[发明专利]定容燃烧弹多功能电控进气系统

说明书

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种定容燃烧弹多功能电控进气系统，利用该系统可以通过电控单元控制定容燃烧弹内气体形成层流或者不同湍流强度的湍流。

背景技术

随着能源稀缺和环境恶化状况日趋严重，合理的组织发动机气体燃料的燃烧状况，对实现燃烧控制，提高发动动力性、经济性有着十分重要的意义。

定容燃烧弹是一种用于发动机燃烧模拟的试验装置，主要功能是模拟发动机活塞在上止点附近时气缸内的燃烧过程。其特点是结构比较简单，可以方便的改变热力学参数(包括空燃比、温度和压力)、点火参数(点火位置、点火能量等)，从而研究不同参数对燃烧过程的影响。因此，采用定容燃烧弹来开展气体燃料层流和湍流燃烧特性的研究是一种很有效的试验手段。

目前在定容燃烧弹中产生湍流的方式主要有喷射式湍流燃烧装置、风扇式湍流燃烧装置、孔板式湍流燃烧装置、复杂方式湍流燃烧装置等，如图1所示。图1a为喷射式湍流燃烧装置，其先通过预混箱配置可燃气体，混合气在布置好的切向进气道中实现进气，从而产生湍流，缺点是需要在定容燃烧弹壁上凿出切向进气道，工艺难度大，且加工完成后进气道孔径很难改变；图1b为风扇式湍流燃烧装置，该装置是通过风扇在定容燃烧装置内旋转来形成湍流，风扇的转速决定着湍流的强弱，但是具有风扇会使其结构比较复杂，需要较大的燃烧室空间，并且往往需要多个风扇同时运行，只有很好的协调配合各个风扇运转才能达到理想的各向同性流动，操作难度较大，对湍流扩散影响也比较大；图1c为孔板式湍流燃烧装置，其是通过燃烧室内部运动的孔板来形成湍流，通过设计孔板结构以及控制孔板的运动速度来达到不同强度的湍流。试验进行时，一般是在孔板停止运动后的对应时刻来进行点火，以实现不同强度下的湍流燃烧。但此类装置对燃烧室的几何形状有特殊的要求，同时对装置的密封性会造成一定的影响；还有更复杂的湍流燃烧装置，采用以上三种方式的湍流燃烧装置中的两种或几种相结合形成的湍流燃烧装置，这种方式的湍流燃烧装置能够克服单一方式湍流燃烧装置的不足，但由于产生湍流的装置均在燃烧所在的空间内，过于复杂的结构势必会影响湍流燃烧的过程。

总的来说现有的定容燃烧弹内的湍流发生系统需要对弹体改动较大，并且需要较大的弹体内空间，对于湍流强度的控制也非常困难，这些都大大的增强了系统的复杂程度，降低了系统的稳定性和可靠性，还增加了系统的开发成本。

发明内容

本发明提供了一种对于定容燃烧弹弹体内部空间要求不高，能够通过电控方式来实现定容燃烧弹内层流和湍流的切换，并可以控制湍流强度的定容燃烧弹多功能电控进气系统。

本发明所采用的技术方案是：

该系统由预混箱、湍流/层流切换装置、湍流射流装置以及电控单元组成；预混箱的出口与湍流/层流切换装置的进气口连接，湍流/层流切换装置的湍流进气管道通过湍流射流装置与定容燃烧弹连接，湍流/层流切换装置的层流进气管道通过针阀与定容燃烧弹连接；在湍流/层流切换装置的湍流进气管道和层流进气管道各设置一个电控电磁阀，两个电控电磁阀分别与电控单元连接；

所述湍流射流装置由喷射阀、阀座和射流器组成；喷射阀为两位两通式电磁阀，采用过盈配合与阀座连接； 

所述射流器由一端封闭的铜管制成，分为射流圆环和连接段；连接段与射流圆环在同一平面，并且连接段的轴线向射流圆环方向的延长线经过射流圆环的圆心；射流器所在平面垂直于燃烧弹弹体的轴线并且射流圆环的圆心在该轴线上；射流器的连接段与喷射阀出口连接；射流圆环为圆形，其表面均匀设置4个相同孔径的射流孔，4个射流孔的圆心与射流圆环圆心的连线和连接段穿过射流圆环圆心的延长线的夹角均为45度，射流孔的射流方向与射流器所在平面成45度角，并指向点火处，从而保证射流后四个射流孔喷出的燃气在点火处形成湍流。

所述预混箱为立方体形状，并在两端分别设置观察窗，两对圆形吸盘式电磁铁分别置于预混箱的内外两侧，内侧电磁铁和风扇同轴布置，外侧的电磁铁由电机驱动，带动预混箱内侧电磁铁和风扇一同转动；预混箱体顶端安装有一个精密压力表，箱体左右表面布置进气孔和出气孔；预混箱的设计压力为7-8bar。

所述喷射阀为两位两通式的SP010A燃气喷射阀，作为高压预混的可燃气在注入燃烧弹时的进气截止阀。

所述射流圆环的外径不大于定容燃烧弹的弹体内径，不小于弹体内径的1/2。

所述射流器的喷射压力在0.3~1MPa之间，射流孔径在1.5~3mm之间。