发动机缸内照明装置

技术领域

本申请实施例涉及发动机技术领域，尤其涉及一种发动机缸内照明装置。

背景技术

发动机可视化技术能够直观地反映发动机气缸内零部件的运动过程、混合气形成过程和燃烧状态，在发动机研发和故障诊断中具有无可替代的优势。

目前，发动机可视化结构主要分为以下两类：第一类是配置石英玻璃材质的透明缸套，在缸外设置LED光源和相机；第二类是在缸盖上打孔配置内窥镜头，并且设置由光源、光纤和玻璃光头组成的光纤照明装置，玻璃光头设置在缸内，光源发出的亮光经光纤传导至位于缸内的玻璃光头。然而，第一类结构由于LED光源设置在缸体外，在应用时透明玻璃缸套会反光严重，导致拍摄的图像质量较差。第二类结构在应用时由于传导过程中光大幅衰减，会致使照明不足，并且由于散热差，可能会缩短光纤照明装置的寿命并且引发气缸早燃和爆震。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例所解决的技术问题之一在于提供一种发动机缸内照明装置，用以克服现有技术中发动机外置LED照明反光严重，影响拍摄质量的缺陷，以及内窥镜光纤照明系统亮度不足，寿命短，中高负荷时易引起早燃和爆震的缺陷。

本申请实施例提供了一种发动机缸内照明装置，其包括：灯杆、隔热套、灯头和水循环冷却装置；

所述灯杆具有内轴孔，所述灯杆的前端与所述隔热套的后端连接；

所述隔热套的前端设置有光学窗口，以使得所述灯头发出的光通过所述光学窗口照射出去；

所述灯头设置在所述隔热套内，所述灯头朝向所述光学窗口；

所述水循环冷却装置设置于所述灯杆的内轴孔中，所述水循环冷却装置的前端与所述灯头的后端连接，用于吸收所述灯头产生的热量。

可选的，在本申请的一种实施例中，所述水循环冷却装置包括水循环外套和水循环内套；

所述水循环外套设置于所述灯杆的内轴孔内，所述水循环外套具有内轴孔，所述水循环外套的前端与所述灯头的后端配合；

所述水循环内套设置于所述水循环外套的内轴孔内，所述水循环内套的前端与所述灯头具有预设间距，所述水循环内套的后端与冷却水的进水管连接。

可选的，在本申请的一种实施例中，所述灯头包括LED灯珠、铝基板和散热片；所述LED灯珠设置在所述铝基板的一侧，所述散热片设置在所述铝基板的与所述LED灯珠相对的一侧，所述散热片设置有容纳所述水循环内套前端的空腔。

可选的，在本申请的一种实施例中，所述水循环内套中后端的轴孔大于所述水循环内套前端的轴孔，所述水循环内套的前端设置有喷嘴，以使得所述冷却水通过所述喷嘴朝向所述散热片喷射。

可选的，在本申请的一种实施例中，所述水循环内套的前端设置有与所述散热片配合的导向定位面。

可选的，在本申请的一种实施例中，所述水循环外套的外壁上沿轴向方向设置有线槽，用于容纳所述LED灯珠的电源线。

可选的，在本申请的一种实施例中，所述发动机缸内照明装置还包括套筒体，所述套筒体与发动机缸盖可拆卸连接；所述套筒体设置有内轴孔，所述灯杆设置于所述套筒体的内轴孔内。

可选的，在本申请的一种实施例中，所述光学窗口为半球型光学窗口、平面型光学窗口或斜面型光学窗口。

可选的，在本申请的一种实施例中，所述发动机缸内照明装置还包括灯杆压帽，所述灯杆的后端设置有法兰面，所述灯杆压帽通过所述灯杆的法兰面将所述灯杆固定在所述套筒体内。

可选的，在本申请的一种实施例中，所述发动机缸内照明装置还包括水循环外套压帽，所述水循环外套的后端设置有法兰面，所述水循环外套压帽通过所述水循环外套的法兰面将所述水循环外套固定在所述灯杆内。

可选的，在本申请的一种实施例中，所述套筒体的内壁与所述灯杆的外壁间隙配合。

可选的，在本申请的一种实施例中，所述水循环外套的后端的侧壁设置有排水孔，所述排水孔用于与排水接头连接。

本申请实施例中，发动机缸内照明装置可以包括灯杆、隔热套、灯头和水循环冷却装置；灯杆具有内轴孔，灯杆的前端与隔热套的后端连接；隔热套的前端设置有光学窗口，以使得灯头发出的光通过光学窗口照射出去；灯头设置在隔热套内，灯头朝向光学窗口；水循环冷却装置设置于灯杆的内轴孔中，水循环冷却装置的前端与灯头的后端连接，用于吸收灯头产生的热量。由上灯杆与隔热套连接，灯头设置在隔热套内，借助于灯杆可以将灯头伸入到发动机缸内，实现从内部对发动机缸内进行照明，从而可以提供充足的照明亮度，同时避免外置照明系统反光严重的问题，提高图像拍摄质量。此外，通过水循环冷却装置吸收灯头产生的热量进行有效散热，可以延长照明装置的使用寿命，同时避免这些热量在发动机处于中高负荷时引起发动机早燃和爆震，适合发动机的所有工况的使用需求。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请实施例的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比值绘制的。附图中：

图1为本申请实施例提供的一种发动机缸内照明装置的截面图；

图2为图1所示的发动机缸内照明装置在单杠发动机上应用的示意图；

图3为图1所示的发动机缸内照明装置在多缸机内窥镜上应用的示意图。

标号说明

11、灯杆 12、隔热套

13、灯头 131、LED灯珠

132、铝基板 133、散热片

14、水循环冷却装置 141、水循环内套

142、水循环外套 15、线槽

16、灯杆压套 17、水循环外套牙套

18、内套卡套接头

具体实施方式

发动机内部可视化需要照明装置来提供充足的亮度，以便于通过相机或内窥镜等图像采集装置拍摄发动机气缸内零部件的运动过程、混合气体形成过程和燃烧状态。目前，光学单缸发动机通常使用外置LED灯进行照明，垂直方向安装高速相机对缸内的喷雾、点火、燃烧等过程进行记录，但是因透明玻璃缸套是圆柱形，外置光源会引起剧烈的反光，严重影响高速相机的成像质量。多缸发动机使用内窥镜记录缸内的工作过程，通过在缸盖上打孔后分别安装光纤照明系统和内窥镜拍摄系统，但是该光纤照明系统中光在较长的光纤上传导后有较大衰减，易导致照明亮度不足，而过量的光源会烧蚀光纤接头，影响光纤的使用寿命,且该系统中玻璃光头安装在燃烧室内顶面，因玻璃热传导性差，在发动机中、大负荷运行时热量积聚成为热点源，极易引发早燃和爆震，损坏发动机和测试设备。

为了解决这些问题，本申请实施例提供的发动机缸内照明装置通过借助于灯杆和隔热套在发动机燃烧室的顶面安装灯头，实现从内部对发动机的缸内进行照明，应用到光学单缸发动机中可避免外部光源引起反光的现象，应用到多缸发动机内窥镜系统中，通过使用高亮度的LED灯源，可以解决照明亮度不足的问题。同时采用水循环冷却装置持续对灯头持续进行冷却，无热量积聚问题，使得本实施例提供的发动机缸内照明装置可满足发动机所有负荷下的持续运转。

下面结合本发明实施例附图进一步说明本发明实施例具体实现。

本申请实施例一提供一种发动机缸内照明装置，如图1所示，图1为本申请实施例提供的发动机缸内照明装置的截面图。该发动机缸内照明装置10可以包括灯杆11、隔热套12、灯头13和水循环冷却装置14。灯杆11具有内轴孔，灯杆11的前端与隔热套12的后端连接。隔热套12的前端可以设置有光学窗口，以使得灯头13发出的光通过光学窗口照射出去。灯头13可以设置在隔热套12内，灯头13朝向光学窗口。水循环冷却装置14可以设置于灯杆11的内轴孔中，水循环冷却装置14的前端与灯头13的后端连接，用于吸收灯头13产生的热量。通过灯杆与隔热套连接，灯头设置在隔热套内，借助于灯杆可以将灯头伸入到发动机缸内，实现从内部对发动机缸内进行照明，从而可以提供充足的照明亮度，同时避免外置照明系统反光严重的问题，提高图像拍摄质量。此外，通过水循环冷却装置吸收灯头产生的热量进行有效散热，可以延长照明装置的使用寿命，同时避免热量集聚引起发动机早燃和爆震，适合发动机的所有工况的使用需求。

本实施例中，灯杆11的内轴孔可以是指在灯杆11的轴心处沿轴向方向开设的孔。灯杆11具有内轴孔可以理解为灯杆11为中空结构。可选的，灯杆11的内轴孔可以是精加工的，以便于与水循环冷却装置14的外壁间隙配合，保证灯杆11与水循环冷却装置14装配的便捷性。可选的，水循环冷却装置14可以包括水循环内套141和水循环外套142。灯杆11的内轴孔可以与水循环外套142的外壁间隙配合。

本实施例中，灯杆11的前端可以理解为在发动机缸内照明装置10使用时朝向发动机缸体的一端，灯杆11的后端是与灯杆11的前端相对的一端，即在发动机缸内照明装置10使用时远离发动机缸体的一端。隔热套12的后端可以理解为与灯杆11的前端连接的一端，隔热套12的后端是与隔热套12的前端相对的一端，即远离灯杆11的一端。水循环冷却装置14的前端可以理解为在发动机缸内照明装置10使用时朝向发动机缸体的一端，水循环冷却装置14的后端是与水循环冷却装置14的前端相对的一端，即在发动机缸内照明装置10使用时远离发动机缸体的一端。灯头13的后端可以理解为与水循环冷却装置14的前端连接的一端，灯头13的前端是与灯头13的后端相对的一端，即远离水循环冷却装置14的一端。

可选的，灯杆11的前端可以设置内螺纹，该内螺纹与隔热套12的外螺纹配合，实现可拆卸连接，以便于可以快速拆卸、更换隔热套。灯杆11的后端可以设置法兰面，以便于将灯杆11压紧固定在其安装位置。灯杆11的后端可以设置外螺纹，以便于水循环冷却装置14的内螺纹配合，具体的，可以与水循环冷却装置14中的水循环外套142的内螺纹配合。

可选的，隔热套12可以为蓝宝石隔热套，用于隔绝发动机燃烧室内的高温高压环境。隔热套12的后端可以设置外螺纹，该外螺纹与灯杆11前端的内螺纹配合，实现可拆卸连接，以便于可以快速拆卸、更换隔热套。

可选的，隔热套12的后端可以设置有法兰盘，通过该法兰盘可以实现隔热套12与灯杆11之间以及隔热套12与发动机缸盖之间的密封。隔热套12的法兰盘的圆周面上可以设置有沉孔，以便于利用特制工装将隔热套12拧紧在灯杆11上。本实施例对沉孔的数量不做限定，例如，沉孔可以为2个、3个等。

可选的，隔热套12的前端可以设置有沉孔，通过该沉孔可以在隔热套12上镶嵌光学窗口。隔热套12前端的光学窗口允许灯头13发出的光透过，对目标区域进行照明。

该光学窗口的材质不限，可以根据实际需求设置。例如，对于柴油发动机和增压型汽油发动机，由于燃烧室内的温度压力较高，光学窗口可以采用蓝宝石玻璃。又例如，对于自然吸气式汽油发动机，由于燃烧室内的温度压力相对较低，光学窗口可以采用石英玻璃。

此外，光学窗口可以根据需要使用不同的形状。可选的，光学窗口可以为半球型光学窗口、平面型光学窗口或斜面型光学窗口。半球型光学窗口有利于对光学窗口有正前方的区域进行照明。平面型光学窗口有利于扩大照明范围。斜面型光学窗口有利于对光学窗口的斜面正对的侧面区域进行照明。通过选用不同形状的光学窗口可以满足不同目标区域的照明需求，例如对发动机缸内的各个区域进行照明。

可选的，灯头13可以包括LED灯珠131、铝基板132和散热片133。LED灯珠131可以设置在铝基板132的一侧，散热片133可以设置在铝基板132的与LED灯珠131相对的一侧。LED灯珠131可以通过焊接方法固定在铝基板132上，灯珠131的电源线可以通过铝基板132上铺设的铜箔电路引出。由于采用LED灯珠，安装简单，易于更换，可以满足不同试验对照明亮度和照明区域的需求。散热片133可以用于导出LED灯珠131产生的热量，并通过水循环冷却装置14的循环水将热量导出。可选的，散热片133上可以设置用于与水循环冷却装置14配合的空腔，例如用于容纳水循环冷却装置14的水循环内套141的前端的空腔。例如，该空腔可以设置在散热片133的中心区域。可选的，散热片133的后端可以倒斜角，以利于与水循环冷却装置14的水循环内套141之间的装配。本实施例中，由于采用水循环冷却装置对LED灯珠进行冷却，可以在尺寸允许的条件小选用大功率的LED灯珠。同时，为了提高空间利用率，应该使用圆柱形的灯珠。

可选的，在包括水循环外套142和水循环内套141的水循环冷却装置14中，水循环外套142可以设置于灯杆11的内轴孔内，水循环外套142具有内轴孔，水循环外套142的前端与灯头13的后端配合。水循环内套141可以设置于水循环外套142的内轴孔内，水循环内套141的前端与灯头13具有预设间距，水循环内套141的后端与冷却水的进水管连接。

其中，水循环外套142的内轴孔可以是指在水循环外套142的轴心处沿轴向方向开设的孔。水循环外套142具有内轴孔可以理解为水循环外套142为中空结构。可选的，水循环外套142的前端的内壁与灯头13后端的外壁间隙配合。具体的，可以对水循环外套142的前端和灯头13后端进行精加工，使得水循环外套142的前端的内壁与灯头13后端的外壁间隙配合。为了防止冷却水泄露，可选的，可以在水循环外套142的前端的内壁与灯头13后端的外壁之间的间隙内密封胶水。

水循环外套142的前端可以理解为在发动机缸内照明装置10使用时朝向发动机缸体的一端，水循环外套142的后端是与水循环外套142的前端相对的一端，即在发动机缸内照明装置10使用时远离发动机缸体的一端。水循环内套141的前端可以理解为在发动机缸内照明装置10使用时朝向发动机缸体的一端，水循环内套141的后端是与水循环外套142的前端相对的一端，即在发动机缸内照明装置10使用时远离发动机缸体的一端。水循环内套141是冷却水进入的管路。冷却水经由进水管进入水循环内套141，经由水循环内套141流动至灯头13一侧，吸收灯头13发光产生的热量后流入水循环外套142，实现以水冷方式对灯头13进行散热，无热量集聚，因此即使发动机在全负荷工装下长时间运转，亦不会产生热点引起早燃或爆震，可满足发动机所有工况的使用需求。

水循环内套141的前端与散热片133上用于容纳水循环内套141前端的空腔间隙配合，以引入冷却水。在工作状态下，冷却水通过水循环内套141进去散热片133上的空腔吸收LED灯珠131产生的热量后进入水循环外套142，实现以水冷方式对灯头13进行散热。可选的，水循环内套141的前端可以设置成具有较小的外径，以与散热片133上的空腔间隙配合。可选的，散热片133的后端可以倒斜角，以利于与水循环内套141之间的装配。

可选的，水循环内套141中后端的轴孔可以大于水循环内套141前端的轴孔。通过将水循环内套141中后端的轴孔设置得较大，可以增加水流量并提升水循环内套141前端出口处的水压。进一步可选的，水循环内套141的前端设置有喷嘴，以使得冷却水通过喷嘴朝向散热片喷射。其中，该喷嘴例如可以为锥形，带有一定压力的冷却水通过该喷嘴的喷射作用均匀地外围的散热片进行喷射，提高了散热效果。

可选的，水循环内套141的前端可以设置有与散热片133配合的导向定位面。通过该导向定位面可以确保水循环内套141前端与铝基板132之间具有恰当间距。换言之，该导向定位面可以确保水循环内套141前端与灯头13之间具有预设间距。在水循环内套141的前端具有喷嘴的情况下，该导向定位面可以确保水循环内套141前端的喷嘴与铝基板132之间具有恰当间距，以利于喷嘴对外围的散热片133进行喷射。可选的，导向定位面具有倒斜角，该倒斜角可以与散热片133的倒斜角接触配合，以固定水循环内套141的前端，减少水循环内套141跟随发动机震动。

可选的，水循环内套141的后端通过卡套接头与冷却水的进水管连接。

可选的，水循环外套142的外壁上沿轴向方向设置有线槽15，用于容纳LED灯珠131的电源线。具体的，LED灯珠131的电源线通过铝基板132上铺设的铜箔电路引出后，经过水循环外套142的外壁上的线槽15引出。由于水冷循环系统封闭在水循环外套142、水循环内套141与灯头13之间，LED灯珠131的电源线通过水循环外套142的线槽15引出，电源线和冷却水完全隔离，不易发生短路。本实施例对线槽的数量和位置不做限定。优选的，可以在水循环外套142的外壁的对称两侧分别设置一个线槽15。

进一步可选的，水循环外套142的后端通过热成型的方法浇注塑料套，LED灯电源线经由水循环外套142上的线槽15，通过塑料套向外引出。

可选的，水循环外套142的前端的内壁可以与灯杆11后端的外壁间隙配合。具体的，可以精加工水循环外套142的后端和灯杆11的后端的内轴孔，使得水循环外套142的后端与灯杆11的后端间隙配合。

可选的，发动机缸内照明装置10还可以包括水循环外套压帽17，水循环外套142的后端设置有法兰面，水循环外套压帽17通过水循环外套142的法兰面将水循环外套142固定在灯杆11内。进一步可选的，水循环外套压帽17的前端设置有内螺纹，水循环外套142的后端可以设置外螺纹，水循环外套压帽17和水循环外套142通过螺纹连接国定在一起。进一步可选的，水循环外套压帽17设置有内六角结构，以有利于水循环外套压帽的安装。

可选的，水循环外套142的后端的侧壁设置有排水孔，排水孔用于与排水接头连接。例如，该排水孔可以是螺纹孔，相应的，排水接头上可以设置有外螺纹，通过拧在该螺纹孔上的排水接头可以将冷却水导出。

可选的，发动机缸内照明装置10还可以包括内套卡套接头18，用于将水循环内套141和水循环外套142固定在一起。进一步可选的，内套卡套接头18的前端可以设置内螺纹，水循环外套142的后端可以设置外螺纹，内套卡套接头18和水循环外套142通过螺纹连接固定在一起。可选的，内卡套接头的后端设置有内六角结构，以有利于内卡套接头的安装。

进一步可选的，水循环外套142的内轴孔的后端加工斜角，水循环内套141和水循环外套142通过内套卡套接头18固定在一起，并通过该斜角和内套卡套接头18上的锥形密封圈实现密封。

可选的，相应的，内套卡套接头设置有与水循环外套142配合的内螺纹，通过螺纹配合实现可拆卸连接。

可选的，发动机缸内照明装置10还可以包括套筒体19，套筒体19与发动机缸盖可拆卸连接；套筒体19设置有内轴孔，灯杆11设置于套筒体19的内轴孔内。其中，套筒体19的内轴孔可以是指在套筒体19的轴心处沿轴向方向开设的孔。套筒体19设置有内轴孔可以理解为套筒体19内部中空。灯杆11设置于套筒体19的内轴孔内，灯杆11和套筒体19同轴心。通过设置套筒体，可以将发动机缸内照明装置10可拆卸地安装在发动机缸盖上。

进一步可选的，套筒体19的前端可以设置外螺纹，发动机缸盖上可以设置与套筒体19的前端的外螺纹匹配的内螺纹，套筒体19和发动机缸盖通过套筒体19前端的外螺纹与发动机缸盖上的内螺纹配合来实现套筒体和发动机缸盖的可拆卸连接。其中，套筒体19的前端可以理解为在发动机缸内照明装置10安装在发动机缸盖上时与发动机缸盖连接的一端，套筒体19的后端可以理解为与发动机的前端相对的一端。为了增加连接紧固程度，可选的，套筒体19的前端和发动机缸盖可以使用较大的螺纹配合。可选的，可以在套筒体19的前端设置法兰面和外六角结构，法兰面用于精准定位套筒体19的安装深度和增加连接的强度；外六角结构便于使用扳手将套筒体19拧紧在发动机缸盖上。

进一步可选的，套筒体19的后端可以设置外螺纹，该外螺纹与灯杆压帽16的内螺纹相配合，用于灯杆压紧固定在套筒体19上。具体的，灯杆压帽16可以通过灯杆11后端的法兰面将所述灯杆11固定在所述套筒体19内。由于本实施例提供的发动机缸内照明装置10属于内置式LED照明系统，其前端的光学窗口直接接触发动机燃烧室内的火焰，会逐渐积累碳烟并导致光学窗口的通光性能下降，因此需要对光学窗口进行清洗。本实施例中，在清洗时仅需要打开灯杆压帽16，即发动机缸内照明装置10除套筒体19外的部分取出，操作简单快捷。

进一步可选的，套筒体19的内壁可以与灯杆11的外壁间隙配合。例如，套筒体19的后端精加工内轴孔，内轴孔与灯杆11的外壁实现间隙配合，间隙配合便于灯杆11和套筒体19之间的拆装，同时减小灯杆11在套筒体19内跟随发动机的震动。

需要说明的是，本实施例中，可以通过调整用于与套筒体19的前端连接的发动机缸盖上螺纹孔的深度和/或隔热套12的长度，以使得光学窗口在发动机燃烧室内稍微露出头部，确保照明覆盖目标区域，同时，降低隔热套对发动机缸内气流的影响。

需要说明的是，本实施例中，套筒体19与灯杆11之间、灯杆11与水循环外套142之间、水循环内套141与灯头13之间使用间隙配合，以保证系统装配便捷性，同时降低各部件因发动机工作引起的振动。

本申请实施例，通过在发动机的燃烧室顶面安装带有水冷的LED光源，实现从内部对发动机的缸内进行照明，应用到光学单缸发动机中可以避免外部光源引起反光的现象，应用到多缸发动机内窥镜系统中，通过使用高亮度的LED光源，可以解决照明亮度不足的问题。同时因使用水冷持续对整个照明装置进行冷却，无热量积聚问题，系统可满足发动机所有负荷下的持续运转的需求。图2为本申请实施例提供的发动机缸内照明装置在单杠发动机上的应用的示意图。图3为本申请实施例提供的发动机缸内照明装置在多缸机内窥镜上应用的示意图。从图2和图3可以看出，本实施例的发动机缸内照明装置10的灯头借助于灯杆分别位于单杠发动机缸内21和多缸机内窥镜31上，从内部对目标区域进行照明，可以提供充足的照明亮度，同时采用采用水循环冷却装置引入冷却水对灯头进行冷却，无热量积聚问题，可以满足发动机所有负荷下的持续运转的需求。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。