[发明专利]模拟活性控制压燃的光学发动机可视化系统及其模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学发动机可视化实验系统，具体涉及到一种模拟活性控制压燃的光学发动机可视化系统及其控制方法。

背景技术

随着环境的不断恶化，世界各国排放法规日益严苛。另一方面，数量庞大的柴油机消耗了大量不可再生的化石能源，导致能源危机。如何构建清洁、高效、可控的柴油机燃烧方式，以改善环境污染与能源危机问题，成为目前内燃机和燃烧学界的研究热点。通过对比均质压燃、预混压燃、双燃料预混压燃等不同的低温燃烧方式后，科研工作者提出一种新型的柴油机燃烧方式——活性控制压燃，它已被证实可同时实现NO_X与PM的超低排放与几近60％的超高热效率，是一种极具潜力的清洁、高效、可控的柴油机燃烧方式。

随着研究的不断深入，学者们发现，活性控制压燃的着火滞燃期以及燃烧放热率主要由混合气中存在的活性分层与当量比分层共同决定。分层不足或分层过度都会导致过高的燃烧放热速率，使NO_X与PM排放增加。

由于发动机燃烧室是封闭不可见的，为研究实际发动机中混合气的形成与燃烧过程，可视化系统应运而生。学者们在光学发动机上开展了喷油策略对混合气形成与燃烧过程影响的研究。然而，学者们发现，仅通过调整喷油策略优化混合气分层，虽可实现小负荷下清洁、高效、可控的活性控制压燃，但向中、高、满负荷拓展时会出现压力升高率过高，PM与NO_X排放超标的问题。活性控制压燃在负荷拓展方面面临严峻考验。

发明内容

本发明提供了一种模拟活性控制压燃的光学发动机可视化系统及其控制方法，结合不同技术手段与控制策略，调整缸内混合气的总温、总压、总当量比、燃油总活性以及混合气的分层，并同时记录下相应工况下混合气的形成过程以及燃烧特性与排放特性，用于模拟活性控制压燃发动机缸内混合气形成、燃烧特性及排放特性研究。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种模拟活性控制压燃的光学发动机可视化系统，包括可视化光学发动机、低活性燃油供油油路、高活性燃料供油油路、气门控制油路、进气控制支路和控制系统；

所述可视化光学发动机气缸的四周为石英玻璃激光照射窗，底部为石英玻璃视窗，石英玻璃视窗的下方设有反射镜，高速照相机可通过反射镜观察和记录气缸内的燃烧过程；气缸内还设有缸压传感器；可视化光学发动机的进气总管上设有进气压力传感器和进气温度传感器；可视化光学发动机的排气门连接到排气总管，排气总管上设有废气涡轮，废气涡轮与排气门之间的排气总管上设有排气压力传感器和排气温度传感器，废气涡轮与排气口之间的排气总管上设有颗粒物分析仪和气体排放分析仪；

所述气门控制油路包括依次连接的机油箱、机油滤清器、机油泵、调压阀和两位三通电磁阀，两位三通电磁阀同时也与可视化光学发动机上的液压连续可变气门连接，液压连续可变气门连接到可视化光学发动机的气门座；

所述进气控制支路包括依次连接的空气质量流量计、电动增压器、废气涡轮增压器和进气中冷器，进气中冷器同时也连接到可视化光学发动机的进气总管；

所述控制系统同时与高速照相机、两位三通电磁阀、电动增压器、低活性燃油供油油路的喷油器以及高活性燃料供油油路的喷油器连接。

根据上述方案，所述低活性燃油供油油路包括依次连接的低活性燃油油箱、低活性燃油供油油泵、低活性燃油滤清器和低活性燃油共轨，低活性燃油共轨与低活性燃油油箱之间还连接有压力调节阀；低活性燃油共轨同时也与低活性燃油PFI喷油器连接，低活性燃油PFI喷油器的出油口连接到可视化光学发动机的进气总管，低活性燃油PFI喷油器同时也与控制系统连接。

根据上述方案，所述高活性燃料供油油路包括依次连接的高活性燃料油箱、高活性燃料油耗仪、高活性燃料滤清器、高压油泵和高压共轨，高压共轨与高活性燃料油箱之间还连接有稳压阀；高压共轨同时也与可视化光学发动机上的高活性燃料缸内直喷喷油器连接，高活性燃料缸内直喷喷油器的出油口伸入可视化光学发动机的气缸内，高活性燃料缸内直喷喷油器同时也与控制系统连接。

一种模拟活性控制压燃的方法，包括以下步骤：

控制系统获得触发信号；

控制系统通过其内的第一驱动电路控制进气控制支路中电动增压器的转速和转向，由此改变进气总管内空气的压力和流量；

控制系统通过其内的第二驱动电路控制低活性燃油供油油路的低活性燃油PFI喷油器的喷射持续期，由此在进气总管内形成低活性燃料的均质混合气；