本實用新型涉及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種定容燃燒彈、預(yù)混容器及定容燃燒彈系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

為了節(jié)約能源和降低車用發(fā)動機(jī)的排放，國內(nèi)外的學(xué)者都致力于新技術(shù)、新模型的開發(fā)與研究，來應(yīng)對日益嚴(yán)峻的能源短缺與嚴(yán)格的排放法規(guī)的現(xiàn)狀。對于發(fā)動機(jī)本身的優(yōu)化設(shè)計，研究者們歸根結(jié)底是研究發(fā)動機(jī)的燃燒機(jī)理，從根本上解決發(fā)動機(jī)的燃燒問題，以提高發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)型和排放性。

在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，燃料的霧化過程直接影響著燃燒和排放性能，進(jìn)而為緩解能源和環(huán)境問題做出貢獻(xiàn)。因此對于內(nèi)燃機(jī)研究者而言，獲得燃料的噴霧特性(射流破碎長度，噴霧錐角，油滴粒徑與速度等)及其與周圍環(huán)境參數(shù)(壓力，溫度，環(huán)境氣體種類及密度等)的關(guān)系，進(jìn)而建立燃料霧化反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理，最終為發(fā)動機(jī)噴霧模擬以及優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是開展噴油霧化研究的主要目的。

由于發(fā)動機(jī)的實際噴射霧化、擴(kuò)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。并局限于發(fā)動機(jī)燃燒空間是密閉的，研究者們無法直觀的觀察燃燒過程，為燃燒機(jī)理的研究帶來了困難。

為了解決這個問題，定容燃燒彈就應(yīng)運(yùn)而生了。定容燃燒彈是用于研究預(yù)混燃燒的密閉容器，以模擬發(fā)動機(jī)在活塞上止點附近的燃燒，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，能夠方便的改變熱力學(xué)參數(shù)和點火參數(shù)，定容燃燒彈上設(shè)有可視化窗口，是對燃料燃燒理論基礎(chǔ)研究的重要工具?；鹧嫒紵俣取鞑ニ俣?、火焰燃燒的穩(wěn)定性、燃燒壓力等都可以通過定容燃燒彈加上輔助測試設(shè)備得到，為燃燒機(jī)理的研究提供了很大方便。

定容燃燒彈系統(tǒng)一般包括：具有燃燒腔的彈體，以及預(yù)混容器。預(yù)混容器具有混合腔，用于配制和存儲可燃混合氣。當(dāng)預(yù)混容器內(nèi)的可燃混合氣達(dá)到配制要求后，輸送至彈體的燃燒腔中，進(jìn)行相應(yīng)的燃燒試驗。

但，預(yù)混容器中的可燃混合氣存在混合不均勻現(xiàn)象，輸送至彈體后也同樣混合不均勻。這就使得可燃混合氣燃燒后燃燒腔內(nèi)的溫度分層嚴(yán)重，定容燃燒彈的可視化窗口上易凝結(jié)水蒸氣，影響對燃燒腔內(nèi)燃燒狀況的觀測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型解決的問題是定容燃燒彈的預(yù)混容器和彈體內(nèi)可燃混合氣混合不均勻。

為解決上述問題，本實用新型提供一種定容燃燒彈，用于模擬內(nèi)燃機(jī)的燃燒，包括：彈體，具有燃燒腔，所述燃燒腔內(nèi)置第一風(fēng)扇，以及驅(qū)動所述第一風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的第一電機(jī)。

可選的，所述彈體的壁上設(shè)有至少六個安裝孔；其中，三個安裝孔用于安裝視窗，所述視窗用于觀測所述燃燒腔內(nèi)的燃燒狀況；一個安裝孔用于安裝噴油器，一個安裝孔用于安裝所述第一電機(jī)，一個安裝孔用于安裝火花塞。

可選的，任意三個所述安裝孔用于安裝視窗，任意一個安裝孔用于安裝噴油器，任意一個安裝孔用于安裝所述第一電機(jī)，任意一個安裝孔用于安裝火花塞。

可選的，所述視窗錯開布置。

可選的，所述視窗分別布置于所述彈體的三個相互垂直方向的壁上。

可選的，所述視窗包括：由石英玻璃制成的主體部，以及設(shè)于所述主體部面向所在的所述安裝孔的部分上的凸部；沿朝向所述燃燒腔的方向，用于安裝所述視窗的所述安裝孔包括第一安裝孔和第二安裝孔，所述第二安裝孔相比于所述第一安裝孔更靠近所述燃燒腔，所述第一安裝孔的孔徑大于所述第二安裝孔的孔徑；

所述主體部設(shè)于所述第二安裝孔內(nèi)，所述凸部與所述第一安裝孔相抵。

可選的，所述彈體的壁上還設(shè)有加熱板，所述加熱板用于加熱所述彈體。

可選的，還包括蓋板，所述蓋板蓋設(shè)于安裝所述第一電機(jī)的安裝孔；所述燃燒腔內(nèi)還設(shè)有隔板，所述隔板、所述燃燒腔的腔壁及所述蓋板圍成容納腔，所述第一電機(jī)設(shè)于所述容納腔內(nèi)，所述第一電機(jī)具有輸出軸，所述輸出軸伸出所述容納腔并延伸至所述燃燒腔，所述第一風(fēng)扇套設(shè)于所述輸出軸，并位于所述燃燒腔內(nèi)。

可選的，還包括中空的壓蓋，蓋設(shè)于所述視窗上，用于將所述視窗緊固于所述安裝孔；所述壓蓋與所述視窗之間設(shè)有紅鋼紙墊片，所述凸部與第一安裝孔之間設(shè)有O圈。

可選的，還包括冷卻通道，所述冷卻通道環(huán)繞所述第一電機(jī)設(shè)置，所述冷卻通道供冷卻介質(zhì)流通以冷卻所述第一電機(jī)。

可選的，所述彈體呈八邊形柱狀。

本實用新型還提供一種預(yù)混容器，具有混合腔，用于配制和存儲可燃混合氣，所述可燃混合氣能夠在上述所述的定容燃燒彈的所述燃燒腔內(nèi)燃燒，所述混合腔內(nèi)置第二風(fēng)扇，以及驅(qū)動所述第二風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的第二電機(jī)。

可選的，所述預(yù)混容器呈兩端開口的筒狀，所述預(yù)混容器開口的兩端通過壓蓋封閉所述混合腔；所述混合腔內(nèi)設(shè)有隔板，所述隔板、所述混合腔的腔壁及其中一個所述壓蓋圍成容納腔，所述第二電機(jī)設(shè)于所述容納腔內(nèi)，所述第二電機(jī)具有輸出軸，所述輸出軸伸出所述容納腔并延伸至所述混合腔，所述第二風(fēng)扇套設(shè)于所述輸出軸，并位于所述混合腔內(nèi)。

可選的，還包括冷卻通道，所述冷卻通道環(huán)繞所述第二電機(jī)設(shè)置，所述冷卻通道供冷卻介質(zhì)流通以冷卻所述第二電機(jī)。

本實用新型還提供一種定容燃燒彈系統(tǒng)，包括：上述任一項所述的定容燃燒彈；上述任一項所述的預(yù)混容器，所述預(yù)混容器的混合腔能夠與所述定容燃燒彈的所述燃燒腔連通，以向所述燃燒腔提供可燃混合氣。

可選的，還包括：配氣系統(tǒng)，用于向所述預(yù)混容器的混合腔配送可燃?xì)怏w。

可選的，還包括:點火系統(tǒng)，用于點火引燃所述燃燒腔內(nèi)的可燃混合氣。

可選的，還包括：供油系統(tǒng)，用于向設(shè)于所述彈體上的噴油器提供燃油。

可選的，還包括：圖像采集系統(tǒng)，用于觀測和攝影所述燃燒腔內(nèi)的燃燒狀況。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：

本實用新型在定容燃燒彈的彈體的燃燒腔內(nèi)設(shè)置第一風(fēng)扇，以及驅(qū)動第一風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的第一電機(jī)；同時，還在預(yù)混容器的混合腔內(nèi)設(shè)置第二風(fēng)扇，以及驅(qū)動第二風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的第二電機(jī)。通過第二電機(jī)驅(qū)動第二風(fēng)扇在混合腔內(nèi)轉(zhuǎn)動，攪拌混合腔內(nèi)配制和存儲的可燃混合氣，加速混合腔內(nèi)的可燃混合氣混合均勻。當(dāng)可燃混合氣輸送至燃燒腔后，通過第一電機(jī)驅(qū)動第一風(fēng)扇在燃燒腔內(nèi)轉(zhuǎn)動，攪拌燃燒腔內(nèi)的可燃混合氣，加速燃燒腔內(nèi)的可燃混合氣混合均勻，提高可燃混合氣的燃燒速率，保證燃燒腔內(nèi)溫度分布均勻，降低定容燃燒彈的可視化窗口上凝結(jié)水蒸氣的程度，有利于對燃燒腔內(nèi)燃燒狀況的觀測。

進(jìn)一步的，本實用新型在彈體上設(shè)置至少三個視窗，且三個視窗錯開布置，分布于彈體的三個相互垂直的方向上的壁上，可以全方位通過視窗觀測燃燒腔內(nèi)的燃燒狀況，觀測無死角區(qū)域。

進(jìn)一步的，本實用新型在彈體的壁上設(shè)有多塊加熱板，加熱板的加熱面積大，彈體的加熱效果明顯，彈體上的視窗能夠與受熱后的彈體實現(xiàn)熱交換，降低視窗上凝結(jié)水蒸氣的程度，有利于通過視窗觀測燃燒腔內(nèi)的燃燒狀況。

進(jìn)一步的，本實用新型的視窗呈凸臺狀，視窗嵌設(shè)于彈體的安裝孔上，擴(kuò)大了視窗的受力面積，提高了視窗承受壓力的能力。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例定容燃燒彈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型實施例定容燃燒彈系統(tǒng)中彈體的側(cè)視圖；

圖3是圖2中沿A-A方向的剖視圖一；

圖4是本實用新型實施例定容燃燒彈系統(tǒng)中預(yù)混容器的立體圖一；

圖5是本實用新型實施例定容燃燒彈系統(tǒng)中預(yù)混容器的側(cè)視圖；

圖6是圖5中沿B-B方向的剖視圖；

圖7是本實用新型實施例定容燃燒彈系統(tǒng)中彈體的立體圖一；

圖8是本實用新型實施例定容燃燒彈系統(tǒng)中彈體的立體圖二；

圖9是本實用新型實施例定容燃燒彈系統(tǒng)剖視角度下視窗的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是圖2中沿A-A方向的剖視圖二；

圖11是本實用新型實施例定容燃燒彈系統(tǒng)中預(yù)混容器的立體圖二；

圖12是本實用新型實施例定容燃燒彈系統(tǒng)的控制框圖；

圖13是本實用新型實施例定容燃燒彈系統(tǒng)的彈體內(nèi)的壓力變化示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)有技術(shù)中，定容燃燒彈的預(yù)混容器和彈體內(nèi)可燃混合氣混合不均勻，定容燃燒彈的可視化窗口上易凝結(jié)水蒸氣，影響對燃燒腔內(nèi)燃燒狀況的觀測。本實用新型在定容燃燒彈的預(yù)混容器和彈體內(nèi)設(shè)置風(fēng)扇和電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，攪動預(yù)混容器和彈體內(nèi)的可燃混合氣，加速混合腔內(nèi)的可燃混合氣混合均勻，保證燃燒腔內(nèi)溫度分布均勻，降低定容燃燒彈的可視化窗口上凝結(jié)水蒸氣的程度，有利于對燃燒腔內(nèi)燃燒狀況的觀測。

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施例做詳細(xì)的說明。

本實用新型提供一種定容燃燒彈系統(tǒng)，用于模擬內(nèi)燃機(jī)的燃燒。參考圖1，本實施例的定容燃燒彈系統(tǒng)包括：定容燃燒彈和預(yù)混容器30。其中，定容燃燒彈包括彈體10，參考圖2和圖3，彈體10具有燃燒腔15，可燃混合氣能夠在燃燒腔15內(nèi)燃燒。參考圖4至圖6，預(yù)混容器30具有混合腔31，可在預(yù)混容器30的混合腔31內(nèi)配制和存儲可燃混合氣，當(dāng)可燃混合氣達(dá)到試驗要求后，混合腔31能夠與燃燒腔15連通，預(yù)混容器30向彈體10輸送可燃混合氣。預(yù)混容器30還可以存儲較多的預(yù)混氣體供彈體10多次使用。

為了使得可燃混合氣在彈體10的燃燒腔15和預(yù)混容器30的混合腔31中混合均勻，參考圖3，本實施例在彈體10的燃燒腔15內(nèi)設(shè)置第一風(fēng)扇(圖未示出)，以及驅(qū)動第一風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的第一電機(jī)12，第一風(fēng)扇套設(shè)于第一電機(jī)12的輸出軸上。同時，參考圖6，還在預(yù)混容器30的混合腔31內(nèi)設(shè)置第二風(fēng)扇33，以及驅(qū)動第二風(fēng)扇33轉(zhuǎn)動的第二電機(jī)32，第二風(fēng)扇33套設(shè)于第二電機(jī)32的輸出軸上。

通過第二電機(jī)32驅(qū)動第二風(fēng)扇33在混合腔31內(nèi)轉(zhuǎn)動，攪拌混合腔31內(nèi)配制和存儲的可燃混合氣，加速混合腔31內(nèi)的可燃混合氣混合均勻。當(dāng)可燃混合氣輸送至燃燒腔15后，通過第一電機(jī)12驅(qū)動第一風(fēng)扇在燃燒腔15內(nèi)轉(zhuǎn)動，攪拌燃燒腔15內(nèi)的可燃混合氣，加速燃燒腔15內(nèi)的可燃混合氣混合均勻，提高可燃混合氣的燃燒速率，保證燃燒腔15內(nèi)溫度分布均勻，降低定容燃燒彈的可視化窗口上凝結(jié)水蒸氣的程度，有利于對燃燒腔15內(nèi)燃燒狀況的觀測。

參考圖7和圖8并結(jié)合圖3所示，本實用新型的彈體10整體呈八邊形柱狀，在彈體10的壁上設(shè)有至少六個安裝孔(圖未示出)，本實施例中，設(shè)有六個安裝孔。具體為，在彈體10上沿三個軸向(圖8中X、Y及Z三個方向所示)設(shè)置有垂直交叉的安裝孔，安裝孔與燃燒腔15連通。其中，三個安裝孔用于安裝視窗14，視窗15用于觀測燃燒腔15內(nèi)的燃燒狀況；一個安裝孔用于安裝噴油器18，一個安裝孔用于安裝第一電機(jī)12，一個安裝孔用于安裝火花塞17。

需說明的是，彈體10的壁上的安裝孔具體安裝的部件不做限制，即任意三個安裝孔用于安裝視窗14，任意一個安裝孔用于安裝噴油器18，任意一個安裝孔用于安裝所述第一電機(jī)12，任意一個安裝孔用于安裝火花塞17。

本實施例中，安裝孔的直徑約為90mm，彈體10的燃燒腔15即由三個軸向的安裝孔形成的交叉區(qū)域構(gòu)成，體積約為0.72L，燃燒腔15的體積較小，可燃混合氣在腔體內(nèi)燃燒時壓力變化顯著，有利于根據(jù)壓力變化對燃料燃燒過程進(jìn)行分析。

為了全方位的對燃燒腔15內(nèi)的燃燒狀況的觀測，本實用新型在彈體10上錯開布置多個視窗14。參考圖7和圖8，本實施例中設(shè)有三個視窗14，彈體10的三個相互垂直方向的壁上，可以理解為：彈體10的X方向的壁上設(shè)有一個視窗14，Y方向的壁上設(shè)有一個視窗14，Z方向的壁上設(shè)有一個視窗14。

這樣設(shè)置可以從不同角度，全方位通過視窗14觀測燃燒腔15內(nèi)的燃燒狀況，燃燒腔15內(nèi)不存在觀測死角區(qū)域，可以觀測到完整的燃燒過程。在其它實施例中，可以設(shè)置更多的視窗14，以更好地通過視窗14觀測燃燒腔15內(nèi)的燃燒狀況。

需說明的是，彈體10的形狀不做限制，本實施例中，彈體10呈八邊形柱狀，在其它實施例中，彈體10可以呈其它形狀，例如筒狀。且設(shè)于彈體10上的安裝孔的數(shù)量不做限制，本實施例中設(shè)有6個安裝孔，在其它實施例中，可以設(shè)置更多的安裝孔。

為觀測燃燒腔15內(nèi)的燃燒過程，本實用新型還包括圖像采集系統(tǒng)(圖未示出)。圖像采集系統(tǒng)主要由光源、凹面反射鏡、刀口和高速相機(jī)等組成，可根據(jù)實驗需要調(diào)整視窗14位置后設(shè)置相應(yīng)光路，使用陰影法、紋影法、米氏散射法、兩色法等對定容燃燒彈內(nèi)的預(yù)混合燃燒、噴霧及著火等過程進(jìn)行拍攝。以紋影法為例，不限于紋影法，紋影法是通過不同密度的介質(zhì)對光的折射率不同進(jìn)行成像。柴油噴霧與缸內(nèi)氣體的折射率不同，噴霧蒸發(fā)吸熱過程對其附近氣體進(jìn)行冷卻，也使得缸內(nèi)氣體出現(xiàn)密度梯度，燃燒過程使火焰在前鋒面上出現(xiàn)較大密度差異，所以采用這種方法可以記錄噴霧發(fā)展過程和清晰的火焰前鋒面。

前文描述了定容燃燒彈可以模擬發(fā)動機(jī)缸內(nèi)活塞上止點附近定容燃燒過程，一般用于觀察改變各試驗初始參數(shù)對燃燒過程產(chǎn)生的影響。多數(shù)情況下，會根據(jù)實驗需求在彈體10上設(shè)置光學(xué)觀察窗口(視窗14)，以便利用高速攝影機(jī)拍攝觀察內(nèi)部噴霧、火焰?zhèn)鞑サ痊F(xiàn)象。光學(xué)觀察窗口的材料以選用石英玻璃為主，少數(shù)情況下選用藍(lán)寶石玻璃。

但是，即使強(qiáng)度較高的玻璃相對燃燒彈體主體材料鋼材的強(qiáng)度要低十余倍，而模擬內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)環(huán)境的實驗條件對玻璃的耐壓和耐溫強(qiáng)度要求較高，因此一般需要采用較大的玻璃厚度以承受壓力沖擊。同時，設(shè)置光學(xué)觀察窗口勢必影響燃燒彈的密封，特別是金屬材料與玻璃之間的密封，而燃燒彈的密封性能對試驗結(jié)果和試驗安全也有著很重要的影響。

另外，光學(xué)觀察窗口的設(shè)置對流場的影響作用往往被忽視，這對試驗仿真環(huán)境也是有著較大的潛在影響；并且，若光學(xué)觀察窗口的設(shè)置不合理會導(dǎo)致燃燒腔表面形狀復(fù)雜，對模擬觀察燃燒壓力波及其反射波的相互作用有著十分不利的影響，復(fù)雜表面的不規(guī)則反射容易破壞試驗的單一初始條件。綜上所述，光學(xué)觀察窗口在燃燒彈的設(shè)計中起著重要影響，光學(xué)觀察窗口設(shè)計合理，可以更好的觀察火焰與燃燒壓力波及其壁面反射波的相互作用，及其對火焰?zhèn)鞑顟B(tài)和自燃發(fā)生現(xiàn)象的影響。

為獲得良好的實驗結(jié)果，參考圖3和圖9，本實施例的視窗14包括：由石英玻璃制成的主體部14b，以及設(shè)于主體部14b面向所在的安裝孔13(參考圖10)的部分上的凸部14a，凸部14a也由石英玻璃制成，可以理解為：視窗14整體由石英玻璃制成，視窗14整體呈凸臺狀，視窗14的沿朝向燃燒腔15的方向的截面呈階梯狀。

視窗14選用高純度石英玻璃，原因是其具有很高的變形溫度和軟化溫度、非常低的熱膨脹系數(shù)和抗熱振能力、從紅外線到紫外線有極寬的光譜透過能力和較低的色散現(xiàn)象。高純度石英玻璃抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度較其他玻璃高出不少，僅次于藍(lán)寶石玻璃，但藍(lán)寶石玻璃的成本極高，限制了其應(yīng)用。本實施例中，石英玻璃采用JGS1型，可見光波段下透光率大于90％。

參考圖10，沿朝向燃燒腔15的方向，用于安裝視窗14的安裝孔13包括第一安裝孔13b和第二安裝孔13a，第二安裝孔13a相比于第一安裝孔13b更靠近燃燒腔15，第一安裝孔13b的孔徑大于第二安裝孔13a的孔徑。本實施例中，主體部14b和凸部14a均呈圓柱狀，凸部14a的直徑大于主體部14b的直徑。

其中，主體部14b的直徑在90mm至100mm之間，包括90mm和100mm，凸部14a的直徑在110mm至120mm之間，包括110mm和120mm。在其它實施例中，凸部14a和主體部14b可以呈其它形狀。石英玻璃的總厚度為50mm，可視化部分的直徑為90mm。參考圖3和圖9，主體部14b設(shè)于第二安裝孔13a內(nèi)，凸部14a與第一安裝孔13b相抵，相當(dāng)于視窗14是嵌設(shè)于安裝孔13內(nèi)。

參考圖3和圖7，本實施例的定容燃燒彈系統(tǒng)還包括中空的壓蓋19，壓蓋19蓋設(shè)于視窗14上，用于將視窗14緊固于安裝孔。壓蓋19和視窗14及彈體10的相應(yīng)位置處均設(shè)有螺栓孔，壓蓋19、視窗14及彈體10通過M6內(nèi)六角螺栓連接，然后再通過M8外六角螺栓16固定。

這樣設(shè)置的目的是：由于視窗14的凸部14a與第一安裝孔13b相抵，擴(kuò)大了視窗14的受力面積，提高了視窗承受壓力的能力，提高其抗沖擊性能。且壓蓋19與視窗14之間設(shè)有紅鋼紙墊片(圖未示出)，以保護(hù)視窗14的預(yù)緊力不會過大，防止壓蓋19損傷視窗14。另外凸部14a與第一安裝孔13b之間設(shè)有O圈(圖未示出)，O圈為氟橡膠O圈，能起到密封作用。

前文已描述了通過在彈體10的燃燒腔15中設(shè)置第一電機(jī)12和第一風(fēng)扇，能夠使得燃燒腔15內(nèi)的燃燒溫度均勻，降低了視窗14上凝結(jié)水蒸氣的程度，有利于通過視窗14觀測燃燒腔15內(nèi)的燃燒狀況。為了進(jìn)一步降低視窗14上凝結(jié)水蒸氣的程度，參考圖7和圖8，彈體10上還設(shè)有多個與視窗14錯開的加熱板20，用于對彈體10加熱。

本實施例中加熱板20為加熱銅板，加熱銅板與彈體10的接觸面積大，加熱效率高。由于彈體10為金屬材質(zhì)，緊固視窗14的壓蓋19也為金屬材質(zhì)，通過加熱銅板對彈體10加熱后，彈體10和壓蓋19之間進(jìn)行熱傳遞。彈體10上的溫度傳遞至壓蓋19，并進(jìn)一步傳遞至視窗14，相當(dāng)于也對視窗14加熱了，那么，水蒸氣難以在視窗14上凝結(jié)，更有利于通過視窗14觀測燃燒腔15內(nèi)的燃燒狀況。本實施例中，加熱銅板尺寸為220mm×80mm×10mm，銅板總功率2800W，由4個M8螺栓固定在定容燃燒彈的周向平面。使用反饋控制方法控制定容燃燒彈溫度，在無保溫條件下可將定容燃燒彈加熱至423K。

本實施例中，參考圖7和圖8，在彈體10上設(shè)置了四個加熱銅板，在其它實施例中，只要彈體10的布置空間允許，可以設(shè)置更多的加熱銅板。

此外還需說明的是，本實施例中，彈體10上設(shè)置的安裝孔尺寸一致，參考圖8并結(jié)合圖10所示，在安裝孔內(nèi)可安裝視窗14、第一電機(jī)12及噴油器18，圖8中標(biāo)號12所指向的是第一電機(jī)12所處的位置。由于安裝孔的尺寸一致，那么可以在任意的安裝孔內(nèi)安裝視窗14、第一電機(jī)12及噴油器18，靈活布置視窗14、第一電機(jī)12及噴油器18。同時，還可以根據(jù)實驗需要在安裝孔內(nèi)安裝其它的實驗設(shè)備，無需更改彈體10的結(jié)構(gòu)，即可滿足更多的實驗需求。

需說明的是，由于彈體10的燃燒腔15內(nèi)燃燒溫度和壓力較高，而將第一電機(jī)12和第一風(fēng)扇內(nèi)置在燃燒腔15內(nèi)，高溫高壓勢必會對第一電機(jī)12和第一風(fēng)扇產(chǎn)生影響。為此，繼續(xù)參考圖3，本實施例的彈體10還包括蓋板19a，蓋板19a蓋設(shè)于安裝第一電機(jī)12的安裝孔，以封閉安裝孔。燃燒腔15內(nèi)還設(shè)有隔板19b，隔板19b、燃燒腔15的腔壁及蓋板19a圍成容納腔15a，第一電機(jī)12設(shè)于容納腔15a內(nèi)，第一電機(jī)12具有輸出軸，輸出軸伸出容納腔15a并延伸至所述燃燒腔15，第一風(fēng)扇套設(shè)于輸出軸，并位于燃燒腔15內(nèi)。

由于設(shè)置了容納腔15a，且在隔板19b的作用下，燃燒腔15內(nèi)的高溫對第一電機(jī)12的影響減弱，且第一風(fēng)扇使用不銹鋼材質(zhì)，能夠耐高溫。并且第一電機(jī)12的殼體非封閉的，因此，高壓環(huán)境對第一電機(jī)12的影響也減弱了。

此外，本實施例在第一電機(jī)12上還設(shè)有冷卻通道(圖未示出)，冷卻通道環(huán)繞第一電機(jī)12設(shè)置，冷卻通道供冷卻介質(zhì)流通以冷卻第一電機(jī)12。冷卻方式可以是水冷，也可以是風(fēng)冷。在冷卻通道的輔助作用下，第一電機(jī)12受高溫環(huán)境的影響進(jìn)一步減弱了。

參考圖4和圖11，本實施例的預(yù)混容器30呈兩端開口的筒狀，在其它實施例中可以是其它形狀。預(yù)混容器30開口的兩端通過壓蓋42、42a封閉混合腔31。其中，預(yù)混容器30的壁厚40mm，容積4.6L，使用一個容積較大、耐壓較高的預(yù)混容器30可顯著提高混合氣配制的精度、增加實驗的再現(xiàn)性、提高實驗效率。

本實施例的預(yù)混容器30的主體上有6個氣孔，包括：氮?dú)膺M(jìn)氣孔36、氧氣進(jìn)氣孔37、乙烯進(jìn)氣孔38、排氣孔39、安全閥氣孔41及備用氣孔40。其中，氮?dú)膺M(jìn)氣孔36用于充入氮?dú)?，氧氣進(jìn)氣孔37用于充入氧氣，乙烯進(jìn)氣孔38用于充入乙烯。安全閥氣孔41用于在混合腔31內(nèi)的混合氣達(dá)到配制要求后打開并輸送至燃燒腔15，排氣孔39用于完成燃燒試驗后，將混合腔31內(nèi)殘留的混合氣排出。向混合腔31中充入的氣體類型不做限制，可以根據(jù)實驗需要通過備用氣孔40向混合腔31中填充相應(yīng)的氣體類型。

沿預(yù)混容器30的長度方向，預(yù)混容器30的主體兩側(cè)與兩個圓柱型壓蓋42、42a連接，每個壓蓋用12個M14的雙頭螺柱進(jìn)行固定，壓蓋和預(yù)混容器30的主體之間使用氟橡膠O圈(圖未示出)密封。一端壓蓋42安裝壓力傳感器34和熱電偶35，壓力傳感器34可以是Kistler 4620A型壓力傳感器，熱電偶35可以是Omega K型熱電偶；另一端壓蓋42a布置第二電機(jī)32和第二風(fēng)扇33，圖4中標(biāo)號32所指向的是第二電機(jī)32所處的位置。

參考圖6，混合腔31內(nèi)設(shè)有隔板31b，隔板31b、混合腔31的腔壁及其中一個壓蓋42a(參考圖4)圍成容納腔31a，第二電機(jī)32設(shè)于容納腔31a內(nèi)，第二電機(jī)32具有輸出軸，輸出軸伸出容納腔31a并延伸至混合腔31，第二風(fēng)扇33套設(shè)于輸出軸，并位于混合腔31內(nèi)。由于設(shè)置了隔板31b及容納腔31a，使得混合腔31中的高壓環(huán)境對第二電機(jī)32影響減弱。

其中，壓力傳感器34用于檢測預(yù)混容器30的混合腔31中的壓力，熱電偶35用于檢測預(yù)混容器30的混合腔31中的溫度，實現(xiàn)對預(yù)混容器30的安全監(jiān)測。由于氮?dú)?、氧氣及乙烯混合后屬于可燃?xì)怏w，在預(yù)混容器30中，氮?dú)?、氧氣及乙烯的混合氣不能燃燒，一旦燃燒，熱電?5就會檢測到混合腔31內(nèi)的溫度升高，應(yīng)采取相應(yīng)措施；同時，充入混合腔31中的氮?dú)狻⒀鯕饧耙蚁┑膲毫π韪鶕?jù)實驗需求設(shè)定，一旦壓力傳感器34檢測到壓力達(dá)到實驗要求，就會控制配氣系統(tǒng)停止向混合腔31中充入氮?dú)?、氧氣及乙烯?/p>

此外，由于第一電機(jī)12和第二電機(jī)32長時間工作后會產(chǎn)生熱量，為避免第一電機(jī)12和第二電機(jī)32過熱，本實施例中，在第一電機(jī)12和第二電機(jī)32內(nèi)均設(shè)有冷卻通道，用于冷卻第一電機(jī)12和第二電機(jī)32。第一電機(jī)12和第二電機(jī)32的冷卻方式一樣，以第二電機(jī)32的冷卻方式為例，冷卻通道環(huán)繞第二電機(jī)32設(shè)置，冷卻通道為冷卻銅管。

參考圖11，在預(yù)混容器30的主體一側(cè)設(shè)有進(jìn)水管路44和出水管路45，進(jìn)水管路44和出水管路45位于第二電機(jī)32內(nèi)部的部分纏繞在第二電機(jī)32的定子上，冷卻液流入進(jìn)水管路44，再從出水管路45流出，通過冷卻液循環(huán)實現(xiàn)了第二電機(jī)32的冷卻。

還需說明的是，本實施例中，第一電機(jī)12全部置于燃燒腔15中，第二電機(jī)32全部置于混合腔31中。第一電機(jī)12的電源線引出燃燒腔15，僅需對第一電機(jī)12的電源線實現(xiàn)密封即可。同理，參考圖11，第二電機(jī)32的電源線通過預(yù)混容器30的主體一側(cè)的電源線孔43引出，電源線孔43與進(jìn)水管路44和出水管路45位于同一側(cè)，僅需對電源線孔43實現(xiàn)密封即可。

若將第一電機(jī)12置于燃燒腔15外，第一電機(jī)12的輸出軸軸向一端位于燃燒腔15內(nèi)，軸向另一端伸出燃燒腔15，需要對第一電機(jī)12的輸出軸進(jìn)行密封，而第一電機(jī)12的輸出軸工作時會轉(zhuǎn)動，難以實現(xiàn)第一電機(jī)12的輸出軸的密封。同理，若將第二電機(jī)32置于混合腔31外，也難以實現(xiàn)第二電機(jī)32的輸出軸的密封。因此，將第一電機(jī)12置于燃燒腔15內(nèi)，將第二電機(jī)32置于混合腔31內(nèi)，便于密封。

繼續(xù)參考圖3，為完成內(nèi)燃機(jī)的燃燒試驗，彈體10的其它安裝孔處，例如，圖3中的彈體10的頂部的安裝孔處布置噴油器18、溫度傳感器(圖未示出)以及冷卻系統(tǒng)(圖未示出)，噴油器18與所處的安裝孔通過墊片密封；圖3的彈體10的底部和側(cè)部的安裝孔處布置火花塞17。噴油器18用于向彈體10的燃燒腔15噴油，當(dāng)溫度傳感器檢測到噴油器18溫度過高時，就會通過冷卻系統(tǒng)冷卻噴油器18。

本實用新型的定容燃燒彈系統(tǒng)還包括：配氣系統(tǒng)，用于向預(yù)混容器30的混合腔31配送可燃?xì)怏w；點火系統(tǒng)，用于點火引燃燃燒腔15內(nèi)的可燃混合氣；供油系統(tǒng)，用于向設(shè)于彈體10上的噴油器18提供燃油。

其中，配氣系統(tǒng)包括高壓氣瓶、減壓閥、球閥、針閥、直流電磁閥、安全閥、真空泵等。減壓閥對高壓氣瓶輸出的高壓氣體(氮?dú)夂脱鯕鉃?5MPa，乙烯為8MPa)進(jìn)行降壓，球閥用于手動控制管路通斷，針閥用于調(diào)節(jié)氣體流量。電磁閥耐壓10MPa，電源為24V，本系統(tǒng)使用閉環(huán)控制策略精確控制配氣和進(jìn)排氣管路中電磁閥的開閉，以實現(xiàn)對配氣和進(jìn)排氣過程的遠(yuǎn)程精確控制。

點火系統(tǒng)由兩支火花塞、兩個點火線圈和點火控制模塊組成；其中，火花塞可以是BOSCH FR8DP火花塞，點火線圈可以是TC-28A點火線圈。根據(jù)實驗需求選擇單火花塞或雙火花塞點火，點火次數(shù)可在控制模塊進(jìn)行設(shè)定，包括單次點火、多次點火及連續(xù)點火三種模式。

供油系統(tǒng)由電動機(jī)、變頻器、同步帶、同步帶輪、張緊輪、高壓油泵、共軌管、油箱、濾清器、高壓油管、噴油器和高壓共軌控制模塊組成。本系統(tǒng)采用西門子11KW三相異步變頻電動機(jī)，通過正時皮帶帶動最大工作壓力為1600bar的BOSCH CP1H型高壓柱塞油泵工作。

電動機(jī)配有15KW的變頻器，可根據(jù)需要研究不同頻率下的噴油特性。高壓共軌管使用BOSCH的激光焊接軌，最高耐壓值為1600bar。本系統(tǒng)使用電磁驅(qū)動式單孔噴油器18，可與高壓泵、共軌管等部件配合實現(xiàn)最大噴射壓力1600bar的高壓噴射，此噴油器18工作時參數(shù)為：提升電壓100V；提升電流22A；工作電壓24V；保持電流12A；噴孔直徑0.25mm。

在安裝噴油器18的安裝孔處還設(shè)有溫度傳感器(圖未示出)，以及水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)可對噴油器溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。本模塊可安裝BOSCH，無錫油泵油嘴研究所，電裝(中國)投資有限公司等公司多個型號的噴油器，噴油器18和安裝孔之間使用銅墊片進(jìn)行密封。溫度傳感器為Omega K型熱電偶，用以測量充入定容燃燒彈內(nèi)的可燃混合氣初始溫度。其中，水冷系統(tǒng)包括水泵、水管、針閥、冷卻銅管和卡套接頭，針閥可調(diào)節(jié)冷卻水流量以控制噴油器溫度。

攪拌電機(jī)空載轉(zhuǎn)速16500RPM，負(fù)載最大轉(zhuǎn)速14500RPM，本系統(tǒng)所用轉(zhuǎn)速8000RPM。風(fēng)扇外徑30mm，為四扇葉攪拌型風(fēng)扇?；鸹ㄈ吞枮锽OSCH FR8DP，壓力傳感器為Kistler 6125C型，配套Kistler 5018A型電荷放大器使用。

本實用新型還包括上位機(jī)界面，上位機(jī)界面包括預(yù)混容器、定容燃燒彈和驅(qū)動三個模塊。預(yù)混容器模塊控制氧氣、乙烯及氮?dú)馊放錃怆姶砰y；采集的信號包括預(yù)混合容器內(nèi)壓力和溫度信號，實現(xiàn)預(yù)混合氣的配制和狀態(tài)監(jiān)視。定容燃燒彈模塊控制充氣電磁閥和排氣電磁閥；采集的信號包括彈內(nèi)壓力、彈內(nèi)溫度及彈體表面溫度，實現(xiàn)定容燃燒彈充氣和狀態(tài)監(jiān)視。驅(qū)動模塊主要包括點火驅(qū)動和噴射驅(qū)動，可根據(jù)實驗需求對點火和噴射參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

下面結(jié)合圖12，描述內(nèi)燃機(jī)的燃燒試驗過程，內(nèi)燃機(jī)燃燒試驗包括以下階段：

配氣階段：氮?dú)狻⒀鯕夂鸵蚁┩ㄟ^分別通過氮?dú)膺M(jìn)氣孔、氧氣進(jìn)氣孔、乙烯進(jìn)氣孔進(jìn)入預(yù)混合容器，為防止充氣時氣體回流，預(yù)混合容器安裝有單向閥。根據(jù)實驗方案計算所需氣體的配制比例，通過ECU(Electronic Control Unit，電子控制單元)向配氣系統(tǒng)發(fā)送配氣信號，控制配氣系統(tǒng)的電磁閥開閉依次沖入定量的氮?dú)狻⒁蚁┖脱鯕狻ｋ姶砰y使用壓力反饋控制，當(dāng)預(yù)混容器30內(nèi)壓力信號對應(yīng)的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值時，溫度信號對應(yīng)的溫度符合溫度范圍時，ECU向預(yù)混容器發(fā)送供氣信號，控制電磁閥快速關(guān)閉，向彈體供氣，保證配氣精度和安全性。

預(yù)混燃燒階段：參考圖1，當(dāng)預(yù)混容器30中的配氣達(dá)到要求后，預(yù)混容器30上的安全閥氣孔41通過管路10a向定容燃燒彈的燃燒腔15輸送配制好的可燃混合氣，打開定容燃燒彈內(nèi)的第一風(fēng)扇，設(shè)定相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，例如將轉(zhuǎn)速設(shè)定為8000rpm/min，促進(jìn)氣體與定容燃燒彈熱量交換，使其溫度一致。ECU向彈體發(fā)送點火信號，控制兩個火花塞17點火引燃定容燃燒彈內(nèi)可燃?xì)怏w，根據(jù)彈體反饋的壓力信號和彈體溫度，氣體燃燒后彈內(nèi)溫度壓力快速上升并達(dá)到峰值，點火燃燒后形成高溫高壓環(huán)境，用以模擬柴油機(jī)氣缸內(nèi)的噴射環(huán)境。

噴油階段：因為彈體10壁面的傳熱損失而使得環(huán)境壓力在燃燒完成、達(dá)到峰值后持續(xù)下降；當(dāng)環(huán)境壓力降至預(yù)先設(shè)定的閾值時向彈體發(fā)送噴油信號，觸發(fā)噴油器18噴油，同時向高速相機(jī)發(fā)送相機(jī)觸發(fā)信號，觸發(fā)高速相機(jī)記錄整個噴霧和燃燒的發(fā)展過程。其中，ECU根據(jù)共軌管的軌壓反饋信號，控制變頻電動機(jī)、高壓油泵及共軌管向彈體內(nèi)的噴油器18供油，ECU與高壓油泵之間為閥控制。

排氣清理階段：噴霧及燃燒結(jié)束后，定容燃燒彈內(nèi)溫度壓力下降到較低值。打開排氣電磁閥排出廢氣，確認(rèn)廢氣排凈后，拆開定容燃燒彈視窗14，對彈體10內(nèi)部及視窗14進(jìn)行清理。

即，本實施例的定容燃燒彈系統(tǒng)是預(yù)先向定容燃燒彈內(nèi)充入一定量的預(yù)混合可燃?xì)怏w(較為常見的為乙炔，氫氣，氧氣，氮?dú)?，點火燃燒后形成高溫高壓環(huán)境，用以模擬柴油機(jī)氣缸內(nèi)的噴射環(huán)境。通過調(diào)整充入的預(yù)混氣體配比及噴油時刻，可方便地改變環(huán)境參數(shù)(包括過量空氣系數(shù)、模擬EGR率、高溫高壓環(huán)境)。當(dāng)定容燃燒彈內(nèi)的溫度壓力達(dá)到實驗條件時，開始噴油并觸發(fā)攝像系統(tǒng)，對噴霧燃燒過程進(jìn)行記錄，可對噴霧貫穿距、噴霧錐角、液相貫穿距、火焰溫度、碳煙生成等特性進(jìn)行研究。

例如，參考圖13，彈體10中初始充入預(yù)混合氣體1.10MPa，其中乙烯含量3.5％，氧氣含量31.5％，氮?dú)夂?5％。乙烯燃燒后定容燃燒彈內(nèi)壓力達(dá)到最大值5.62MPa。燃燒結(jié)束后，伴隨熱量的散失壓力逐漸下降，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)壓力4MPa時觸發(fā)噴油，柴油經(jīng)霧化燃燒后引起壓力再次上升。對柴油燃燒時段的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可得到柴油在此環(huán)境下的滯燃期和放熱率數(shù)據(jù)。

雖然本實用新型披露如上，但本實用新型并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。