技术领域

本发明涉及发动机， 具体涉及一种光学发动机。 背景技术

目前， 使用光学发动机已成为研发发动机的方向之一 。 光学发动机燃烧系统采用 可视化， 结合激光、 高速摄像机等先进技术可检测缸内喷雾、 流场以及燃烧过程等情 况， 从而为燃烧研究提供很好的条件。 世界各个大型汽车、 发动机研究机构如奥地利 AVL, FEV, 一些燃烧研究机构等， 都建立了光学发动机研究平台， 光学发动机平台 已成为研发发动机特别是缸内直喷发动机的重 要支撑。 现有技术中光学发动机主要采 用活塞顶部安装透明窗口， 或者部分缸套透明， 结合激光器、 高速摄像机等各种先进 技术， 来研究缸内流场、 喷雾以及火焰形成过程等情况。 为发动机研发提供指导， 同 时为现有发动机出现的实际问题提供指导， 并用于现有发动机燃烧系统优化。 而现有 技术中采用的透明活塞的方案， 其观察受限， 对部分工况下的情况观察不全面； 且运 动不平顺易造成损坏。 发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种光学发 动机， 可以方便且全面观察缸内各 种情况， 并且使发动机的运动平顺， 不易造成损坏。

为解决上述技术问题， 本发明提供了一种光学发动机， 包括缸盖， 原缸套以及活 塞， 所述缸盖与原缸套之间安装有一透明石英玻璃 缸套， 所述活塞为一加长活塞， 该 加长活塞顶部开有圆窗口， 圆窗口内安装有透明石英玻璃。

所述透明石英玻璃缸套的长度大于光学发动机 的冲程， 所述活塞的活塞环仅在透 明石英玻璃缸套内运动。

进一步地， 所述透明石英玻璃缸套的长度大于发动机冲程 与活塞最下面一道环到 活塞顶面的距离之和， 发动机缸体、 原缸套、 缸盖以及透明石英玻璃缸套之间均螺栓 固定连接。

所述加长活塞的侧面开有窗口， 该窗口的高度大于光学发动机的冲程。

所述侧面所开的窗口的高度大于发动机的行程 ， 该窗口用来放置反射镜。 活塞的加长部分采用铝合金材料， 活塞加长部分与装有透明石英玻璃窗口的顶部 之间通过螺栓连接。

所述反射镜固定在一支架的一端，该反射镜以 45度角通过该支架斜放至该加长活 塞的侧面窗口内， 该支架的另一端固定至发动机缸体的上表面。

透明石英玻璃缸套内径和发动机缸套缸径相等 ， 其中， 还包括一同轴套， 该同轴 套安装在发动机缸体上， 用于确保该透明石英玻璃缸套和发动机原缸套 的同轴度。

所述同轴套上开有窗口，固定在支架上的反射 镜通过该窗口伸到活塞侧面窗口内， 透明石英玻璃缸套的一侧安装有激光器， 其发射的光通过透明石英玻璃缸套照射到缸 内。

活塞环采用石墨材质， 用于活塞环和缸套之间的润滑， 同时防止活塞环刮伤透明 石英玻璃缸套。

本发明所述的光学发动机保持原有的发动机缸 盖、 缸体、 曲轴箱系统、 连杆等大 部分零部件。 缸体、 缸盖之间加入透明石英玻璃缸套和同轴套， 透明缸套与同轴套引 起缸体缸盖间距离的增加， 通过加长活塞进行补充， 活塞顶部装有透明窗口， 侧面开 有安装反射镜的窗口， 通过透明缸套和活塞顶部透明窗口研究缸内情 况。

这种多缸原型机改造的光学发动机， 适用于小缸机， 主要用于研究发动机缸内不 同方向的流场、 喷雾以及混合气的形成等情况， 但不做缸内燃烧研究， 为优化发动机 的进气道、 配气机构、 燃烧室等提供参考， 同时为发动机模拟计算提供参考。 具体如 下：

在原型机上进行改造， 采用透明石英玻璃缸套， 且活塞头部装有透明石英玻璃， 可视化程度大， 便于研究； 活塞环采用石墨材质， 防止了活塞环刮伤石英玻璃缸套， 石墨具有自润滑作用和较好热传导系数， 保证了活塞环和透明缸套之间的润滑， 同时 可降低透明缸套由于摩擦引起的温度升高； 透明缸套长度大于发动机冲程， 保证活塞 环仅在透明缸套内运动， 避免活塞环在不同材质的缸套中运动带来的不 良影响； 保留 原型机的水套， 通过加循环热水使缸内温度和发动机实际运转 温度相接近； 很大程度 上， 保留了光学发动机燃烧系统参数和实际发动机 燃烧系统参数的一致性， 提高了试 验结果可行性和参考价值； 为了保证透明缸套和原缸套间的同轴度设计了 同轴套。 附图说明

图 1为本发明整体视图； 图 2为加长活塞示意图；

图 3为同轴套示意图。

图中：

1. 缸盖总成； 2. 加长活塞； 3. 透明石英玻璃缸套； 4. 同轴套； 5. 反射镜； 6. 反 射镜支架； 7. 缸体总成； 8. 加长活塞顶部； 9. 活塞加长部分； 10. 石墨活塞环； 11. 透 明石英玻璃窗口； 12. 加长活塞侧面窗口； 13. 同轴套侧面窗口。 具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细描述， 其为本发明多种实施方式中的一种优选实 施例。

优选实施例中， 原有发动机缸盖、 缸体、 曲轴箱系统以及连杆等零部件不变， 活 塞进行加长，且加长活塞 2头部装有透明石英玻璃窗口 11，加长活塞侧面开有窗口 12， 加长活塞侧面窗口 12的高度大于发动机的行程 （避免活塞上下运动中撞到反射镜）， 加长活塞侧面窗口 12内装有反射镜 5， 缸体总成 7与缸盖总成 1之间加入透明石英玻 璃缸套 3， 通过加长活塞 2下部的反射镜 5和透明石英玻璃缸套 3， 可以检测缸内的流 场、喷雾以及混合气的形成等情况； 透明石英玻璃缸套 3内径和发动机缸套内径相等， 透明石英玻璃缸套 3的长度大于发动机冲程， 保证了活塞环整个行程在缸套中运行； 连杆采用原连杆， 由于石英玻璃缸套 3和同轴套 4引起缸体缸盖间距离的增加， 通过 加长活塞 2来进行补充。

参照附图， 优选实施例可以为， 在多缸原型机上进行改造， 改造后的光学发动机

(如图 1 ) 主要用于研究发动机缸内不同方向的流场、 喷雾以及混合气的形成等情况， 但不做缸内燃烧研究。

采用原型机连杆， 对活塞进行加长， 加长活塞 2顶部装有透明石英玻璃窗口 11， 加长活塞 2的上下两部分通过螺栓连接，使活塞顶部部� �及透明石英玻璃窗口 11易于 装配和拆卸， 活塞加长部分 9侧面开有用来放置反射镜 5的加长活塞侧面窗口 12。 同 时活塞加长部分 9采用铝合金材料， 减小整体活塞质量 （如图 2)。

在缸盖和原缸套之间装有透明石英玻璃缸套 3， 透明石英玻璃缸套 3和原缸套间 装有同轴套 4， 保证原缸套和透明石英玻璃缸套 3的同轴度， 同轴套 4上开有安装反 射镜 5的同轴套侧面窗口 13 (如图 3 )。 可在透明石英玻璃缸套 3—侧装激光器， 通过 透明石英玻璃缸套 3照射到缸内。 反射镜 5固定在反射镜支架 6上，通过同轴套 4上的同轴套侧面窗口 13伸到加长 活塞侧面窗口 12内， 通过反射镜 5、 加长活塞顶部 8的透明石英玻璃窗口 11可观测 到缸内气流、 喷雾以及混合气形成等情况。

由于透明石英玻璃缸套 3比较容易被刮伤， 活塞环采用石墨材质， 保证了透明石 英玻璃缸套 3不被刮伤， 同时石墨具有自润滑作用和较好热传导系数， 保证了石墨活 塞环 10和透明石英玻璃缸套 3之间的润滑，并对降低透明石英玻璃缸套 3由于摩擦引 起的温度升高有一定的意义。

本光学发动机在多缸原型机上改造过程中保持 原有的发动机缸盖、 缸体、 曲轴箱 系统， 连杆等大部分零部件不变， 活塞加长， 缸体、 缸盖之间加入透明石英玻璃缸套 3， 并用螺栓固定连接。 （如图 1 ) 进一步地， 各个构件可以在实施例中优选为：

1. 透明石英玻璃缸套：

透明石英玻璃缸套 3内径和发动机缸径相等， 透明石英玻璃缸套 3的长度大于发 动机冲程与活塞最下面一道环到活塞顶面的距 离之和， 保证活塞环仅在透明石英玻璃 缸套 3内运动， 避免活塞环在不同材质的缸套中运动带来的不 良影响。

2. 加长活塞：

缸体与缸盖之间距离的增加， 通过加长活塞 2来进行补充。 加长活塞 2顶部装有 透明石英玻璃窗口 11， 侧面开有安装反光镜 5的加长活塞侧面窗口 12， 所述加长活塞 侧面窗口 12的高度大于发动机的行程，避免加长活塞 2上下运动中撞到反射镜 5。（如 图 2 )

3. 同轴套：

为了保证活塞连杆机构运动的平稳性， 减小整个光学发动机的振动， 透明石英玻 璃缸套 3和原缸套的同轴度通过同轴套 4来保证。同轴套 4加工时需要安装在缸体上， 和缸体一起加工， 加工精度不低于缸套内表面的加工精度。 同轴套 4上开有同轴套侧 面窗口 13， 用来和加长活塞 2—起放置反射镜 5。 （如图 3 )

4. 反射镜：

反射镜 5固定到反射镜支架 6的一端，并以 45度角通过反射镜支架 6斜放到加长 活塞侧面窗口 12内， 反射镜支架 6的另一端固定到缸体上表面。

5. 光学发动机的润滑：

缸盖的润滑通过外接管路， 管路一端到缸体原主油道， 另一端接缸盖原主油道。 缸盖的回油， 也通过外接管路， 管路一端连接缸盖回油孔， 一端连接缸体回油孔。 曲轴及连杆的润滑仍采用缸体原润滑油道进行 润滑。

活塞环和缸套之间的润滑主要依靠石墨活塞环 的自润滑进行。

6. 光学发动机的冷却和加温：

由于本光学发动机不进行燃烧试验， 所有主要的热源来自于摩擦， 缸盖系统摩擦 热主要通过润滑系统进行冷却， 曲轴连杆机构也主要通过润滑系统进行冷却， 透明石 英缸套的冷却主要通过石墨活塞环 10传递给活塞， 由于发动机实际运转时间较短， 所 以摩擦产生的热量非常有限。 光学发动机的冷却系统中的水道在这里主要起 到加温的 作用， 使得缸内温度和发动机实际运转时相接近。

7. 通过缸体、 缸盖间的透明石英玻璃以及活塞顶部窗口， 即可检测缸内的不同方 向的流场、 喷雾以及混合气的形成等情况。 由于很大程度上保留与实际发动机燃烧系 统参数的一致性， 提高了光学发动机试验结果可信度和参考价值 。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述， 显然本发明具体实现并不受上述方式 的限制， 只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行 的各种改进， 或未经改进直接 应用于其它场合的， 均在本发明的保护范围之内。