本發明提出了一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置，屬于熱力學發動機技術、定容燃燒彈內部保溫技術領域。

背景技術：

內燃機的高效清潔燃燒對于整個社會的節能和環保具有重要意義。內燃機工作過程中，活塞將要抵達上止點時，以及此后的一段時間內，內燃機內部類似進行定容燃燒，此階段也是內燃機整個工作循環過程中最為重要的階段，因為燃料大部分的霧化和燃燒過程都在此階段中。定容燃燒彈(以下簡稱容彈)就是模擬內燃機這一近似定容燃燒過程的實驗設備，是內燃機研發的有力工具。內燃機工作時，內部火焰溫度達到2000℃以上，壓力達到100bar以上，因此容彈內部必須建立高溫高壓的環境氛圍，這會使容彈內部和彈體外部的環境之間形成了巨大溫差。為了保持彈體內部的工作溫度，彌補散熱損失，需要提高加熱功率，這會給加熱裝置帶來較大的熱負荷，降低使用壽命。而且較大的散熱會導致容彈壁面溫度上升，彈體機械性能下降，影響設備的安全性能。所以，目前無論是方形容彈、球形容彈、圓柱形容彈、三角形容彈、八角球形容彈等等，都需要采用保溫技術，來減少此項熱損失。

目前，容彈的保溫技術大致可以分成兩類——外部保溫技術和內部保溫技術。所謂外部保溫技術就是在容彈外表面處采取的保溫措施。如在容彈外表面，包裹石膏或者陶瓷纖維紙作為保溫層，減緩溫度散失的速度。所謂的內保溫就是在容彈內壁表面采取的保溫措施。目前，一般使用多層陶瓷纖維紙，圈繞成圓筒形，緊貼容彈內壁放置，以起到保溫效果，但一般只能用于內部規則表面。

綜合比較，在容彈外部鋪設保溫層簡單宜行，但會造成容彈本體的溫度很高，給密封件的壽命和容彈本體強度帶來不利的影響。而且，外部保溫層的保溫效果要遠低于內部保溫層。容彈內部鋪設保溫層效果雖然好，但容彈內壁上往往要預留各種傳感器的安裝孔、加熱器的電極孔以及容彈視窗孔，再加上不同形狀的容彈內壁上往往存在許多不規則的表面，這些因素都大大增加了內部鋪設保溫層的難度和成本。目前，絕大多數容彈，為了避免上述困難，都不在傳感器的安裝孔、加熱器的電極孔以及容彈視窗孔處布置保溫層，而這些地方的熱損失往往能夠占到總體的一半以上。因此尋找一種簡單有效的容彈內部保溫方法對提高容彈性能具有重要意義。

本申請致力于克服上述容彈內保溫存在的保溫層布置困難以及不同容彈內壁形狀之間通用性差的問題，旨在提出一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置。

技術實現要素：

本發明的目的是針對目前容彈內部無法方便有效地布置保溫層，容彈的散熱損失較大，尤其是在不規則表面、傳感器孔以及容彈視窗孔處布置保溫層極其困難，無法有效減緩散熱的普遍問題，提出一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置。

本發明提出的一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置所依托的容彈包括噴油器，并配有傳感器孔、容彈視窗孔和保溫陶瓷纖維圈；

其中，所依托的容彈可以是方形容彈、球形容彈、圓柱形容彈、三角形容彈、八角球形容彈；配有的傳感器孔是為安裝各種容彈加熱器的電極或者溫度、壓力傳感器而預留的安裝孔；

一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置，簡稱本裝置包括空腔氣室、氣壓平衡孔、預留傳感器拼接孔、預留視窗拼接孔和拼接焊縫；

其中，空腔氣室可以為A型空腔氣室、B型空腔氣室；

其中，所述的空腔氣室可以用薄鐵片制成，空腔氣室由左側面、右側面、上端面、下端面、主視面五個基本面以及視窗孔隔斷曲面和傳感器孔隔斷曲面兩個輔助面組成；

左側面、右側面、上端面、下端面的一條邊分別與主視面外緣相接并且折成一定的角度，分別為α_左側、α_右側、β_上端、β_下端，取值范圍均為0°～180°，且左側面、右側面、上端面、下端面都位于主視面的同一側；所述空腔氣室的左側面、右側面、上端面、下端面的另一條邊，分別貼合容彈內壁，并焊接固定在容彈內壁上面；空腔氣室中上端面、下端面，與水平面的夾角大小為β’，β’與β互補，上端面位置最高，下端面位置最低；左側面和右側面所在的平面都通過容彈的豎直中心線；空腔氣室的每個面依據容彈內部的曲面結構和壁面形狀，制成與之相匹配的形狀：其中，主視面的形狀與空腔氣室所包圍的容彈內壁面相似，且正對著容彈內部；主視面與其所覆蓋的容彈內壁的距離為r，容彈內壁距容彈中心線的距離為R，距離比其中的取值范圍為0～0.75；

其中，下端面中心處開設有一個通孔，稱為氣壓平衡孔，此氣壓平衡孔貫穿下端面，使得空腔氣室和容彈內部相通；氣壓平衡孔的形狀不受限制，可以是圓孔也可是方孔等多邊形孔口；氣壓平衡孔的面積為m，下端面的面積為M，面積比C_t＝m/M，其中C_t的取值范圍為0～0.45；

其中，預留傳感器拼接孔和預留視窗拼接孔均位于兩個空腔氣室的連接處，分別依據傳感器孔和容彈視窗孔的大小和形狀由兩個相鄰空腔氣室的左右側面向內凹陷，分別形成與傳感器孔和容彈視窗孔曲率相似的傳感器孔隔斷曲面和視窗孔隔斷曲面；兩相鄰空腔氣室拼接在一起后，各自側面上的視窗孔隔斷曲面位置相對應，從而拼出與視窗孔同軸心，且直徑略大的預留視窗拼接孔；與此同時，各自側面上的傳感器孔隔斷曲面位置也相對應，從而拼出與傳感器孔同軸心，且直徑略大的預留傳感器拼接孔；進一步，焊接相鄰氣室的連接處和氣室與容彈內壁的相接處，形成拼接焊縫；

所述的五個基本面可以事先用薄鐵片分別切割，然后焊接在一起；或者由一塊薄鐵片裁剪出氣室的展開形狀再折疊，形成各個氣室面；最后統一焊接于容彈內壁上；容彈內壁可以由多個空腔氣室焊接成一層保溫鎧甲，此多個空腔氣室通過逐一焊接，在容彈內部形成類似鎧甲狀的氣室保溫層；相鄰氣室之間的空隙處，可以用于布置各種傳感器孔和容彈視窗孔；

多個空腔氣室之間依據傳感器孔和容彈視窗孔的數量和形狀，預留相應的內陷的空間，為形成預留傳感器拼接孔、預留視窗拼接孔做準備；且內陷所形成的視窗孔隔斷曲面和傳感器孔隔斷曲面要與容彈內壁緊密焊接固定；

其中，空腔氣室數量的選取原則為：1)每個空腔氣室所覆蓋的容彈內表面盡量大；2)相鄰空腔氣室間的間隙盡量??；3)不能遮擋傳感器孔與容彈視窗口的光學通路，構建盡量少的空腔氣室；

一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置的連接關系如下：

空腔氣室的左側面直接與上端面和下端面相連，與右側面相對；右側面與上端面和下端面直接相連；其中空腔氣室的上端面、下端面、右側面、左側面上遠離主視面的那條邊分別焊接于容彈內壁面上，而實現空腔氣室除主視面之外其他各組成面的密封與固定；

一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置中氣壓平衡孔的功能是為了實現空腔氣室和容彈內部高溫氣體的相對平衡，從而在空腔氣室中形成近似靜止的氣體層以及保持空腔氣室的結構穩定，具體體現在：

一方面，空腔氣室的各個組成面阻止了容彈內的高溫氣體進入空腔氣室中，與空腔氣室所覆蓋的容彈內壁面形成對流換熱。而氣壓平衡孔的存在，空腔氣室內外壓力相同，從而阻止容彈內高溫氣體進一步流入空腔氣室中，使空腔氣室內形成近似于靜止的氣體層，而這些氣體層又將阻止容彈內的熱量向外散失，從而起到氣體保溫層的功能；

另一方面，氣壓平衡孔使得空腔氣室內與容彈內部的大空間相連通，使得空腔氣室內部壓力與容彈內部壓力相等，實現壓力平衡，從而使空腔氣室的結構不被破壞；

此外，由于氣壓平衡孔開在空腔氣室下端面上，遠離噴油器，從而可以避免氣壓平衡孔被污油堵塞。

有益效果

本發明提出了一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置，與現有技術相比，具有如下有益效果：

(1)本發明一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置，方便布置于容彈內部，尤其適合布置在傳感器孔以及容彈視窗孔等傳統保溫層難以布置的位置；

(2)本發明一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置的隔熱保溫方式與傳統隔熱保溫方式相比，本發明提出的隔熱裝置原理新穎，具體為：本發明采用的空腔氣室起到了隔熱保溫效果，使得同樣的氣體和容彈內壁面上傳遞熱量方式為導熱，而此種導熱方式的熱傳導系數要遠遠低于傳統的對流換熱方式，即：由于空腔氣室內部的氣體近似靜止，使得空腔氣室內部與容彈內部的熱量傳遞方式為導熱，而導熱方式傳遞的熱量要比沒有布置空腔氣室的對流換熱方式，在同等條件下，傳遞的熱量要少的多。最終使從容彈內部到容彈外部環境這一完整傳熱路徑上的傳熱量很小，從而起到了良好的保溫作用；

(3)本發明一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置中的多個空腔氣室的選取避免了相鄰空腔氣室間的空隙處散熱過多的問題；具體通過如下選取原則實現：1)每個空腔氣室所覆蓋的容彈內表面盡量大；2)相鄰空腔氣室間的間隙盡量??；3)不影響傳感器孔與容彈視窗口的光學通路，構建盡量少的空腔氣室；

(4)本發明一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置的空腔氣室內和容彈大環境之間可以形成一種動態壓力和溫度平衡，從而實現持續保溫效果，具體體現為：

由理想氣體狀態方程pv＝nRT可知，如果空腔氣室內的高溫氣體的溫度值由于容彈壁的導熱而降低，則容彈內的壓力也會同時降低，從而使容彈內大環境中新鮮的高溫氣體重新涌入替換，空腔氣室內和容彈大環境之間形成了一種動態的溫度平衡，而由于每一時刻空腔氣室內氣體的替換相對量極少，保證了空腔氣室內的高溫氣體始終近似于靜止，從而實現持續的保溫效果；

(5)本發明一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置，可以使用下腳料的薄鐵皮作為主要材料，一方面大大降低了制作容彈保溫層所要花費的費用，另一方面，還充分利用了一些廢棄資源，避免了資源的浪費。

附圖說明

圖1為本發明“一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置”中，布置內保溫氣室的圓柱形容彈135度剖視圖；

圖2為本發明“一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置”中，A型和B型空腔氣室在容彈內部的拼接陣列圖；

圖3為本發明“一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置”中，A型和B型空腔氣室在容彈視窗孔處的拼接圖；

圖4為本發明“一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置”中，空腔氣室背面圖；

圖5為本發明“一種用于定容燃燒彈內部不規則表面的保溫裝置”中，保溫陶瓷纖維圈結構圖；

其中，1、容彈視窗孔；2、A型空腔氣室；3、噴油器；4、預留傳感器拼接孔；5、傳感器孔；6、B型空腔氣室；7、氣壓平衡孔；8、保溫陶瓷纖維圈；9、傳感器孔隔斷曲面；10、拼接焊縫；11、預留視窗拼接孔；12、空腔氣室主視面；13、空腔氣室左側面；14、空腔氣室上端面；15、視窗孔隔斷曲面；16、空腔氣室右側面；17、空腔氣室下端面。

具體實施方式

下面根據附圖及具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

應當指出，本申請的實施并不局限于下面的實施例，對本申請所做的任何形式上的變通或改變將落入本發明保護范圍。

實施例1

如圖1所示，其中1、容彈視窗孔；2、A型空腔氣室；3、噴油器；4、預留傳感器拼接孔；5、傳感器孔；6、B型空腔氣室；7、氣壓平衡孔；8、保溫陶瓷纖維圈；圓柱形容彈，整體呈圓柱形，內部中空，豎直放置于水平面上；圓柱容彈的上、下端蓋和側壁緊密連接，一般使用法蘭固定。容彈側壁面上，開有4個用于觀察的尺寸較大的圓形視窗通孔，相鄰容彈視窗孔1的軸線都互相垂直。四個容彈視窗孔1的軸線位于一個水平面上，且均相交于一點，且這個點也位于容彈的軸線上。上述這個共有點，將四個容彈視窗孔1的軸線分割成四個射線。過這個共有點，在四個容彈視窗孔1的軸線所確定的平面上，作兩條均分相鄰射線間90度角的45度線。在過這些45度線并垂直與水平面而形成的平面上，與容彈相交的地方，沿豎直方向，分布著若干傳感器孔5。本實施例中每個方向的傳感器孔數取值為2。此外，圓柱形容彈內表面的下部，一般比較規整，沒有太多的孔口和特殊需要的部件。

針對上述圓柱形容彈，本實施例將詳細介紹如何運用本發明，布置容彈的內部保溫層。如圖1和圖3所示，其中2、A型空腔氣室；6、B型空腔氣室；7、氣壓平衡孔；9、傳感器孔隔斷曲面；10、拼接焊縫；空腔氣室分為兩種類型，即A型空腔氣室2和B型空腔氣室6；A型空腔氣室2和B型空腔氣室6的結構和尺寸均呈鏡面對稱。

在本實施例中，兩者成對存在，在不影響理解的情況下統稱空腔氣室。其中，空腔氣室的相關參數為：α_左側＝α_右側＝β_上端＝β_下端＝25°，C_t＝0.1，共計4對A型空腔氣室2和B型空腔氣室6，也就是8個獨立的空腔氣室。

首先，如圖5所示，其中8、保溫陶瓷纖維圈；對于沒有通孔以及不會布置其它易受干擾原件的容彈內表面的下部，可以使用傳統的保溫層布置，也就是使用保溫陶瓷纖維圈8。如圖1所示，保溫陶瓷纖維圈8的中心軸與容彈的中心軸重合，保溫陶瓷纖維圈8的外徑略小于容彈內徑，能夠保證保溫陶瓷纖維圈8的外壁面能夠和容彈內壁緊密貼合即可。

其次，布置容彈視窗孔1所貫穿的容彈內表面處的保溫層。如圖3所示，將A型空腔氣室2的空腔氣室右側面16與B型空腔氣室6的空腔氣室左側面13拼接。其中，相似的曲面一一對應，從而使A型空腔氣室2和B型空腔氣室6之間形成一個向四周凹陷的預留視窗拼接孔11。如圖1所示，進一步的，將上述A型空腔氣室2和B型空腔氣室6所拼接成的組合體，放入圓柱容彈內壁安裝。如圖3中所示的A型空腔氣室2和B型空腔氣室6的組合陣列貼合并焊接在容彈內表面上。其中預留視窗拼接孔11的軸線與容彈視窗孔1的軸線重合，A型空腔氣室2和B型空腔氣室6的氣壓平衡孔7均位于下方。A型空腔氣室2和B型空腔氣室6的下端面17均與保溫陶瓷纖維圈8的軸向上端面重合，但氣壓平衡孔7不能被覆蓋堵塞。如圖4所示，其中7、氣壓平衡孔；9、傳感器孔隔斷曲面；12、空腔氣室主視面；13、空腔氣室左側面；14、空腔氣室上端面；15、視窗孔隔斷曲面；16、空腔氣室右側面；17、空腔氣室下端面；空腔氣室的背面與容彈內表面貼合，進一步，保證A型空腔氣室2和B型空腔氣室6上的傳感器孔隔斷曲面9與所對應的傳感器孔5能夠匹配，既要盡量增大空腔氣室的覆蓋面積又不能遮擋住傳感器孔5的通路。進一步，沿著A型空腔氣室2和B型空腔氣室6之間的楔形縫隙將兩個氣室焊接在容彈內壁上，從而形成拼接焊縫10。進一步，將A型空腔氣室2和B型空腔氣室6的左側面13、空腔氣室上端面14、視窗孔隔斷曲面15、空腔氣室右側面16、空腔氣室下端面17、傳感器孔隔斷曲面9與容彈內壁的交接線緊密焊接。最后，將剩余三個容彈視窗孔1內壁面上按照上述方式，依次布置好空腔氣室保溫層。如圖2所示，其中4、預留傳感器拼接孔；7、氣壓平衡孔；9、傳感器孔隔斷曲面；11、預留視窗拼接孔；最終多個空腔氣室的左側面13和空腔氣室右側面16依次相連，A型空腔氣室2和B型空腔氣室6成對存在，預留視窗拼接孔11和預留傳感器拼接孔相間布置。此外，為了減少對容彈內部原有流場形式的影響，空腔氣室沿容彈徑向的厚度與保溫陶瓷纖維圈8的徑向厚度相等。

以上所述為本發明的較佳實施例而已，本發明不應該局限于該實施例和附圖所公開的內容。凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發明保護的范圍。