[发明专利]模拟发动机燃烧的定容燃烧弹系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种发动机燃烧的定容燃烧弹试验装置，进一步涉及模拟发动机燃烧的定容燃烧弹系统。

背景技术：

随着汽车保有量的急剧增加，汽车的尾气排放对大气污染的影响日趋严重，汽车尾气污染物排放已成为大气污染的主要源头。为了进一步降低发动机的炭烟颗粒和氮氧化物的排放，满足日益严格的排放法规的要求，高压共轨技术、进气道预混高辛烷值燃料缸内直喷高十六烷值燃料的组合燃烧技术得到了广泛的关注和应用。

中国专利CN1470752A公开了柴油/甲醇组合燃烧(Diesel Methanol Compound Combustion，DMCC)技术，提出进气道预混甲醇，缸内直喷柴油的甲醇柴油组合燃烧技术，台架试验和道路试验表明其有效降低了炭烟和氮氧化物的排放，通过粒度仪分析排气成分，炭烟的数密度和质量均得到有效的降低。吉林工业大学刘仪等人开发了柴油机全气缸取样机构，开始进行全气缸取样技术的研究，并用其进行了缸内微粒形成历程的研究。已有的研究多在发动机本身上展开，很难实现燃油喷雾、燃烧、成分变化的一体化分析和测量，而只有对燃烧过程和燃烧成分进行详尽的研究，才能更好的组织燃烧。发动机的实际循环过程比较复杂，直接在发动机上研究喷雾和燃烧产物分析，很难避免燃烧循环间的相互影响以及对单一变量的精确控制，鉴于发动机喷雾燃烧的过程很短暂，可以认为其是在定容条件下完成的，因此能准确模拟发动机环境的定容燃烧弹装置来模拟发动机的燃烧并对燃烧产物进行实时采样分析是最有效的工具。日本Doshisha大学的H.Gen Fujimoto等人建立了模拟燃烧室对正庚烷 的燃烧产物进行采样分析，这种模拟燃烧室采用提前通入一定量的氢气和氧气通过点火实现燃料燃烧的初始环境，这种装置的不足之处在于燃料燃烧后的温度分布不是均匀的，冷却迅速温度传感器响应带来的误差较大，此外，这种装置和试验方案也不能模拟提前预混的高辛烷值燃料，进而不能模拟多燃料组合燃烧的情况。中国卫海桥等人提出的模拟汽油机自燃的定容燃烧弹系统只能通过点火的形式来引燃燃油，同时也不具备采样和分析的功能。

因此，要模拟发动机尤其是进气道预混高辛烷值燃料缸内直喷高十六烷值燃料燃烧，势必要求装置能够实现灵活可控的高压、均匀高温条件，实现高温高压下光学窗口的可靠性和密封性，实现定容弹内温度压力检测和采样时刻、光学测试系统的匹配。正是由以上现存的一些问题，提出设计发明一种模拟发动机燃烧和实时采样分析的定容燃烧弹系统，用于模拟发动机工作过程的喷雾燃烧、成分变化的光学诊断和实时成分检测分析，为更深入理解传统柴油机以及进气道预混高辛烷值燃料(比如甲醇)缸内直喷高十六烷值燃料(比如柴油)工作条件下燃烧过程、炭烟的生成特性具有重要意义。

发明内容：

本发明要解决的是在实际发动机中难以观察火焰燃烧过程、评定燃烧过程中某一时刻炭烟生成量的确定以及难于实现单一变量下燃烧产物实时采样分析的技术问题，提供了一种模拟发动机燃烧的定容燃烧弹系统。

模拟发动机燃烧的定容燃烧弹系统，包括：

圆柱形形腔体的燃烧弹体，可形成均匀高温等容的高温高压环境，可模拟柴油机活塞在上止点位置时的高温、高压、定容环境；燃烧弹体左右2个端面分别安装有耐高温高压的高透光石英玻璃，形成 光路通路；

嵌套在燃烧弹体外周的加热夹层，通过给燃烧弹体外壁加热模拟发动机缸内的高温环境；

安装在燃烧弹体和加热夹层中央正上方的喷油器，喷油器安装孔采用水循环冷却，构成喷油器冷却系统；

压力传感器，采集燃烧弹体内的温度；

温度传感器，采集燃烧弹体内的压力；

进气通道； 

排气采样系统；

高压喷射燃油供给系统；

同步数据采集系统，可方便记录喷雾燃烧过程中，定容燃烧弹装置内的温度和压力变化；该同步数据采集系统包括：工控机、采集卡、电荷放大器、信号输入输出线；高速摄像系统，该系统至少包括：高速摄像机，结合光学测量方法可以准确的确定燃油燃烧过程中炭烟生成情况及变化趋势；单片机控制系统，与高压喷射燃油供给系统、同步数据采集系统、高速摄像系统、温度传感器、压力传感器相连。