一種用于可視化發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量的示蹤劑噴射系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及可視化發(fā)動(dòng)機(jī)，具體涉及一種可視化發(fā)動(dòng)機(jī)示蹤劑噴射系統(tǒng) 。 主要包括缸蓋，其特征在于：在缸蓋圓心開(kāi)孔，孔內(nèi)設(shè)有燃料噴射器，能將燃料直接噴射于缸體內(nèi)；在缸蓋進(jìn)氣道一側(cè)開(kāi)孔，在其孔內(nèi)設(shè)有示蹤劑噴射閥，使得示蹤劑噴射閥與缸蓋的進(jìn)氣道連通。該系統(tǒng)使用獨(dú)立的示蹤劑和燃料噴射系統(tǒng)，可以有效的控制示蹤劑的量值，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)減少不必要的因?yàn)橛?jì)量過(guò)多造成的二次反應(yīng)問(wèn)題；同時(shí)有效杜絕了當(dāng)熒光物質(zhì)濃度過(guò)大時(shí),會(huì)產(chǎn)生自猝滅的現(xiàn)象。
【專利說(shuō)明】一種用于可視化發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量的示蹤劑噴射系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可視化發(fā)動(dòng)機(jī)，具體涉及一種可視化發(fā)動(dòng)機(jī)示蹤劑噴射系統(tǒng)，用于先進(jìn)的激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)(PLIF)對(duì)其內(nèi)部燃燒相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，涉及到燃燒噴霧技術(shù)，光學(xué)測(cè)量手段，檢測(cè)技術(shù)，化學(xué)應(yīng)用技術(shù)，計(jì)算機(jī)收集技術(shù)以及影像技術(shù)等多個(gè)學(xué)科的最新技術(shù)問(wèn)題。

【背景技術(shù)】
[0002]新一代內(nèi)燃機(jī)燃燒理論與技術(shù)的發(fā)展使得柴油機(jī)和汽油機(jī)的技術(shù)愈來(lái)愈接近，發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)跟據(jù)混合燃料成分的變化來(lái)組織不同的燃燒方式，因此必須充分認(rèn)識(shí)各種混合燃料的噴霧特性和燃燒特性；從20世紀(jì)70年代后至今形成了不同的方法來(lái)研究發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)變化過(guò)程，一種是模擬燃油噴射和燃燒的方法；還有一種是用光學(xué)診斷來(lái)可視化發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的變化過(guò)程，光學(xué)的方法還被用來(lái)核實(shí)CFD模擬結(jié)果的正確性，利用上述的方法人們對(duì)液體分裂與霧化過(guò)程有了更加深入的了解；排放法規(guī)對(duì)柴油機(jī)要求越來(lái)越嚴(yán)格，這使得有必要獲得更加準(zhǔn)確的發(fā)生在燃油噴射期間的霧化、蒸發(fā)以及和著火燃燒相關(guān)的物理、化學(xué)現(xiàn)象，混合燃料將成為未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)使用的主要燃料形式；此外，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在各種潛在的技術(shù)手段研究中，使用先進(jìn)的激光診斷技術(shù)來(lái)研究柴油機(jī)噴霧、霧化、蒸發(fā)、混合、著火以及燃燒過(guò)程在學(xué)術(shù)研究和工程應(yīng)用上占據(jù)了更加重要的地位；國(guó)內(nèi)外研究者利用米散射——紋影法、紋影法、瑞利散射激光彈性散射成像技術(shù)、復(fù)合激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)等在定容燃燒彈和光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)上已經(jīng)開(kāi)展了很多關(guān)于噴霧貫穿、破碎、濃度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的研究。
[0003]光譜技術(shù)，尤其是激光光譜技術(shù)在燃燒學(xué)的研究中占有不可替代的重要地位，它不但可以給出火焰的溫度、物質(zhì)濃度和速度等重要信息，與其它診斷技術(shù)相比，它還具備一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):可以對(duì)火焰進(jìn)行在位、非干擾測(cè)量，具有非常高的時(shí)間和空間分辨率，并且具有二維甚至三維的成像能力；因此，這種診斷技術(shù)在無(wú)焰燃燒研究中的應(yīng)用不但有助于更好的理解這一燃燒模態(tài)的基礎(chǔ)問(wèn)題，如進(jìn)行燃燒模型的驗(yàn)證、燃燒機(jī)理的確認(rèn)等，而且有助于促進(jìn)燃燒在工業(yè)領(lǐng)域更為廣泛的應(yīng)用，如幫助設(shè)計(jì)新型的燃燒器等，但這些研究都存在一些不足之處。
[0004]1)環(huán)境密度偏低，一般都在35kg/m3以下，現(xiàn)代柴油機(jī)普遍使用的EGR和增壓技術(shù)使現(xiàn)代重型柴油機(jī)高負(fù)荷工況下上止點(diǎn)環(huán)境密度高達(dá)60kg/m3以上，因此有必要開(kāi)展高密度環(huán)境下的混合燃料噴霧實(shí)驗(yàn)。
[0005]2)噴孔直徑偏大，噴孔直徑小型化是現(xiàn)代柴油機(jī)發(fā)展的一大趨勢(shì)，已經(jīng)由傳統(tǒng)的
0.3-0.4mm減小到目前的0.1-0.2mm,甚至有向0.10mm以下發(fā)展的趨勢(shì)。
[0006]3)傳統(tǒng)的LIF法測(cè)量混合氣濃度常在壓力容器，例如定容燃燒彈內(nèi)標(biāo)定，但是標(biāo)定環(huán)境與發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的實(shí)際情況差距和誤差很大。
[0007]4)片光中激光能量分布不可能絕對(duì)均勻，同時(shí)實(shí)際標(biāo)定時(shí)缸內(nèi)形成的示蹤劑與燃料的混合氣體的均勻程度不是很理想。
[0008]5)常規(guī)測(cè)量中一般將示蹤劑與燃料摻混進(jìn)行噴射測(cè)量和標(biāo)定，但限于激光的投射角度以及測(cè)量范圍的限定，不能全面有效的標(biāo)定發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的測(cè)量對(duì)象。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]一種用于可視化發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量的示蹤劑噴射系統(tǒng)，主要包括缸蓋，其特征在于:在缸蓋圓心開(kāi)孔，孔內(nèi)設(shè)有燃料噴射器，能將燃料直接噴射于缸體內(nèi)；在缸蓋進(jìn)氣道一側(cè)開(kāi)孔，在其孔內(nèi)設(shè)有示蹤劑噴射閥，使得示蹤劑噴射閥與缸蓋的進(jìn)氣道連通。
[0010]所述的在缸蓋進(jìn)氣道一側(cè)開(kāi)孔指以發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋軸心線為基準(zhǔn)，向外延伸方向三分之一到五分之四位置處開(kāi)孔。
[0011]所述的在缸蓋進(jìn)氣道一側(cè)開(kāi)孔，將噴射閥置于孔中，采用旋轉(zhuǎn)支架固定和調(diào)整，進(jìn)行噴射閥在孔內(nèi)的深度以及與入射角度的調(diào)節(jié)，使得噴射角度朝內(nèi)側(cè)方向，與發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋軸心線呈3° -55°。
[0012]所述進(jìn)氣道采用螺旋式結(jié)構(gòu)，與示蹤劑的噴射均勻混合。
[0013]所述進(jìn)氣道，與傳統(tǒng)方式不同的方式，其表面均勻布有圓形凹坑，圓形凸起，U型溝槽或V型溝槽，有效的改良流量系數(shù)和渦流強(qiáng)度以及流通特性，達(dá)到充分有效的與混合燃料的均勻配比，使得可視化測(cè)量更加全面。
[0014]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有可視化發(fā)動(dòng)機(jī)示蹤劑與燃料混合不均，示蹤劑不能有效的出現(xiàn)在激光標(biāo)定的區(qū)域以及熒光易猝滅，示蹤劑具有強(qiáng)極性且揮發(fā)迅速等缺陷，公開(kāi)了一種借助進(jìn)氣道多點(diǎn)噴射原理，將示蹤劑與燃料有效充分混合的示蹤劑噴射系統(tǒng)，原理是在進(jìn)氣道安裝單獨(dú)的一個(gè)示蹤劑噴射閥，在氣缸蓋上布置了另一個(gè)噴嘴，用于噴射燃料。
[0015]如圖1、2、3所示，采用和傳統(tǒng)燃料與示蹤劑混合一同噴射方式不同的進(jìn)氣道多點(diǎn)噴射方式，在進(jìn)氣道設(shè)置示蹤劑單獨(dú)噴射方式，由進(jìn)氣道噴入，達(dá)到更好的分散和配比效果，減少因?yàn)榕c燃料混合的造成的與親核試劑發(fā)生的加成反應(yīng)和加氫還原反應(yīng)；同時(shí)在激光的照射下，可以用分別噴射的方式，使得激光覆蓋和照射到更多的燃燒面，獲得有效圖像數(shù)據(jù)；其示蹤劑噴射閥可以適用于合適配比的示蹤劑，不用擔(dān)心傳統(tǒng)的直接與燃料一起混合噴射造成的微弱反應(yīng)，提高觀測(cè)精度；在缸蓋另開(kāi)開(kāi)孔，位于缸蓋圓心的開(kāi)孔和缸蓋進(jìn)氣道一側(cè)的開(kāi)孔之間，呈一條直線，孔上也放置旋轉(zhuǎn)支架用于固定和調(diào)節(jié)激光頭，調(diào)整激光距離和角度，以與發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋軸心線呈15°到65°為好；應(yīng)用旋轉(zhuǎn)支架方便調(diào)節(jié)，可以做到角度和方向的明確記錄，減少盲目的調(diào)節(jié)，節(jié)省實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間，示蹤劑的噴射閥的位置同樣在缸蓋上可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得方向與燃料的噴霧方向達(dá)到優(yōu)化混合，達(dá)到均勻。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1可視化發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量的示蹤劑噴射系統(tǒng)燃料與示蹤劑噴入示意圖。
[0017]圖2可視化發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量的示蹤劑噴射系統(tǒng)燃料與示蹤劑在燃燒室混合示意圖。
[0018]圖3可視化發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量的示蹤劑噴射系統(tǒng)燃料與示蹤劑在燃燒室點(diǎn)燃示意圖。
[0019]I一ICXD相機(jī) 2—活塞 3—激光穿過(guò)的橫斷面 4_不蹤劑噴射閥5—缸蓋視窗6—激光束7—燃料噴射器8—觀測(cè)窗9 一藍(lán)寶石環(huán)10—反射鏡。

【具體實(shí)施方式】
[0020](1)采用常規(guī)的體積分?jǐn)?shù)為10%的3-戊酮(方案一)，或者體積分?jǐn)?shù)為10%的丙酮(方案二)以及體積分?jǐn)?shù)為9%的3-已酮與體積分?jǐn)?shù)為1%的3-戊酮以按體積比4:1的比例混合(方案三)中的一種示蹤劑配比方案單獨(dú)置于示蹤劑噴射閥。
[0021](2)將常用的熒光效應(yīng)弱的異辛烷或者正戊烷作為替代燃料，通過(guò)噴射系統(tǒng)控制，置于燃料噴射器中，激光打開(kāi)，調(diào)整角度至與發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋軸心線呈15°到65°。
[0022](3)活塞在曲軸的帶動(dòng)下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)；此時(shí)進(jìn)氣門開(kāi)啟，排氣門關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°，此時(shí)示蹤劑和空氣快速混合后進(jìn)入汽缸內(nèi)，與替代燃料在汽缸內(nèi)進(jìn)一步混合形成可燃混合氣。
[0023](4)進(jìn)、排氣門同時(shí)關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180° ,活塞上移，工作容積逐漸縮小，缸內(nèi)混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到達(dá)壓縮終點(diǎn)，測(cè)量數(shù)據(jù)和圖像清晰的呈現(xiàn)在電腦。
[0024](5)當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，由火花塞點(diǎn)燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內(nèi)氣體的壓力和溫度迅速提高，高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)械能；在整個(gè)過(guò)程中，示蹤劑均勻有效地噴入，在片狀光源的照射下，根據(jù)示蹤劑的分布和擴(kuò)散情況，得出精確數(shù)據(jù)和圖像。
[0025]該系統(tǒng)的主要有一下優(yōu)點(diǎn):
(1)該系統(tǒng)有較大的掃氣系數(shù)，可以有效的降低發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，缸蓋以及排氣的溫度，對(duì)于常用的丙酮，3—戊酮等示蹤劑C=0雙鍵活潑，高溫易燃，導(dǎo)致容器內(nèi)壓力增大，以及極易發(fā)生微弱的爆炸等在測(cè)量中不利的因素起到很好的抑制作用，較好的增加熒光分析靈敏度，對(duì)于結(jié)果的精確測(cè)量有很大的指導(dǎo)意義。
[0026](2)該系統(tǒng)可以有效的對(duì)噴嘴直徑以及在缸蓋的安裝的角度，位置和方向等進(jìn)行合理的優(yōu)化，具有針對(duì)不同拍攝角度的合理安放位置，使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加具有可靠性。
[0027](3)該系統(tǒng)可以有效利用示蹤劑蒸汽常比空氣重的特點(diǎn)，提供一定的空間使得他們?cè)谳^低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，這樣使得示蹤劑更加充分的分散在被測(cè)氣體中，使得激光測(cè)量有更大的范圍，測(cè)量結(jié)果也更具代表性。
[0028](4)該系統(tǒng)燃料與熒光劑相對(duì)混合時(shí)間比傳統(tǒng)方式要短，可以有效的防治有些燃料熒光效應(yīng)略強(qiáng)的特點(diǎn)，測(cè)量的精度明顯提高
(5)該系統(tǒng)使用獨(dú)立的示蹤劑和燃料噴射系統(tǒng)，可以有效的控制示蹤劑的量值，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)減少不必要的因?yàn)橛?jì)量過(guò)多造成的二次反應(yīng)問(wèn)題；同時(shí)有效杜絕了當(dāng)熒光物質(zhì)濃度過(guò)大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自猝滅的現(xiàn)象。
[0029](6)該系統(tǒng)可以有效的防治熒光淬滅效應(yīng)，因?yàn)檫@種系統(tǒng)有效的降低了部分部件的溫度，使得預(yù)防了在高溫高壓下，粒子濃度大，自由程短，淬火效應(yīng)明顯的特點(diǎn)，使得有效的接受到熒光光譜。
[0030](7)該系統(tǒng)性質(zhì)穩(wěn)定，不影響主流體的流動(dòng)狀態(tài)。不與主流體發(fā)生反應(yīng)，在燃燒室內(nèi)瞬間加入，同時(shí)在出口處對(duì)流體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，高效方便；對(duì)于PLIF測(cè)量達(dá)到較精確的目的提供可行依據(jù)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于可視化發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量的示蹤劑噴射系統(tǒng)，主要包括缸蓋，其特征在于:在缸蓋圓心開(kāi)孔，孔內(nèi)設(shè)有燃料噴射器，能將燃料直接噴射于缸體內(nèi)；在缸蓋進(jìn)氣道一側(cè)開(kāi)孔，在其孔內(nèi)設(shè)有示蹤劑噴射閥，使得示蹤劑噴射閥與缸蓋的進(jìn)氣道連通。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于可視化發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量的示蹤劑噴射系統(tǒng)，其特征在于:所述的在缸蓋進(jìn)氣道一側(cè)開(kāi)孔指以發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋軸心線為基準(zhǔn)，向外延伸方向三分之一到五分之四位置處開(kāi)孔。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于可視化發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量的示蹤劑噴射系統(tǒng)，其特征在于:所述的在缸蓋進(jìn)氣道一側(cè)開(kāi)孔，將噴射閥置于孔中，采用旋轉(zhuǎn)支架固定和調(diào)整，進(jìn)行噴射閥在孔內(nèi)的深度以及與入射角度的調(diào)節(jié)，使得噴射角度朝內(nèi)側(cè)方向，與發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋軸心線呈3。-55° 。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于可視化發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量的示蹤劑噴射系統(tǒng)，其特征在于:所述進(jìn)氣道采用螺旋式結(jié)構(gòu)，與示蹤劑的噴射均勻混合。
5.如權(quán)利要求4所述的一種用于可視化發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量的示蹤劑噴射系統(tǒng)，其特征在于:所述進(jìn)氣道，與傳統(tǒng)方式不同的方式，其表面均勻布有圓形凹坑，圓形凸起4型溝槽或V型溝槽，有效的改良流量系數(shù)和渦流強(qiáng)度以及流通特性，達(dá)到充分有效的與混合燃料的均勻配比，使得可視化測(cè)量更加全面。
【文檔編號(hào)】F02M65/00GK104481768SQ201410539163
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】施愛(ài)平, 許冠杰, 葉麗華, 龐弋驤, 李成, 鄭慶明, 徐杰, 白文斌 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)