光學發動機

光學發動機（optical engine）在內燃機光學診斷領域有著廣泛的套用，可以覆蓋進氣、噴霧、混合、燃燒等全部工作過程，藉助各種非接觸式、高時空解析度、高準確性的光學方法，可以研究缸內氣流運動、噴霧液滴速度場、液滴直徑分布、混合氣濃度分布、火焰傳播、缸內可燃氣體溫度場分布及有害排放物生成。

基本介紹

• 中文名：光學發動機
• 外文名：optical engine
• 領域：汽車

背景

近年來隨著節能和環保呼聲越來越高，發動機在動力性、經濟性和排放方面面臨巨大挑戰，對缸內燃燒現象和污染物生成過程的理解和認識就顯得尤為重要，而這主要依賴於缸內測試技術的不斷進步。以雷射為代表的現代光學可視化測試技術發展十分迅速，並以其非接觸式測量、時間回響快和測試精度高等特點引起廣泛關注可視化測試通常需要在光學發動機上開展。

光學發動機在氣缸或活塞上改造出光學通道，使光學信號通過探測裝置進行採集和處理，在不破壞缸內工作過程的條件下獲得真實的信息。國外的一些研究機構，如美國 Sandia國家實驗室、瑞典 Lund 大學、法國IFP研究所、英國 LOTUS公司和美國的通用公司等，為開展可視化研究設計了一系列光學發動機。國內進行光學發動機研究的主要有：採用高速攝影研究增加進氣含氮比例對油束髮展、著火和燃燒過程的影響；採用高速攝影在一台底置視窗電控光學發動機上研究含氧燃料對碳煙生成的影響；採用高速攝影法，研究CNG 缸內直噴稀薄燃燒過程中噴射方式和點火方式對火焰傳播過程的影響。這些研究表明光學發動機已經逐步成為研究發動機燃燒過程的重要工具。

構造

光學發動機主體部分由變頻器、電機、動力總成、加長光學平台（如圖2）、缸蓋總成和信號及控制系統組成。三相異步電機提供系統所需動力，與動力總成曲軸相連。通過變頻器設定轉速，電機倒拖發動機運轉，配合飛輪處的轉速感測器實現開環控制。動力總成由臥式單缸柴油機裝。為平衡加長活塞組件帶來的往復慣性力，柴油機的活塞和雙平衡軸配重都做了改裝，在原柴油機的額定轉速（2000r/min）以下運轉平穩。

其中加長光學平台部分包括固定底座、升降平台、絲槓、環形石英缸套、加長活塞、圓形石英視窗、立柱等零部件。固定底座通過下方的止口與動力總成的缸套定位，作為加長光學平台及缸蓋總成的定位基準。為減輕往復慣性重量，加長活塞組件均採用密度較小的鋁合金材料。

圖2加長光學平台

試驗系統

光學發動機試驗系統主要由光學發動機、噴霧特性光學診斷系統、缸壓數據採集系統和同步控制系統組成，如圖3所示。根據研究對象的不同，所用的光學診斷系統也不相同。通常，噴霧特性可分為巨觀特性和微觀特性。噴霧巨觀特性包括噴霧錐角、貫穿距、噴霧形態；噴霧微觀特性包括液滴直徑、液滴速度、噴霧濃度分布等噴霧特性光學診斷系統。

圖3　試驗系統示意圖