先进发动机燃烧过程测试技术综述

先进发动机燃烧过程测试技术综述

刘广辉

哈尔滨东安汽车动力股份有限公司

黑龙江省哈尔滨市 150060

摘要：发动机燃烧过程测试技术对发动机的性能优化、排放控制等有着至关重要的意义。随着科技发展，先进的燃烧过程测试技术不断涌现。本文综述了多种先进发动机燃烧过程测试技术，包括光学测量技术、压力测量技术等。光学测量技术能直观反映燃烧现象，压力测量技术有助于分析燃烧的热力过程。这些技术在提高发动机效率、降低污染物排放方面有着巨大潜力，同时也面临着如测试环境复杂、设备成本高等挑战，未来还需不断改进与创新。

关键词：发动机燃烧；测试技术；光学测量；压力测量；排放控制

引言：发动机作为现代交通工具和众多机械设备的核心动力源，其燃烧过程的优劣直接影响着发动机的性能、效率和排放等多方面指标。燃烧过程是一个复杂的物理化学过程，涉及到燃料的喷射、雾化、混合、着火和燃烧等多个环节。准确地测试和分析发动机燃烧过程，有助于深入理解燃烧机理，从而为发动机的优化设计、性能提升以及满足日益严格的环保法规提供有力支撑。传统的燃烧测试技术存在一定的局限性，而先进的测试技术不断发展，为发动机燃烧研究开辟了新的途径。

1. 先进发动机燃烧过程测试技术概述

先进发动机燃烧过程测试技术在现代发动机研发与优化中扮演着举足轻重的角色。随着发动机技术朝着高效、低排放等方向发展，对燃烧过程的精确测试需求日益增长。这一技术涵盖了从燃烧室内的微观反应到宏观性能表现的多方面监测。它需要综合运用多种原理和设备，以获取诸如燃烧反应速率、火焰传播特性、混合气形成情况等关键信息。通过这些测试技术，可以深入理解发动机燃烧过程的本质，为后续的技术改进、性能提升以及故障诊断等提供坚实的数据基础。

2. 主要的先进测试技术类型

2.1 光学测量技术

光学测量技术在先进发动机燃烧过程测试中具有独特的优势。它能够非侵入式地对燃烧室内的现象进行观测。例如，通过激光诱导荧光技术，可以检测燃烧过程中的特定物质浓度分布，直观地反映出混合气的混合程度。高速摄影技术则能捕捉火焰的传播形态和速度，为研究燃烧稳定性提供了可视化的依据。此外，光学干涉技术可用于测量燃烧室内的温度场和密度场等参数。这些光学测量技术为深入探究发动机燃烧过程中的物理化学过程提供了丰富的信息，有助于工程师更好地优化燃烧系统。

2.2 压力测量技术

压力测量技术是发动机燃烧过程测试的重要组成部分。在燃烧室内，压力的变化直接反映了燃烧的进程和效率。高精度的压力传感器被广泛应用，能够实时准确地记录燃烧过程中的压力波动。通过分析压力曲线，可以获取诸如燃烧始点、燃烧持续时间、最大爆发压力等关键参数。这些参数对于评估发动机的动力输出、热效率以及机械负荷等方面具有重要意义。而且，压力测量数据还可用于验证燃烧模型，为发动机的数值模拟提供可靠的边界条件，从而进一步优化发动机的设计和性能。

2.3 温度测量技术

温度测量技术在发动机燃烧过程研究中不可或缺。燃烧室内的温度分布对燃烧效率、污染物生成等有着关键影响。热电偶和热电阻等传统温度测量手段在某些区域仍然发挥着作用，但在高温、高速、复杂环境的燃烧室内存在局限性。新型的温度测量技术如光学高温计，利用物体的热辐射原理，可以在不接触被测物体的情况下测量高温区域的温度。此外，基于光谱分析的温度测量技术，能够获取燃烧火焰不同位置的温度分布，为深入研究燃烧过程中的能量转换和热传递机制提供了准确的数据支持。

3. 先进测试技术的应用

3.1 在发动机性能优化中的应用

在发动机性能优化方面，先进测试技术起着不可替代的作用。通过对燃烧过程的精确测试，能够确定最佳的喷油时刻、喷油压力和喷油量等参数。例如，利用光学测量技术观测混合气的形成过程，可调整喷油策略以实现更均匀的混合气分布，从而提高燃烧效率。压力测量技术获取的压力数据有助于优化发动机的压缩比，使燃烧过程更接近理想的奥托循环或狄塞尔循环，进而提升发动机的动力输出和燃油经济性。同时，温度测量技术可以监控发动机各部件的温度状况，避免过热现象，保障发动机在高效稳定的状态下运行。

3.2 在发动机排放控制中的应用

先进测试技术为发动机排放控制提供了有力的手段。燃烧过程中污染物的生成与燃烧的不完全性、温度分布等因素密切相关。光学测量技术可以检测燃烧过程中未完全燃烧的碳氢化合物和氮氧化物的生成情况，从而调整燃烧参数以减少污染物的排放。压力测量技术通过监测燃烧压力波动，有助于优化燃烧过程，降低因燃烧不稳定而产生的污染物。温度测量技术能够精确控制燃烧温度，避免局部高温导致的氮氧化物大量生成。通过这些测试技术的综合应用，可以使发动机在满足动力需求的同时，最大程度地降低对环境的污染。

3.3 在新型发动机研发中的应用

在新型发动机研发过程中，先进测试技术是关键的支撑。对于新型燃烧概念如均质充量压缩点火（HCCI）发动机，其燃烧过程与传统发动机有很大差异。光学测量技术可以深入研究HCCI发动机中混合气的自着火过程和燃烧传播特性，为其燃烧控制策略提供依据。压力测量技术能够帮助确定新型发动机的最佳工作压力范围，确保其高效稳定运行。温度测量技术则有助于探索新型发动机在不同工况下的热管理策略。这些测试技术能够加速新型发动机从概念到实际产品的转化进程，提高研发的成功率。

4. 先进测试技术面临的挑战与未来发展

4.1 面临的挑战

先进测试技术在发动机燃烧过程测试中面临诸多挑战。首先，燃烧室内的环境极端恶劣，高温、高压、高速气流以及复杂的化学反应使得测试设备的耐久性和准确性受到考验。例如，光学测量设备可能会因为高温和积碳而影响测量精度。其次，多物理场耦合现象增加了测试的复杂性，燃烧过程中的热、力、化学等多种物理场相互作用，要准确分离和测量各个物理场的参数十分困难。再者，测试成本高昂，一些高精度的测试设备和技术需要大量的资金投入，这限制了其在一些小型企业和研究机构中的广泛应用。

4.2 未来发展方向

展望未来，先进发动机燃烧过程测试技术有着明确的发展方向。一方面，测试设备将朝着小型化、智能化和集成化发展。小型化的设备能够更容易地安装在发动机内部，获取更接近实际燃烧过程的信息；智能化的设备可以自动调整测量参数，提高测量的准确性和效率；集成化则可以将多种测量功能集成在一个设备上，降低测试的复杂性。另一方面，多学科交叉融合将进一步深入，如将材料科学、电子学和化学等学科的成果应用于测试技术中，开发出更适应恶劣燃烧环境的测试设备，提高测试技术的整体性能，以满足发动机技术不断发展的需求。

结语：先进发动机燃烧过程测试技术在现代发动机研究与发展中扮演着不可或缺的角色。通过对多种测试技术的研究，我们看到了它们在发动机性能优化、排放控制以及新型发动机研发等方面的巨大价值。然而，目前这些技术仍面临着诸如测试环境复杂、设备成本高和测量精度有限等挑战。展望未来，随着科技的不断进步，多技术融合、微型化、智能化等将成为发展的趋势，这将有助于进一步提升发动机燃烧过程测试技术的水平，从而推动发动机技术向着更高效、更环保的方向发展，为交通运输和工业生产等领域带来更大的效益。

参考文献

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