一种可视化光学发动机装置用的加长活塞机构的制作方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种可视化光学发动机装置用的加长活塞机构，包括缸盖、加长活塞、原活塞、缸体，缸体上固定下盖板，缸盖与下盖板之间通过加长支柱支撑，缸盖下方依次设置石英缸套和金属缸套，加长活塞的上端位于金属缸套里，加长活塞的下端与原活塞相连。本发明利用螺纹结构将活塞盖和加长活塞主体部分连接起来，螺纹连接的预紧力使活塞盖和透明窗口接合面具有足够的紧密性，解决了透明窗口与活塞之间密封不紧、漏气的问题，同时通过改变密封垫的厚度可以改变压缩比，实现不同压缩比条件下测量的需要；同时采用四道气环，活塞环采用石墨涂层，可以减少对缸套的磨损，在气环与缸体之间涂有油脂，有效起到润滑和密封的作用。
【专利说明】
一种可视化光学发动机装置用的加长活塞机构
技术领域
[0001]本发明涉及的是一种发动机，具体地说是发动机的活塞机构。
【背景技术】
[0002]光学发动机是一种可视化发动机，利用高速摄影、拉曼散射、激光诱导荧光、粒子图像测速(PIV)等不同的光学测试手段可以获得发动机缸内燃油喷雾、缸内运动、缸内混合气的形成、温度场、浓度场、速度场、燃烧和排放物生成等的信息，为封闭的燃烧室空间提供一个可视化的研究平台，对于发动机的燃烧设计与优化具有指导意义。当前，国外的研究组织和机构都设立有光学发动机可视化测试平台，对发动机的结构设计以及燃烧理论的发展起到了积极的作用，国内在这一方面的研究目前处于初级的阶段。
[0003]光学发动机典型的结构为采用加长活塞的方式，活塞顶部利用石英做成透明窗口，活塞下部的大部分空间掏空以安置下45'倾角反射镜，使得缸内工作过程可通过活塞的透明窗口传至反射镜，从而进行高速拍摄。
[0004]光学发动机采用加长活塞结构为发动机技术研究提供了便利，但同时也存在诸多问题，比如，公开号CN101709676的专利公开了一种《一种光学发动机用加长活塞》，其技术方案是活塞顶部窗口部分和活塞加长部分通过螺栓连接在一起，透明窗口的上、下两侧分别垫有铬镍铁合金的“C”形环，解决透明窗口与活塞顶部凹坑间密封不紧、漏气的问题;公开号CN101737191的专利《一种光学发动机及其加长活塞》，采用相同的螺栓连接方式解决透明窗口与活塞顶部圆孔间密封不紧、漏气的问题。采用上述的技术方案一方面拆卸透明窗口前需要拆卸螺栓，安装时又需要拧紧螺栓，浪费时间且拆卸安装不方便，同时也无法保证螺栓预紧力在透明窗口上均匀分布，透明窗口严密密封；另一方面加长活塞上没有凹坑形状，不能根据实验需要设置燃烧室形状。
[0005]公开号CN1916380A的专利公开了一种《光学发动机》，其在加长活塞上表面设置螺栓将石英玻璃窗压紧密封。上述加长活塞因为设置螺栓孔造成计算发动机压缩比困难，同时在活塞上表面也无法设置避阀坑。
[0006]公开号CN201963414U的专利公开了一种《一种由原缸机活塞改造的加长活塞》，为了保证透明窗口不会从顶部部分的上端滑出，在顶部部分的上端开有一个直径小于透明窗口直径的孔口。采用孔口的技术方案，虽然保证了透明窗口不会从顶部部分的上端滑出，但不能观察到燃烧室形状对喷雾、混合气混合过程等的影响。
[0007]因此，设计一种拆卸安装方便、透明窗口均匀密封、带燃烧室凹坑形状且可以设置避阀坑的光学发动机加长活塞结构对提高光学发动机的实用价值显得尤为重要。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供可对发动机燃油喷雾、缸内运动、缸内混合气的形成等进行研究的一种可视化光学发动机装置用的加长活塞机构。
[0009]本发明的目的是这样实现的:
[0010]本发明一种可视化光学发动机装置用的加长活塞机构，其特征是:包括缸盖、加长活塞、原活塞、缸体，缸体上固定设置有通孔的下盖板，缸盖与下盖板之间通过加长支柱支撑，缸盖下方依次设置石英缸套和金属缸套，加长活塞的上端位于金属缸套里，加长活塞的下端穿过下盖板的通孔伸入至缸体并与原活塞相连。
[0011]本发明还可以包括:
[0012]1、所述加长活塞包括活塞盖、主体部分，活塞盖与主体部分通过螺纹相连，活塞盖位于主体部分上方，主体部分上设置圆台，圆台与活塞盖之间固定有透明玻璃，主体部分两侧开有方形通孔，方形通孔处安装反射镜，在反射镜的反射路径上设置CCD相机，主体部分的外侧设置活塞环。
[0013]2、方形通孔的高度大于加长活塞行程，方形通孔的宽度大于透明玻璃的直径。
[0014]3、活塞环的行程不超出金属缸套的区域。
[0015]4、活塞盖里设置凹坑，活塞盖上开设避阀坑。
[0016]本发明的优势在于:本发明利用螺纹结构将活塞盖和加长活塞主体部分连接起来，螺纹连接的预紧力使活塞盖和透明窗口接合面具有足够的紧密性，解决了透明窗口与活塞之间密封不紧、漏气的问题，同时通过改变密封垫的厚度可以改变压缩比，实现不同压缩比条件下测量的需要，另外活塞盖的形状可以任意设计成各种燃烧室的凹坑形状，满足试验对各种燃烧室形状的需要；同时采用四道气环，活塞环采用石墨涂层，可以减少对缸套的磨损，在气环与缸体之间涂有油脂，有效起到润滑和密封的作用。加长活塞主体部分底部通孔和凸台的设计保证了加长活塞与缸套的同轴度，避免加长活塞往复运动时与缸套碰撞。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的结构示意图；
[0018]图2为本发明加长活塞的示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
[0020]结合图1、2，本发明一种可视化光学发动机装置用的加长活塞5，包括缸盖1、加长活塞5、原活塞9、缸体10等。
[0021]加长活塞5由活塞盖11和加长活塞主体部分17两部分组成，活塞盖11包括凹坑12和螺纹14，加长活塞包括螺纹14、活塞环15、圆台18、方形通孔19、通孔20和凸台21。
[0022]活塞盖11和加长活塞主体部分17通过螺纹14结构连接。通过设计凹坑12形状可以把活塞盖11的形状设计成各种燃烧室形状，同时在活塞盖11上面还可以开设避阀坑，通过调整活塞盖的高度可以改变光学发动机压缩比。
[0023]在加长活塞主体部分17的圆台18上安装有透明窗口 16，同时在透明窗口 16的上下两侧垫有垫片13，活塞盖11和加长活塞主体部分17通过螺纹14预紧力将透明窗口 16压紧，使透明窗口 16与加长活塞5紧固密封。
[0024]由于透明缸套2非常容易被活塞环15划破，而活塞环15在透明缸套2和金属缸套3两个不同介质见运动，很难保证运动的平稳，因此活塞环15设计成仅在金属缸套3内运动，活塞环15采用四道气环，同时活塞环15采用石墨涂层，以减少对缸套的磨损，因为没有由于没有润滑系统，在气环与缸体之间涂有油脂，有效起到润滑和密封的作用。
[0025]加长活塞主体部分17两侧开有安装45°角反射镜8的方形通孔19，方形通孔19的高度大于发动机行程，以避免加长活塞5上下运动时碰到反射镜8;方形通孔19的宽度最好大于透明窗口 16的直径，以便尽可能增大观察缸内喷雾、燃烧等情况的视野。
[0026]加长活塞5与原活塞9通过凸台21定位，而螺栓穿过通孔20将加长活塞5和原活塞9固定连接在一起，保证加长活塞5和原活塞9同轴。
[0027]启动可视化光学发动机，控制燃油喷射开始，平行光源沿垂直于石英缸套2的轴线方向进入燃烧室，其中一部分平行光沿燃烧室轴线方向穿过透明玻璃16并被45°反射镜8反射，反射光进入CCD相机6，将燃烧室某一确定横截面方向的喷雾、燃烧等情况记录在CCD相机6上。
[0028]活塞盖11的形状可以任意设计成各种燃烧室的凹坑形状，同时上面还可以开设避阀坑，通过设计活塞盖的高度可以改变光学发动机压缩比。
[0029]透明窗口16安装在加长活塞主体部分内部的圆台18上，上下面垫有密封垫13，依靠螺纹预紧力，活塞盖将透明窗口压紧，使透明窗口与加长活塞紧密密封。
[0030]活塞环15由四道气环组成，气环采用石墨涂层以减少对缸套的磨损；由于没有润滑系统，在气环与缸套之间涂有油脂，能有效起到润滑和密封的作用。
[0031]加长活塞主体部分17底部设有与原活塞9定位固定连接的凸台21和通孔20。
【主权项】
1.一种可视化光学发动机装置用的加长活塞机构，其特征是:包括缸盖、加长活塞、原活塞、缸体，缸体上固定设置有通孔的下盖板，缸盖与下盖板之间通过加长支柱支撑，缸盖下方依次设置石英缸套和金属缸套，加长活塞的上端位于金属缸套里，加长活塞的下端穿过下盖板的通孔伸入至缸体并与原活塞相连。2.根据权利要求1所述的一种可视化光学发动机装置用的加长活塞机构，其特征是:所述加长活塞包括活塞盖、主体部分，活塞盖与主体部分通过螺纹相连，活塞盖位于主体部分上方，主体部分上设置圆台，圆台与活塞盖之间固定有透明玻璃，主体部分两侧开有方形通孔，方形通孔处安装反射镜，在反射镜的反射路径上设置CCD相机，主体部分的外侧设置活塞环。3.根据权利要求2所述的一种可视化光学发动机装置用的加长活塞机构，其特征是:方形通孔的高度大于加长活塞行程，方形通孔的宽度大于透明玻璃的直径。4.根据权利要求2或3所述的一种可视化光学发动机装置用的加长活塞机构，其特征是:活塞环的行程不超出金属缸套的区域。5.根据权利要求2或3所述的一种可视化光学发动机装置用的加长活塞机构，其特征是:活塞盖里设置凹坑，活塞盖上开设避阀坑。6.根据权利要求4所述的一种可视化光学发动机装置用的加长活塞机构，其特征是:活塞盖里设置凹坑，活塞盖上开设避阀坑。
【文档编号】F02F3/00GK106089479SQ201610421624
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月12日 公开号201610421624.X, CN 106089479 A, CN 106089479A, CN 201610421624, CN-A-106089479, CN106089479 A, CN106089479A, CN201610421624, CN201610421624.X
【发明人】董全, 王德玉, 黄涛, 蔡志勇, 李越, 赵纬, 陶锋
【申请人】哈尔滨工程大学