动机的缸体、曲轴、连杆、活塞机构，通过齿轮传动，实现活塞快速运动；

齿轮传动速比可调；

燃烧室的压缩比可调；

可以进行不同种类燃料的燃烧特性试验；

可以进行不同燃料与空气的混合比的燃烧特性试验。

附图说明

图1快速压缩膨胀机组成简图

图2燃烧系统机构图

图3驱动气缸机构图