專利名稱：一種內(nèi)燃機缸內(nèi)采樣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種內(nèi)燃機燃氣采樣系統(tǒng)，特別是一種內(nèi)燃機缸內(nèi)局部定點燃氣采樣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機缸內(nèi)燃燒過程是影響其經(jīng)濟性和排放特性的根本，為了降低內(nèi)燃機的燃油消耗和降低內(nèi)燃機的排放，國內(nèi)外的諸多學(xué)者一直致力于內(nèi)燃機燃燒過程的研究。內(nèi)燃機的燃燒過程非常迅速，也非常復(fù)雜的，為了研究內(nèi)燃機燃燒過程，目前通常采用的方法有PIV法、光電檢測法、激光誘導(dǎo)熒光法以及透明發(fā)動機可視法等等。上述研究內(nèi)燃機燃燒過程的方法往往都需要在燃油中添加一定的物質(zhì)和使用非常昂貴的輔助設(shè)備，或者是需要對發(fā)動機進行大量的改造。比如，PIV法需要在燃油中加入一定量的示蹤粒子，并且需要高精度的影像記錄設(shè)備；又如，透明發(fā)動機可視法需要對發(fā)動機進行透明化改造，將活塞用透明·材料制成，其改造難度較大并且不能長持續(xù)時間工作，同時也需要高精度的影像記錄設(shè)備。對于內(nèi)燃機的燃燒過程的研究，研究其燃燒中間產(chǎn)物是一種有效的研究手段。通過采集燃燒室內(nèi)在某特定時刻和某特定位置的混合氣樣本，然后利用物理化學(xué)的分析方法對其進行分析，就可以得出該時刻在該位置的混合氣濃度、生成物濃度、混合氣當中的各種物質(zhì)等表征燃燒過程的參數(shù)，由此實現(xiàn)對燃燒過程的研究。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種有利于進行氣缸內(nèi)局部定點采樣的一種系統(tǒng)。本新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種內(nèi)燃機缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，包括采樣控制單元和采樣管，采樣管結(jié)構(gòu)為細長管設(shè)置在圓筒形的稀釋室前端并與稀釋室連通，稀釋室后部設(shè)置有與稀釋室連通的惰性氣體進口管以及混合氣出口管，惰性氣體進口管上設(shè)置有惰性氣體閥，混合氣體出口管上設(shè)置有三通閥，三通閥的進口與混合氣出口管連接，三通閥的第一出口與氣體分析設(shè)備連接，三通閥的第二出口與放空管連接，采樣控制閥的閥桿旋接在稀釋室后端并從外向內(nèi)伸入稀釋室內(nèi)，該閥桿上設(shè)置有密封裝置，該閥桿前端的圓錐形頭能夠封堵在細長管的出氣口上。上述采樣控制閥的閥桿前端的圓錐形頭上設(shè)置有密封圈。上述細長管的內(nèi)徑為內(nèi)燃機缸徑的2°/Γ5%。還具有顯示設(shè)備，該顯示設(shè)備與氣體分析設(shè)備連接。還具有步進電機，步進電機的軸與伸出稀釋室外的采樣控制閥的閥桿一端連接；采樣控制單元由相互連接的微電腦及步進電機控制電路組成。本實用新型包括一個采樣器，該采器管由細長采樣管、稀釋室、惰性氣體進氣管和混合氣出口管組成，該采樣器適用于所有的內(nèi)燃機燃燒生成物樣本，該采樣管還自帶一個用于控制采樣管通斷的采樣控制閥；一套微電腦采樣控制系統(tǒng)，用于控制采樣控制閥，以及氣體分析設(shè)備和結(jié)果顯示設(shè)備。[0011]本實用新型的系統(tǒng)可以用來取代以往的全缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，以前對缸內(nèi)氣體直接采樣時一般都利用的是全缸內(nèi)采樣的方法。本實用新型的局部定點采樣方法可以克服全缸內(nèi)采樣時由于缸內(nèi)的不均勻性所引起的誤差；同時局部定點采樣方法也可以分析缸內(nèi)不同位置不同時刻的成分，通過采集不同時刻不同位置的樣氣就可以把全缸內(nèi)不同時刻的氣體狀態(tài)重新呈現(xiàn)出來，由此可以作為分析燃燒的根據(jù)，也可以作為驗證三維流體仿真的重要方法和手段。系統(tǒng)的采樣器由細長管、稀釋室、惰性氣體進口管及控制閥、混合氣體出口管及控制閥和采樣控制閥組成。采樣管的細長管直接伸入到內(nèi)燃機的缸內(nèi)，當需要采樣時，由微電腦控制采樣控制閥打開，缸內(nèi)混合氣體在壓力的作用下被壓入到稀釋室里面，稀釋室里面需要預(yù)先充滿惰性氣體，缸內(nèi)混合氣進入到稀釋室后被惰性氣體稀釋，同時也會被惰性氣體降溫，在稀釋和降溫的又重作用下缸內(nèi)混合氣的反應(yīng)會終止，其混合物的成份凍結(jié)，被稀釋后的混合氣可以直接輸出到分析設(shè)備中進行分析，由此得出被采集的樣氣的成份。采集樣氣時，為了避免上一次采集對樣本的影響，樣本氣體在完成采集后立即輸送到分析設(shè)備，同時由惰性氣體把整個稀釋室內(nèi)的氣體置換成惰性氣體；在發(fā)動機活塞下行過程中采樣控制閥再次打開，由惰性氣把采樣管內(nèi)的氣體置換成惰性氣體，由此整個采樣管內(nèi)全部置換 成了惰性氣體，為下一次采樣作好準備。為了采樣的精確，采樣時間要很短以避免混合氣成份隨時間的變化而造成采樣誤差過大，同時采樣管的直徑要很小，以減小采樣范圍過大而造成樣氣成分的誤差。系統(tǒng)采樣時只采集缸內(nèi)局部在某一時刻的混合氣本樣本，只要采樣時間和采樣管的直徑足夠小，那么就可以把所采集的樣本當成是對缸對狀態(tài)的點采樣。采樣管的直徑要足夠細，以避免采樣管對缸內(nèi)氣流運動造成過大的影響，一般情況下，其直徑控制在缸徑的2% 5%。本采樣系統(tǒng)在發(fā)動機缸內(nèi)可以安裝多個，以便同時采集不同位置的混合氣樣本。采樣時間的控制以發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)角信號為時間基準信號。本實用新型的有益效果I、采樣管的結(jié)構(gòu)簡單實用，方便操作。2、米樣系統(tǒng)米用了對內(nèi)燃機缸內(nèi)混合氣進行直接米樣的方法；對缸內(nèi)混合氣的樣本采集只了限于局部和瞬時的采樣；采樣管的直徑控制在缸徑的2% 5%以內(nèi)；采樣時間的控制以發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)角信號為時間基準信號；采樣完成后由惰性氣體先行置換稀釋室內(nèi)的混合氣，在活塞下行時利用壓力差置換采樣管內(nèi)的混合氣；通過調(diào)整采樣管的位置和采樣時刻，可以完成對缸內(nèi)任意位置和任意時刻的采樣，其結(jié)果可以重現(xiàn)內(nèi)燃機缸內(nèi)氣體成分分布。

圖I是采樣管的結(jié)構(gòu)圖。圖2是采樣管安裝在發(fā)動機上的示意圖。圖3是本實用新型的工作邏輯框圖。
具體實施方式
圖I示出內(nèi)燃機缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，包括采樣控制單元4，氣體分析設(shè)備，采樣管結(jié)構(gòu)為細長管I設(shè)置在圓筒形的稀釋室2前端并與稀釋室連通，稀釋室后部設(shè)置有與稀釋室連通的惰性氣體進口管3以及混合氣出口管5，惰性氣體進口管上設(shè)置有惰性氣體閥，混合氣體出口管5上設(shè)置有三通閥三通閥的進口與混合氣出口管5連接，三通閥的第一出口與所述氣體分析設(shè)備連接，三通閥的第二出口與放空管連接，采樣控制閥的閥桿6旋接在稀釋室后端并從外向內(nèi)伸入稀釋室內(nèi)，該閥桿上設(shè)置有密封裝置(密封裝置即現(xiàn)有閥門的閥桿與閥體之間的填料函，起密封作用)，該閥桿前端的圓錐形頭能夠封堵在細長管的出氣口上。采樣控制閥的閥桿前端的圓錐形頭上設(shè)置有密封圈。細長管I的內(nèi)徑為內(nèi)燃機缸徑的2% 5%。步進電機的軸與伸出稀釋室外的采樣控制閥的閥桿6 —端連接；所述采樣控制單元4由相互連接的微電腦及步進電機控制電路(該控制電路采用現(xiàn)有繼電器控制電路，由微電腦控制輸入一個電信號，使該控制器電路中的繼電器的常開觸點閉合，從而對步進電機供電，啟動步進電機運轉(zhuǎn))組成。參見圖1，采樣管由細長管I、稀釋室2、惰性氣體進口管3、采樣控制單元4 (可安裝在發(fā)動機上)、混合氣出口管5和采樣控制閥6組成。參見圖2,安裝到發(fā)動機上時,細長管I直接伸入到發(fā)動機缸內(nèi)，其余部分在發(fā)動機缸外，安裝好好要保證發(fā)動機氣缸不漏氣。安裝的方式可以為安裝在發(fā)動機的氣缸蓋上，頁可以安裝在發(fā)動機的活塞上。參見圖2的安裝示意圖，7為采樣管，8為噴油器，9為氣缸間隙，10為燃燒室。采樣管7與燃燒室的相對位置可以通過調(diào)整采樣管的伸入長度和傾斜角度來調(diào)整。參見圖3的采樣系統(tǒng)示意圖，整個采樣系統(tǒng)由采樣控制單元、發(fā)動機、惰性氣體、采樣管、氣體分析設(shè)備和顯示設(shè)備組成。在這套系統(tǒng)中，發(fā)動機缸內(nèi)的氣體為測試的對象，采樣控制閥控制采樣時刻和采樣時間，惰性氣體用于稀釋所采集的樣氣和沖洗采樣管，采樣管作為采樣裝置，氣體分析設(shè)備用于分析所采集的氣體樣本，顯示設(shè)備(與氣體分析設(shè)備連接)用于控制和顯示系統(tǒng)的狀態(tài)和測試的結(jié)果。上述內(nèi)燃機缸內(nèi)采樣系統(tǒng)的采樣方法，其特征在于，按以下步驟進行a)、將多只采樣管安裝在發(fā)動機上，采樣管的細長管直接伸入發(fā)動機的氣缸內(nèi)，每只采樣管伸入到氣缸內(nèi)的不同位置；b)、采樣前，開啟惰性氣體閥以及關(guān)閉三通閥，向稀釋室內(nèi)通入惰性氣體后關(guān)閉惰性氣體閥；米樣時，由微電腦控制米樣控制閥開啟，氣缸內(nèi)的混合氣體在壓力的作用下被壓入到稀釋室內(nèi)與惰性氣體混合，被稀釋后的混合氣體即樣氣輸出到氣體分析設(shè)備中進行分析，并由顯示設(shè)備顯示出分析結(jié)果，由此得出被采集的樣氣的成分C)、采樣完成后，關(guān)閉采樣控制閥和關(guān)閉三通閥第一出口，開啟惰性氣體閥和三通閥第二出口，向稀釋室內(nèi)通入惰性氣體，將稀釋室內(nèi)的樣氣置換成惰性氣體，為下一次采樣作好裝備。通過調(diào)整采樣管的位置和采樣時刻，完成對氣缸內(nèi)任意位置和發(fā)動機不同工況以及發(fā)動機同一工況不同時刻的米樣，以確定發(fā)動機氣缸內(nèi)的氣體成分分布狀況。所述采樣管為九只；九只采樣管伸入到氣缸內(nèi)腔范圍內(nèi)的一個長方體的8個頂點和一個中心點的位置處。在工作過程中，首先將采樣管安裝到發(fā)動機上，長細管直接伸入到發(fā)動機的氣缸內(nèi)，惰性氣體發(fā)生裝置直接接到惰性氣體進口管上，混合氣體出口管經(jīng)三通閥連接入氣體分析設(shè)備，惰性氣體的控制和混合氣出口的控制也可以由采樣控制單元來完成。發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)，當運行到需要采樣的時刻控制設(shè)備即控制采樣控制閥打開，惰性氣體閥和混合氣出口管的三通閥均關(guān)閉，缸內(nèi)氣體在高壓的作用下被壓入到采樣管內(nèi)，然后樣氣進入到充滿惰性氣體的稀釋室里面，在惰性氣體的冷卻和稀釋作用下，氣體反應(yīng)終止，氣體成分成凍結(jié)狀態(tài)。當采集到所需要的樣氣后，控制系統(tǒng)控制采樣閥關(guān)閉，打開惰性氣體閥和混合氣出口的三通閥的第一出口，在惰性氣體的推動作用下稀釋內(nèi)的混合氣通過管道進入到氣體分析設(shè)備進行成分分析，分析結(jié)果直接送到顯示設(shè)備進行顯示，到此一次采樣過程即完成。一次采樣完成后，稀釋室內(nèi)必須完全充滿惰性氣體，不能有缸內(nèi)氣體，否則會影響下一次采樣的結(jié)果。當活塞下行到一定位置后，缸內(nèi)的氣體壓力降低到一定程度，此時打開采樣控制閥和惰性氣體控制閥，利用惰性氣體的壓力把惰性氣體壓入到采樣管內(nèi)，置換掉上一次采樣時所殘留的缸內(nèi)氣體，為下一次采樣作好準備。到此，惰性氣體對采樣殘留氣體的轉(zhuǎn)換過程完成。當采樣過程和轉(zhuǎn)換過程都完成時，整個的采樣過程即完成，系統(tǒng)為下一次采樣作好準 備。上述過程為內(nèi)燃機缸內(nèi)采樣的過程，但是該系統(tǒng)不局限于內(nèi)燃機缸內(nèi)的采樣，也可以用于其他類似的采樣。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)燃機缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，包括，采樣控制單元(4)，氣體分析設(shè)備，其特征是，采樣管結(jié)構(gòu)為細長管(I)設(shè)置在圓筒形的稀釋室(2)前端并與稀釋室連通，稀釋室后部設(shè)置有與稀釋室連通的惰性氣體進口管(3)以及混合氣出口管(5)，惰性氣體進口管上設(shè)置有惰性氣體閥，混合氣體出口管(5 )上設(shè)置有三通閥；三通閥的進口與混合氣出口管(5 )連接，三通閥的第一出口與所述氣體分析設(shè)備連接，三通閥的第二出口與放空管連接，采樣控制閥的閥桿(6)旋接在稀釋室后端并從外向內(nèi)伸入稀釋室內(nèi)，該閥桿上設(shè)置有密封裝置，該閥桿前端的圓錐形頭能夠封堵在細長管的出氣口上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種內(nèi)燃機缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，其特征是，所述采樣控制閥的閥桿前端的圓錐形頭上設(shè)置有密封圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種內(nèi)燃機缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，其特征是，所述細長管(I)的內(nèi)徑為內(nèi)燃機缸徑的2°/Γ5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種內(nèi)燃機缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，其特征是，還具有顯示設(shè)備，該顯示設(shè)備與氣體分析設(shè)備連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)燃機缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，其特征是，還具有步進電機，步進電機的軸與伸出稀釋室外的采樣控制閥的閥桿(6) —端連接；所述采樣控制單元(4)由相互連接的微電腦及步進電機控制電路組成。
專利摘要一種內(nèi)燃機缸內(nèi)采樣系統(tǒng)，包括采樣控制單元和采樣管，采樣管結(jié)構(gòu)為細長管設(shè)置在圓筒形的稀釋室前端并與稀釋室連通，稀釋室后部設(shè)置有與稀釋室連通的惰性氣體進口管以及混合氣出口管，惰性氣體進口管上設(shè)置有惰性氣體閥，混合氣體出口管上設(shè)置有三通閥；三通閥的進口與混合氣出口管連接，三通閥的第一出口與所述氣體分析設(shè)備連接，三通閥的第二出口與放空管連接，采樣控制閥的閥桿旋接在稀釋室后端并從外向內(nèi)伸入稀釋室內(nèi)，該閥桿上設(shè)置有密封裝置，該閥桿前端的圓錐形頭能夠封堵在細長管的出氣口上，本新型能對發(fā)動機氣缸內(nèi)的混合氣體進行局部和瞬時采樣，能較為真實地再現(xiàn)氣缸內(nèi)氣體成分的分布狀況。本新型具有結(jié)構(gòu)簡單實用，方便操作的特點。
文檔編號G01N1/22GK202693384SQ20122034483
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者田維, 曾東建, 魏遠文 申請人:西華大學(xué)