[发明专利]一种可扩大视场和削弱光反射的光学发动机

说明书

本发明公开了一种可扩大视场和削弱光反射的光学发动机，包括缸盖、盖板、缸套和活塞，所述缸盖与盖板固定连接，所述缸套通过盖板与缸盖连接，所述活塞位于缸套内，所述活塞内设有透明的石英视窗，所述石英视窗为中间薄边缘厚的凹透镜结构。所述盖板与缸套之间设有石英缸套，所述石英缸套内部设有与缸套同轴并且内径直径相同的内孔。所述石英缸套的外壁至少设有一个观察立面和一个外部光源照射的光照立面。有益效果：本发明通过优化石英视窗的结构可以实现扩大视场的效果，通过较小的改动达到了显著的效果；通过增加石英缸套的观察立面可以从多个角度观察发动机缸内燃烧过程，并且通过引入外部光源垂直照射光照立面，够削弱光反射获取到更加清晰的图像。

技术领域

本发明涉及一种研究发动机缸内燃烧过程的光学发动机，特别涉及一种可扩大视场和削弱光反射的光学发动机，属于发动机燃烧诊断技术领域。

背景技术

针对发动机缸内燃烧过程的研究，光学诊断方法深化了人们对内燃机缸内过程的认识。光学发动机是一种可视化发动机，其主要目的是在尽可能接近实际发动机的运行工况下，通过透明缸盖、加长活塞或透明缸套，利用高速摄影、散射和激光诱导荧光等方法获取缸内混合及燃烧的信息，对发动机的燃烧设计与优化有重要指导意义。目前，国外的很多发动机研究机构都建立有光学发动机可视化测试平台，对发动机结构设计和燃烧理论的发展起到了促进作用，我国在此方面研究尚处于起步阶段。

现有的光学发动机一般直接改造于实际量产的自然吸气、四缸轻型柴油机（四冲程），原机的第三缸被用作工作缸，其余三缸被舍弃，引入光学诊断手段，保留了主要的发动机结构，在一定程度上能够复现原机的热力状况和边界条件。具体来说：对原机进行拆解，去掉水泵、空调、增压器等附属设备，只保留缸体和缸盖。用两块盖板分别将缸体上表面和缸盖下表面密封，只留出第三缸作为工作缸。缸体和缸盖之间通过六根支柱进行连接和支撑。在两块盖板上加工出润滑油通道，通过不锈钢管进行连接，维持缸体和缸盖之间的润滑油的流动。将双向气动装置通过四根支柱固定在缸体盖板上，气动活塞内嵌入原机缸套，原机缸套上方放置透明的石英缸套，高度为40mm，壁厚为20mm。气动活塞在气压作用下托举石英缸套向上运动，直到和缸盖下盖板相接触。在石英缸套的上下表面各有一个O 型圈，用来实现石英环和缸盖下盖板之间、石英环和金属缸套之间的密封。光学发动机的加长活塞通过四根螺栓固定在原机活塞上。在加长活塞顶上安装一块石英视窗，并由压圈压紧，形成浅盆型燃烧室。在加长活塞下方开一个长方形通孔，在其中插入一块固定的45°反射镜，同时避开活塞的上下运动。通过45°反射镜，可以从石英窗口观察燃烧室内发生的燃烧状况。光学发动机的气缸上半段为石英气缸，下半段为金属气缸，为避免活塞运动时活塞环和石英气缸相摩擦，将活塞环整体下移40mm，这就保证了活塞环只在金属气缸内运动。由于光学发动机工作时间很短，一般约为10个循环，所以去掉油环，只使用两道气环。通过加热循环水来尽量模拟真实发动机的工作情况。采用外接冷却水循环系统，对缸盖进行加热，温度控制在90℃。常规的光学发动机采用透明缸套、加长活塞及加长活塞顶部的石英玻璃可以实现燃烧室内部的燃烧情况可视化，但却很难实现对燃烧室壁面的喷雾碰壁燃烧的可视化。

中国专利CN201110262476.9公开了一种可变视场的光学发动机，该发明专利中提出：采用高度一致及每个缸套与其上部的缸盖和其下部的导向底座之间的连接方式及几何尺寸均相同的三个缸套，三个缸套具有互换性，三个缸套分别是金属加长缸套、环形石英玻璃缸套和平面镶嵌玻璃式缸套，通过更换使用上述三个缸套实现光学发动机的可变视场。虽然该可变视场的光学发动机能够同时满足多种测量需求的问题，但很难对燃烧室壁面的情况进行可视化观察，对于喷雾撞壁的研究存在一定的局限性。