[发明专利]一种模拟缸内直喷天然气发动机的定容燃烧系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及定容燃烧可视化实验系统应用领域，具体涉及一种模拟缸内直喷天然气发动机的定容燃烧系统及控制方法，用于模拟天然气发动机缸内直喷混合气形成及燃烧过程研究。

背景技术

面对当前能源危机以及环境污染越演越烈，寻找清洁理想的发动机代用燃料已迫在眉睫。天然气因其清洁、储量十分丰富、热值高、辛烷值高、排污低、经济性好而被世界公认为较理想的发动机代用燃烧之一。同时，缸内直喷天然气发动机拥有柴油机热效率高和汽油机升功率大等特点，且相较于传统的进气道喷射式天然气发动机具有很多优点。

为了获得缸内直喷天然气发动机最佳排放性、动力性、经济性，最根本的是解决天然气发动机燃烧问题。但对于研究者来说，最大的问题是发动机燃烧室是封闭不可见的，这为研究带来非常大的困难，为了解决这个难题，定容燃烧可视化实验系统就应运而生了。定容燃烧弹是模拟发动机气缸的密闭容器，以模拟发动机活塞运行在上止点附近时的喷雾混合动态特性和燃烧特性，其特点是结构简单，加以改动后能够很方便的改变燃烧室形状和喷射、点火控制等参数，是对内燃机基础研究的一个重要工具。为了较真实反应天然气发动机缸内工作过程，且进一步研究天然气燃料的特性，及需一种模拟缸内直喷天然气发动机缸内喷雾发展过程及燃烧的定容燃烧系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟缸内直喷天然气发动机的定容燃烧系统及控制方法，能较真实地观测燃烧室形状和发动机活塞运动接近上止点时对缸内混合气动态特性和燃烧特性的影响。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种模拟缸内直喷天然气发动机的定容燃烧系统，压缩天然气瓶、减压装置、天然气开关阀门、GDI（Gasoline Direct Injection，缸内直喷）喷射器依次连接，压缩空气瓶、空气开关阀门、定容燃烧弹依次连接，所述GDI喷射器出口连接圆管，所述圆管伸入到定容燃烧弹内；在所述定容燃烧弹内固定有活塞，所述活塞邻近圆管出气口，所述定容燃烧弹上还设置有数字电子压力表、缸压传感器以及高速照相机，定容燃烧弹内部固定有火花塞；还包括喷射控制板，用于控制GDI喷射器的喷射流量，多功能控制仪，用于控制喷射控制板、高速照相机、火花塞和缸压传感器。

所述GDI喷射器固定在喷射器安装座上。

所述GDI喷射器为6个且均匀分布在喷射器安装座上，具体的，所述喷射器安装座为正六边体，在六个侧面分别设置有用于安装GDI喷射器的阶梯孔，在喷射器安装座中心设置有用于汇集6个GDI喷射器出口气体的容腔，所述容腔连接到圆管。

所述GDI喷射器通过螺栓和喷射器压紧块固定在喷射器安装座上，所述喷射器压紧块两端开有压紧块螺栓通孔，所述螺栓通过压紧块螺栓通孔固定在喷射器安装座上，喷射器压紧块中部开有压紧块中心圆孔和压紧块裙部圆孔，所述压紧块中心圆孔和压紧块裙部圆孔相通，并用于连接GDI喷射器出气口。

所述活塞通过活塞连接螺杆固定在活塞安装座上。

所述活塞为方块形活塞，一端开有活塞内螺纹孔。

所述活塞的另一端为ω型、楔型或者锁口型。

一种模拟缸内直喷天然气发动机的定容燃烧系统的控制方法，ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）多功能控制仪通过接收工控机一个触发信号，ECU多功能控制仪处理该信号，通过第一驱动电路控制高速照相机开始工作；所述ECU多功能控制仪通过第二驱动电路和三个喷射控制板同时触发六个GDI喷射器开始工作；天然气经过压缩天然气瓶来到减压装置处，通过所述减压装置将高压气体转换为实验需要的气压，然后天然气通过进气主管道到达所述天然气开关阀门，随后天然气经过安全阀门、多向通道接口和天然气进气管进入到六个GDI喷射器处；天然气经过六个GDI喷射器喷射进入容腔中，再经过圆管进入定容燃烧弹中心；ECU多功能控制仪通过第三驱动电路控制触发火花塞工作；ECU多功能控制仪通过第四驱动电路控制触发缸压传感器开始工作，缸压经过A/D转换器、采集卡，最终由显示器显示出来。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、解决了缸内直喷天然气匹配喷射问题，较真实地观测燃烧室形状和发动机活塞运动接近上止点时对缸内混合气动态特性和燃烧特性的影响。

2、基于定容燃烧弹可视化系统上解决了天然气直喷问题。

3、采用方块型活塞，从根本上解决了圆柱形活塞会遮挡光学系统中部分光线的问题，从而排除了高速照相机无法拍摄燃烧室内气流动态情况。