[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

说明书

本发明涉及一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试方法和装置，属于发动机光学测试技术领域。包括一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试装置和该装置所依托的一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试方法；其中，在该装置中的光学发动机上，用上表面磨砂、下表面光洁的玻璃代替作为新活塞顶；用频闪脉冲激光器和高速相机和对燃烧过程中的附壁油膜进行照明和拍摄；通过燃烧过程中附壁油膜测试方法指导拍摄，最后获取附壁油膜在活塞表面不同时刻的面积二维分布特征。该装置和方法填补了目前发动机缸内燃烧过程中附壁油膜测试技术的空白，适用于发动机大部分运行工况和多种燃料，不区分单组份燃料还是多组份混合燃料。

技术领域

本发明涉及一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试方法和装置，属于发动机光学测试技术领域。

技术背景

近年来，随着能源和环境问题的日益严重，对于机动车的排放限制也日趋严格。近些年我国制定的排放法规中，碳烟颗粒物排放是重要的限制对象。发动机内产生碳烟的一个主要原因是喷入气缸的燃油没能很好地雾化，残留在活塞或气缸表面，形成附壁油膜。由于无法和空气充分接触，附壁油膜燃烧并不充分，会产生大量碳烟。

对于柴油机而言，许多新型燃烧模式为了延长滞燃期，使燃油在燃烧前能有更多时间去和空气混合，多采用“早喷”策略，在进气冲程结束或更早的时刻喷油。此时活塞位于压缩冲程起始阶段，缸内密度和压力都较低，高压喷射的燃油运动过程中受到阻力很小，因此燃油很容易迅速到达活塞表面，形成附壁油膜。

对于目前常见的缸内直喷汽油机，除了同柴油机一样，在活塞压缩起始点附近的“早喷”策略会形成附壁油膜外，“晚喷”策略也会造成附壁油膜。“晚喷”主要为了在火花塞附近形成足够浓度的混合气，来保证着火稳定性，在压缩冲程靠近上止点时喷油。此时活塞和光学发动机内置喷油器的距离很近，也可能产生附壁油膜。

除了上述情形，汽油机或柴油机在冷起动的时候，缸内温度较低，不利于燃油的蒸发雾化，大量没有来得及蒸发的燃油液滴飞抵活塞表面，也会形成附壁油膜。

因此，有必要深入了解附壁油膜生成和发展特性，尤其在燃烧过程中，考察不同结构、环境和发动机运行参数对其影响，了解其生成规律，进而可以更好控制颗粒物排放。可惜目前为止，关于发动机燃烧过程中的附壁油膜测试技术尚未见诸报道。

发明内容

本发明的目的是针对目前发动机缸内燃烧过程中附壁油膜测试技术的空白，提出了一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试方法和装置，本装置所依托的方法运用在发动机燃烧过程中，可以在发动机较大工作范围内获取附壁油膜在活塞表面不同时刻的面积二维分布特征。

一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试方法和装置，包括一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试装置和该装置所依托的一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试方法。

一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试装置包括发动机模块、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，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；

成像模块主要包括高速相机和频闪脉冲激光器。

一种发动机燃烧过程中的附壁油膜测试装置的各模块连接及安装关系如下：

发动机模块与光学模块相连；光学模块的输出是成像模块采集的带有附壁油膜信息的光信号。