专利摘要

专利摘要

本发明公开了一种基于转子发动机的光学发动机及设备，包括双转子缸的中间隔离室和位于中间隔离室两侧的发动机燃烧室，中间隔离室靠近发动机燃烧室的两端面均开设有第一石英窗口，且发动机燃烧室的对应侧面开设有与第一石英窗口对应的第二石英窗口；三个第一石英窗口内设有激光固定射入头和石英窗，三个第二石英窗口内设有激光接收器和石英窗；中间隔离室在第一石英窗口的侧方开设通孔，中间隔离室外设有与激光固定射入头通过光纤连接的激光发射器，发动机燃烧室外设有光谱仪，光谱仪与激光接收器通过光纤连接。本发明可以实现对转子发动机的运行状态进行监控，并探究针对转子发动机激光点火的点火方式，为后续研究转子发送机各项性能提供依据。

权利要求

1.一种基于转子发动机的光学发动机，包括双转子缸的中间隔离室和位于中间隔离室两侧的发动机燃烧室，其特征在于，所述中间隔离室靠近发动机燃烧室的两端面均开设有第一石英窗口，所述发动机燃烧室的远离中间隔离室且与第一石英窗口对应的对应侧面开设有与所述第一石英窗口对应的第二石英窗口；三个所述第一石英窗口内设有激光固定射入头和石英窗，三个所述第二石英窗口内设有激光接收器和石英窗；所述中间隔离室在所述第一石英窗口的侧方开设通孔，所述中间隔离室外设有激光发射器，所述激光发射器与所述激光固定射入头通过光纤穿过通孔连接，所述发动机燃烧室外设有光谱仪，所述光谱仪与所述激光接收器通过光纤连接。

2.根据权利要求1所述光学发动机，其特征在于：所述通孔内配置有密封螺纹管道，所述激光发射器与所述激光固定射入头通过光纤穿过密封螺纹管道连接。

3.根据权利要求1所述光学发动机，其特征在于：所述中间隔离室靠近发动机燃烧室的两端面沿下部到中部开设有三个第一石英窗口，所述发动机燃烧室的远离中间隔离室且与第一石英窗口对应的对应侧面开设有与所述第一石英窗口对应的三个第二石英窗口。

4.一种光学发动机设备，其特征在于，包括如权利要求1-3中任一项所述的基于转子发动机的光学发动机；所述光学发动机设备还包括控制器和上位机，所述控制器与所述上位机通过CAN通讯连接。

5.根据权利要求4所述光学发动机设备，其特征在于：所述光学发动机与所述控制器通过发动机转角信号连接控制，以实现控制器通过发动机转角信号控制光学发动机运转。

6.根据权利要求5所述光学发动机设备，其特征在于：所述控制器与所述激光发射器电路连接。

说明书

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种基于转子发动机的光学发动机及设备。

背景技术

为了研究转子发动机工作过程中内部燃烧情况以及碳烟的生成情况，吉林大学高印寒等《可控自然光学发动机系统设计与开发》中，设计光学发动机，通过加长活塞，发动机的活塞、缸套、和缸体，在加长活塞上利用石英玻璃窗和反射镜将光导出，通过光谱检测仪分析，但方法适合用于汽油机；并且该技术都是只针对传统内燃机改造为光学发动机，没有针对转子发动机进行光学改造的做法。

另外，吉林大学程鹏等《一种光学发动机》中，将四缸GDI发动机改装成光学发动机，将原有发动机进行改造，保留第一缸的进排气门，拆除其他缸进排气门，将气门导管上端密封，将可视化部分的加装到原发动机的缸盖与缸体之间，该方法结构简单，但不适用于转子发动机的可视化。

发明内容

本发明提供了一种基于转子发动机的光学发动机及设备，通过在转子发动机上增加光学通路来实现。本设计由一款双转子式转子发动机改装而成光学发动机及设备，实现对转子发动机运行情况进行观测，测试转子发动机各项性能，并进行激光点火。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于转子发动机的光学发动机，包括双转子缸的中间隔离室和位于中间隔离室两侧的发动机燃烧室，所述中间隔离室靠近发动机燃烧室的两端面均开设有第一石英窗口，且所述发动机燃烧室的对应侧面开设有与所述第一石英窗口对应的第二石英窗口；两个所述第一石英窗口内设有激光固定射入头和石英窗，两个所述第二石英窗口内设有激光接收器和石英窗；所述中间隔离室在所述第一石英窗口的侧方开设通孔，所述中间隔离室外设有激光发射器，所述激光发射器与所述激光固定射入头通过光纤穿过通孔连接，所述发动机燃烧室外设有光谱仪，所述光谱仪与所述激光接收器通过光纤连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述通孔内配置有密封螺纹管道，所述激光发射器与所述激光固定射入头通过光纤穿过密封螺纹管道连接。通过密封螺纹管道拧入通孔中，保证冷却液管道畅通的同时防止光学改造带来的冷却液泄露。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述中间隔离室靠近发动机燃烧室的两端面沿下部到中部开设有三个第一石英窗口，且所述发动机燃烧室的对应侧面开设有与所述第一石英窗口对应的三个第二石英窗口，这样能更好的对转子机内部燃烧情况进行观测。

一种光学发动机设备包括上述所述的基于转子发动机的光学发动机。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述光学发动机设备还包括控制器和上位机，所述控制器与所述上位机通过CAN通讯连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述光学发动机与所述控制器通过发动机转角信号连接控制，以实现控制器通过发动机转角信号控制光学发动机运转。

本发明具有如下有益效果：

本发明是使用双转子发动机改造成光学发动机，是在发动机中间隔离室和发动机两侧端盖增加石英窗形成光学通路，利用激光和光谱仪对发动机内部情况进行分析；本发明可以实现通过光学方法对转子发动机的运行状态进行监控，对研究转子发动机具有一定的意义。在对转子发动机改动较小的情况下对转子发动机实现光学监控，对分析转子发动机运行情况，分析转子发动机的不足具有很大的意义。

本发明可提供一种针对转子发动机的新型点火方式测试，通过已有光学通路与电控系统点火方式切换，使得转子发动机可以使用激光点火。

本发明提供了一种火焰传播速度的测量方法，使用可调的高频激光照射缸内火焰捕捉火焰经过前后石英窗口时刻，得到火焰传播速率。

附图说明

图1为本发明提供的基于转子发动机的光学发动机及设备的结构示意图；

图2为中间隔离室的剖视图；

图3为发动机燃烧室的剖视图；

图4为控制器组成示意图。

图中：1-光纤；2-光路；3-电路；4-密封螺纹管道；5-激光接收器6-石英窗；7-发动机燃烧室；8-激光固定射入头；9-中间隔离室；10-通孔；11-火花塞；12-控制器；13-激光发射器；14-光谱仪；15-第一石英窗口；16-第二石英窗口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明是使用双转子发动机改造成光学发动机，是在发动机中间隔离室和发动机两侧端盖增加石英窗形成光学通路，利用激光和光谱仪对发动机内部情况进行分析。其替代方案是在使用多转子发动机改造成光学发动机对转子机加装光学通路位置进行改动，或使用多转子发动机改造成光学发动机只要在端盖中间隔室加装光学石英窗不改动转子发动机其他构造都应属于本发明专利范围内。

参照图1-3，本发明提供的一种实施例：一种基于转子发动机的光学发动机，包括双转子缸的中间隔离室9和位于中间隔离室9两侧的发动机燃烧室7，所述中间隔离室9靠近发动机燃烧室7的两端面均开设有第一石英窗口15，且所述发动机燃烧室7的对应侧面开设有与所述第一石英窗口15对应的第二石英窗口16；两个所述第一石英窗口15内设有激光固定射入头8和石英窗6，两个所述第二石英窗口16内设有激光接收器5和石英窗6；所述中间隔离室9在所述第一石英窗口15的侧方开设通孔10，所述中间隔离室9外设有激光发射器13，所述激光发射器13与所述激光固定射入头8通过光纤1穿过通孔10连接，所述发动机燃烧室7外设有光谱仪14，所述光谱仪14与所述激光接收器5通过光纤1连接。

优选的，激光接收器5与激光固定射入头8并没有电信号与光信号的转化作用，其作用都是为了保证激光可以正常发射接收，考虑到由于舱壁垂直度与安装经度等问题而专门设计，为的是装夹光纤与简化激光捕捉，一经确定后可减少安装与拆卸，缩短试验周期。

激光发射器13发射的激光通过光纤1进入激光固定射入头8中，激光通过激光固定射入头8导入后，穿过石英窗6，射入发动机燃烧室7，激发室内气体，同时通过激光接收器5接收激光后，并通过光纤1传导光信号，传入光谱仪14进过光谱仪分析，从而分析缸内工质燃烧情况。

在一些实施例中，所述通孔10内配置有密封螺纹管道4，所述激光发射器13与所述激光固定射入头8通过光纤1穿过密封螺纹管道4连接；通过密封螺纹管道4拧入通孔10中，保证冷却液管道畅通的同时防止光学改造带来的冷却液泄露。具体地，通孔10位置避开发动机壳体螺纹连接处，由于中间隔离室9的通孔10会使原冷却液管路联通导致冷却液泄露，这里设计为密封螺纹管道4拧入通孔10中，保证冷却液管道畅通的同时防止光学改造带来的冷却液泄露。

优选的，光纤1通过螺纹管道4进入中间隔离室9内，为保证激光垂直射入，需要将光纤1装夹在激光固定发射头8上，保证激光能按指定线路射入发动机燃烧室7中。

在一些实施例中，所述中间隔离室9靠近发动机燃烧室7的两端面沿下部(即点火位置)到中部开设有三个第一石英窗口15，且所述发动机燃烧室7的对应侧面开设有与所述第一石英窗口15对应的三个第二石英窗口16，这样能更好的对转子机内部燃烧情况进行观测。

借助高频激光的可调频率可以进一步测量火焰在不同转速下的传播速率，调频使得可视火焰通过三个第一石英窗口并由此计算传播速度规律。

借助已有光学通路与激光强穿透性，进行激光点火试验，配合电控系统切换原点火装置将其关闭，通过激光输出光强与直射时长控制转子发动机激光点火，并通过另两个石英窗6观察内部燃烧。

如图4所示，一种光学发动机设备包括上述所述的基于转子发动机的光学发动机；所述光学发动机设备还包括控制器12和上位机，所述控制器12与所述上位机通过CAN通讯连接；所述光学发动机与所述控制器12通过发动机转角信号连接控制，以实现控制器通过发动机转角信号控制光学发动机运转。优选的，所述控制器12与所述激光发射器13通过电路3连接。

在一些实施例中，控制器12采用单片机控制MC9S12XEP100单片机为光学发动机的电控单元(ECU)。控制器12接收发动机转角信号，根据发动机转角，控制发动机喷油、点火，并且控制激光发射。控制器12通过CAN通讯实现与上位机通讯，上位机可以控制喷油点火从而控制发动机转动速度。

发动机转角信号是整个系统中最重要的基准信号，跟据该信号控制发动机喷油点火以及激光发射(分光谱分析与激光点火)，通过该信号和光谱仪分析结果对比可知发动机运行情况。根据光学发动机的需求，光学发动机转动轴一端安装曲轴角标器，曲轴角标器选用AVL364角标器，该角标器性能好，分辨率为0.025°的曲轴脉冲信号和每圈1个触发脉冲信号。角标器将信号传入到控制器中，经过控制器处理，由控制器控制点火、喷油、激光发射时间、点火方式切换。

本发明对原有转子发动机的光学改造，将转子发动机加装光学通路，使转子发动机能够进行光学分析，分析内部燃烧情况。

本发明经精确计算后的定位孔覆盖了单个转子机的完整火焰传递与燃烧过程，距离点火处不同距离的三个光学通路可以实时反映火焰的燃烧与传播，遍历转子发动机整个燃烧过程。

本发明提供了一种冷却液管路通孔的改造方法，在中间隔离室的舱壁上使用带密封措施的管螺纹(密封圈，尼龙密封或者外部焊接等)将通孔与外界打通处密封，减少改造引起的冷却系统破坏。

本发明的光纤装夹工具的设计(如激光接收器与激光固定射入头)，保证光纤传输角度过程的方便可调，减少安装步骤。

本发明可提供一种火焰传播速度的测量方法，使用可调的高频激光照射缸内火焰，由光谱仪记录某一激光直射频率下火焰正好经过第一石英窗口15的第二或第三石英窗口，从而通过照射时间差以及石英窗间距测量转子发动机缸内火焰传播速率。

本发明贯穿两发动机燃烧室和中间隔离室的光学通路设计可以捕捉双转子在同一时刻的内部情况，可用于分析双转子协同运转的相位差对最终输出轴输出的影响，为今后多转子发动机的相位角差值分析方法提供参考依据。

本发明可提供一种针对转子发动机各项性能的研究方法，保留(或增加)中间隔离室缸体上的通路可以装加不同种类传感器以此反应转子发动机内部工况，如装夹红外传感器对腔内气体温度的研究等，减少更改。

本发明可提供一种针对转子发动机的新型点火方式测试，通过已有光学通路与电控系统点火方式切换，使得转子发动机可以使用激光点火，为针对激光点火的燃料试验以及激光光强，照射时长等研究提供一种方案。

本发明选用AVL364角标器精准反应发动机转角信号，配合上位机系统控制转子发动机转速与喷油脉宽，建立不同转速信号下与不同喷油量下通过光学检测得到的火焰燃烧情况和碳烟生成情况关系，通过光学检测端的分析可划分相同或相似燃烧情况的转速区间与喷油量，提供实验依据。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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。

一种基于转子发动机的光学发动机及设备专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。