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PLIF技术在发动机缸内混合气温度和浓度测量中的应用

张万里  
【摘要】:均质充量压缩燃烧(HCCI)是提高汽油机效率的有效方式。但HCCI发动机的着火时刻受到缸内混合气温度和浓度分布的影响。因此,测量缸内混合气的温度和浓度分布对于揭示HCCI燃烧特性是有意义的。为此,本研究利用激光诱导荧光测量方法,定量地获取缸内混合气温度和浓度分布信息。论文的研究工作包括: 搭建了单波长激光诱导双示踪剂产生双荧光的测试系统,并拍摄了不同混合气温度、压力和浓度下的荧光图像。基于MATLAB语言,编写了标定试验图像处理程序和可视化发动机试验图像处理程序。获得了不同示踪剂的荧光强度及其比值随温度、压力和浓度的变化关系。并在光学单缸发动机上试验了不同曲轴转角下缸内混合气的温度和浓度分布特性。研究结果表明: 荧光强度及不同示踪剂的荧光强度比值(三乙胺/三戊酮)受到环境的压力、温度和混合气浓度的影响。三戊酮的荧光强度随着压力的增加总体呈增长的趋势。温度增加,荧光强度下降,且混合气越浓,荧光强度越强。三乙胺的荧光强度随着标定腔内环境压力的增加总体呈下降的趋势。随着过量空气系数的减小,三乙胺的荧光强度增强。三乙胺与三戊酮荧光比值随温度增加而增加,混合气变浓,荧光比值变大。在压缩过程中随着活塞向上止点运动,光学发动机缸内气体的温度逐渐上升,且温度较高区域集中在气缸的中心附近,面积逐渐增大,但缸内混合气存在明显的温度分层。在负气门重叠期压缩阶段,缸内温度分布不均匀,但高温区仍集中在气缸中心附近。经过重压缩和再膨胀,混合气的温度分布较重压缩初期均匀。在负气门重叠角的初期,缸内混合气分布不均匀,经过二次压缩和膨胀,混合气变得更加均匀。在压缩冲程中,随着活塞向上止点运动,缸内的混合气浓度分布逐渐均匀,但混合气稍浓区域集中在进气门侧。


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