本发明公开了一种用于内燃机燃烧室顶部近壁流场光学测量的标定装置，其结构是：石英玻璃缸套装于金属缸套内，缸盖与加长机体固定，通过加长机体一侧的丝杠带动升降板，使石英玻璃缸套固定在金属缸套和缸盖之间。石英玻璃置于加长活塞顶部的视窗孔，加长活塞与活塞顶盖板紧固。活塞顶盖板开有一个条形的凹槽以及通槽，反光镜通过通槽反射激光片光源。T形陶瓷标定板上端设有网格状标记，反光镜与水平面呈45度倾斜，反光镜位于加长活塞中心轴线。本发明可方便对与标定板位置相关联的激光片光源位置的调整和确定，实现对内燃机燃烧室顶部不同测量区域近壁流场的光学测量标定，无需对目前光学发动机结构进行改动即可完成测量标定。
1.用于内燃机燃烧室顶部近壁流场光学测量标定的装置，包括：缸盖、石英玻璃、石英玻璃缸套、金属缸套、加长机体、支撑柱、升降板、丝杠、止推轴承、滚动轴承、聚四氟乙烯垫片、螺栓、加长活塞、活塞顶盖板、陶瓷标定板、以及反光镜，其特征在于：石英玻璃缸套(1)装于金属缸套(2)内，缸盖(3)由四根对称支撑柱(4)支撑，支撑柱下端与加长机体(5)通过螺纹固定，加长机体的两个侧面为开口结构，开口宽度大于石英玻璃缸套的外径，加长机体开口的两侧均设有丝杠(6)，丝杠装有升降板(7)，升降板与金属缸套通过止口定位配合并固定，丝杠带动升降板和金属缸套上移，使石英玻璃缸套固定在金属缸套和缸盖下端面之间，反光镜支架(8)安装在加长机体底板上，反光镜支架中心装有反光镜，加长活塞(9)顶部设有止口并开有视窗孔，石英玻璃(10)置于视窗孔内成为玻璃视窗，玻璃视窗顶面与加长活塞上顶面平齐，加长活塞与活塞顶盖板(11)用螺栓(12)紧固，活塞顶盖板开有一个条形的凹槽(13-1)，凹槽内开有1mm宽的通槽(13-2)，反光镜通过通槽反射激光片的光源，陶瓷标定板(14)设计成T形，从活塞顶盖板下面穿出，陶瓷标定板上端设有网格状标记，陶瓷标定板中心与加长活塞以及活塞顶盖板为同一轴线，反光镜与水平面呈45度倾斜，反光镜位于加长活塞中心轴线。
2.按照权利要求1所述的用于内燃机燃烧室顶部近壁流场光学测量标定的装置，其特征在于：所述丝杠的上顶端设有止推轴承(15)，下顶端装有滚动轴承(16)，止推轴承和滚动轴承均位于所述加长机体的开口的两个侧面。
3.按照权利要求1所述的用于内燃机燃烧室顶部近壁流场光学测量标定的装置，其特征在于：所述凹槽的深度不小于5mm，凹槽与活塞顶盖板下底面垂直，所述陶瓷标定板上端的网格状标记为横纵交错网格，网格间距为0.2mm，误差小于5％。
4.按照权利要求1所述的用于内燃机燃烧室顶部近壁流场光学测量标定的装置，其特征在于：所述陶瓷标定板下端与所述活塞顶盖板通槽的装配方式为过盈配合，陶瓷标定板下端厚度与通槽的深度相同，陶瓷标定板装配后与活塞顶盖板底面持平。
5.按照权利要求1所述的用于内燃机燃烧室顶部近壁流场光学测量标定的装置，其特征在于：所述陶瓷标定板位于活塞顶盖板上端面的高度大于加长活塞位于上止点时加长活塞顶面至燃烧室顶部的距离。
6.按照权利要求1所述的用于内燃机燃烧室顶部近壁流场光学测量标定的装置，其特征在于：所述石英玻璃视窗上下表面、石英玻璃缸套、金属缸套、以及缸盖底面接触面均设有聚四氟乙烯垫片。
用于内燃机燃烧室顶部近壁流场光学测量标定的装置
技术领域
[0001] 本发明属于内燃机结构检测技术领域，具体涉及一种对内燃机气缸内燃烧流场测量标定的装置。
背景技术
[0002] 内燃机工作过程中，气缸内近壁会形成一层很薄的边界层(一般小于2mm)，该边界层与外围流场之间的动量、能量和质量的交换与内燃机工作过程密切相关，对于内燃机宏观流场结构、壁面传热和燃烧特性都起着至关重要的作用，并最终影响内燃机的热效率和污染物排放。
[0003] 全透明燃烧室光学发动机的应用，可使气缸(燃烧室)顶部区域的流动、喷雾与燃烧可视化。因此，配合使用粒子图像测速(PIV)技术可使得气缸近壁边界层测量成为可能。但PIV技术操作中重要的一步是要对所测的平面进行标定，即需要已知刻度的标定板作为参照物。通过相机捕捉该标定板来构建拍摄图像像素与真实物理空间的距离，由此算出所测流场中粒子的坐标和位移。此外，所测流场在标定过程中的周围环境需要与实验工况下相一致，映射到全透明燃烧室光学发动机。其实验工况的环境是：全透明燃烧室石英玻璃缸套锁紧固定在升降金属缸套和缸盖底平面之间，它们与活塞共同形成了一个封闭的空间，即需要透过石英玻璃缸套才能观测到燃烧室顶部区域的流场。所用石英玻璃缸套横截面为环形，而且壁较厚，但有无石英玻璃缸套对标定结果影响很大。
[0004] 目前对汽油机燃烧室流场进行光学标定时，均设置石英玻璃缸套。而且要考虑放置石英玻璃缸套和标定板的顺序，放置玻璃缸套前，需提前固定好标定板的位置，因为放入玻璃缸套后就形成了封闭空间，无法再对标定板进行调整与操作。内燃机缸内光学标定主要是对缸内宏观流场区域进行标定，操作空间相对开放，所用标定参照物分辨率较低，例如中国专利CN107560653A。在实验台架中，由石英玻璃缸套、缸盖底平面和活塞组成的燃烧室顶部近壁区域，放置标定板操作空间狭小，标定区域也很窄小。因此如何安置具有较高标定精度和分辨率的固定标定板，成为一个亟需解决的问题。本发明的提出可以满足上述要求。
发明内容
[0005] 本发明的目的是，提供一种用于内燃机燃烧室顶部近壁流场光学测量标定的装置，以解决因标定空间封闭狭小而引起的诸多问题。
[0006] 用于内燃机燃烧室顶部近壁流场光学测量标定的装置包括：缸盖、石英玻璃、石英玻璃缸套、金属缸套、加长机体、支撑柱、升降板、丝杠、止推轴承、滚动轴承、聚四氟乙烯垫片、螺栓、加长活塞、活塞顶盖板、陶瓷标定板、以及反光镜等。本发明采用的技术方案是：石英玻璃缸套装于金属缸套内，缸盖由四根对称支撑柱支撑，支撑柱下端与加长机体通过螺纹固定。加长机体的两个侧面为开口结构，开口宽度大于石英玻璃缸套的外径，加长机体开口一侧设有丝杠，丝杠装有升降板，升降板与金属缸套通过止口定位配合并固定。丝杠带动升降板和金属缸套上移，使石英玻璃缸套固定在金属缸套和缸盖下端面之间。反光镜支架安装在加长机体底板上，反光镜支架中心装有反光镜。
[0007] 为达到对内燃机燃烧室顶部近壁流场光学测量标定的目的，采用的技术方案是：加长活塞顶部设有止口并开有视窗孔，石英玻璃置于视窗孔内成为玻璃视窗，玻璃视窗顶面与加长活塞上顶面平齐，加长活塞与活塞顶盖板用螺栓紧固。活塞顶盖板开有一个条形的凹槽，凹槽内开有1mm宽的通槽，反光镜通过通槽反射激光片的光源。陶瓷标定板设计成T形，从活塞顶盖板下面穿出。陶瓷标定板上端设有网格状标记，陶瓷标定板中心与加长活塞以及活塞顶盖板为同一轴线，反光镜与水平面呈45度倾斜，反光镜位于加长活塞中心轴线。
[0008] 本发明的特点以及与现有技术相比产生的有益效果是，(1)使用网格状标记的标定板可以获得高分辨的标定结果；(2)在活塞顶盖板开有凹槽、通槽的结构设计，可方便实现对与标定板位置相关联的激光片光源位置的调整和确定；(3)变换凹槽和通孔的开口位置也可进行汽油机燃烧室顶部不同测量区域近壁流场的光学测量标定；(4)对原有光学发动机结构几乎无需改动，只需加工不同的活塞顶盖板开口位置以及T形标定板即可；(5)检测标定实验操作方便。
附图说明
[0009] 图1为本发明装置的总成结构图。
[0010] 图2为本发明中燃烧室顶部近壁区域标定局部结构示意图。
[0011] 图3为加长活塞和石英玻璃装结构配图。
[0012] 图4为活塞顶盖板与T形标定板装配结构示意图。
具体实施方式
[0013] 下面结合附图并通过实施例对本发明结构进行详细说明，以使本发明的结构特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出清楚明确的界定。
[0014] 本装置总成结构布置方案如图1所示。具体结构组成为：石英玻璃缸套1装于金属缸套2内，缸盖3由四根对称支撑柱4支撑，支撑柱下端与加长机体5通过螺纹固定。加长机体的两个侧面为开口结构，开口宽度大于石英玻璃缸套的外径，加长机体开口一侧设有丝杠6和丝杠装有升降板7，升降板与金属缸套通过止口定位配合并固定。丝杠带动升降板和金属缸套上移，使石英玻璃缸套固定在金属缸套和缸盖下端面之间。反光镜支架8安装在加长机体底板上，反光镜支架中心装有反光镜。
[0015] 燃烧室顶部近壁区域标定局部结构如图2所示。加长活塞9顶部设有止口并开有视窗孔，石英玻璃10置于视窗孔内成为玻璃视窗，玻璃视窗顶面与加长活塞上顶面平齐，加长活塞与活塞顶盖板11用螺栓12紧固。活塞顶盖板开有一个条形的凹槽13-1，凹槽内开有1mm宽的通槽13-2，反光镜通过通槽反射激光片的光源。陶瓷标定板14设计成T形，(装配时)从活塞顶盖板下面穿出，陶瓷标定板上端设有网格状标记，陶瓷标定板中心与加长活塞以及活塞顶盖板为同一轴线。反光镜与水平面呈45度倾斜，反光镜位于加长活塞中心轴线。
[0016] 为了减小摩擦阻力，丝杠的上顶端设有止推轴承15，下顶端装有滚动轴承16，止推轴承和滚动轴承均位于所述加长机体的开口的两个侧面。
[0017] 凹槽的深度不小于5mm，凹槽与活塞顶盖板下底面垂直，陶瓷标定板上端的网格状标记为横纵交错网格，网格间距为0.2mm，误差小于5％。
[0018] 陶瓷标定板与活塞顶盖板通槽装配时呈倒T字形安装，将带有标记的竖板从活塞顶盖板通槽的底部穿上来。而且陶瓷标定板下端与活塞顶盖板通槽的装配方式为过盈配合，陶瓷标定板下端厚度与通槽的深度相同，标定板装配后与活塞顶盖板底面持平。陶瓷标定板位于活塞顶盖板上端面的高度大于加长活塞位于上止点时加长活塞顶面至燃烧室顶部的距离，这段距离就是测量(或标定)近壁流场所用的空间。
[0019] 本发明的主要目的是为了对燃烧室顶部位置的(近壁流场)进行光学测量，所以标定板最上部与燃烧室顶部相接触。反光镜通过加长活塞两侧的开口伸入到加长活塞内，激0
光器正对反光镜倾斜一侧，其发射出的水平激光片光源经反光镜45反射变为垂直向上的光。照相机的镜头正对标定板(网格标记)刻度一侧，高度与对应的燃烧室顶面平齐。
[0020] 实施例：
[0021] 内燃机燃烧室顶部近壁区域光学标定的具体操作：进行光学标定时，转动发动机飞轮(丝杠)使加长活塞顶面稍高于加长机体上平面，然后安装活塞顶盖板和陶瓷标定板。转动飞轮使加长活塞位于下止点并固定，把燃烧室石英玻璃缸套放置金属缸套定位止口内，同时旋紧加长机体两侧丝杠使石英玻璃缸套固定在金属缸套和缸盖底平面之间。慢慢转动飞轮，从侧面观察标定板位置，直到标定板上顶面接触到燃烧室顶部，固定升降板所在位置即可。
[0022] 打开置于加长机体左侧的激光器，调整激光片光源位置，使其穿过活塞顶盖板上的通槽，确保激光片光源平行于陶瓷标定板带刻度一侧平面，并使标定板带刻度一侧平面位于激光片光源厚度的中心，关闭激光器。打开置于加长机体右侧的照相机和图像采集软件，通过图像采集软件实时画面模式调整照相机位置，使相机视场位于燃烧室顶面附近且图像成像清晰，然后即可对标定板进行图像捕捉。
[0023] 该流程操作完成后，既完成对燃烧室顶部近壁区域进行的光学标定，又可以同步确定激光片光源与标定板所在平面的对应位置。
