本實用新型涉及發(fā)動后家技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種定容-定壓混合燃燒模擬實驗裝置。

背景技術(shù)：

節(jié)能減排成為當(dāng)今社會的主題，合理的組織發(fā)動機的燃燒狀況，對實現(xiàn)燃燒控制，提高發(fā)動動力性、經(jīng)濟性和改善排放有著十分重要的意義。由于發(fā)動機的實際噴射霧化、擴散、蒸發(fā)、燃燒、傳熱等過程十分復(fù)雜，且伴隨有循環(huán)變動，對環(huán)境條件的控制較為困難，且不易開展觀測研究。因此，內(nèi)燃機的燃燒研究大多在定容燃燒彈可視化模擬實驗裝置上進行。目前內(nèi)燃機主要有定容燃燒、定壓燃燒和定容-定壓混合燃燒三大理論燃燒組織方式。定容燃燒熱效率最高，定壓燃燒熱效率最低，但是當(dāng)缸內(nèi)的壓力達到其機械結(jié)構(gòu)的最大限值時按定壓燃燒組織其熱效率最高。因此，兼具高的熱效率和可實現(xiàn)性的定容-定壓混合燃燒的方案被廣泛關(guān)注，但是目前還沒有具體的可視化模擬實驗裝置對相關(guān)的燃燒過程進行模擬實驗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于上述原因，本實用新型的目的在于提供一種便于對內(nèi)燃機的定容-定壓混合燃燒過程進行相關(guān)的研究的定容-定壓混合燃燒模擬實驗裝置。技術(shù)方案如下：

一種點燃式定容-定壓混合燃燒模擬實驗裝置，包括筒狀的燃燒室壁，燃燒室壁頂部設(shè)有上端蓋，底部設(shè)有下端蓋，中部設(shè)置有恒壓活塞；上端蓋上設(shè)有進氣管、排氣管、壓力傳感器和火花塞，下端蓋上設(shè)有恒壓進氣管和溢氣管；恒壓活塞將燃燒室壁內(nèi)部的空間分為上部的燃燒室和下部的恒壓室，其上方設(shè)置有固定于燃燒室壁內(nèi)側(cè)壁上的擋圈，下方固定設(shè)置有位置傳感器；還包括控制實驗裝置運行ECU，壓力傳感器、火花塞和位置傳感器，以及設(shè)置在進氣管上的進氣閥、設(shè)置在排氣管上的排氣閥、設(shè)置在恒壓進氣管上的恒壓進氣閥和設(shè)置在溢氣管上的限壓閥均連接到ECU。

進一步的，將所述火花塞替換為噴油器構(gòu)成壓燃式定容-定壓混合燃燒模擬實驗裝置。

更進一步的，所述燃燒室壁的外側(cè)設(shè)有加熱層，加熱層外側(cè)設(shè)有保溫層。

更進一步的，所述上端蓋處設(shè)有上端蓋密封墊，下端蓋處設(shè)有下端蓋密封墊，恒壓活塞外設(shè)有恒壓活塞密封圈。

本實用新型的有效效果是：

1)本實用新型的定容-定壓混合燃燒模擬試驗裝置，可對內(nèi)燃機的定容-定壓混合燃燒過程進行相關(guān)的研究；

2)本實用新型可配合可視化設(shè)備用于研究定容-定壓混合燃燒過程中碳煙和NOx等排放物的生成機理和燃燒過程；

3)本實用新型可以用于研究熱力學(xué)參數(shù)(如：空燃比、溫度和壓力)、點火參數(shù)(如：點火位置、點火能量、點火時刻等)對定容-定壓混合燃燒燃燒過程的影響；

4)本實用新型的可用于對常規(guī)燃料、代用燃料的定容-定壓混合燃燒燃燒過程進行相關(guān)的理論研究。

附圖說明

圖1為本實用新型定容-定壓混合燃燒模擬實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型定容-定壓混合燃燒模擬實驗裝置控制系統(tǒng)示意圖。

圖3為利用本實用新型定容-定壓混合燃燒模擬實驗裝置可獲得的P-V圖。

圖中：1-進氣管；2-進氣閥；3-壓力傳感器；4-火花塞；5-端蓋螺栓；6-排氣閥；7-排氣管；8-上端蓋；9-上端蓋密封墊；10-燃燒室壁；11-加熱層；12-保溫層；13-恒壓室；14-溢氣管；15-限壓閥；16-恒壓進氣閥；17-恒壓進氣管；18-下端蓋；19-下端蓋密封墊；20-位置傳感器；21-恒壓活塞；22-恒壓活塞密封圈；23-擋圈；24-燃燒室。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細(xì)說明。如圖1所示：一種點燃式定容-定壓混合燃燒模擬實驗裝置，包括筒狀的燃燒室壁10，燃燒室壁10頂部設(shè)有上端蓋8，底部設(shè)有下端蓋18，并用端蓋連接螺栓5固定；其中部設(shè)置有恒壓活塞21。上端蓋8上設(shè)有進氣管1、排氣管7、壓力傳感器3和火花塞4，下端蓋18上設(shè)有恒壓進氣管17和溢氣管14。且進氣管1上安裝有進氣閥2，排氣管7上安裝有排氣閥6；排氣管7上安裝有排氣閥6；恒壓進氣管17上安裝有恒壓進氣閥16。

其中，花火塞4還可替換為噴油器。

恒壓活塞21將燃燒室壁10內(nèi)部的空間分為上部的燃燒室24和下部的恒壓室13，其上方設(shè)置有固定于燃燒室壁10內(nèi)側(cè)壁上的擋圈23，下方固定設(shè)置有位置傳感器20。

還包括控制實驗裝置運行ECU，如圖2所示，壓力傳感器3、火花塞4和位置傳感器20，以及設(shè)置在進氣管1上的進氣閥2、設(shè)置在排氣管7上的排氣閥6、設(shè)置在恒壓進氣管17上的恒壓進氣閥16和設(shè)置在溢氣管14上的限壓閥15均連接到ECU。

本實施例的燃燒室壁10的外側(cè)設(shè)有加熱層11，加熱層11外側(cè)設(shè)有保溫層12。

為了達到足夠的密閉效果，本實施例的上端蓋8處設(shè)有上端蓋密封墊9，進氣管1、壓力傳感器3火花塞4和依次穿過上端蓋8和上端蓋密封墊9與燃燒室24相通；下端蓋18處設(shè)有下端蓋密封墊19，溢氣管14和恒壓進氣管17依次穿過下端蓋18和下端蓋密封墊19與恒壓室13相通；恒壓活塞21外設(shè)有恒壓活塞密封圈22。

本實施例的試驗裝置通過ECU來控制，具體的控制方法如下：

1)打開恒壓進氣閥16，向恒壓室13內(nèi)充入保壓氣體，使恒壓室13內(nèi)氣壓不斷上升；

2)當(dāng)恒壓活塞21在保壓氣體的推動下上升直至擋圈23處時，將燃燒室24的初始體積記作V₁；

3)當(dāng)恒壓室13氣體壓力達到設(shè)定的限壓值P_限后，打開限壓閥15，使恒壓室13內(nèi)的氣壓值保持在恒定的P_限；

4)打開進氣閥2，將可燃混合氣充入燃燒室24；

5)充氣完畢后關(guān)閉進氣閥2，利用火花塞4點燃燃燒室24中的可燃混合氣，開始以體積V₁進行定容燃燒；

6)當(dāng)壓力傳感器3測得燃燒室24內(nèi)的壓力P上升至P＞P_限時，關(guān)閉恒壓進氣閥16停止向恒壓室13中充氣，并打開限壓閥15，使恒壓活塞21下移，開始進行定壓燃燒；

7)通過位置傳感器20測量恒壓活塞21的從擋圈23處的下移距離ΔS，并計算燃燒室24的當(dāng)前體積V；V的計算公式為：

其中，D為燃燒室的直徑；

8)燃燒完成后，打開進氣閥2充入新鮮空氣，并打開排氣閥6排出廢氣。

實驗過程中，壓力傳感器3實時測量燃燒室24中的壓力，并將信號傳給ECU；ECU根據(jù)位置傳感器20的位移信號，根據(jù)上述公式計算出燃燒室24的實時體積V；ECU將燃燒室24的實時體積V和實時壓力P一一對應(yīng)傳給顯示器；顯示器根據(jù)燃燒室24的實時體積V和實時壓力P即可繪制出燃燒室24內(nèi)氣體燃燒過程的定容-定壓混合燃燒的P-V圖。定容-定壓燃燒的P-V圖如圖3所示。

若將火花塞替換為噴油器，則上述步驟4)中充入燃燒室24可燃混合氣需替換為新鮮空氣。且步驟5)中“利用火花塞4點燃燃燒室24中的可燃混合氣”則替換為采用噴油器噴入燃料，這樣的替換可實現(xiàn)壓燃式定容-定壓混合燃燒的目的。