[发明专利]一种预燃室中气体运动模拟及光学分析试验装置与方法

说明书

本发明公开了一种预燃室中气体运动模拟及光学分析试验装置与方法。现有仅提出了研究加浓喷射阶段预燃室内气流运动的试验手段。本发明包括稳压罐、示踪粒子发生器、示踪粒子进气阀门、空气进气阀门、混合容器排气阀门、混合容器、预燃室喷气阀门、主燃烧室排气阀门、主燃烧室进气阀门、主燃烧室、活塞、连杆、电动机、激光发射器、CCD相机、同步控制器、计算机、油气分离器、压气机和示踪粒子回收阀门。本发明通过二维粒子图像测速(PIV)方法，测量得到预燃室模型中混合气的运动特性。

技术领域

本发明属于发动机工程技术领域，具体涉及一种预燃室中气体运动模拟及光学分析试验装置与方法，通过二维粒子图像测速(PIV)方法，测量得到预燃室模型中混合气的运动特性。

背景技术

传统的火花点火发动机通常将空燃比控制在理论空燃比附近，这会导致氮氧化物排放量的增加，并在低速高负荷时产生非正常燃烧。目前，稀燃技术能够有效解决这些问题，但同时存在燃烧速度慢、点火不稳定、循环间变化大、局部燃烧甚至失火等缺点，从而影响发动机各项性能。上述问题可以通过采用预燃室火花塞技术解决。

通过安装在预燃室火花塞顶部的加浓喷射器，可在预燃室内形成具有理论空燃比的混合气，使其具有良好的点火稳定性与较高的燃烧速度。火花点火后，预燃室中火焰喷射进入主燃烧室，点燃其内部的稀混合气。预燃室中湍流火焰射流能够产生较大的火焰表面积，可极大提高主燃烧室内稀混合气的燃烧速度，进而提高燃料燃烧效率、扩展稀燃界限、减少氮氧化物排放、提升发动机热效率。目前，该技术已经引起了国内外学者的广泛关注与研究。

预燃室内气流运动直接影响预燃室火花点火质量：气流运动过小，不利于形成均匀的可燃混合气；气流运动过大，将导致电火花点火困难。因此，研究预燃室内气流运动是预燃室火花塞技术研究的重中之重。预燃室内气流运动主要受加浓喷射及活塞上行预燃室通道内的射流影响。目前，国内外学者仅提出了研究加浓喷射阶段预燃室内气流运动的试验手段，但未提出可对整个活塞上行阶段(包括加浓喷射)和下行阶段预燃室内气流运动进行定量测试分析的手段。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提一种预燃室中气体运动模拟及光学分析试验装置与方法。可用于测量活塞整个上行阶段(包括加浓喷射)和下行阶段预燃室内气流运动情况，进而用以研究预燃室各结构参数对气流运动的影响规律。

本发明一种预燃室中气体运动模拟及光学分析试验装置，包括稳压罐、示踪粒子发生器、示踪粒子进气阀门、空气进气阀门、混合容器排气阀门、混合容器、预燃室喷气阀门、主燃烧室排气阀门、主燃烧室进气阀门、主燃烧室、活塞、连杆、电动机、激光发射器、CCD相机、同步控制器、计算机、油气分离器、压气机和示踪粒子回收阀门。所述的压气机给稳压罐供气，稳压罐的出气口经管道一连通混合容器的进气口；管道一上设有空气进气阀门和压力表；所述示踪粒子发生器的粒子输出口经管道二连通混合容器的粒子输入口，所述的管道二上设有示踪粒子进气阀门；混合容器的混合气输出口一经管道三连通油气分离器的混合气回收输入口；所述的管道三上设有混合容器排气阀门；混合容器的混合气输出口二接管道四，管道四上设有预燃室喷气阀门；活塞将主燃烧室的内腔分隔成燃烧腔室和回程腔室；管道五的一端连通主燃烧室的燃烧腔室，另一端开放；所述的管道五上设有主燃烧室进气阀门；油气分离器的燃烧气回收输入口经管道六连通燃烧腔室的输出口；所述的管道六上设有主燃烧室排气阀门；油气分离器的输出口经管道七连通示踪粒子发生器的回收输入口；管道七上设有示踪粒子回收阀门。连杆一端与活塞固定，另一端与曲轴构成转动副；曲轴由电动机驱动；示踪粒子进气阀门、空气进气阀门、混合容器排气阀门、预燃室喷气阀门、主燃烧室排气阀门、主燃烧室进气阀门、示踪粒子回收阀门、激光发射器、CCD相机、压气机和电动机均由同步控制器控制；压力表的压力信号传给同步控制器；CCD相机的采集信号经同步控制器传输给计算机。

该预燃室中气体运动模拟及光学分析试验装置的试验方法，具体如下：