一種可視化的發(fā)動機燃燒室模擬實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種可視化的發(fā)動機燃燒室模擬實驗裝置，包括進氣閥門、密封頂蓋、燃燒室罐體、密封壓蓋、石英玻璃視窗、溫度控制板、視窗底座、絕熱材料、加熱電阻絲和排氣排油閥。石英玻璃視窗分別安裝在燃燒室罐體兩側(cè)180°方向上，便于測試光線的穿透，密封頂蓋中心部分采用下沉式便于噴油器安裝以及噴霧測試集中在可視范圍內(nèi)，燃燒室中心腔體外側(cè)通過電加熱系統(tǒng)進行溫度控制和調(diào)節(jié)，罐體底部安裝排氣排油球閥可實現(xiàn)模擬燃燒室的清洗。本實用新型可同時實現(xiàn)溫度和壓力的控制、密封效果好、操作方便，能夠獲得穩(wěn)定且均勻的壓力場和溫度場，而且可以實現(xiàn)燃燒室的可視化觀察，對于提高發(fā)動機燃油的燃燒效率以及降低污染物排放的研究具有重要的意義。
【專利說明】
一種可視化的發(fā)動機燃燒室模擬實驗裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于燃燒設(shè)備內(nèi)燃機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可視化的發(fā)動機燃燒室 模擬實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 提高發(fā)動機的熱效率一直以來都是一項重要的課題，隨著化石燃料的不斷消耗以 及人們對環(huán)保的日益重視，在提高熱效率的同時降低有害燃燒產(chǎn)物的排放也變得刻不容 緩。長久以來，人們利用各種燃燒技術(shù)的改善來提高發(fā)動機的熱效率，例如汽油機中的高壓 縮比、稀薄燃燒以及預(yù)混合壓縮自著火等，柴油機中促進燃料和空氣的混合和高增壓等技 術(shù)都能在一定程度上改善發(fā)動機的熱效率。在這些技術(shù)中，我們也能夠看出除了對發(fā)動機 本身的結(jié)構(gòu)改進或者缸內(nèi)流動控制的方法外，對發(fā)動機所用燃油的使用控制也起到至關(guān)重 要的作用，也就是說燃油噴霧特性的研究對提高發(fā)動機熱效率有著重要的影響。
[0003] 目前，對液體燃料噴霧特性的研究主要集中在常溫狀態(tài)下，通過改變環(huán)境的壓力 來測量各種霧化特性參數(shù)的變化。然而這樣的測試中忽視了影響燃油噴霧效果的一個重要 參數(shù)一一溫度，在發(fā)動機正常的運行中，燃燒室內(nèi)部是一個高溫高壓的環(huán)境，所以為了更加 準(zhǔn)確地測量出霧化參數(shù)特征必須把溫度和壓力兩個因素都考慮進去。
[0004] 鑒于上述情況，在進行發(fā)動機燃油霧化特性參數(shù)的測量實驗中，制備了一個可以 同時控制壓力和溫度的可視化燃燒室模擬裝置，使得測試更為全面和準(zhǔn)確。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型要解決的技術(shù)問題為:溫度和壓力作為兩個對液體燃料霧化特性參數(shù) 有著重要影響的因素能夠被同時考察。本實用新型為解決上述問題提供了一個可以同時對 這溫度和壓力兩個參數(shù)進行控制和調(diào)節(jié)的裝置。
[0006] 本實用新型采用的技術(shù)方案為:一種可視化的發(fā)動機燃燒室模擬實驗裝置，該燃 燒室模擬實驗裝置包括進氣閥門、密封頂蓋、燃燒室罐體、密封壓蓋、石英玻璃視窗、溫度控 制板、視窗底座、絕熱材料、加熱電阻絲和排氣排油閥;燃燒室罐體由不銹鋼管切割而成，具 有更好的密封性及抗壓能力，視窗底座以及溫度控制板底座焊接于罐體側(cè)面，兩個石英玻 璃視窗呈180°安裝，溫度控制板安裝底座軸線垂直于石英玻璃視窗軸線，石英玻璃視窗及 溫度控制板的密封通過密封壓蓋配合密封墊圈進行密封安裝，密封頂蓋設(shè)計成可拆卸式， 通過螺栓螺母、密封墊圈與主罐體進行連接密封，進氣閥門以及壓力控制裝置安裝于密封 頂蓋上，可獲得穩(wěn)定均勻的壓力場，另外在密封頂蓋上安裝安全閥以保證實驗的安全，燃燒 室罐體內(nèi)部測試場區(qū)域周圍安裝加熱電阻絲，可獲得穩(wěn)定均勻的溫度場，并且結(jié)合溫度控 制板實現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)，加熱電阻絲和燃燒室罐體內(nèi)壁之間填充絕熱材料進行燃燒室罐體內(nèi) 部保溫及燃燒室罐體外部的保護，燃燒室罐體底部采用圓弧封頭使其承壓能力更強且便于 實驗燃油的排放，底部中央焊接排氣排油閥。
[0007] 進一步的，所述燃燒室罐體采用304不銹鋼材料制作。
[0008] 進一步的，所述燃燒室罐體設(shè)計可承受最高15MPa的壓力，足夠模擬發(fā)動機燃燒室 的壓力工況。
[0009] 進一步的，所述溫度控制板可控溫度范圍為常溫至600°C，可實現(xiàn)燃油噴射初期燃 燒室內(nèi)部溫度氛圍的模擬。
[0010] 進一步的，所述石英玻璃視窗采用耐高溫高壓石英玻璃，該耐高溫高壓石英玻璃 視窗的設(shè)計便于燃油射流霧化特性的直接測試。
[0011] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0012] (1)、本實用新型確保了燃油噴霧特性測試的可行性。
[0013] (2)、本實用新型可實現(xiàn)對發(fā)動機燃燒室內(nèi)部工況的近似模擬，可同時對內(nèi)部溫度 和壓力兩個參數(shù)進行控制。
[0014] (3)、本實用新型操作簡單、使用方便。
[0015] (4)、本實用新型可通過石英玻璃窗口實現(xiàn)對燃燒室內(nèi)部進行直觀的觀察和測量。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實用新型一種可視化的發(fā)動機燃燒室模擬實驗裝置主體的裝配縱剖圖；
[0017] 圖2為為密封頂蓋結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2(a)為頂蓋剖面圖，圖2(b)為頂蓋俯視圖；
[0018] 圖3為視窗的密封壓蓋以及視窗底座的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖3(a)為視窗密封壓蓋 結(jié)構(gòu)示意圖，圖3(b)為溫度控制板及視窗底座結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖中：1、進氣閥門，2、密封頂蓋，3、燃燒室罐體，4、密封壓蓋，5、石英玻璃視窗，6、 視窗底座，7、絕熱材料，8、加熱電阻絲，9、排氣排油閥，10、進氣閥門及壓力測試表安裝孔， 11、測試噴油器安裝孔，12、安全閥安裝孔。
【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖進一步說明本實用新型可視化的發(fā)動機燃燒室模擬實驗裝置的具 體實施方式。
[0021] 本實用新型一種可視化的發(fā)動機燃燒室模擬實驗裝置主要通過兩個部分進行壓 力密封，罐體主體由不銹鋼圓管、三個視窗底座和圓底封頭進行焊接而成，密封主要由密封 頂蓋和視窗壓蓋配合相應(yīng)的密封墊圈通過螺栓螺母緊固密封?？梢暬暣安捎玫氖悄透邷?高壓的石英玻璃，實驗測試噴油嘴安裝于密封頂蓋中央。
[0022] 該實驗裝置的密封頂蓋盲板厚度利用簡易公式推導(dǎo)，通過查閱資料可知304不銹 鋼的屈服應(yīng)力σ〇.2 2 205MPa，即：2092kg(f)/cm2。氣相壓力條件下：
[0023] [ ogas] =0.8 X 00.2 = 0.8 X 2092 = 1673.6kg(f)/cm2 [0024]對于盲板厚度t(mm)，有：
[0025]
[0026] 式中：D-裝置密封口內(nèi)牷(mm)，P-裝置設(shè)計壓力。代入屈服應(yīng)力值，可得：
[0027]
[0028] 基于該裝置的結(jié)構(gòu)以及工作環(huán)境壓力設(shè)定，密封頂蓋，
[0029] D = 325mm，P = 16MPa(163.27kg(f)/cm2)
[0030] 可計算得出：
[0031]
[0032] 視窗玻璃壓蓋法蘭盤厚度則通過查詢法蘭盤標(biāo)準(zhǔn)手冊進行確定。
[0033] 壓力控制裝置主要由外界高壓氮氣罐體通過高壓管與進氣閥門進行連接，通過調(diào) 節(jié)進氣閥門和排氣閥門控制燃燒室內(nèi)部壓力，進氣閥門安裝孔上同時安裝壓力測試儀表。
[0034] 溫度控制板主要由加熱組件、控制裝置和絕熱材料組成，由控制裝置控制加熱組 件進行工作實現(xiàn)實驗所需工況，絕熱材料在對內(nèi)部空間進行保溫的同時保護外部罐體。 [0035]通過壓力控制裝置和溫度控制板可同時對壓力和溫度進行控制以滿足實際的實 驗工況。
[0036] 通過該可視化的發(fā)動機燃燒室模擬實驗裝置可研究不同種類的噴油嘴或者燃油 在不同的工作環(huán)境下噴射，燃油霧化特性參數(shù)的變化。
[0037] 如圖1所示，一種可視化的發(fā)動機燃燒室模擬實驗裝置，該燃燒室模擬實驗裝置包 括進氣閥門1、密封頂蓋2、燃燒室罐體3、密封壓蓋4、石英玻璃5、視窗底座6、絕熱材料7、加 熱電阻絲8、排氣排油閥9;燃燒室罐體3由不銹鋼管切割而成，具有更好的密封性及抗壓能 力，石英玻璃安裝視窗底座6以及溫度控制板底座焊接于罐體側(cè)面，兩個石英玻璃視窗5呈 180°安裝，溫度控制板安裝底座軸線垂直于石英玻璃視窗5軸線，石英玻璃視窗5及溫度控 制板的密封通過密封壓蓋4配合密封墊圈進行密封安裝，密封頂蓋2設(shè)計成可拆卸式，通過 螺栓螺母、密封墊圈與主罐體進行連接密封，進氣閥門1以及壓力控制裝置安裝于密封頂蓋 2上，可獲得穩(wěn)定均勻的壓力場，另外在密封頂蓋上2安裝安全閥以保證實驗的安全，燃燒室 罐體3內(nèi)部測試場區(qū)域周圍安裝加熱電阻絲8,可獲得穩(wěn)定均勻的溫度場，并且結(jié)合溫度控 制板實現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)，加熱電阻絲8和燃燒室罐體3內(nèi)壁之間填充絕熱材料7進行燃燒室罐 體3內(nèi)部保溫及燃燒室罐體3外部的保護，燃燒室罐體3底部采用圓弧封頭使其承壓能力更 強且便于實驗燃油的排放，底部中央焊接排氣排油閥9。
[0038] 如圖2所示，密封頂蓋2的剖面及俯視圖，包括進氣閥門及壓力測試表安裝孔10、測 試噴油器安裝孔11和安全閥安裝孔12;進氣閥門及壓力測試表主要用來準(zhǔn)確調(diào)節(jié)裝置內(nèi)壓 力值，噴油器安裝孔11用于噴油器的密封安裝，安全閥用來保障裝置以及操作的安全性。
[0039] 如圖3所示，密封壓蓋4、視窗底座6和溫度控制板底座的剖面圖及俯視圖，三個安 裝底座焊接于罐體側(cè)面，用于石英玻璃及溫度控制板的安裝，密封壓蓋4主要對石英玻璃及 溫度控制板進行緊固密封。
[0040] 本實用新型說明書未詳細闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
[0041]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和 潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種可視化的發(fā)動機燃燒室模擬實驗裝置，其特征在于:該燃燒室模擬實驗裝置包 括進氣閥門（1 )、密封頂蓋(2)、燃燒室罐體(3)、密封壓蓋(4)、石英玻璃視窗(5)、溫度控制 板、視窗底座(6)、絕熱材料(7)、加熱電阻絲(8)和排氣排油閥(9);燃燒室罐體(3)由不銹鋼 管切割而成，具有更好的密封性及抗壓能力，視窗底座(6)以及溫度控制板底座焊接于罐體 側(cè)面，兩個石英玻璃視窗（5)呈180°安裝，溫度控制板底座軸線垂直于石英玻璃視窗（5)軸 線，石英玻璃視窗（5)及溫度控制板的密封通過密封壓蓋(4)配合密封墊圈進行密封安裝， 密封頂蓋(2)設(shè)計成可拆卸式，通過螺栓螺母、密封墊圈與主罐體進行連接密封，進氣閥門 (1) 以及壓力控制裝置安裝于密封頂蓋(2)上，可獲得穩(wěn)定均勻的壓力場，另外在密封頂蓋 (2) 上安裝安全閥以保證實驗的安全，燃燒室罐體(3)內(nèi)部測試場區(qū)域周圍安裝加熱電阻絲 (8)，可獲得穩(wěn)定均勻的溫度場，并且結(jié)合溫度控制板實現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)，加熱電阻絲(8)和燃 燒室罐體(3)內(nèi)壁之間填充絕熱材料(7)進行燃燒室罐體(3)內(nèi)部保溫及燃燒室罐體(3)外 部的保護，燃燒室罐體(3)底部采用圓弧封頭使其承壓能力更強且便于實驗燃油的排放，底 部中央焊接排氣排油閥(9)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可視化的發(fā)動機燃燒室模擬實驗裝置，其特征在于:所述燃燒 室罐體(3)采用304不銹鋼材料制作。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可視化的發(fā)動機燃燒室模擬實驗裝置，其特征在于:所述燃燒 室罐體(3)設(shè)計可承受最高15MPa的壓力，足夠模擬發(fā)動機燃燒室的壓力工況。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可視化的發(fā)動機燃燒室模擬實驗裝置，其特征在于:所述溫度 控制板可控溫度范圍為常溫至600°C，可實現(xiàn)燃油噴射初期燃燒室內(nèi)部溫度氛圍的模擬。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可視化的發(fā)動機燃燒室模擬實驗裝置，其特征在于:所述石英 玻璃視窗(5)采用耐高溫高壓石英玻璃，該耐高溫高壓石英玻璃視窗(5)的設(shè)計便于燃油射 流霧化特性的直接測試。
【文檔編號】G01M15/04GK205538227SQ201620072016
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月25日
【發(fā)明人】林其釗, 宋瀾波, 劉濤, 付煒, 皮冬
【申請人】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)