增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置及測(cè)試方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置，包括缸體、缸蓋、活塞、進(jìn)氣門、排氣門以及火花塞；進(jìn)氣門和排氣門分別對(duì)應(yīng)連接有進(jìn)氣管路和排氣管路；在進(jìn)氣管路的進(jìn)氣方向上依次設(shè)有進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔、節(jié)氣門、微粒加注器以及噴油器，微粒加注器用于加注模擬早燃粒子，微粒加注器設(shè)有溫控加熱系統(tǒng)，用于加熱模擬早燃粒子；在排氣管路上設(shè)有尾氣分析儀；缸體的內(nèi)部設(shè)有缸壓傳感器。通過上述裝置，在一定的熱力學(xué)狀態(tài)下，通過微粒注入器注入不同溫度和粒徑的模擬早燃粒子，能夠穩(wěn)定的產(chǎn)生不同強(qiáng)度的超級(jí)爆震，通過缸壓傳感器提取缸體壓力震蕩信息，確定超級(jí)爆震強(qiáng)度，再通過改變其他熱力學(xué)因素展開對(duì)超級(jí)爆震的全方位研究。
【專利說明】增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置及測(cè)試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子線路裝配【技術(shù)領(lǐng)域】，特別提供一種增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置及測(cè)試方法。

【背景技術(shù)】
[0002]直噴增壓小排量(Downsizing)汽油機(jī)能夠靈活控制燃油噴射并大幅降低油耗，在近幾年中正成為汽油機(jī)發(fā)展的主流。但在低速大負(fù)荷直噴增壓發(fā)動(dòng)機(jī)容易發(fā)生一種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)危害極大的、至今尚未充分理解的非正常燃燒現(xiàn)象一超級(jí)爆震。超級(jí)爆震在火花點(diǎn)火之前發(fā)生早燃，最大爆發(fā)壓力幾倍于正常燃燒的最大爆發(fā)壓力，甚至可能超過200bar，并伴隨著巨幅壓力振蕩，隨機(jī)發(fā)生，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的危害及其巨大。因此研究超級(jí)爆震的難度很大，目前還未見成熟的超級(jí)爆震研究的試驗(yàn)裝置。
[0003]世界各大汽車公司和發(fā)動(dòng)機(jī)研究表明:超級(jí)爆震一般在火花點(diǎn)火之前出現(xiàn)早燃。早燃的起因是燃燒室中出現(xiàn)了熱點(diǎn)(即早燃粒子)。解析早燃的來源，理解超級(jí)爆震燃燒過程，提出超級(jí)爆震控制方法，急需開發(fā)適合于增壓汽油機(jī)工作條件下超級(jí)爆震的試驗(yàn)裝置及其檢測(cè)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種適合于增壓汽油機(jī)工作條件下超級(jí)爆震的實(shí)驗(yàn)裝置及其檢測(cè)方法，以解析早燃的來源，理解超級(jí)爆震的燃燒過程。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]一種增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置，包括缸體、缸蓋、活塞、進(jìn)氣門、排氣門以及火花塞；
[0008]所述進(jìn)氣門和排氣門分別對(duì)應(yīng)連接有進(jìn)氣管路和排氣管路；在所述進(jìn)氣管路的進(jìn)氣方向上依次設(shè)有進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔、節(jié)氣門、微粒加注器以及噴油器，所述微粒加注器用于加注模擬早燃粒子，所述微粒加注器設(shè)有溫控加熱系統(tǒng)，用于加熱所述模擬早燃粒子；在所述排氣管路上設(shè)有尾氣分析儀；所述缸體的內(nèi)部設(shè)有缸壓傳感器。
[0009]優(yōu)選的，所述溫控加熱系統(tǒng)為電阻加熱器。
[0010]優(yōu)選的，所述活塞的壓縮比為14-18。
[0011]優(yōu)選的，所述微粒加注器與進(jìn)氣管路之間設(shè)有微粒導(dǎo)入閥。
[0012]優(yōu)選的，所述活塞為鋼質(zhì)活塞。
[0013]優(yōu)選的，所述噴油器設(shè)置在所述進(jìn)氣門的門口。
[0014]優(yōu)選的，所述活塞由測(cè)功機(jī)帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0015]優(yōu)選的，所述模擬早燃粒子為元素碳粒、發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙、金屬元素。
[0016]一種通過上述任一項(xiàng)所述的增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)的超級(jí)爆震的測(cè)試方法，包括以下步驟:
[0017]S1、通過進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔、節(jié)氣門以及噴油器控制活塞壓縮至上止點(diǎn)時(shí)缸體內(nèi)混合氣的熱力學(xué)狀態(tài)(溫度、壓力和濃度)；
[0018]S2、通過微粒加注器向缸體內(nèi)加注不同溫度的模擬早燃粒子，或通過微粒加注器向缸體內(nèi)加注不同粒徑的模擬早燃粒子，實(shí)現(xiàn)火花塞點(diǎn)火前缸體內(nèi)混合氣體的早燃，引發(fā)不同強(qiáng)度的超級(jí)爆震；
[0019]S3、通過缸壓傳感器采集缸體內(nèi)的壓力變化，提取壓力震蕩信息，判斷缸體內(nèi)超級(jí)爆震的強(qiáng)度；
[0020]S4、通過進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔、節(jié)氣門以及噴油器改變活塞壓縮至上止點(diǎn)時(shí)缸體內(nèi)混合氣體的熱力學(xué)狀態(tài)，研究不同熱力學(xué)狀態(tài)因素對(duì)超級(jí)爆震的影響。
[0021]優(yōu)選的，步驟SI中，通過所述尾氣分析儀反饋缸內(nèi)混合氣體的空燃比信息，從而精確控制缸體內(nèi)混合氣的濃度。
[0022](三)有益效果
[0023]本發(fā)明提供的一種增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置及測(cè)試方法包括缸體、缸蓋、活塞、進(jìn)氣門以及排氣門；進(jìn)氣門和排氣門分別對(duì)應(yīng)連接有進(jìn)氣管路和排氣管路；在進(jìn)氣管路的進(jìn)氣方向上依次設(shè)有進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔、節(jié)氣門、微粒加注器以及火花塞，微粒加注器用于加注模擬早燃粒子，微粒加注器設(shè)有溫控加熱系統(tǒng)，用于加熱模擬早燃粒子；在排氣管路上設(shè)有尾氣分析儀；缸體的內(nèi)部設(shè)有缸壓傳感器，本裝置成本低，機(jī)械強(qiáng)度高，產(chǎn)業(yè)化前景好。
[0024]通過進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔、節(jié)氣門以及噴油器能夠靈活控制活塞壓縮至上止點(diǎn)時(shí)缸體內(nèi)混合氣的熱力學(xué)狀態(tài)(溫度、壓力和濃度)；通過微粒加注器向缸體內(nèi)加注不同溫度的模擬早燃粒子，或通過微粒加注器向缸體內(nèi)加注不同粒徑的模擬早燃粒子，實(shí)現(xiàn)火花塞點(diǎn)火前缸體內(nèi)混合氣體的早燃，引發(fā)不同強(qiáng)度的超級(jí)爆震；通過缸壓傳感器采集缸體內(nèi)的壓力變化，提取壓力震蕩信息，判斷缸體內(nèi)超級(jí)爆震的強(qiáng)度；通過進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔、節(jié)氣門以及噴油器改變活塞壓縮至上止點(diǎn)時(shí)缸體內(nèi)混合氣體的熱力學(xué)狀態(tài)，研究不同熱力學(xué)狀態(tài)因素對(duì)超級(jí)爆震的影響。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)缸體內(nèi)混合氣體的穩(wěn)定早燃，引發(fā)穩(wěn)定的超級(jí)爆震，因此能夠獲取大量的超級(jí)爆震試驗(yàn)樣本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置的示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明實(shí)施例不同溫度模擬早燃粒子誘發(fā)的超級(jí)爆震的缸壓曲線圖。
[0027]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的缸體內(nèi)不同粒徑模擬早燃粒子誘發(fā)的超級(jí)爆震的缸壓曲線圖。
[0028]附圖標(biāo)記:1、測(cè)功機(jī)；2、活塞；3、缸體；4、尾氣分析儀；5、排氣門；6、缸蓋；7、缸壓傳感器；8、火花塞；9、進(jìn)氣門；10、噴油器；11、節(jié)氣門；12、進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔；13、微粒導(dǎo)入閥；14、微粒加注器；X、缸壓；Y、曲軸轉(zhuǎn)角；al、正常溫度；a2、300°C ;a3、370°C ;a4、450°C ；bl、50 目;b3、200 目;b4、300 目。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0030]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0031]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置，包括缸體
3、缸蓋6、活塞2、進(jìn)氣門9、排氣門5以及火花塞8，活塞2和火花塞8設(shè)置在缸體3內(nèi)，進(jìn)氣門9和排氣門5設(shè)置在缸蓋6上，
[0032]缸體3內(nèi)的活塞2為高壓縮比活塞，壓縮比為14-18，為產(chǎn)生超級(jí)爆震提供條件，活塞2為鋼質(zhì)活塞，強(qiáng)度高，不會(huì)在高強(qiáng)度頻繁的超級(jí)爆震影響下?lián)p壞，活塞2的頂部為平頂狀，可以降低缸蓋6的厚度，并且活塞2由測(cè)功機(jī)I帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中還可以獲取活塞2的做功信息作為參考；進(jìn)氣門9和排氣門5分別通過進(jìn)氣道和排氣道對(duì)應(yīng)連接有進(jìn)氣管路和排氣管路；在進(jìn)氣管路的進(jìn)氣方向上依次設(shè)有進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔12、節(jié)氣門11以及微粒加注器14 ;所述噴油器10設(shè)置在進(jìn)氣道的道口處，使油氣更容易混合且不會(huì)殘留在進(jìn)氣管路中；進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔12內(nèi)設(shè)有溫控加熱器，用于控制進(jìn)氣溫度。
[0033]微粒加注器14用于加注模擬早燃粒子，所述模擬早燃粒子可以是元素碳粒、發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙和/或金屬元素，所述微粒加注器14還設(shè)有溫控加熱系統(tǒng)，用于加熱模擬早燃粒子，溫控加熱系統(tǒng)可以是電阻加熱器，通過控制電阻加熱器兩端的加載電壓靈活控制加熱溫度，所述微粒加注器14與進(jìn)氣管路之間設(shè)有微粒導(dǎo)入閥13，用于控制注入進(jìn)氣管路中的模擬早燃粒子的量；在排氣管路上設(shè)有尾氣分析儀4，用于反饋缸體3內(nèi)的空燃比信息，并可根據(jù)反饋信息控制進(jìn)氣濃度，使?jié)舛葏⒘繉?duì)超級(jí)爆震的影響更為明確；缸體3的內(nèi)部設(shè)有缸壓傳感器7，用于采集缸體3內(nèi)的壓力變化，提取壓力震蕩信息，研究超級(jí)爆震，所述缸壓傳感器7連接有計(jì)算機(jī)，用于對(duì)所述缸壓傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
[0034]通過上述增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)一種級(jí)爆震的測(cè)試方法，具體包括以下步驟:
[0035]S1、通過進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔12、節(jié)氣門11以及噴油器10控制活塞2壓縮至上止點(diǎn)時(shí)缸體3內(nèi)混合氣的熱力學(xué)狀態(tài)(溫度、壓力和濃度)，并且還可通過所述尾氣分析儀4反饋缸內(nèi)混合氣體的空燃比信息，從而精確控制缸體3內(nèi)混合氣的濃度。
[0036]S2、通過微粒加注器14向缸體3內(nèi)加注不同溫度的模擬早燃粒子，或通過微粒加注器14向缸體3內(nèi)加注不同粒徑的模擬早燃粒子，實(shí)現(xiàn)火花塞8點(diǎn)火前缸體3內(nèi)混合氣體的早燃，引發(fā)不同強(qiáng)度的超級(jí)爆震；
[0037]S3、通過缸壓傳感器7采集缸體3內(nèi)的壓力變化，提取壓力震蕩信息，判斷缸體3內(nèi)超級(jí)爆震的強(qiáng)度；
[0038]S4、通過進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔12、節(jié)氣門11以及噴油器10改變活塞2壓縮至上止點(diǎn)時(shí)缸體3內(nèi)混合氣體的熱力學(xué)狀態(tài)，研究不同熱力學(xué)狀態(tài)因素對(duì)超級(jí)爆震的影響。
[0039]如圖2所示，具體的，根據(jù)上述方法，模擬早燃粒子以碳粒為例，活塞的伸縮有曲軸轉(zhuǎn)角Y決定，進(jìn)而影響缸壓X的大小，再通過缸壓傳感器檢測(cè)缸壓X的變化，在碳粒加熱到300°Ca2時(shí)，與沒有加入碳粒(正常溫度al)的循環(huán)相比，缸內(nèi)放熱始點(diǎn)明顯提前，缸壓在上止點(diǎn)附近就已經(jīng)脫離了壓縮線。這表明，高溫碳粒起到了熱點(diǎn)的作用，加熱了周圍混合氣，使之產(chǎn)生了自燃。而將碳粒繼續(xù)加熱到370°C a3時(shí)，相對(duì)于300°C a2，缸壓脫離壓縮線的時(shí)刻更早，初期火焰?zhèn)鞑淼姆艧崧矢?。這也造成了未燃混合氣的溫度以及壓力進(jìn)一步升高，可能達(dá)到了自燃的臨界狀態(tài)。在一定的滯燃期之后發(fā)生了大面積的未燃混合氣自燃，造成了急速放熱和壓力波劇烈振蕩，發(fā)生了超級(jí)爆震。當(dāng)碳粒加熱到450°C a4時(shí)，在上止點(diǎn)前發(fā)生早燃后，帶來了最為快速的火焰?zhèn)鞑シ艧?，其后的末端混合氣自燃造成的超?jí)爆震強(qiáng)度最大。
[0040]圖3給出了在碳粒溫度都加熱到370°C a3時(shí),不同粒徑的碳粒造成的超級(jí)爆震循環(huán)。同樣，各個(gè)超級(jí)爆震或者早燃循環(huán)為加入碳粒之后超級(jí)爆震最強(qiáng)的循環(huán)。
[0041]碳粒的粒徑越大,越容易誘發(fā)超級(jí)爆震。加入300目b4(約為0.050mm)的碳粒，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒幾乎沒有影響。而加入200目b3 (0.075mm)以上粒徑的碳粒之后，就能夠誘發(fā)超級(jí)爆震。尤其是50目bl (約為0.300_)的碳粒能夠誘發(fā)極為強(qiáng)烈的超級(jí)爆震。而且，碳粒粒徑越大，早燃越早，超級(jí)爆震強(qiáng)度越大。這是由于，粒徑小的碳粒，比表面積大，散熱更快，在加入后被缸內(nèi)氣體迅速冷卻。而且，由于其粒徑較小，能夠提升周圍混合氣的溫度較低，不能使周圍混合氣在壓縮行程達(dá)到自燃溫度，未能發(fā)生早燃。
[0042]由此可知，通過不同溫度和不同粒徑的碳粒，可穩(wěn)定的獲得不同強(qiáng)度的超級(jí)爆震，再此基礎(chǔ)上改變缸體內(nèi)的熱力學(xué)狀態(tài)，還可展開關(guān)于不同熱力學(xué)狀態(tài)對(duì)爆震的影響的研究。
[0043]另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)模擬早燃粒子并不止局限于碳粒，還可以根據(jù)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)類型，對(duì)其他粒子，如金屬元素或碳煙等對(duì)超級(jí)爆震的影響展開研究。
[0044]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括缸體(3)、缸蓋￠)、活塞(2)、進(jìn)氣門(9)、排氣門(5)以及火花塞(8)，所述活塞⑵和火花塞⑶設(shè)置在缸體(3)內(nèi)，所述進(jìn)氣門(9)和排氣門(5)設(shè)置在缸蓋(6)上； 所述進(jìn)氣門(9)和排氣門(5)分別對(duì)應(yīng)通過進(jìn)氣道和排氣道連接有進(jìn)氣管路和排氣管路；在所述進(jìn)氣管路的進(jìn)氣方向上依次設(shè)有進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔(12)、節(jié)氣門(11)以及微粒加注器(14);所述噴油器(10)設(shè)置在所述進(jìn)氣道的道口處，所述微粒加注器(14)用于加注模擬早燃粒子，所述微粒加注器(14)設(shè)有溫控加熱系統(tǒng)，用于加熱所述模擬早燃粒子；所述缸體(3)的內(nèi)部設(shè)有缸壓傳感器(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述缸壓傳感器(7)連接有計(jì)算機(jī)，用于對(duì)所述缸壓傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置，其特征在于，在所述排氣管路上設(shè)有尾氣分析儀(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述溫控加熱系統(tǒng)為電阻加熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述活塞(2)的壓縮比為14-18。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述微粒加注器(14)與進(jìn)氣管路之間設(shè)有微粒導(dǎo)入閥(13)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述活塞(2)為鋼質(zhì)活塞。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述活塞(2)由測(cè)功機(jī)(I)帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。
9.一種超級(jí)爆震的測(cè)試方法，其特征在于，通過權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的增壓汽油機(jī)超級(jí)爆震試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)，具體包括以下步驟: 51、通過進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔(12)、節(jié)氣門(11)以及噴油器(10)控制活塞(2)壓縮至上止點(diǎn)時(shí)缸體⑶內(nèi)混合氣的熱力學(xué)狀態(tài)(溫度、壓力和濃度)； 52、通過微粒加注器(14)向缸體(3)內(nèi)加注不同溫度的模擬早燃粒子，或通過微粒加注器(14)向缸體(3)內(nèi)加注不同粒徑的模擬早燃粒子，實(shí)現(xiàn)火花塞⑶點(diǎn)火前缸體(3)內(nèi)混合氣體的早燃，引發(fā)不同強(qiáng)度的超級(jí)爆震； 53、通過缸壓傳感器(7)采集缸體(3)內(nèi)的壓力變化，提取壓力震蕩信息，判斷缸體(3)內(nèi)超級(jí)爆震的強(qiáng)度； 54、通過進(jìn)氣控溫穩(wěn)壓腔(12)、節(jié)氣門(11)以及噴油器(10)改變活塞(2)壓縮至上止點(diǎn)時(shí)缸體(3)內(nèi)混合氣體的熱力學(xué)狀態(tài)，研究不同熱力學(xué)狀態(tài)因素對(duì)超級(jí)爆震的影響。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的產(chǎn)生及研究超級(jí)爆震的方法，其特征在于，所述模擬早燃粒子為元素碳粒、發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙和/或金屬元素。
【文檔編號(hào)】G01L23/22GK104132775SQ201410337130
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】王志, 齊運(yùn)亮, 王建昕, 劉輝 申請(qǐng)人:清華大學(xué)