基于激光诱导炽光法对直喷汽油机缸内燃烧碳烟的测量

发布时间：2017-04-19 18:02

  本文关键词：基于激光诱导炽光法对直喷汽油机缸内燃烧碳烟的测量，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：缸内直喷(GDI)汽油机由于特殊的喷油方式,使其具有良好的动力性、经济性,成为乘用车发动机的主要发展方向,但直喷汽油机微粒排放远高于传统的进气道喷射汽油机,且与柴油机相比,GDI发动机排放的微粒粒径更小,对人体的危害更大。碳烟是微粒的重要组成部分,要想控制碳烟的生成,需要从根本上理解其生成机理,但碳烟生成机理十分复杂,近年来,光学测试在对碳烟的研究中越来越重要。其中基于双色测温原理的激光诱导炽光法得到了广泛的应用。本文利用高温黑体炉作为标准光源,得到亮度温度和灰度值之间的关系;搭建了双色法标定系统,在一台层流扩散火焰燃烧器上进行实验,以乙烯作为燃料,通过调节空气和乙烯的流量使其产生稳定的火焰作为研究对象,用Nd:YAG激光器作为激发光源,选择适当的激发波长和激发能量,使其激发后产生的炽光信号透过两个不同波长的滤光片,选用合适的采集时刻和门脉宽时间,用ICCD相机对信号进行采集;得到的图片经过去背景处理后读入matlab软件中进行计算,包括亮度温度矩阵的计算、失真点的校正、牛顿迭代法求取温度、求取碳烟体积分数,再对得到的灰度图像进行增强处理和伪彩色处理,从而得到二维空间内温度和碳烟体积分数的分布图像。在一台工作在600r/min,喷油压力为7MPa的GDI单缸光学发动机上进行了实验,研究6500μs、8000μs和9500μs三个不同喷油脉宽下,缸内燃烧过程碳烟的分布情况,结果表明:当喷油过早时,由于喷油器距离活塞顶较近,汽油直接喷到石英活塞顶,使采集到的信号不准确。当延后喷油角度和采集时刻后,可以得到炽光信号的灰度图像,利用燃烧器火焰的标定结果,得到气缸内被测区域碳烟的二维分布图像,经统计可得:随着喷油脉宽的增大,被测区域碳烟的浓度明显增加;大部分的碳烟分布在被测平面的中间区域,距气缸壁较近的区域分布较少;当喷油脉宽分别为6500μs、8000μs和9500μs时,被测区域碳烟体积分数小于1.0×10-8的像素点比例迅速减小,分别是:95.49%、70.98%、17.26%;碳烟体积分数在1.0×10-8-1.0×10-7范围内的像素点的比例迅速增加,分别为4.43%、26.05%、53.46%;碳烟体积分数在1.0×10-7-1.0×10-6范围内的像素点占的比例较小,但也在迅速增加,分别为0.06%、2.85%、25.24%;在1.0×10-6-1.0×10-5和大于1.0×10-5范围的像素点非常少。
【关键词】：激光诱导炽光法 双色法 缸内直喷汽油机 碳烟测量
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK417;TN249
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 GDI汽油机的微粒11-12
• 1.3 光学诊断技术在发动机上的应用12-15
• 1.3.1 平面激光诱导荧光法12-13
• 1.3.2 拉曼散射光谱法13
• 1.3.3 粒子图像测速法13-14
• 1.3.4 光散射法14-15
• 1.3.5 双色法15
• 1.4 LII测量碳烟的研究现状15-19
• 1.5 本文的研究内容及意义19-20
• 第2章 基于双色法的激光诱导炽光测量方法20-26
• 2.1 双色法测温的基本原理20-22
• 2.2 参数的选取22-24
• 2.2.1 参数α的选择22-23
• 2.2.2 波长λ的选择23-24
• 2.3 碳烟体积分数的计算原理24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 实验系统的搭建26-41
• 3.1 光学发动机台架的搭建26-28
• 3.1.1 光学发动机26
• 3.1.2 电动机的选择26-27
• 3.1.3 发动机加热装置27-28
• 3.2 光学测试系统的搭建28-35
• 3.2.1 激光器的选择28-30
• 3.2.2 光路的搭建30-33
• 3.2.3 ICCD参数的设定33-35
• 3.3 乙烯层流扩散火焰燃烧器系统建立35-39
• 3.3.1 燃烧器的选择35-36
• 3.3.2 气体流量的显示与控制36-37
• 3.3.3 供气系统37-39
• 3.4 亮度温度标定系统的选择39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 基于LII对直喷汽油机缸内碳烟的测量41-65
• 4.1 黑体炉标定实验41-43
• 4.1.1 亮度温度和灰度值的标定过程41-42
• 4.1.2 亮度温度和灰度值的标定结果42-43
• 4.2 光学系统参数的确定43-47
• 4.2.1 激发波长的选取43-44
• 4.2.2 激光器能量的标定44
• 4.2.3 激发能量的选取44-47
• 4.3 温度的计算47-54
• 4.3.1 图像预处理47-49
• 4.3.2 失真点的校正49-50
• 4.3.3 超越方程的求解50-51
• 4.3.4 求取温度矩阵51-52
• 4.3.5 图像增强及伪彩色处理52-54
• 4.4 碳烟体积分数的计算54-55
• 4.5 GDI发动机缸内碳烟的测量55-62
• 4.5.1 干扰信号的排除56-59
• 4.5.2 喷油脉宽对GDI汽油机缸内碳烟的影响规律59-62
• 4.6 测量误差分析62-64
• 4.7 本章小结64-65
• 第5章 总结与展望65-67
• 5.1 工作总结65-66
• 5.2 课题展望66-67
• 参考文献67-72
• 作者简介及科研成果72-73
• 致谢73

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