技术领域
[0001] 本实用新型属
汽车发动机技术领域，具体涉及一种光学发动机。
背景技术
[0002] 随着世界石油资源的日趋贫乏以及人们环保意识的不断提高，人们越来越重视发动机的节能减排。因此，经济性和排放性在发动机中扮演着越来越重要的
角色。在这两种主要因素驱动下，发动机技术不断升级。
[0003] 发动机的工作过程是一个极为复杂的过程，主要包括在
湍流状态下的燃油喷射、
蒸发、混合、着火等一系列的物理、化学过程。整个工作过程所需要的时间非常短，因此，对发动机燃烧控制非常难。优化喷油和进气过程，合理组织缸内气流运动，使用多元化的
燃料已经使发动机的经济性、排放性、动
力性得到很大的改善。但是面对严格的排放法规以及人们对经济性和动力性的要求，传统发动机技术难以满足。因此，一些新的燃烧模式也不断被提出，主要有
均质压燃(HCCI)、预混压燃(PCCI)等。这些燃烧模式的燃烧效率和经济性较高，排放性较低。
[0004] 针对这些新的燃烧模式，以往的发动机诊断手段主要是通过发动机的外部特性测量与分析，没有对发动机的内部燃烧的微观特性有一个直观的认识。光学发动机是一种可以直观看到发动机内部燃烧情况的发动机。目前国内外主要的光学手段有：米氏(Mie)、瑞利(Rayleigh)和激光自发
拉曼散射(Raman)、相干反斯托克斯拉曼散射、激光诱导白炽光技术(LII)、平面激光诱导
荧光技术(PLIF)、
化学发光法以及光学示踪剂法等等。通过对发动机设计不同的光学通路再结合不同的光学手段可以对发动机的
温度场、速度场以及组分成分及其浓度等内部燃烧情况有一个直观的认识，从而指导我们进一步设计和优化发动机。
[0005] 光学发动机虽然能直观的看到缸内燃烧情况，但也存在着一些技术难题：石英玻璃的冷却、石英玻璃的擦拭以及观察
视野有限等。本实用新型涉及一种光学发动机能同时解决以上三个问题。
发明内容
[0006] 本实用新型的目的在于提供一种起动预热、充分冷却、视野宽、石英缸套安装以及擦拭方便的光学发动机。
[0007] 本实用新型由
燃油供给系统A、机油
温度控制系统C、起动
电机D、
水温控制系统F、发动机控制系统G、原发动机缸盖Ⅰ、加长
可视化部分Ⅱ和原发动机缸体Ⅲ组成，其中原发动机缸盖Ⅰ、加长可视化部分Ⅱ和原发动机缸体Ⅲ
自上而下顺序固接，燃油供给系统A经高压油管与原发动机缸盖Ⅰ的高压共轨连接，机油温度控制系统C经油管与原发动机缸体Ⅲ的
油底壳连接，
起动电机D的输出端与原发动机缸体Ⅲ的
曲轴44通过
联轴器连接，发动机控制系统G通过
导线分别与原发动机缸盖Ⅰ的
喷油器、
燃油压力调节
阀、节气
门、
火花塞、
凸轮轴
相位传感器、轨压传感器、发动机缸体Ⅲ的曲轴
位置传感器连接；
[0008] 原发动机缸盖Ⅰ中只保留第二缸的进排气门，同时将原发动机缸盖Ⅰ中第一、三、四缸的所有进排气门拆除,以便于减少
凸轮轴转动时的阻力，
气门导管的上端口密封，从而防止
润滑油泄漏。
[0009] 加长可视化部分Ⅱ中上
支撑板1的上表面与原发动机缸盖Ⅰ的下表面固接，且上支撑板1上面的油道孔与原发动机缸盖Ⅰ下表面的油道孔一一对应。
[0010] 加长可视化部分Ⅱ中下支撑板9的下表面与原发动机缸体Ⅲ的上表面固接，且下支撑板9下面的油道孔与原发动机缸体Ⅲ上表面润滑油道孔一一对应。
[0011] 原发动机缸体Ⅲ内除装有原发动机
活塞Ⅰ39、原发动机活塞Ⅱ41、原发动机活塞Ⅲ44外，另加装加长可视化部分Ⅱ的加长活塞47。
[0012] 原发动机活塞Ⅰ39顶部加装
配重块Ⅰ38，原发动机活塞Ⅱ41顶部加装配重块Ⅱ40，原发动机活塞Ⅲ44顶部加装配重块Ⅲ45；配重块Ⅰ38、配重块Ⅱ40、配重块Ⅲ45各自的重量均与加长活塞47中加长部分的重量相等，即每个配重块的重量分别等于加长活塞减原发动机活塞的重量，从而可以平复光学发动机的往复
惯性力，使光学发动机平稳运行；配重块Ⅲ50通过加长原机正时链条改装而来，配重块Ⅲ50跨度间侧面装有正时链条张紧装置51。
[0013] 机油
泵42的机油泵
链轮54经机油泵链条55与曲轴43的链轮53链连接，机油泵链条55跨度间侧面装有机油泵链条张紧装置56；水温控制系统F经两根水管分别与加长可视化部分Ⅱ的
冷却水入口23和冷却水出口31连接。
[0014] 所述的加长可视化部分Ⅱ由上支撑板1、石英外缸套2、石英内缸套3、冷却水套4、加长缸套5、L型支撑板Ⅰ6、
螺母Ⅰ7、固定
螺栓Ⅰ8、下支撑板9、45°反光镜支座10、45°反光镜11、固定螺栓Ⅱ12、螺母Ⅱ13、L型支撑板Ⅱ14、环垫Ⅰ15、环垫Ⅱ16、底视石英视窗17、石英外缸套2、石英内缸套3、L型支撑板Ⅲ22、加长缸体H、螺母Ⅲ24、固定螺栓Ⅲ25、固定螺栓Ⅳ28、螺母Ⅳ29、L型支撑板Ⅳ30组成，其中上支撑板1与下支撑板9都是长方体，上支撑板1与下支撑板9之间通过它们四个角上的L型支撑板Ⅰ6、L型支撑板Ⅱ14、L型支撑板Ⅲ22、L型支撑板Ⅳ30固接。
[0015] 石英外缸套2的上部装于上支撑板1下表面的环槽Ⅱ64内，上支撑板1下表面的环槽Ⅱ64与石英外缸套2上表面之间装有环垫Ⅲ18，石英外缸套2的下部装于加长缸体H上表面的环槽Ⅰ32内，石英外缸套2的下表面与加长缸体H上表面的环槽Ⅰ32之间装有环垫Ⅱ16；石英内缸套3的上部装于上支撑板1下表面的环槽Ⅱ62内，上支撑板1下表面的环槽Ⅱ62与石英内缸套3上表面之间装有环垫Ⅳ19，石英内缸套3的下部装于加长缸体H上表面的环槽Ⅱ36内，石英内缸套3的下表面与加长缸体H上表面的环槽Ⅱ36之间装有环垫Ⅰ15；加长缸体H通过固定螺栓Ⅰ8、固定螺栓Ⅱ12、固定螺栓Ⅲ25和固定螺栓Ⅳ28与下支撑板9连接。
[0016] 螺母Ⅰ7
螺纹连接于固定螺栓Ⅰ8，螺母Ⅱ13
螺纹连接于固定螺栓Ⅱ12，螺母Ⅲ24螺纹连接于固定螺栓Ⅲ25上，螺母Ⅳ29螺纹连接于固定螺栓Ⅳ28，加长缸体H、加长缸套5的移动以及上支撑板1、石英内缸套3和石英外缸套2、加长缸体H之间的压紧是通过旋转螺母Ⅰ7、螺母Ⅱ13、螺母Ⅲ24、螺母Ⅳ29实现。
[0017] 加长缸体H的冷却水入口23和上支撑板1的冷却水出口31与冷却水管连接；加长缸套5嵌于加长缸体H的冷却水套4内。
[0018] 45°反光镜支座10与下支撑板9的上表面固接，45°反光镜装于45°反光镜支座上。
[0019] 所述的光学发动机，其特征在于，所述的加长缸体H内设有冷却水套4，加长缸体H上端设有环槽Ⅰ32、水道孔Ⅰ33、水道孔Ⅱ34、水道孔Ⅲ35、环槽]Ⅱ36和水道孔Ⅳ37；水道孔Ⅰ33、水道孔Ⅱ34、水道孔Ⅲ35、水道孔Ⅳ37都与冷却水套4连通，加长缸体H后面下部设有冷却水入口23以便于冷却水从冷却水套经水道孔Ⅰ33、水道孔Ⅱ34、水道孔Ⅲ35、水道孔Ⅳ37流入石英外缸套2与石英内缸套3之间的空腔内，从而对石英内缸套3起到冷却的作用。
[0020] 所述的上支撑板1右端设有冷却水出口31，上支撑板1下面设有环槽Ⅲ62、环槽Ⅳ64、水道孔Ⅴ59、水道孔Ⅵ60、水道孔Ⅶ61、水道孔Ⅷ63；水道孔Ⅴ59、水道孔Ⅵ60、水道孔Ⅶ
61、水道孔Ⅷ63都与上支撑板1内部的水道连通，以便于冷却水经石英外缸套2与石英内缸套3之间的空腔进入水道孔Ⅴ59、水道孔Ⅵ60、水道孔Ⅶ61、水道孔Ⅷ63，最后经上支撑板1内的水道以及冷却水出口31流出。
[0021] 本实用新型的工作过程如下：
[0022] 首先启动机油温度控制系统C，调整全可视化光学发动机机油温度，将机油温度加热到80℃左右。同时启动水温控制系统F,将冷却水加热到60℃左右，刚开始使水流缓慢流动，以保证冷却水充满整个冷却水套4和石英外缸套2与石英内缸套3之间的空腔。然后通过起动电机D拖动光学发动机转动，再通过燃油供给系统A供给燃油，以及喷油器喷油和火花塞点火。这一过程是通过发动机控制系统G协调控制的。当将全可视化光学发动机调整到需要研究的工况如CAI燃烧模式下时，由发动机控制系统G触发
激光器B发射激光，激光穿过石英外缸套2、石英外缸套2与石英内缸套3之间的空腔、石英内缸套直接射入
气缸内，由于激光是垂直穿过的，激光的方向不会发生改变，同时采用的冷却水为蒸馏水，对激光的影响非常小。然后由45°反光镜11反射出被激发的散射光线，再由外部的
光谱仪和ICCD E接受。做几次实验后，需要擦拭被燃烧产物污染的石英内缸套3内表面，首先将冷却水放出，通过旋转固定螺栓Ⅰ8、固定螺栓Ⅱ12、固定螺栓Ⅲ25、固定螺栓Ⅳ28上的螺母Ⅰ7、螺母Ⅱ13、螺母Ⅲ24、螺母Ⅳ29向下移动加长缸体H，拿下石英外缸套2和石英内缸套3，进行擦拭。擦拭结束后重新装回，然后旋转固定螺栓Ⅰ8、固定螺栓Ⅱ12、固定螺栓Ⅲ25、固定螺栓Ⅳ28上的螺母Ⅰ7、螺母Ⅱ13、螺母Ⅲ24、螺母Ⅳ29，使加长缸体3和加长缸套5上移，通过旋转螺母Ⅰ7、螺母Ⅱ
13、螺母Ⅲ24、螺母Ⅳ29使石英外缸套2、石英内缸套3与加长缸体H、上支撑板1之间压紧，对称旋紧螺母Ⅰ4、螺母Ⅱ9、螺母Ⅲ16、螺母Ⅳ21，用带有指示力矩值的
扳手对角拧紧。
[0023] 本实用新型冷却充分、视野宽、石英缸套安装以及擦拭方便。
附图说明
[0024] 图1是具有双石英缸套的光学发动机以及外部仪器示意图
[0025] 图2是加长可视化部分剖视图
[0026] 图3是加长可视化部分结构示意图
[0027] 图4是加长缸体俯视示意图
[0028] 图5是原发动机缸体部分以及加长活塞示意图
[0029] 图6是发动机的侧面示意图
[0030] 图7是上支撑板示意图
[0031] 图8是下支撑板示意图
[0032] 图9是加长缸体剖视图
[0033] 其中：A.燃油供给系统 B.激光器 C.机油温度控制系统 D.起动电机 E.光谱仪和ICCD F.水温控制系统 G.发动机控制系统 H.加长缸体 Ⅰ.原发动机缸盖 Ⅱ.加长可视化部分 Ⅲ.原发动机缸体 1.上支撑板 2.石英外缸套 3.石英内缸套 4.冷却水套 5.加长缸套 6.L型支撑板Ⅰ 7.螺母Ⅰ 8.固定螺栓Ⅰ 9.下支撑板 10. 45°反光镜
支架 11. 45°反光镜 12.固定螺栓Ⅱ 13.螺母Ⅱ 14.L型支撑板Ⅱ 15.环垫Ⅰ 16.环垫Ⅱ 17.底视石英视窗 18.环垫Ⅲ 19.环垫Ⅳ 20.润滑油道孔Ⅰ 21.润滑油道孔Ⅱ 22.L型支撑板Ⅲ 23.冷却水入口 24.螺母Ⅲ 25.固定螺栓Ⅲ 26.润滑油道孔Ⅲ 27.润滑油道孔Ⅳ 28.固定螺栓Ⅳ 29.螺母Ⅳ 30.L型支撑板Ⅳ 31.冷却水出口 32.环槽Ⅰ 33.水道孔Ⅰ 34.水道孔Ⅱ 35.水道孔Ⅲ 36.环槽Ⅱ 37.水道孔Ⅳ 38.配重块Ⅰ 39.原发动机活塞Ⅰ 40.配重块Ⅱ 41.原发动机活塞Ⅱ 42.机油泵 43.曲轴 44.原发动机活塞 45.配重块 46.矩形孔 47.加长活塞 48.进气管 49.
进气凸轮轴 50.正时链条 51.正时链条张紧装置 52.链轮 53.链轮 54.机油泵链轮 55.机油泵链条 56.机油泵链条张紧装置 57.
排气凸轮轴 58.排气管 59.水道孔Ⅴ 60.水道孔Ⅵ 61.水道孔Ⅶ 62.环槽Ⅲ 63.水道孔Ⅷ 64.环槽Ⅳ
具体实施方式
[0034] 下面结合附图对本实用新型
专利做详细的描述：
[0035] 如图1、5、6所示，本实用新型由燃油供给系统A、机油温度控制系统C、起动电机D、水温控制系统F、发动机控制系统G、原发动机缸盖Ⅰ、加长可视化部分Ⅱ和原发动机缸体Ⅲ组成，其中原发动机缸盖Ⅰ、加长可视化部分Ⅱ和原发动机缸体Ⅲ自上而下顺序固接，燃油供给系统A经高压油管与原发动机缸盖Ⅰ的高压共轨连接，机油温度控制系统C经油管与原发动机缸体Ⅲ的油底壳连接，起动电机D的输出端与原发动机缸体Ⅲ的曲轴44通过联轴器连接，发动机控制系统G通过导线分别与原发动机缸盖Ⅰ的喷油器、燃油压力调节阀、节气门、火花塞、凸轮轴相位传感器、轨压传感器、发动机缸体Ⅲ的曲轴
位置传感器连接；
[0036] 原发动机缸盖Ⅰ中只保留第二缸的进排气门，同时将原发动机缸盖Ⅰ中第一、三、四缸的所有进排气门拆除,以便于减少凸轮轴转动时的阻力，气门导管的上端口密封，从而防止润滑油泄漏；
[0037] 加长可视化部分Ⅱ中上支撑板1的上表面与原发动机缸盖Ⅰ的下表面固接，且上支撑板1上面的油道孔与原发动机缸盖Ⅰ下表面的油道孔一一对应。
[0038] 加长可视化部分Ⅱ中下支撑板9的下表面与原发动机缸体Ⅲ的上表面固接，且下支撑板9下面的油道孔与原发动机缸体Ⅲ上表面润滑油道孔一一对应。
[0039] 原发动机缸体Ⅲ内除装有原发动机活塞Ⅰ39、原发动机活塞Ⅱ41、原发动机活塞Ⅲ44外，另加装加长可视化部分Ⅱ的加长活塞47。
[0040] 原发动机活塞Ⅰ39顶部加装配重块Ⅰ38，原发动机活塞Ⅱ41顶部加装配重块Ⅱ40，原发动机活塞Ⅲ44顶部加装配重块Ⅲ45；配重块Ⅰ38、配重块Ⅱ40、配重块Ⅲ45各自的重量均与加长活塞47中加长部分的重量相等，即每个配重块的重量分别等于加长活塞减原发动机活塞的重量，从而可以平复光学发动机的往复惯性力，使光学发动机平稳运行；配重块Ⅲ50通过加长原机正时链条改装而来，配重块Ⅲ50跨度间侧面装有正时链条张紧装置51。
[0041] 机油泵42的机油泵链轮54经机油泵链条55与曲轴43的链轮53链连接，机油泵链条55跨度间侧面装有机油泵链条张紧装置56；水温控制系统F经两根水管分别与加长可视化部分Ⅱ的冷却水入口23和冷却水出口31连接。
[0042] 如图2至4、7至9所示，所述的加长可视化部分Ⅱ由上支撑板1、石英外缸套2、石英内缸套3、冷却水套4、加长缸套5、L型支撑板Ⅰ6、螺母Ⅰ7、固定螺栓Ⅰ8、下支撑板9、45°反光镜支座10、45°反光镜11、固定螺栓Ⅱ12、螺母Ⅱ13、L型支撑板Ⅱ14、环垫Ⅰ15、环垫Ⅱ16、底视石英视窗17、石英外缸套2、石英内缸套3、L型支撑板Ⅲ22、加长缸体H、螺母Ⅲ24、固定螺栓Ⅲ25、固定螺栓Ⅳ28、螺母Ⅳ29、L型支撑板Ⅳ30组成，其中上支撑板1与下支撑板9都是长方体，上支撑板1与下支撑板9之间通过它们四个角上的L型支撑板Ⅰ6、L型支撑板Ⅱ14、L型支撑板Ⅲ22、L型支撑板Ⅳ30固接。
[0043] 石英外缸套2的上部装于上支撑板1下表面的环槽Ⅱ64内，上支撑板1下表面的环槽Ⅱ64与石英外缸套2上表面之间装有环垫Ⅲ18，石英外缸套2的下部装于加长缸体H上表面的环槽Ⅰ32内，石英外缸套2的下表面与加长缸体H上表面的环槽Ⅰ32之间装有环垫Ⅱ16；石英内缸套3的上部装于上支撑板1下表面的环槽Ⅱ62内，上支撑板1下表面的环槽Ⅱ62与石英内缸套3上表面之间装有环垫Ⅳ19，石英内缸套3的下部装于加长缸体H上表面的环槽Ⅱ36内，石英内缸套3的下表面与加长缸体H上表面的环槽Ⅱ36之间装有环垫Ⅰ15；加长缸体H通过固定螺栓Ⅰ8、固定螺栓Ⅱ12、固定螺栓Ⅲ25和固定螺栓Ⅳ28与下支撑板9连接。
[0044] 螺母Ⅰ7螺纹连接于固定螺栓Ⅰ8，螺母Ⅱ13螺纹连接于固定螺栓Ⅱ12，螺母Ⅲ24螺纹连接于固定螺栓Ⅲ25上，螺母Ⅳ29螺纹连接于固定螺栓Ⅳ28，加长缸体H、加长缸套5的移动以及上支撑板1、石英内缸套3和石英外缸套2、加长缸体H之间的压紧是通过旋转螺母Ⅰ7、螺母Ⅱ13、螺母Ⅲ24、螺母Ⅳ29实现。
[0045] 加长缸体H的冷却水入口23和上支撑板1的冷却水出口31与冷却水管连接；加长缸套5嵌于加长缸体H的冷却水套4内。
[0046] 45°反光镜支座10与下支撑板9的上表面固接，45°反光镜装于45°反光镜支座上。
[0047] 所述的光学发动机，其特征在于，所述的加长缸体H内设有冷却水套4，加长缸体H上端设有环槽Ⅰ32、水道孔Ⅰ33、水道孔Ⅱ34、水道孔Ⅲ35、环槽]Ⅱ36和水道孔Ⅳ37；水道孔Ⅰ33、水道孔Ⅱ34、水道孔Ⅲ35、水道孔Ⅳ37都与冷却水套4连通，加长缸体H后面下部设有冷却水入口23以便于冷却水从冷却水套经水道孔Ⅰ33、水道孔Ⅱ34、水道孔Ⅲ35、水道孔Ⅳ37流入石英外缸套2与石英内缸套3之间的空腔内，从而对石英内缸套3起到冷却的作用。
[0048] 所述的上支撑板1右端设有冷却水出口31，上支撑板1下面设有环槽Ⅲ62、环槽Ⅳ64、水道孔Ⅴ59、水道孔Ⅵ60、水道孔Ⅶ61、水道孔Ⅷ63；水道孔Ⅴ59、水道孔Ⅵ60、水道孔Ⅶ
61、水道孔Ⅷ63都与上支撑板1内部的水道连通，以便于冷却水经石英外缸套2与石英内缸套3之间的空腔进入水道孔Ⅴ59、水道孔Ⅵ60、水道孔Ⅶ61、水道孔Ⅷ63，最后经上支撑板1内的水道以及冷却水出口31流出。
