直喷汽油机光学测试平台的开发

作     者：王亚川 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏岩

授予年度：2015年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：直喷汽油机 光学测试 激光诱导荧光 

摘      要：内燃机作为一种传统的动力装置，伴随着整个汽车行业的发展在不断的进步并完善。汽油机由于其在工作平顺性和舒适性等方面的优点而在小型乘用车领域获得了更为快速的发展。缸内直喷汽油机的出现更是对整个汽油机的发展历程意义重大，它使汽油机的燃烧效率上升了一个新的台阶。随着该技术的发展和成熟，越来越多的汽油车搭载了这种结构的发动机。但与此同时，在诸如颗粒物等有害物的排放问题上，它也给人们带来了全新的挑战。为了研究并改善直喷汽油机的污染物排放问题，就需要对它们产生的原因进行深入的分析和探究，因此也就需要有一种更加直观有效的测试方法来对发动机的工作过程进行精确的测量研究。光学测试技术就是这样一种理想的选择之一。 国外早在上世纪七十年代就将这类技术应用于发动机缸内的参数测量，相比于传统的缸内测量手段，光学测试技术拥有对被测对象干扰小、灵敏度高、时间和空间分辨率高等诸多优点。尤其是近些年来，随着光学领域相关技术的发展和成熟，光学测试技术在其易用性和测量结果的准确性等方面均取得了长足的进步，这使得它在内燃机领域获得了更加广泛的应用。开发出一个能够最大限度还原发动机真实工况的光学测试平台，是将光学测试技术应用到发动机相关研究中的一个重要基础。 本文通过对种常用的光学测试技术和光学发动机的典型结构以及它们各自的优缺点进行介绍和分析，最后在一台排量为1.4升的四缸GDI汽油机的基础上完成了整个直喷汽油机光学测试平台的搭建。之后采用激光诱导荧光（PLIF）的方法法对缸内混合气浓度进行测试，验证了所搭建的光学测试平台的有效性。具体的研究结论如下： （1）在一台直列4缸直喷汽油机上设计并加工出了拥有较大可视面积的光学通路。并对原机结构进行了较少的改动，从而达到了降低成本、减少自制零件的数量和加工难度、缩短开发周期并保证整机运转可靠性的目的;（2）通过合理的结构设计实现了对可视化窗口处的透明石英部件的保护，并对两个石英材料制成的零件进行了强度校核，确保它们能够在光学发动机缸内点火燃烧的高温高压工况下结构不会发生破坏;（3）完成了原发动机在结构上的重新设计，使本文所开发的光学发动机具备了润滑系统、供油系统、冷却水温度控制系统以及工作稳定的配气正时机构。 （4）将光学发动机与三相异步交流电动机相连，采用变频器来实时控制光学发动机的转速。 （5）在本文开发的光学测试平台的基础上搭建了一套PLIF光学测试系统，使用丙酮作为荧光剂，通过对比不同喷射量下的成像效果，验证了PLIF光学测试技术对于发动机缸内混合气研究的潜力以及此光学测试平台对于光学实验的有效性。