專利名稱：一種內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)采樣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種內(nèi)燃機(jī)燃?xì)獠蓸酉到y(tǒng)，特別是一種內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)局部定點(diǎn)燃?xì)獠蓸酉到y(tǒng)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)燃燒過(guò)程是影響其經(jīng)濟(jì)性和排放特性的根本，為了降低內(nèi)燃機(jī)的燃油消耗和降低內(nèi)燃機(jī)的排放，國(guó)內(nèi)外的諸多學(xué)者一直致力于內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程的研究。內(nèi)燃機(jī)的燃燒過(guò)程非常迅速，也非常復(fù)雜的，為了研究?jī)?nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程，目前通常采用的方法有PIV法、光電檢測(cè)法、激光誘導(dǎo)熒光法以及透明發(fā)動(dòng)機(jī)可視法等等。上述研究?jī)?nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程的方法往往都需要在燃油中添加一定的物質(zhì)和使用非常昂貴的輔助設(shè)備，或者是需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行大量的改造。比如，PIV法需要在燃油中加入一定量的示蹤粒子，并且需要高精度的影像記錄設(shè)備；又如，透明發(fā)動(dòng)機(jī)可視法需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行透明化改造，將活塞用透明·材料制成，其改造難度較大并且不能長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間工作，同時(shí)也需要高精度的影像記錄設(shè)備。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的燃燒過(guò)程的研究，研究其燃燒中間產(chǎn)物是一種有效的研究手段。通過(guò)采集燃燒室內(nèi)在某特定時(shí)刻和某特定位置的混合氣樣本，然后利用物理化學(xué)的分析方法對(duì)其進(jìn)行分析，就可以得出該時(shí)刻在該位置的混合氣濃度、生成物濃度、混合氣當(dāng)中的各種物質(zhì)等表征燃燒過(guò)程的參數(shù)，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒過(guò)程的研究。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種有利于進(jìn)行氣缸內(nèi)局部定點(diǎn)采樣的一種系統(tǒng)。本新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，包括采樣控制單元和采樣管，采樣管結(jié)構(gòu)為細(xì)長(zhǎng)管設(shè)置在圓筒形的稀釋室前端并與稀釋室連通，稀釋室后部設(shè)置有與稀釋室連通的惰性氣體進(jìn)口管以及混合氣出口管，惰性氣體進(jìn)口管上設(shè)置有惰性氣體閥，混合氣體出口管上設(shè)置有三通閥，三通閥的進(jìn)口與混合氣出口管連接，三通閥的第一出口與氣體分析設(shè)備連接，三通閥的第二出口與放空管連接，采樣控制閥的閥桿旋接在稀釋室后端并從外向內(nèi)伸入稀釋室內(nèi)，該閥桿上設(shè)置有密封裝置，該閥桿前端的圓錐形頭能夠封堵在細(xì)長(zhǎng)管的出氣口上。上述采樣控制閥的閥桿前端的圓錐形頭上設(shè)置有密封圈。上述細(xì)長(zhǎng)管的內(nèi)徑為內(nèi)燃機(jī)缸徑的2°/Γ5%。還具有顯示設(shè)備，該顯示設(shè)備與氣體分析設(shè)備連接。還具有步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的軸與伸出稀釋室外的采樣控制閥的閥桿一端連接；采樣控制單元由相互連接的微電腦及步進(jìn)電機(jī)控制電路組成。本實(shí)用新型包括一個(gè)采樣器，該采器管由細(xì)長(zhǎng)采樣管、稀釋室、惰性氣體進(jìn)氣管和混合氣出口管組成，該采樣器適用于所有的內(nèi)燃機(jī)燃燒生成物樣本，該采樣管還自帶一個(gè)用于控制采樣管通斷的采樣控制閥；一套微電腦采樣控制系統(tǒng)，用于控制采樣控制閥，以及氣體分析設(shè)備和結(jié)果顯示設(shè)備。[0011]本實(shí)用新型的系統(tǒng)可以用來(lái)取代以往的全缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，以前對(duì)缸內(nèi)氣體直接采樣時(shí)一般都利用的是全缸內(nèi)采樣的方法。本實(shí)用新型的局部定點(diǎn)采樣方法可以克服全缸內(nèi)采樣時(shí)由于缸內(nèi)的不均勻性所引起的誤差；同時(shí)局部定點(diǎn)采樣方法也可以分析缸內(nèi)不同位置不同時(shí)刻的成分，通過(guò)采集不同時(shí)刻不同位置的樣氣就可以把全缸內(nèi)不同時(shí)刻的氣體狀態(tài)重新呈現(xiàn)出來(lái)，由此可以作為分析燃燒的根據(jù)，也可以作為驗(yàn)證三維流體仿真的重要方法和手段。系統(tǒng)的采樣器由細(xì)長(zhǎng)管、稀釋室、惰性氣體進(jìn)口管及控制閥、混合氣體出口管及控制閥和采樣控制閥組成。采樣管的細(xì)長(zhǎng)管直接伸入到內(nèi)燃機(jī)的缸內(nèi)，當(dāng)需要采樣時(shí)，由微電腦控制采樣控制閥打開(kāi)，缸內(nèi)混合氣體在壓力的作用下被壓入到稀釋室里面，稀釋室里面需要預(yù)先充滿惰性氣體，缸內(nèi)混合氣進(jìn)入到稀釋室后被惰性氣體稀釋，同時(shí)也會(huì)被惰性氣體降溫，在稀釋和降溫的又重作用下缸內(nèi)混合氣的反應(yīng)會(huì)終止，其混合物的成份凍結(jié)，被稀釋后的混合氣可以直接輸出到分析設(shè)備中進(jìn)行分析，由此得出被采集的樣氣的成份。采集樣氣時(shí)，為了避免上一次采集對(duì)樣本的影響，樣本氣體在完成采集后立即輸送到分析設(shè)備，同時(shí)由惰性氣體把整個(gè)稀釋室內(nèi)的氣體置換成惰性氣體；在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞下行過(guò)程中采樣控制閥再次打開(kāi)，由惰性氣把采樣管內(nèi)的氣體置換成惰性氣體，由此整個(gè)采樣管內(nèi)全部置換 成了惰性氣體，為下一次采樣作好準(zhǔn)備。為了采樣的精確，采樣時(shí)間要很短以避免混合氣成份隨時(shí)間的變化而造成采樣誤差過(guò)大，同時(shí)采樣管的直徑要很小，以減小采樣范圍過(guò)大而造成樣氣成分的誤差。系統(tǒng)采樣時(shí)只采集缸內(nèi)局部在某一時(shí)刻的混合氣本樣本，只要采樣時(shí)間和采樣管的直徑足夠小，那么就可以把所采集的樣本當(dāng)成是對(duì)缸對(duì)狀態(tài)的點(diǎn)采樣。采樣管的直徑要足夠細(xì)，以避免采樣管對(duì)缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)造成過(guò)大的影響，一般情況下，其直徑控制在缸徑的2% 5%。本采樣系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)可以安裝多個(gè)，以便同時(shí)采集不同位置的混合氣樣本。采樣時(shí)間的控制以發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)為時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。本實(shí)用新型的有益效果I、采樣管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，方便操作。2、米樣系統(tǒng)米用了對(duì)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)混合氣進(jìn)行直接米樣的方法；對(duì)缸內(nèi)混合氣的樣本采集只了限于局部和瞬時(shí)的采樣；采樣管的直徑控制在缸徑的2% 5%以內(nèi)；采樣時(shí)間的控制以發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)為時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)；采樣完成后由惰性氣體先行置換稀釋室內(nèi)的混合氣，在活塞下行時(shí)利用壓力差置換采樣管內(nèi)的混合氣；通過(guò)調(diào)整采樣管的位置和采樣時(shí)刻，可以完成對(duì)缸內(nèi)任意位置和任意時(shí)刻的采樣，其結(jié)果可以重現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體成分分布。

圖I是采樣管的結(jié)構(gòu)圖。圖2是采樣管安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的示意圖。圖3是本實(shí)用新型的工作邏輯框圖。
具體實(shí)施方式
圖I示出內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，包括采樣控制單元4，氣體分析設(shè)備，采樣管結(jié)構(gòu)為細(xì)長(zhǎng)管I設(shè)置在圓筒形的稀釋室2前端并與稀釋室連通，稀釋室后部設(shè)置有與稀釋室連通的惰性氣體進(jìn)口管3以及混合氣出口管5，惰性氣體進(jìn)口管上設(shè)置有惰性氣體閥，混合氣體出口管5上設(shè)置有三通閥三通閥的進(jìn)口與混合氣出口管5連接，三通閥的第一出口與所述氣體分析設(shè)備連接，三通閥的第二出口與放空管連接，采樣控制閥的閥桿6旋接在稀釋室后端并從外向內(nèi)伸入稀釋室內(nèi)，該閥桿上設(shè)置有密封裝置(密封裝置即現(xiàn)有閥門(mén)的閥桿與閥體之間的填料函，起密封作用)，該閥桿前端的圓錐形頭能夠封堵在細(xì)長(zhǎng)管的出氣口上。采樣控制閥的閥桿前端的圓錐形頭上設(shè)置有密封圈。細(xì)長(zhǎng)管I的內(nèi)徑為內(nèi)燃機(jī)缸徑的2% 5%。步進(jìn)電機(jī)的軸與伸出稀釋室外的采樣控制閥的閥桿6 —端連接；所述采樣控制單元4由相互連接的微電腦及步進(jìn)電機(jī)控制電路(該控制電路采用現(xiàn)有繼電器控制電路，由微電腦控制輸入一個(gè)電信號(hào)，使該控制器電路中的繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，從而對(duì)步進(jìn)電機(jī)供電，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn))組成。參見(jiàn)圖1，采樣管由細(xì)長(zhǎng)管I、稀釋室2、惰性氣體進(jìn)口管3、采樣控制單元4 (可安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上)、混合氣出口管5和采樣控制閥6組成。參見(jiàn)圖2,安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上時(shí),細(xì)長(zhǎng)管I直接伸入到發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)，其余部分在發(fā)動(dòng)機(jī)缸外，安裝好好要保證發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸不漏氣。安裝的方式可以為安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋上，頁(yè)可以安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞上。參見(jiàn)圖2的安裝示意圖，7為采樣管，8為噴油器，9為氣缸間隙，10為燃燒室。采樣管7與燃燒室的相對(duì)位置可以通過(guò)調(diào)整采樣管的伸入長(zhǎng)度和傾斜角度來(lái)調(diào)整。參見(jiàn)圖3的采樣系統(tǒng)示意圖，整個(gè)采樣系統(tǒng)由采樣控制單元、發(fā)動(dòng)機(jī)、惰性氣體、采樣管、氣體分析設(shè)備和顯示設(shè)備組成。在這套系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的氣體為測(cè)試的對(duì)象，采樣控制閥控制采樣時(shí)刻和采樣時(shí)間，惰性氣體用于稀釋所采集的樣氣和沖洗采樣管，采樣管作為采樣裝置，氣體分析設(shè)備用于分析所采集的氣體樣本，顯示設(shè)備(與氣體分析設(shè)備連接)用于控制和顯示系統(tǒng)的狀態(tài)和測(cè)試的結(jié)果。上述內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)采樣系統(tǒng)的采樣方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行a)、將多只采樣管安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，采樣管的細(xì)長(zhǎng)管直接伸入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)，每只采樣管伸入到氣缸內(nèi)的不同位置；b)、采樣前，開(kāi)啟惰性氣體閥以及關(guān)閉三通閥，向稀釋室內(nèi)通入惰性氣體后關(guān)閉惰性氣體閥；米樣時(shí)，由微電腦控制米樣控制閥開(kāi)啟，氣缸內(nèi)的混合氣體在壓力的作用下被壓入到稀釋室內(nèi)與惰性氣體混合，被稀釋后的混合氣體即樣氣輸出到氣體分析設(shè)備中進(jìn)行分析，并由顯示設(shè)備顯示出分析結(jié)果，由此得出被采集的樣氣的成分C)、采樣完成后，關(guān)閉采樣控制閥和關(guān)閉三通閥第一出口，開(kāi)啟惰性氣體閥和三通閥第二出口，向稀釋室內(nèi)通入惰性氣體，將稀釋室內(nèi)的樣氣置換成惰性氣體，為下一次采樣作好裝備。通過(guò)調(diào)整采樣管的位置和采樣時(shí)刻，完成對(duì)氣缸內(nèi)任意位置和發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況以及發(fā)動(dòng)機(jī)同一工況不同時(shí)刻的米樣，以確定發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的氣體成分分布狀況。所述采樣管為九只；九只采樣管伸入到氣缸內(nèi)腔范圍內(nèi)的一個(gè)長(zhǎng)方體的8個(gè)頂點(diǎn)和一個(gè)中心點(diǎn)的位置處。在工作過(guò)程中，首先將采樣管安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上，長(zhǎng)細(xì)管直接伸入到發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)，惰性氣體發(fā)生裝置直接接到惰性氣體進(jìn)口管上，混合氣體出口管經(jīng)三通閥連接入氣體分析設(shè)備，惰性氣體的控制和混合氣出口的控制也可以由采樣控制單元來(lái)完成。發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)運(yùn)行到需要采樣的時(shí)刻控制設(shè)備即控制采樣控制閥打開(kāi)，惰性氣體閥和混合氣出口管的三通閥均關(guān)閉，缸內(nèi)氣體在高壓的作用下被壓入到采樣管內(nèi)，然后樣氣進(jìn)入到充滿惰性氣體的稀釋室里面，在惰性氣體的冷卻和稀釋作用下，氣體反應(yīng)終止，氣體成分成凍結(jié)狀態(tài)。當(dāng)采集到所需要的樣氣后，控制系統(tǒng)控制采樣閥關(guān)閉，打開(kāi)惰性氣體閥和混合氣出口的三通閥的第一出口，在惰性氣體的推動(dòng)作用下稀釋內(nèi)的混合氣通過(guò)管道進(jìn)入到氣體分析設(shè)備進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果直接送到顯示設(shè)備進(jìn)行顯示，到此一次采樣過(guò)程即完成。一次采樣完成后，稀釋室內(nèi)必須完全充滿惰性氣體，不能有缸內(nèi)氣體，否則會(huì)影響下一次采樣的結(jié)果。當(dāng)活塞下行到一定位置后，缸內(nèi)的氣體壓力降低到一定程度，此時(shí)打開(kāi)采樣控制閥和惰性氣體控制閥，利用惰性氣體的壓力把惰性氣體壓入到采樣管內(nèi)，置換掉上一次采樣時(shí)所殘留的缸內(nèi)氣體，為下一次采樣作好準(zhǔn)備。到此，惰性氣體對(duì)采樣殘留氣體的轉(zhuǎn)換過(guò)程完成。當(dāng)采樣過(guò)程和轉(zhuǎn)換過(guò)程都完成時(shí)，整個(gè)的采樣過(guò)程即完成，系統(tǒng)為下一次采樣作好準(zhǔn) 備。上述過(guò)程為內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)采樣的過(guò)程，但是該系統(tǒng)不局限于內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的采樣，也可以用于其他類似的采樣。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，包括，采樣控制單元(4)，氣體分析設(shè)備，其特征是，采樣管結(jié)構(gòu)為細(xì)長(zhǎng)管(I)設(shè)置在圓筒形的稀釋室(2)前端并與稀釋室連通，稀釋室后部設(shè)置有與稀釋室連通的惰性氣體進(jìn)口管(3)以及混合氣出口管(5)，惰性氣體進(jìn)口管上設(shè)置有惰性氣體閥，混合氣體出口管(5 )上設(shè)置有三通閥；三通閥的進(jìn)口與混合氣出口管(5 )連接，三通閥的第一出口與所述氣體分析設(shè)備連接，三通閥的第二出口與放空管連接，采樣控制閥的閥桿(6)旋接在稀釋室后端并從外向內(nèi)伸入稀釋室內(nèi)，該閥桿上設(shè)置有密封裝置，該閥桿前端的圓錐形頭能夠封堵在細(xì)長(zhǎng)管的出氣口上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，其特征是，所述采樣控制閥的閥桿前端的圓錐形頭上設(shè)置有密封圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，其特征是，所述細(xì)長(zhǎng)管(I)的內(nèi)徑為內(nèi)燃機(jī)缸徑的2°/Γ5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，其特征是，還具有顯示設(shè)備，該顯示設(shè)備與氣體分析設(shè)備連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，其特征是，還具有步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的軸與伸出稀釋室外的采樣控制閥的閥桿(6) —端連接；所述采樣控制單元(4)由相互連接的微電腦及步進(jìn)電機(jī)控制電路組成。
專利摘要一種內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，包括采樣控制單元和采樣管，采樣管結(jié)構(gòu)為細(xì)長(zhǎng)管設(shè)置在圓筒形的稀釋室前端并與稀釋室連通，稀釋室后部設(shè)置有與稀釋室連通的惰性氣體進(jìn)口管以及混合氣出口管，惰性氣體進(jìn)口管上設(shè)置有惰性氣體閥，混合氣體出口管上設(shè)置有三通閥；三通閥的進(jìn)口與混合氣出口管連接，三通閥的第一出口與所述氣體分析設(shè)備連接，三通閥的第二出口與放空管連接，采樣控制閥的閥桿旋接在稀釋室后端并從外向內(nèi)伸入稀釋室內(nèi)，該閥桿上設(shè)置有密封裝置，該閥桿前端的圓錐形頭能夠封堵在細(xì)長(zhǎng)管的出氣口上，本新型能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的混合氣體進(jìn)行局部和瞬時(shí)采樣，能較為真實(shí)地再現(xiàn)氣缸內(nèi)氣體成分的分布狀況。本新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，方便操作的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N1/22GK202693384SQ20122034483
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者田維, 曾東建, 魏遠(yuǎn)文 申請(qǐng)人:西華大學(xué)