[发明专利]一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试方法和装置

权利要求书

1.一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试装置，其特征在于：包括发动机模块、光学模块和成像模块；

其中，发动机模块是光学发动机，内置加长活塞以及置于加长活塞内部位于活塞顶正下方的45°反射镜；光学模块包括上表面磨砂、下表面光洁的玻璃；成像模块主要包括高速相机和频闪脉冲激光器；

所述的发动机模块与上述光学模块相连；上述光学模块的输出是上述成像模块采集的光信号；

在上述各模块中，发动机模块是实验的载体；光学模块用来接收成像模块中作为照明光源的频闪脉冲激光器发出的激光，使其作为入射光照射到上表面磨砂、下表面光洁的玻璃活塞顶，并反射回带有附壁油膜信息的光信号；成像模块中的高速相机接收并记录光信号，存储成图像，以用于附壁油膜特性分析。

2.根据权利要求1所述的一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试装置，其特征在于：光学模块的安装及制作过程如下：将上表面磨砂、下表面光洁的玻璃代替作为新活塞顶，以粗糙上表面作为玻璃活塞上表面；其中，该玻璃的上表面粗糙度Ra≥2μm，使得上表面磨砂、下表面光洁的玻璃活塞顶表面在没有油膜附着时，返回高速相机的光信号较少；而在有油膜附着时，返回高速相机的光信号越强。

3.一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、频闪脉冲激光通过45°反射镜和上表面磨砂、下表面光洁的玻璃活塞顶，射入气缸内；

步骤2、设置高速相机的曝光时间≤500ns；设置拍摄频率和频闪脉冲激光器同步，高速相机和频闪脉冲激光器的光轴夹角≤40°；

步骤3、运行发动机模块中的光学发动机到指定转速K，但喷油器不进行燃油喷射；

步骤4、高速相机和频闪脉冲激光器同步工作，获取气缸内未喷油时干燥的玻璃活塞顶磨砂上表面的图像作为参考背景图像；

其中，此玻璃活塞顶和上表面磨砂、下表面光洁的玻璃活塞顶是同一物件；

步骤5、保持发动机运行转速为K，喷油点火，使发动机正常运行；获取燃烧过程中玻璃活塞上表面的油膜从附壁到消失整个过程t₁、t₂……t_n不同时刻的图像；

步骤6、将步骤5获取的燃烧过程中玻璃活塞上表面的油膜从附壁到消失整个过程t₁、t₂……t_n不同时刻的油膜信息分布图像和步骤4获得的参考背景图像进行对比处理，即可分析燃烧过程中的附壁油膜在不同时刻的面积二维分布特性；

至此，通过步骤1到步骤6，完成了一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试方法。

4.根据权利要求3所述的一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试方法，其特征在于：步骤1中，频闪脉冲激光由成像模块中的频闪脉冲激光器产生；频闪脉冲激光的频率≥10Hz，脉冲宽度≤10ns，激光波长在450nm-650nm之间。

5.根据权利要求3所述的一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试方法，其特征在于：步骤2中，拍摄频率和频闪脉冲激光器同步的含义是每次频闪脉冲激光器发出激光，高速相机都同步工作捕捉激光照射的画面；高速相机和频闪脉冲激光器的光轴夹角≤40°。

6.根据权利要求3所述的一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试方法，其特征在于：步骤5中，喷射到玻璃活塞顶粗糙上表面的燃油在激光的照射下，会更加明亮，可以指示燃油的分布面积；同时通过减小高速相机的曝光时间到纳秒级别，有效抑制燃烧火焰对油膜图像的干扰，获得良好的信噪比；

其中，曝光时间到纳秒级别是指≤500ns。