一種飛滴式單液滴燃燒系統的製作方法

2023-12-04 22:24:31 1

本發明屬於內燃機燃燒技術領域，具體涉及一種飛滴式單液滴燃燒系統。

背景技術：

缸內直噴和增壓已成為當今汽油機技術的主流方向，然而，隨著發動機小型化和動力性的提高，增壓汽油直噴發動機出現了一種新的異常燃燒現象——早燃，早燃嚴重影響著發動機性能和使用壽命。潤滑油液滴竄入發動機燃燒室誘發低速早燃被認為是其中的一個重要因素，因此，研究潤滑油單液滴的燃燒過程尤為必要。但目前，針對於單液滴燃燒過程的實驗設備比較缺乏，相關技術的液滴生成器大多針對低粘度液體燃料，難以滿足潤滑油等高粘度液體的使用。

申請號為201310226776.0的中國專利公開了一種高溫高壓單液滴蒸發與燃燒裝置，包括供氣裝置，與所述供氣裝置連接的燃燒蒸發彈體，位於所述燃燒蒸發彈體上部的單液滴發生器和單液滴發生器冷卻裝置，以及通過導線與所述燃燒蒸發彈體連接的控制單元；所述供氣所述單液滴發生器包括位於其內部的壓電片式噴射器；所述單液滴發生器冷卻裝置包括與所述單液滴發生器連接的水泵和位於所述單液滴發生器內部的熱電偶絲溫度傳感器，該專利能夠實現對微小液滴蒸發與燃燒特性的研究，但該裝置使用的是壓電片式噴射器，主要依靠液體腔室內容積的細小變化來產生單液滴，對於粘性較大的液體例如潤滑油不適用；該裝置產生的高溫方式是使用熱電偶加熱空氣進而通過空氣加熱液滴，使其蒸發燃燒，此方式能夠產生的溫度變化範圍有限，不能直接在液滴下落過程中將液滴完全蒸發燃燒，且未燃燒的液滴會殘留在燃燒彈體內，對液滴蒸發燃燒以及溫度場的穩定性有一定的負面影響。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了解決上述問題而提供一種飛滴式單液滴燃燒系統，用於研究單液滴燃燒過程。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種飛滴式單液滴燃燒系統，包括輸送飛滴式單液滴的液滴輸送單元、提供高溫環境的燃燒器單元、為燃燒器單元提供氣體燃料的供氣單元以及記錄單液滴燃燒狀態的記錄單元，所述的液滴輸送單元設於燃燒器單元的上部，包括微量注射器、與微量注射器連接的針管以及安裝在針管末端的針頭；所述的燃燒器單元包括底座、設於底座上的外殼以及設於外殼上部的多孔燃燒盤，所述的多孔燃燒盤上部設有外層擋圈，所述的外層擋圈與多孔燃燒盤形成用於燃燒單液滴的高溫區，高溫區的高度為40-70mm，高溫區內設有連接計算機的溫度傳感器；所述的供氣單元設於燃燒器單元下部，包括提供空氣協流的鼓風設備和燃料氣瓶，所述的鼓風設備和燃料氣瓶的輸出端分別連接氣管，氣管匯合後通入燃燒器單元；所述的記錄單元為連接計算機的高速攝像設備，所述的高速攝像設備對高溫區內單液滴燃燒狀態進行攝像。

所述的外層擋圈外表面環繞設有由多圈紫銅管纏繞形成的冷卻水套，所述的外層擋圈避免環境空氣對多孔燃燒盤協流火焰造成影響，冷卻水套通過冷卻使外層擋圈的輻射降低。所述的外層擋圈與多孔燃燒盤上表面的凸臺過盈配合密封，所述的冷卻水套通過卡箍貼合在外層擋圈的外表面。

所述的冷卻水套通過水管從冷卻水池中泵水進行冷卻，所述的冷卻水池內設有連接計算機的溫度傳感器。

所述的燃燒器單元殼體內部設有火焰捕集器，所述的火焰捕集器由網板以及設於網板上的玻璃珠組成，所述的玻璃珠直徑為2-3mm，填充高度為30mm，所述的火焰捕集器由設於殼體內部的支撐套支撐，火焰捕集器和支撐套與外殼的內壁緊密貼合，支撐套的下端與底座貼合，火焰捕集器可促進由下方進來的協流混合氣均勻混合，同時避免火焰向燃料源傳播。

所述燃燒器單元的底座與外殼進行焊接密封，底座設有將供氣單元的混合氣通入的協流進氣孔。

所述的多孔燃燒盤由黃銅製成，多孔燃燒盤上均勻分布直徑為1-2mm的通孔，用以形成穩定的火焰，同時起到防止發生回火的作用。多孔燃燒盤通過凸臺與外殼上端面過盈配合密封，殼體內中間設有中央通管，未燃淨的液滴通過中央通管落入燃燒器底部。

所述的鼓風設備輸出端的管路上設有流量計、連接計算機的壓力傳感器和溫度傳感器，所述的燃料氣瓶輸出端的管路上設有減壓閥、流量計、連接計算機的壓力傳感器和溫度傳感器，所述的鼓風設備為鼓風機。

所述的針管為細長管，針管末端的針頭孔徑為0.1-0.3mm，並通過絕熱擋板與燃燒器單元隔開。

所述的高速攝像設備由高速攝像機、連接至計算機的數據線、配套電源以及配套軟體組成。

本發明工作過程為，通過手動推進微量注射器，將液體燃料由針管推送至針頭，在針頭尖端形成穩定大小的單液滴，在重力和表面張力的作用下單液滴最終自由落體滴入高溫區燃燒；氣體燃料與鼓風設備輸出的空氣在管路中混合形成預混合氣，最終輸送到燃燒器單元中，減壓閥控制氣體燃料的通斷，流量計測量空氣和氣體燃料的流量，通過調節氣體燃料的流量改變空燃比，控制燃燒器內上方火焰溫度。氣體燃料在殼體內腔的上部燃燒，在多孔燃燒盤上部形成穩定的高溫區，可以通過溫度傳感器監測，單液滴在高溫區燃燒燃燒，通過高速攝像機直接拍攝單液滴在高溫區的燃燒過程，配套電源為高速攝像機供電，數據線連接高速攝像機和計算機，高速攝像機記錄的數據通過數據線傳輸到計算機，配套軟體控制高速攝像機的拍攝參數；溫度傳感器、壓力傳感器採集的數據傳輸到處理器進行數據轉換處理，再傳輸到電腦進行儲存讀取，控制整個實驗過程。

與現有技術相比，本發明的優點為：本發明的燃燒器通過控制燃料氣體的流量，控制高溫區域的溫度，實現不同溫度範圍單液滴蒸發燃燒，能夠產生700k-1500k的寬域高溫範圍，實現單液滴的快速蒸發燃燒；本發明單液滴產生方式簡單，通過微量注射器吸取液體燃料，按壓注射器活塞筒即可產生大小相同的單液滴，液滴位於注射器針頭尖端，在重力的作用下自由落體，進入高溫區進行蒸發燃燒，未燃燼的液滴通過中央通管穿過燃燒器被收集，不會落至燃燒盤燃燒，且不產生其他影響，適合粘性較大的液體，如潤滑油的滴入。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明燃燒器單元的剖視圖；

圖中：1-微量注射器；2-針管；3-絕熱擋板；4-針頭；5-單液滴；6-溫度傳感器；7-高速攝像設備；8-計算機；9-鼓風設備；10-燃料氣瓶；11-流量計；12-減壓閥；13-底座；14-冷卻水池；15-水管；16-底座；17-外殼；18-多孔燃燒盤；19-火焰捕集器；20-外層擋圈；21-冷卻水套；22-支撐套；23-協流進氣孔；24-中央通管；25-高溫區。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例1

一種飛滴式單液滴燃燒系統，如圖1所示，包括輸送飛滴式單液滴5的液滴輸送單元、提供高溫環境的燃燒器單元、為燃燒器單元提供氣體燃料的供氣單元以及記錄單液滴5燃燒狀態的記錄單元。

液滴輸送單元設於燃燒器單元的上部，包括微量注射器1、與微量注射器1連接的針管2以及安裝在針管2末端的針頭4，針管2為細長管，針管2末端的針頭4孔徑為0.1-0.3mm，本實施例為0.2mm，並通過絕熱擋板3與燃燒器單元隔開。

如圖2所示，燃燒器單元呈圓筒形，包括底座16、設於底座16上的外殼17以及設於外殼17上部的多孔燃燒盤18，多孔燃燒盤18上部設有外層擋圈20，外層擋圈20與多孔燃燒盤18形成用於燃燒單液滴5的高溫區25，高溫區25內設有連接計算機8的溫度傳感器6，外層擋圈20外表面環繞設有由多圈紫銅管纏繞形成的冷卻水套21，冷卻水套21通過水管15從冷卻水池14中泵水進行冷卻，冷卻水池14內設有連接計算機8的溫度傳感器6，燃燒器單元殼體17內部設有火焰捕集器19，火焰捕集器19由網板以及設於網板上的玻璃珠組成，玻璃珠直徑為2-3mm，填充高度為30mm，火焰捕集器19由設於殼體17內部的支撐套22支撐，火焰捕集器19和支撐套22與外殼17的內壁緊密貼合，支撐套22的下端與底座16貼合，燃燒器單元的底座16與外殼17進行焊接密封，底座13設有將供氣單元的混合氣通入的協流進氣孔23，多孔燃燒盤18由黃銅製成，多孔燃燒盤18上均勻分布直徑為1.6mm的通孔，多孔燃燒盤18通過凸臺與外殼17上端面過盈配合密封，殼體內中間設有中央通管24。

供氣單元設於燃燒器單元下部，包括提供空氣協流的鼓風設備9和燃料氣瓶10，鼓風設備9和燃料氣瓶10的輸出端分別連接氣管，氣管匯合後通入燃燒器單元，鼓風設備9輸出端的管路上設有流量計11、連接計算機8的壓力傳感器13和溫度傳感器6，燃料氣瓶10輸出端的管路上設有減壓閥12、流量計11、連接計算機8的壓力傳感器11和溫度傳感器6，鼓風設備9為鼓風機。

記錄單元為連接計算機的高速攝像設備，高速攝像設備對高溫區25內單液滴5燃燒狀態進行攝像，高速攝像設備7由高速攝像機、連接至計算機8的數據線、配套電源以及配套軟體組成。

通過手動推進微量注射器，將液體燃料由針管推送至針頭，在針頭尖端形成穩定大小的單液滴，在重力和表面張力的作用下單液滴最終自由落體滴入高溫區燃燒；氣體燃料與鼓風設備輸出的空氣在管路中混合形成預混合氣，最終輸送到燃燒器單元中，減壓閥控制氣體燃料的通斷，流量計測量空氣和氣體燃料的流量，通過調節氣體燃料的流量改變空燃比，控制燃燒器內上方火焰溫度。氣體燃料在殼體內腔的上部燃燒，在多孔燃燒盤上部形成穩定的高溫區，可以通過溫度傳感器監測，單液滴在高溫區燃燒燃燒，通過高速攝像機直接拍攝單液滴在高溫區的燃燒過程，配套電源為高速攝像機供電，數據線連接高速攝像機和計算機，高速攝像機記錄的數據通過數據線傳輸到計算機，配套軟體控制高速攝像機的拍攝參數；溫度傳感器、壓力傳感器採集的數據傳輸到處理器進行數據轉換處理，再傳輸到電腦進行儲存讀取，控制整個實驗過程。