一種柴油機(jī)瞬時相位可調(diào)的燃燒氣體采樣裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利屬于內(nèi)燃機(jī)的測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對柴油機(jī)燃燒過程中燃燒氣體組分的測量裝置，具體涉及一種柴油機(jī)瞬時相位可調(diào)的燃燒氣體采樣裝置及方法。
技術(shù)背景
[0002]柴油機(jī)是我國商用車的主要動力，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)機(jī)械、國防等行業(yè)。柴油機(jī)的燃燒過程直接關(guān)系著柴油機(jī)的動力性能、經(jīng)濟(jì)性能及排放性能等多個方面。為了能夠進(jìn)一步降低燃油消耗和排放污染物，需要對柴油機(jī)缸內(nèi)的燃燒過程進(jìn)行研究。一種直接的研究方法是采集缸內(nèi)燃燒氣體，研究不同曲軸轉(zhuǎn)角時缸內(nèi)燃燒中間產(chǎn)物，分析燃燒過程與排放污染物的形成過程之間的變化規(guī)律，為降低燃油消耗及排放污染物提供依據(jù)。
[0003]采集不同曲軸轉(zhuǎn)角下的缸內(nèi)燃燒氣體是燃燒過程研究的必要技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)高效、可靠的缸內(nèi)燃燒氣體采樣是采樣裝置的基本要求。由于柴油機(jī)的燃燒過程極為短暫，因此缸內(nèi)燃燒氣體采樣裝置的設(shè)計難點(diǎn)在于如何使裝置精確采集燃燒氣體并保證裝置在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時穩(wěn)定可靠。
[0004]目前現(xiàn)有的氣缸采樣裝置原理多為通過機(jī)械或電子系統(tǒng)控制采樣閥的開啟和關(guān)閉，運(yùn)用缸內(nèi)壓力使一部分燃燒中間產(chǎn)物隨取樣管排出?，F(xiàn)有機(jī)械式采樣裝置存在取樣閥運(yùn)動過程不可靠等問題。電磁式采樣機(jī)構(gòu)存在電磁閥響應(yīng)時間不固定、響應(yīng)時間長等問題。這些問題使得所采集到的樣本的可靠性和裝置實(shí)用性受到影響，不利于研究工作的開展。因此，如何實(shí)現(xiàn)精確采樣是目前所要面臨的重點(diǎn)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明提出了一種柴油機(jī)瞬時相位可調(diào)的燃燒氣體采樣裝置及方法，其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，可以實(shí)現(xiàn)在不同曲軸轉(zhuǎn)角下進(jìn)行缸內(nèi)氣體采樣。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種柴油機(jī)瞬時相位可調(diào)的燃燒氣體采樣裝置，其特征在于，包括多缸柴油機(jī)、采樣機(jī)構(gòu)和氣體稀釋及收集機(jī)構(gòu)；
[0008]所述多缸柴油機(jī)的底端一側(cè)連接有柴油機(jī)飛輪，多缸柴油機(jī)頂端設(shè)有采樣缸進(jìn)氣門和采樣缸排氣門，多缸柴油機(jī)頂端兩側(cè)設(shè)有采樣缸進(jìn)氣道和采樣缸排氣道；
[0009]所述采樣機(jī)構(gòu)包括主動輪、齒形帶、張緊輪、支架、采樣凸輪驅(qū)動軸、從動輪、定位板、相位調(diào)整盤、定位銷、相位調(diào)整軸和采樣凸輪；
[0010]所述支架由水平方向的支架A及其兩側(cè)豎直方向的支架B、支架C組成；
[0011]所述支架A安裝有張緊輪，張緊輪用于張緊安裝在所述主動輪和從動輪上的齒形帶，所述從動輪通過銷連接在采樣凸輪驅(qū)動軸上，所述采樣凸輪驅(qū)動軸的一端通過軸承連接在所述支架B的上端;所述采樣凸輪驅(qū)動軸與相位調(diào)整軸可活動連接；
[0012]所述支架C從上至下安裝有定位板、相位調(diào)整軸，所述相位調(diào)整軸的一端連接采樣凸輪，所述采樣凸輪與所述采樣缸排氣門緊密接觸，通過旋轉(zhuǎn)采樣凸輪，定時打開采樣缸排氣門，實(shí)現(xiàn)采樣;所述相位調(diào)整軸靠近定位板的一端上套有相位調(diào)整盤，所述相位調(diào)整盤與所述定位板之間存在較小間隙；
[0013]所述氣體稀釋及收集機(jī)構(gòu)包括采樣缸排氣管、氣閥A、樣氣導(dǎo)氣管、氣閥B、氣閥C、氮?dú)夤堋⒌獨(dú)馄?、采樣袋、采樣袋排氣管、氣閥D;
[0014]所述采樣缸排氣道通過法蘭連接采樣缸排氣管，靠近所述采樣缸排氣管的末端設(shè)有氣閥A，在氣閥A和法蘭連接處之間設(shè)有樣氣導(dǎo)氣管，所述樣氣導(dǎo)氣管末端連接有采樣袋，所述采樣袋底端一側(cè)連接采樣袋排氣管，所述采樣袋排氣管安裝有氣閥D;所述樣氣導(dǎo)氣管上設(shè)有氣閥B，在所述氣閥B和采樣袋之間設(shè)有氮?dú)夤?，所述氮?dú)夤芘c氮?dú)馄窟B接，所述氮?dú)夤苌显O(shè)有氣閥C;
[0015]所述采樣機(jī)構(gòu)一端通過主動輪與所述柴油機(jī)飛輪連接，另一端通過所述采樣凸輪與所述采樣缸排氣門相接觸;所述采樣機(jī)構(gòu)的支架固定在所述多缸柴油機(jī)上;所述氣體稀釋及收集機(jī)構(gòu)通過所述采樣缸排氣管與多缸柴油機(jī)的采樣缸排氣道連接。
[0016]進(jìn)一步，所述采樣凸輪驅(qū)動軸靠近從動輪的一端中空，所述相位調(diào)整軸靠近從動輪一端的膨脹軸心可以插入所述采樣凸輪驅(qū)動軸的中空端，并采用漲緊連接;通過調(diào)節(jié)相位調(diào)整軸靠近采樣凸輪一端的螺母，可實(shí)現(xiàn)所述相位調(diào)整軸與采樣凸輪驅(qū)動軸任意角度的結(jié)合與分離。
[0017]進(jìn)一步，所述采樣機(jī)構(gòu)中的主動輪和從動輪為傳動比i= 0.5的齒輪輪系。
[0018]進(jìn)一步，所述相位調(diào)整盤上有多圈定位通孔，并標(biāo)有可調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)角的刻度;所述定位板上加工有豎直均勻分布的多個定位孔，定位孔為盲孔;所述盲孔與相位調(diào)整盤上的定位通孔相對應(yīng);所述定位銷為一種帶有圓柱形手柄的金屬圓桿。
[0019]更進(jìn)一步，所述定位銷穿過所述相位調(diào)整盤的定位通孔后，插入所述定位板上的盲孔，用于固定相位調(diào)整盤與定位板的相對位置。
[0020]本發(fā)明裝置采樣方法的技術(shù)方案為:一種柴油機(jī)瞬時相位可調(diào)的燃燒氣體采樣方法，包括步驟:
[0021]S1.采樣相位初始化:
[0022]S1.1，轉(zhuǎn)動多缸柴油機(jī)飛輪，使活塞到達(dá)上止點(diǎn)；
[0023]S1.2，擰松相位調(diào)整軸左端的螺母，使相位調(diào)整軸與采樣凸輪驅(qū)動軸分離；
[0024]S1.3，旋轉(zhuǎn)相位調(diào)整盤，用定位銷穿過相位調(diào)整盤0°對應(yīng)的定位通孔后插入定位板上與之對應(yīng)的定位盲孔，此時采樣凸輪小頭朝下，壓開采樣缸排氣門；
[0025]S1.4，擰緊相位調(diào)整軸左端的螺母，使相位調(diào)整軸與采樣凸輪驅(qū)動軸連接后抽出定位銷；
[0026]S1.5，打開采樣缸排氣管上的氣閥A，關(guān)閉樣氣導(dǎo)氣管上的氣閥B，打開采樣袋排氣管上的氣閥D，完成相位初始化；
[0027]S2.采樣相位的設(shè)定:
[0028]S2.1，在采樣相位初始化的基礎(chǔ)上擰松相位調(diào)整軸左端的螺母，使相位調(diào)整軸與米樣凸輪驅(qū)動軸分離；
[0029]S2.2，旋轉(zhuǎn)相位調(diào)整盤，根據(jù)相位調(diào)整盤上的刻度選擇需要的采樣相位，相位確定后用定位銷穿過相位調(diào)整盤上的通孔，插入定位板上的盲孔，暫時固定相位調(diào)整盤與定位板的相對位置；
[0030]S2.3，擰緊相位調(diào)整軸左端的螺母，使相位調(diào)整軸與采樣凸輪驅(qū)動軸連接后抽出定位銷，完成采樣相位設(shè)定；
[0031]S3.樣氣的收集:
[0032]S3.1，在完成相位設(shè)定的基礎(chǔ)上啟動多缸柴油機(jī)，并打開氣閥C，使氮?dú)馄恐械牡獨(dú)馔ㄟ^氮?dú)夤芰鹘?jīng)采樣袋后通過采樣袋排氣管排入大氣，除去采樣袋中的空氣；
[0033]S3.2，待多缸柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，先打開氣閥B，后依次關(guān)閉氣閥A、氣閥D，使樣氣通過樣氣導(dǎo)氣管流入采樣袋，實(shí)現(xiàn)對樣氣的收集；
[0034]S3.3，待收集到足量的樣氣后，先打開氣閥A，再依次關(guān)閉氣閥B、氣閥C，最后關(guān)停多缸柴油機(jī)。
[0035]本發(fā)明的有益效果是，一種柴油機(jī)瞬時相位可調(diào)的燃燒氣體采樣裝置及方法，用于采集多缸柴油機(jī)燃燒過程中不同曲軸轉(zhuǎn)角下的缸內(nèi)氣體，此裝置只依靠多缸柴油機(jī)提供動力，使整套裝置結(jié)構(gòu)得以精簡;此裝置可使多缸柴油機(jī)采樣缸排氣門在特定的曲軸轉(zhuǎn)角下打開，以獲取所需樣氣;本發(fā)明通過機(jī)械方式傳動，使得裝置運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，采樣精度波動小；通過簡單調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)1° (CA)精度下的取樣工作，使裝置采樣范圍廣;通過控制多缸柴油機(jī)的采樣缸排氣門開啟實(shí)現(xiàn)采樣，使得采樣前采樣缸密封性得到有效保證，保障了多缸柴油機(jī)采樣缸燃燒過程的正常進(jìn)行;通過將通過將氮?dú)饧尤胨傻玫臉託庵?，可以有效保護(hù)樣氣成分。本發(fā)明具有采樣裝置結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、采樣角度分辨率高、采樣效率高、采樣穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0036]圖1為一種柴油機(jī)瞬時相位可調(diào)的燃燒氣體采樣裝置示意圖；
[0037]圖2為一種柴油機(jī)瞬時相位可調(diào)的燃燒氣體采樣裝置局部側(cè)視圖；
[0038]圖3為一種柴油機(jī)瞬時相位可調(diào)的燃燒氣體采樣裝置局部放大圖；
[0039]圖4為相位調(diào)整盤局部放大圖；
[0040]圖5為一種柴油機(jī)瞬時相位可調(diào)的燃燒氣體采樣裝置采樣方法流程圖。
[0041 ]其中，1-多缸柴油機(jī);2-飛輪;3-主動輪;4-齒形帶;5-張緊輪;6_支架;7_采樣凸輪驅(qū)動軸;8_從動輪;9_定位板；10-相位調(diào)整盤；11_定位銷；12-米樣缸進(jìn)氣道；13-米樣缸進(jìn)氣門；14-相位調(diào)整軸；15-采樣凸輪；16-采樣缸排氣門；17-采樣缸排氣道；18-采樣缸排氣管；19-氣閥A; 20-樣氣導(dǎo)氣管;21-氣閥B; 22-氣閥C; 23-氮?dú)夤?24-氮?dú)馄?25-采樣袋;26-采樣袋排氣管;27-氣閥D。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合示意圖具體說明本發(fā)明的一種柴油機(jī)瞬時相位可調(diào)的燃燒氣體采樣裝置及方法。
[0043]本發(fā)明的工作原理是:通過待采樣的多缸柴油機(jī)本身提供動力，驅(qū)動采樣機(jī)構(gòu)定時打開采樣缸排氣門，并采集缸內(nèi)燃燒氣體，其中采樣機(jī)構(gòu)使用采樣凸輪壓開采樣缸排氣門，并通過相位調(diào)整盤、相位調(diào)整軸等部件調(diào)節(jié)采樣相位，實(shí)現(xiàn)對不同曲軸轉(zhuǎn)角下的缸內(nèi)燃燒氣體進(jìn)行采樣工作。采集到的樣氣被導(dǎo)出后與氮?dú)膺M(jìn)行混合，氮?dú)馄鸬奖Ｗo(hù)樣氣的作用，樣氣最終被采樣袋收集。
[0044]如圖1所示，一種柴油機(jī)瞬時相位可調(diào)的燃燒氣體采樣裝置，包括多缸柴油機(jī)1、采樣機(jī)構(gòu)和氣體稀釋及收集機(jī)構(gòu)。
[0045]所述多缸柴油機(jī)I的底端一側(cè)連接有柴油機(jī)飛輪2，多缸柴油機(jī)I頂端設(shè)有采樣缸進(jìn)氣門13和采樣缸排氣門16，多缸柴油機(jī)I頂端兩側(cè)設(shè)有采樣缸進(jìn)氣道12和采樣缸排氣道17;采樣時，采樣裝置只依靠多缸柴油機(jī)I提供動力。
[0046]所述采樣機(jī)構(gòu)包括主動輪3、齒形帶4、張緊輪5、支架6、采樣凸輪驅(qū)動軸7、從動輪
8、定位板9、相位調(diào)整盤10、定位銷11、相位調(diào)整軸14和采樣凸輪15;其中主動輪3和從動輪8為傳動比i = 0.5的齒輪輪系。
[0047 ]所述支架6由水平方向的支架A及其兩側(cè)豎直方向的支架B、支架C組成；
[0048]所述支架A安裝有張緊輪5，張緊輪5用于張緊安裝在所述主動輪3和從動輪8上的齒形帶4，如圖2所示;所述從動輪8通過銷連接在采樣凸輪驅(qū)動軸7上，所述采樣凸輪驅(qū)動軸7的一端通過軸承連接在所述支架B的上端;所述采樣凸輪驅(qū)動軸7與相位調(diào)整軸14可活動連接;所述采樣凸輪驅(qū)動軸7靠近從動輪8的一端中空，所述相位調(diào)整軸14靠近從動輪8—端的膨脹軸心可以插入所述采樣凸輪驅(qū)動軸7的中空端，并采用漲緊連接;通過調(diào)節(jié)相位調(diào)整軸14靠近采樣凸輪15—端的螺母，可實(shí)現(xiàn)所述相位調(diào)整軸14與采樣凸輪驅(qū)動軸7任意角度的結(jié)合與分離。
[0049]所述支架C從上至下安裝有定位板9、相位調(diào)整軸14，所述相位調(diào)整軸14的一端銷連接采樣凸輪15，所述采樣凸輪15與所述采樣缸排氣門16緊密接觸，通過旋轉(zhuǎn)采樣凸輪15，定時打開米樣缸排氣門16，實(shí)現(xiàn)米樣。
[0050]所述相位調(diào)整軸14靠近定位板9的一端上套有相位調(diào)整盤10，并通過銷固定，所述相位調(diào)整盤10與所述定位板9之間存在較小間隙；所述相位調(diào)整盤10上有9圈孔距為0.5°的定位通孔，并標(biāo)有可調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)角的刻度，如圖4所示;每調(diào)節(jié)一孔可使采樣相位改變1° (CA)，由此實(shí)現(xiàn)不同曲軸轉(zhuǎn)角下的缸內(nèi)取樣工作；
[0051 ]圖3