本发明涉及发动机技术领域，特别是涉及一种基于快速压缩机的实验装置及方法。
背景技术：
随着发动机技术的发展以及国内外市场的竞争，发动机亟需进一步提高热效率以降低油耗。提高压缩比是提高发动机热效率最为直接有效的手段，然而随着压缩比的进一步提升，发动机将会面临爆震问题。当爆震发生时，发动机的燃烧迅速恶化，燃烧室内会出现剧烈震荡的压力波，强度较高的爆震甚至能在一个循环内破坏发动机。一般认为，爆震的本质是缸内燃烧过程中出现了自燃现象，因此燃烧系统中自燃问题的研究对于解决和利用爆震问题有极大的帮助，同时对于进一步提高发动机热效率以降低油耗也具有十分重要的意义。
快速压缩机被普遍认为适用于研究爆震和自燃问题，其基本原理为利用气压驱动/液压制动产生快速压缩过程，快速压缩过程使预制混合气的热力学状况得到大幅度提升，从而达到预定的温度压力并产生自燃。发动机实验表明，随着点火时刻的提前，混合气爆震倾向将会增大，而现有技术中发动机中混合气的触发时刻有着较大的偶然性，无法精确控制，不利于深入研究。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于快速压缩机的实验装置，该实验装置可以精确控制发动机内混合气触发的时刻，有利于研究混合气触发时刻与发动机爆震之间的关系。
与此同时，本发明还提出一种基于快速压缩机的实验方法。
根据本发明第一方面实施例的基于快速压缩机的实验装置，包括：
压缩气缸，包括设置有通孔的缸筒和活动插接于所述通孔内的活塞；
燃烧部件，密封连接于所述缸筒的第一端且所述燃烧部件靠近所述缸筒的一侧构造出连通于所述通孔的燃烧室；
触发装置，安装于所述燃烧室的侧壁上；
位置传感器，安装在所述缸筒上，适于感知所述活塞的位置；
信号发生器，通信连接于所述位置传感器以及所述触发装置。
根据本发明的一个实施例，所述触发装置包括火花塞或采样装置中的至少一个。
根据本发明的一个实施例，所述缸筒的筒壁上设置有连通所述通孔的检测孔，所述位置传感器安装于所述检测孔内。
根据本发明的一个实施例，所述检测孔对称设置于所述缸筒的两侧筒壁上，所述位置传感器包括分设于所述检测孔内的激光信号发射端和激光信号接收端。
根据本发明的一个实施例，所述检测孔靠近所述通孔的一侧向内凸起形成环状凸台，所述位置传感器和所述环状凸台之间设置有石英密封凸台。
根据本发明的一个实施例，所述石英密封凸台和所述环状凸台之间设置有环状密封圈。
根据本发明的一个实施例，所述信号发生器为可调信号发生器。
根据本发明第二方面实施例的实验方法，包括以下步骤：
获取活塞经过预定地点时的信号变化，经过预定时间间隔后产生触发信号；
将所述触发信号发送至触发装置。
根据本发明的一个实施例，所述预定时间间隔为可调时间间隔。
根据本发明的一个实施例，所述获取活塞经过预定地点时的信号变化，经过预定时间间隔后产生触发信号包括：
接收位置传感器在预定地点持续发送的信号；
判断是否出现信号变化；
若未出现信号变化，则继续接收位置传感器的信号；
若出现信号变化，则经过预定时间间隔后产生触发信号。
本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
压缩气缸包括设置有通孔的缸筒和活动插接在通孔内的活塞，活塞沿着通孔向一端快速移动，将通孔内的气体挤压至通孔的一侧。燃烧部件密封连接于缸筒的第一端，燃烧部件靠近缸筒的一侧构造出燃烧室，燃烧室连通于通孔。当活塞快速向燃烧室的一侧运动时，将通孔内以及燃烧室内的混合气挤压至燃烧室，提升了混合气的热力学状况。本发明提供的基于快速压缩机的实验装置，在缸筒上安装有位置传感器，可以检测到活塞到达预定地点的时刻，信号发生器根据检测到活塞到达预定地点的时刻与活塞从预定地点运动到上止点的时间间隔精确控制触发装置的启动，进而展开相关研究工作。精准控制触发装置的触发时刻，可以建立触发时刻与发动机爆震之间的数据模型，有利于深入研究并利用发动机的爆震现象，进而提高发动机的热效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于快速压缩机的实验装置的示意性结构图。
图2为本发明实施例提供的压缩气缸的剖面图；
图3为本发明实施例提供的位置传感器、石英密封凸台以及环状密封圈的局部放大图a；
图4为本发明实施例提供的基于快速压缩机的实验方法的流程图一；
图5为本发明实施例提供的基于快速压缩机的实验方法的流程图二。
附图标记：
1、压缩气缸；11、缸筒；111、检测孔；112、环状凸台；113、石英密封凸台；114、环状密封圈；12、活塞；121、连杆；2、燃烧部件；3、触发装置；4、位置传感器；41、激光信号发射端；42、激光信号接收端；5、信号发生器；6、供电电源。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
快速压缩机被广泛用于研究爆震和自燃问题，其基本原理为利用气压驱动/液压制动产生快速压缩过程，快速压缩过程使预制混合气的热力学状况得到大幅度提升，从而达到预定的温度压力并产生自燃。发动机实验表明，随着点火时刻的提前，混合气爆震倾向将会增大，而现有技术中发动机的触发时刻有着较大的偶然性，无法研究两者之间的相关性。
本发明实施例提供一种基于快速压缩机的实验装置，请参阅图1至图3，包括压缩气缸1、燃烧部件2、触发装置3、位置传感器4和信号发生器5。
压缩气缸1包括缸筒11和活塞12，缸筒11内设置有两端贯通的通孔10，活塞12活动插接于通孔10内。当活塞12沿着通孔10向一端快速移动时，可以将通孔10内的气体快速挤压至通孔10的一侧。
燃烧部件2密封连接于缸筒11的第一端，燃烧部件2靠近缸筒11的一侧构造出燃烧室，燃烧室连通于通孔10。当活塞12沿着通孔10快速向燃烧室所在的一侧移动时，活塞12将通孔10内以及燃烧室内的混合气进行压缩，提升了混合气的热力学状况。
本发明实施例提供的基于快速压缩机的实验装置中，燃烧室的侧壁上安装有触发装置3，触发装置3可以根据需要实现的功能选用相关的元件。
根据本发明的一个实施例，触发装置3为采样装置。使用时，启动采样装置，采样装置在触发的时刻采集混合气。通过控制采样装置的启动时刻，可以了解燃烧室内混合气在不同时刻发生的变化。
根据本发明的一个实施例，触发装置3为火花塞。使用时，启动火花塞，火花塞在触发时刻点燃混合气，产生燃烧效果。通过控制火花塞的触发时刻，可以了解燃烧室内混合气在不同时刻燃烧的效果。
在其它的实施例中，燃烧室的侧壁上可以同时安装火花塞或或者采样装置，也可以是获取其它参数的检测、摄影等装置。
本发明实施例提供的基于快速压缩机的实验装置中，为了精确控制触发装置3的触发时刻，将触发装置3通信连接于位置传感器4和信号发生器5。
根据本发明的一个实施例，缸筒11上安装有位置传感器4，位置传感器4适用于感知活塞12的位置。位置传感器4可以安装在缸筒11的筒壁上，通过检测与活塞12连接的连杆121的位置，进而获取活塞12在通孔10内的位置。
在另一项实施例中，位置传感器4也可以贯通缸筒11的筒壁设置。缸筒11的筒壁上设置有连通于通孔10的检测孔111，位置传感器4安装在检测孔111内。检测孔111设置在与活塞12的上止点有一定距离的预定位置处，位置传感器4通过检测活塞12经过检测孔111的时刻，进而确认活塞12的位置以及到达上止点的时刻，本发明实施例按照本实施例阐述相关工作原理。
信号发生器5通信连接于触发装置3和位置传感器4，需要说明的是，触发装置3、位置传感器4以及信号发生器5均连接于供电电源6，供电电源6可以采用蓄电池或者外部电路，在此处不做限定。
使用时，活塞12沿着通孔10快速靠近燃烧室的位置，将通孔10内以及燃烧室内的混合油气进行压缩，进而提升混合气的热力学状态。当活塞12经过位置传感器4的位置时，位置传感器4发生信号变化，信号发生器5将信号发生变化的时刻记录为第一时刻。位置传感器4与活塞12的上止点之间的距离是固定的，活塞12从位置传感器4所在的位置运动到上止点的时间间隔是可以检测到的。在第一时刻起，间隔预定的时间间隔t生成触发信号，可以精确控制混合气的触发时刻。
本发明实施例提供的基于快速压缩机的实验装置，精准控制触发装置的触发时刻，可以建立触发时刻与发动机爆震之间的数据模型，有利于深入研究并利用发动机的爆震现象，进而提高发动机的热效率。
本发明实施例提供的基于快速压缩机的实验装置，采用位置传感器4检测活塞12的位置，位置传感器4的精度较高时，实验的准确性可以得到保障。
根据本发明的一个实施例，缸筒11的筒壁上设置有两个相对设置的检测孔111。位置传感器4包括激光信号发射端41和激光信号接收端42，激光信号发射端41和激光信号接收端42分别设置在一个检测孔111内。
使用时，激光信号发射端41发射激光射线，激光信号接收端42接收激光射线。当活塞12经过激光信号接收端42时，活塞12遮挡激光射线，激光信号接收端42发生信号变化，信号变化的时刻为第一时刻。信号发生器5在接收到信号变化后，间隔预定的时间间隔t发出触发信号，触发装置3接收到触发信号后开展工作。
位置传感器4采用激光信号发射端41和激光信号接收端42来获取活塞12的位置，灵敏度较高，有利于提升实验的精确性。
在快速压缩机实验中，气密性是一项非常重要的指标，对于实验的精度有着较大的影响，因此要避免介入测量因素对实验的干扰。
根据本发明的一个实施例，检测孔111靠近通孔10的一侧向内凸起形成环状凸台112，位置传感器4与环状凸台112之间设置有石英密封凸台113。检测孔111与环状凸台112之间形成阶梯状结构，石英密封凸台113密封插接在检测孔111内，在环状凸台112的阻挡下，石英密封凸台113不会脱落至通孔10内。石英密封凸台113可以增加检测孔111处的气密性，同时还具有透光的性质，不影响激光信号发射端41和激光信号接收端42的工作性能。
根据本发明的一个实施例，石英密封凸台113和环状凸台112之间还设置有环状密封圈114，环状密封圈114可以采用耐高温的橡胶或者塑料制作，增加了检测孔111处的气密性，有利于提升实验的精确性。
发动机实验表明，随着点火时刻的提前，混合气爆震倾向将会增大，而现有技术中发动机的触发时刻有着较大的偶然性，无法研究两者之间的相关性。
本发明实施例提供的基于快速压缩机的实验装置可以精确控制混合气的触发时刻，当调整混合气的触发时刻时，有利于研究触发时刻与爆震之间的关系。
根据本发明的一个实施例，信号发生器5为可调信号发生器。当活塞12经过位置传感器4时，信号发生器5接收位置传感器4发送的变化信号，信号发生器5在预定的时间间隔t之后生成触发信号。通过调整预定时间间隔t，可以在活塞12到达上止点之前或之后点燃混合气。在多次实验中，还可以在到达上止点前的不同时刻分别点燃混合气，研究提前触发时刻与发动机爆震之间的关系。信号发生器5可以调整预定时间间隔t的大小，有助于深入研究混合气自燃的情况，拓展了发动机自燃问题研究的途径。
根据本发明的一个实施例，活塞12通过连杆121连接于传动装置，传动装置可以调整活塞12的上止点位置以及运动过程，进一步调节实验装置的空气压缩比。
与此同时，本发明第二方面实施例还提供了一种基于快速压缩机的实验方法，请参阅图4至图5，包括以下步骤：
s1、获取活塞经过预定地点时的信号变化，经过预定时间间隔后产生触发信号。
可以理解的是，缸筒11上的预定地点(即检测孔111)距离活塞12的上止点的距离是固定的，活塞12经过预定地点时，位置传感器4的感应信号发生变化。活塞12从预定地点到达上止点的时间间隔可以通过观察或者检测获取，时间间隔是已知的。信号发生器5接收到信号变化后，在预定的时间间隔t后生成触发信号。
在其它的实施例中，信号发生器5可以采用其它的信号延时装置，信号延时装置在间隔预定时间间隔后t生成触发信号。
s2、将所述触发信号发送至触发装置。
可以理解的是，触发装置3接收到触发信号后在燃烧室内启动，活塞12在预定地点经过预定时间间隔t后，精准触发，避免混合气触发的偶然性，有助于提高实验的精确性。
根据本发明的一个实施例，预定时间间隔t为可调时间间隔，通过调整预定时间间隔t，可以在活塞12到达上止点之前或者之后触发点燃混合气。在多次实验中，还可以在到达上止点前的不同时刻分别点燃混合气，研究提前时刻与发动机爆震之间的关系。精确调整预定时间间隔t，拓展了发动机自燃问题的研究途径。
根据本发明的一个实施例，所述获取活塞经过预定地点时的时刻信息包括：
s11、接收位置传感器在预定地点持续发送的信号。
可以理解的是，当活塞12出现在预定地点时，需要通过变量来体现这种变化。在预定地点设置声、光、磁等对实验干扰较小的位置传感器4，位置传感器4在预定地点持续发送感应信号，以检测活塞12是否出现。位置传感器4的感应信号用于感知是否有活塞12经过，活塞12经过时，位置传感器4产生一个信号变化。信号发生器5通信连接于位置传感器4，接收来自位置传感器4持续发送的信号。
s12、判断是否出现信号变化；
若未出现信号变化，则继续接收位置传感器的信号；
若出现信号变化，则经过预定时间间隔后产生触发信号。
可以理解的是，信号发生器5或者信号延时装置通信连接于位置传感器4，接收来自位置传感器4的信号，并且判断信号是否发生变化。
当位置传感器4检测到活塞12出现时，位置传感器4发送至信号发生器5的信号会产生变化。信号发生器5检测到信号变化后，在预定时间间隔后产生触发信号。
当位置传感器4没有检测到活塞12出现时，就继续发送感应信号，用于感知活塞12。同时，位置传感器4不发送信号给信号发生器5或者发送不变化的信号值至信号发生器5。
综上所述，本发明提供的基于快速压缩机的实验装置及方法中，压缩气缸包括设置有通孔的缸筒和活动插接在通孔内的活塞，活塞沿着通孔向一端快速移动，将通孔内的气体挤压至通孔的一侧。燃烧部件密封连接于缸筒的第一端，燃烧部件靠近缸筒的一侧构造出燃烧室，燃烧室连通于通孔。当活塞快速向燃烧室的一侧运动时，将通孔内以及燃烧室内的混合气挤压至燃烧室，提升了混合气的热力学状况。本发明提供的基于快速压缩机的实验装置，在缸筒上安装有位置传感器，可以检测到活塞到达预定地点的时刻，信号发生器根据检测到活塞到达预定地点的时刻与活塞从预定地点运动到上止点的时间间隔精确控制触发装置的启动，进而展开相关研究工作。精准控制触发装置的触发时刻，可以建立触发时刻与发动机爆震之间的数据模型，有利于深入研究并利用发动机的爆震现象，进而提高发动机的热效率。
在位置传感器包括激光信号发射端和激光信号接收端的情况下，位置传感器灵敏度高，有利于提高触发装置的精确性。
在检测孔内设置石英密封凸台和环状密封圈的情况下，可以提高位置传感器处的气密性，避免测量介入因素带来的气密性干扰，有助于提升实验的精确性。
在信号发生器为可调信号发生器的情况下，触发时刻可以调整为活塞到达上止点的任意时刻，有助于深入研究混合气自燃的情况，拓展了发动机自燃问题研究的途径。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种基于快速压缩机的实验装置，其特征在于，包括：
压缩气缸，包括设置有通孔的缸筒和活动插接于所述通孔内的活塞；
燃烧部件，密封连接于所述缸筒的第一端且所述燃烧部件靠近所述缸筒的一侧构造出连通于所述通孔的燃烧室；
触发装置，安装于所述燃烧室的侧壁上；
位置传感器，安装在所述缸筒上，适于感知所述活塞的位置；
信号发生器，通信连接于所述位置传感器以及所述触发装置。
2.根据权利要求1所述的基于快速压缩机的实验装置，其特征在于，所述触发装置包括火花塞或采样装置中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的基于快速压缩机的实验装置，其特征在于，所述缸筒的筒壁上设置有连通所述通孔的检测孔，所述位置传感器安装于所述检测孔内。
4.根据权利要求3所述的基于快速压缩机的实验装置，其特征在于，所述检测孔对称设置于所述缸筒的两侧筒壁上，所述位置传感器包括分设于所述检测孔内的激光信号发射端和激光信号接收端。
5.根据权利要求4所述的基于快速压缩机的实验装置，其特征在于，所述检测孔靠近所述通孔的一侧向内凸起形成环状凸台，所述位置传感器和所述环状凸台之间设置有石英密封凸台。
6.根据权利要求5所述的基于快速压缩机的实验装置，其特征在于，所述石英密封凸台和所述环状凸台之间设置有环状密封圈。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于快速压缩机的实验装置，其特征在于，所述信号发生器为可调信号发生器。
8.一种基于快速压缩机的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取活塞经过预定地点时的信号变化，经过预定时间间隔后产生触发信号；
将所述触发信号发送至触发装置。
9.根据权利要求8所述的基于快速压缩机的实验方法，其特征在于，所述预定时间间隔为可调时间间隔。
10.根据权利要求8所述的基于快速压缩机的实验方法，其特征在于，所述获取活塞经过预定地点时的信号变化，经过预定时间间隔后产生触发信号包括：
接收位置传感器在预定地点持续发送的信号；
判断是否出现信号变化；
若未出现信号变化，则继续接收位置传感器的信号；
若出现信号变化，则经过预定时间间隔后产生触发信号。
技术总结