背景

近年来随着节能和环保呼声越来越高，发动机在动力性、经济性和排放方面面临巨大挑战，对缸内燃烧现象和污染物生成过程的理解和认识就显得尤为重要，而这主要依赖于缸内测试技术的不断进步。以激光为代表的现代光学可视化测试技术发展十分迅速，并以其非接触式测量、时间响应快和测试精度高等特点引起广泛关注可视化测试通常需要在光学发动机上开展。

光学发动机在气缸或活塞上改造出光学通道，使光学信号通过探测装置进行采集和处理，在不破坏缸内工作过程的条件下获得真实的信息。国外的一些研究机构，如美国 Sandia国家实验室、瑞典 Lund 大学、法国IFP研究所、英国 LOTUS公司和美国的通用公司等，为开展可视化研究设计了一系列光学发动机。国内进行光学发动机研究的主要有：采用高速摄影研究增加进气含氮比例对油束发展、着火和燃烧过程的影响；采用高速摄影在一台底置视窗电控光学发动机上研究含氧燃料对碳烟生成的影响；采用高速摄影法，研究CNG 缸内直喷稀薄燃烧过程中喷射方式和点火方式对火焰传播过程的影响。这些研究表明光学发动机已经逐步成为研究发动机燃烧过程的重要工具。1

构造

光学发动机主体部分由变频器、电机、动力总成、加长光学平台（如图2）、缸盖总成和信号及控制系统组成。三相异步电机提供系统所需动力，与动力总成曲轴相连。通过变频器设定转速，电机倒拖发动机运转，配合飞轮处的转速传感器实现开环控制。动力总成由卧式单缸柴油机装。为平衡加长活塞组件带来的往复惯性力，柴油机的活塞和双平衡轴配重都做了改装，在原柴油机的额定转速（2000r/min）以下运转平稳。

图2加长光学平台

其中加长光学平台部分包括固定底座、升降平台、丝杠、环形石英缸套、加长活塞、圆形石英视窗、立柱等零部件。固定底座通过下方的止口与动力总成的缸套定位，作为加长光学平台及缸盖总成的定位基准。为减轻往复惯性重量，加长活塞组件均采用密度较小的铝合金材料。

试验系统

图3　试验系统示意图

光学发动机试验系统主要由光学发动机、喷雾特性光学诊断系统、缸压数据采集系统和同步控制系统组成，如图3所示。根据研究对象的不同，所用的光学诊断系统也不相同。通常，喷雾特性可分为宏观特性和微观特性。喷雾宏观特性包括喷雾锥角、贯穿距、喷雾形态；喷雾微观特性包括液滴直径、液滴速度、喷雾浓度分布等喷雾特性光学诊断系统。2

参考资料