本發(fā)明涉及一種定容燃燒彈分體式加熱系統(tǒng)，屬于內(nèi)燃機(jī)研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

不斷提高的排放標(biāo)準(zhǔn)和日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)問題對發(fā)動機(jī)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，只有充分掌握燃油噴霧與燃燒特性才能實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)缸內(nèi)整個(gè)燃燒過程的精確控制，解決柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性和排放性的矛盾，而定容彈則是研究內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)噴霧與燃燒的重要工具。

背景溫度是定容彈的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，為了能夠適應(yīng)現(xiàn)代柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)研發(fā)的需求，就需要定容彈內(nèi)部能夠達(dá)到并維持很高的背景溫度?，F(xiàn)有的定容彈加熱系統(tǒng)分為以下幾類，下面就其特點(diǎn)進(jìn)行介紹和分析：

1)預(yù)混合燃燒加熱型：傳統(tǒng)的定容彈常采用燃?xì)庠谌輳梼?nèi)混合燃燒的方式實(shí)現(xiàn)高溫高壓，如：定容預(yù)混燃燒測試裝置(專利申請?zhí)枮?01110231930.4)。這種方法雖然快速，但是需要精確控制混合氣各項(xiàng)成分的比例，否則因壓力升高率過大而容易出現(xiàn)安全隱患。

2)進(jìn)氣加熱型：有些定容彈也采用進(jìn)氣加熱的方式，先將環(huán)境氣體加熱后再通入定容彈中。如：一種球形多功能定容彈(專利申請?zhí)枮?01410178854.9)便采用了這種加熱方式。進(jìn)氣加熱將熱源外置，先將環(huán)境氣體加熱后再通入定容彈中。這種方案能夠節(jié)省定容彈內(nèi)的空間，缺點(diǎn)是浪費(fèi)大量環(huán)境氣體，氣體介質(zhì)本身熱容很低，能夠攜帶的熱量有限，還要有很大一部分的熱量通過排氣損失掉，因此實(shí)際的加熱效果及最大加熱溫度都不理想。

3)加熱壁面型：這種加熱方式通過加熱定容彈壁面，進(jìn)而加熱定容彈內(nèi)氣體。專利如：模擬發(fā)動機(jī)燃燒的定容燃燒彈系統(tǒng)(專利申請?zhí)枮?01510141513.9)便采用了這種加熱方式。但由于受熱后的壁面金屬材料力學(xué)性能限制，最大加熱溫度難以提升且壁面與氣體溫差造成的溫度梯度會加大光學(xué)測量時(shí)的干擾。

4)電加熱型：通過在定容彈內(nèi)安裝電加熱器，從而直接對定容彈內(nèi)氣體進(jìn)行加熱，因此熱效率較高。一般加熱器安置在定容彈底側(cè)，由于對加熱速度和最高溫度的要求，加熱器一般較大，由于定容彈內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，往往難以布置。而由于加熱器的安裝位置和尺寸的限制，易造成定容彈內(nèi)整個(gè)氣體環(huán)境的加熱不均勻，干擾測試區(qū)域內(nèi)氣體流場分布。另外，此類型加熱方式的加熱速度和功率特性不便于調(diào)節(jié)。

綜上所述，預(yù)混合燃燒加熱速度快，但安全性較差；其余三種方式中，進(jìn)氣加熱和加熱壁面加熱的效率相對較低。電加熱型以其安全性和相對較高的效率在近年來得到了廣泛的應(yīng)用，但也存在加熱不均勻和功率檔次無法靈活調(diào)節(jié)的問題，需要對其進(jìn)行改進(jìn)。

在使用電加熱器加熱定容彈內(nèi)氣體時(shí)，加熱器與電源的連接是一個(gè)重要問題，一是確保連接的安全性，即不會發(fā)生漏電現(xiàn)象；二是確保定容彈的密封性能不受影響；三是確保加熱器與電源能夠有效連接。

在對定容彈進(jìn)行加熱時(shí)，需要預(yù)設(shè)定容彈內(nèi)的背景溫度，這就要求加熱系統(tǒng)能夠根據(jù)溫度傳感器的反饋信息對加熱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使定容彈內(nèi)的背景溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種定容燃燒彈分體式加熱系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)模擬內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)背景溫度的加熱系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括加熱單元和單片機(jī)控制單元，加熱單元設(shè)置在在定容彈任意一面上，所述加熱單元包括安裝在定容彈上的加熱器適配蓋板、安裝在加熱器適配蓋板上的加熱器、設(shè)置在加熱器與加熱器適配蓋板之間的隔熱層，所述加熱器適配蓋板上設(shè)置有兩個(gè)螺紋孔，每個(gè)螺紋孔內(nèi)設(shè)置有連接加熱器與電源線的密封螺紋陶瓷絕緣電極，在定容彈內(nèi)設(shè)置有與加熱單元個(gè)數(shù)相等的溫度傳感器。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.所述密封螺紋陶瓷絕緣電極有外至內(nèi)包括與螺紋孔配合的外層的金屬螺紋層、中間層的陶瓷材料的絕緣層和最內(nèi)層的金屬導(dǎo)體層，且最內(nèi)層的金屬導(dǎo)體層與加熱器的電極通過加熱器壓板連接在一起。

2.所述加熱單元的個(gè)數(shù)為1-4個(gè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過在定容彈蓋板內(nèi)側(cè)安裝陶瓷紅外電加熱器，使用特制的金屬螺紋陶瓷絕緣電極連接加熱器和電源線，從而對定容彈進(jìn)行加熱；加熱器與壁面之間安有隔熱層，能避免定容彈壁面過熱；每個(gè)加熱器可單獨(dú)控制，可根據(jù)溫度傳感器變送器反饋的溫度信息由單片機(jī)控制設(shè)定加熱溫度。本發(fā)明不限于定容彈類型，可以獨(dú)立的附加到不同的定容彈上，整個(gè)加熱系統(tǒng)溫度可調(diào)范圍廣、布置靈活、控制方便。

附圖說明

圖1(a)是本發(fā)明的加熱器的示意圖一，圖1(b)是本發(fā)明的加熱器的示意圖二，圖1(c)是本發(fā)明的加熱器壓板的示意圖；

圖2是本發(fā)明的密封螺紋陶瓷絕緣電極示意圖；

圖3(a)是本發(fā)明的加熱器單元的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3(b)是圖3(a)的A-A方向的剖視圖；

圖4是本發(fā)明的加熱單元在定容彈上布置的示意圖；

圖5是本發(fā)明的單片機(jī)控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-加熱單元；1a-加熱器；1b-加熱器壓板；1c-密封螺紋陶瓷絕緣電極；1c1-金屬螺紋層；1c2-陶瓷絕緣層；1c3-金屬導(dǎo)體層；1d-隔熱層；1e-加熱器適配蓋板；2-定容彈。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

結(jié)合圖1(a)-圖5，本發(fā)明的一種定容燃燒彈分體式加熱系統(tǒng)，包括加熱單元1(含加熱器1a、加熱器壓板1b、密封螺紋陶瓷絕緣電極1c、隔熱層1d和加熱器適配蓋板1e)以及單片機(jī)控制單元，通過在定容彈蓋板上加裝電加熱器，直接加熱定容彈內(nèi)氣體，通過在定容彈蓋板內(nèi)側(cè)安裝陶瓷紅外電加熱器1a，使用密封螺紋陶瓷絕緣電極1c連接加熱器和電源線；每個(gè)加熱器可單獨(dú)控制，可根據(jù)熱電偶反饋的溫度信息由單片機(jī)單元控制設(shè)定加熱溫度。

本發(fā)明的加熱系統(tǒng)不限于定容彈的類型，可以獨(dú)立的附加到不同種類的定容彈上。使用分體式加熱方式，加熱器可以安裝在定容彈的各個(gè)定容彈蓋板內(nèi)側(cè)，可以根據(jù)需要，自由搭配安裝加熱器蓋板的位置和數(shù)量；所述的加熱單元1的數(shù)量根據(jù)定容彈窗口數(shù)量以及試驗(yàn)的溫度調(diào)節(jié)來靈活設(shè)定，一般為1-4個(gè)；所述的加熱器與蓋板之間有一隔熱層1d，避免定容彈壁面過熱。使用密封螺紋陶瓷絕緣電極連接加熱器和電源線，其特征在于：所述的密封螺紋陶瓷絕緣電極分為三層，最外層為金屬螺紋層1c1，負(fù)責(zé)與定容彈體的連接；中間層為陶瓷材料的絕緣層1c2；最內(nèi)層為金屬導(dǎo)體層1c3。從而可以確保加熱的安全性、密封性和有效性。為了確保密封性能，密封螺紋陶瓷絕緣電極與定容彈加熱蓋板連接時(shí)可以涂上耐高溫螺紋膠。每個(gè)加熱器可以單獨(dú)控制，單片機(jī)控制單元可根據(jù)溫度傳感器變送器反饋的瞬態(tài)溫度信息，通過驅(qū)動器控制所述加熱器的電路通斷，從而控制彈體內(nèi)的氣體溫度。

圖3(a)、(b)為加熱單元的整體示意圖，一個(gè)陶瓷加熱器1a配合加熱器壓板1b和隔熱層1d被安裝到加熱器適配蓋板1e上。適配蓋板上有兩個(gè)螺紋孔，用于安裝密封螺紋陶瓷絕緣電極1b。密封螺紋陶瓷絕緣電極的金屬導(dǎo)電層1c3與陶瓷加熱器的電極通過加熱器壓板緊密結(jié)合在一起，陶瓷絕緣層1c2的長度應(yīng)大于加熱器適配蓋板的厚度，以防止漏電。同時(shí)，為了保證定容彈的密封性能，可在密封螺紋陶瓷絕緣電極的金屬螺紋層1c1涂抹耐高溫密封膠。

圖4是加熱單元1在定容彈2上的布置示意圖，加熱單元可以根據(jù)需要布置在定容彈的任意一面，靈活的組成光路。

圖5是單片機(jī)控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖，定容彈上可安置一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器，可以檢測定容彈內(nèi)不同區(qū)域的溫度變化情況，并將溫度信息通過A/D轉(zhuǎn)換后傳送給單片機(jī)，通過判斷溫度是否分布均勻以及是否符合預(yù)設(shè)溫升曲線及預(yù)設(shè)溫度，單片機(jī)控制不同加熱單元的工作時(shí)間，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)條件。

本加熱系統(tǒng)在對如圖4條件的定容彈進(jìn)行加熱時(shí)，通過使用3個(gè)加熱單元，可以將背景溫度提高至1000K。