[发明专利]一种模拟发动机缸内颗粒运动的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟发动机缸内颗粒运动的装置，属于发动机试验技术领域。

背景技术

柴油机排放的颗粒物是雾霾造成的主要原因之一，排放颗粒物是在发动机气缸内部产生的，汽车排放标准得到了越来越严格的实施，标准除了对排放的质量进行限制外，还要对颗粒排放物的颗粒数进行计算，为了满足更为严格的标准，有必要对发动机缸内颗粒的生长及运动路径进行研究，从颗粒物的形成机理上进行研究。

颗粒的粒径在纳米数量级上，对于静止的颗粒可以采用电子显微镜、扫描式显微镜等有效手段进行分析研究。在现阶段的研究中，很难对处于运动状态的颗粒进行观察研究，对运动颗粒的研究一直是业界的一个难题。

根据相似理论，可以通过模拟试验装置，通过宏观模拟试验来反应微观颗粒的运动状态，为使模拟试验模型表现出微观颗粒的主要现象和特性，必须使模型和原型保持力学相似关系，就是模型与原型在对应点上的对应物理量都具有一定的比例关系，其中力学相似关系包括几何相似、运动相似和动力相似。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种研究发动机缸内颗粒生长和运动路径的装置。本装置可以根据发动机不同转速，调整模拟气缸内的气流运动强度；本装置可以分段研究不同工作行程(进气行程、压缩行程、做功行程、排气行程)的缸内颗粒运动状态的过程中；本方法应用相似性理论，选取制作合适的粒径、表面粘度、脆度和质量的宏观颗粒，通过轻质颗粒的运动轨迹反应颗粒在发动机气缸内的运动状态，同时通过具有一定粘度的颗粒的碰撞、凝结、破碎、反弹反应发动机不同工作行程的微观颗粒间的运动状态。

本发明是采用下述技术方案实现的：

一种模拟发动机缸内颗粒运动的装置，包括模拟气缸、上盖板、可调速电机、轴向涡流叶片、滤网、颗粒投放管道、模拟活塞、模拟活塞调整杆、高度调整螺母；

模拟汽缸上端通过螺栓与上盖板固定，可调速电机通过螺栓固定在上盖板的几何中心，可调速电机通过联接轴带动模拟汽缸内部的轴向涡流叶片旋转，轴向涡流叶片的下部安装有一张滤网，滤网下面位于模拟气缸的一侧设有颗粒投放管道，颗粒投放管道沿模拟气缸径向深入一定距离；模拟活塞位于模拟汽缸内部，同其下面的模拟活塞调整杆相连，模拟活塞调整杆依次穿过支架上端面、压板和高度调整螺母，所述高度调整螺母和压板相配合，调节模拟活塞调整杆上下位置，进而调节模拟活塞的位置；该装置还设有图像采集系统，实时采集到缸内颗粒不同角度的画面。

进一步，所述图像采集系统包括顶部CCD高速摄影相机、侧面CCD高速摄影相机、图像采集器、调节支架，顶部CCD高速摄影相机布置在滤网中心，侧面CCD高速摄影相机安装在调节支架上端，调节支架下端固定在支架的上端面一侧，顶部CCD高速摄影相机、侧面CCD高速摄影相机均与图像采集器相连。

进一步，所述模拟汽缸下端通过螺栓固定在支架的上端面，支架放置在实验台上。

进一步，所述模拟气缸为透明材料的缸体结构。

进一步，所述模拟气缸为聚甲基丙烯酸甲酯缸体。

本发明的有益效果为：

1)本发明用于实现模拟发动机不同行程缸内颗粒的气流运动状态以及汽缸内颗粒之间的运动关系。可调速电机通过联接轴带动轴向涡流叶片旋转，在透明的模拟气缸内产生一定强度的涡流，在轴向涡流叶片的下部，所设置的滤网，便于阻止气缸内的颗粒向上运动，阻止颗粒卷入高速旋转的轴向涡流叶片中，通过手动调整高度调整螺母，使模拟活塞处于不同的高度，模拟活塞在不同位置缸内颗粒的运动状况。根据发动机不同工作行程颗粒的物理特性，选取制作不同粒径、表面粘度、脆度和质量的颗粒，模拟发动机不同工作行程的单个颗粒与颗粒之间的运动状态。

2)模拟活塞与模拟活塞调整杆相连，通过旋转高度调整螺母，配合压板的使用，控制模拟活塞调整杆上下位置，进而调节模拟活塞的位置，模拟活塞在某一位置时，发动机缸内颗粒运动状况，根据发动机每个行程气缸在气缸内位置的变化，调整模拟活塞的位置的渐变，可模拟某个行程缸内颗粒的运动状况。

3)顶部CCD高速摄影相机安装在滤网中心，从轴向拍摄模拟气缸的颗粒运动情况，侧面CCD高速摄影相机安装在调节支架上，可根据活塞位置选择最佳高度，透过透明的模拟气缸，从侧面拍摄气缸内颗粒的运动情况，拍摄的图片传入图像采集器进行处理，图像采集系统可以高速拍摄缸内颗粒运动情况，记录颗粒运动路径。