柴油发动机缸内温度测量新技术研究

　　1　引　　言

　　为了降低环境污染而制定了各类环境保护法。其中对柴油发动机所产生的各种污染有着严格的限制,而柴油发动机燃烧直接影响着发动机的排放,燃烧温度是度量燃烧的重要因素。但发动机缸内温度有着强瞬变、强压缩、各向异性的特点[1],使得利用常规的仪器很难测量出实际的瞬时温度。美国的Warnats[2]利用实验得到了柴油发动机缸内燃烧温度图,这张图能清楚地解释缸内燃烧温度随着曲轴转角的不同而进行的变化,但他未能够从实验现象中总结出规律,未能给出缸内温度的输运方程[3]。本文正是基于激光测试的基本原理,应用在发动机缸内温度的测试,并与计算结果进行分析比较。此方法不仅适用于Audi柴油发动机,而且对其它发动机缸内温度的测量提供了理论依据。

　　2　实　　验

　　如图1所示,测量温度采用拉曼散射激光诱发荧光测试技术(Raman2LIF)。

　　实验发动机是Audi V6 TDI 2.5升的单缸模型。发动机参数如表1所示,唯一不同的是发动机活塞平面是平的,这是为了使激光能够透过石英玻璃照射在活塞上。为了更好地控制喷射速率,喷射系统用共轨形式,用Piezo喷射器代替通常的Solenoid喷射器。用Bosch公司的EMMI仪器建立单独的测试系统,用来测试喷射速率,比起传统的针式测试仪有更好的测试效果。实验用普通柴油,压力由AVL GM 11 G290测定,空气吸入量由Aerzner 7A型测量,空气速度9.2m/s。

　　3　计算与实验结果分析

　　在8.5°CA ATDC时发动机缸内温度达到最大值,如图2所示此时缸内温度分布计算和实验结果的比较,计算详细过程请参阅文献[4],其高度是指火焰距离活塞表面距离,半径是指以活塞中心线为基准。燃烧室缸内温度最大值是在缸内中心线周围,达到2100K,距离缸内中心线越远,温度越低,到缸壁时温度达1000K,整个计算值偏大,尤其在高度较小和高度较大时,这可能由于在计算时没有确定火焰的位置,认为燃烧热是均匀分布造成的,事实上在燃烧室里火焰的发生有确定位置,但总体计算结果是比较令人满意的。

　　4　结　　论

　　由于激光测试技术能够精确测出瞬间物质变化,所以该实验方法具有普遍实用性,能够推广到其它任何发动机(包括汽油机)缸内温度的测量上。

　　参考文献

　　[1]　蒋炎坤.CFD辅助发动机工程的理论与应用[M].北京:科学出版社, 2004.

　　[2]　Warnatz J, Maas U,.Combustion physical and chemicalfundamentals, modeling and simulation experiments[M].Pollutant Formation,Springer Verlag, 1996:67289.

　　[3]　刘永峰,秦建军.基于ICEM2CFD发动机燃烧室优化设计前处理网格技术[J].工程设计学报,2005,11:22225.