适于内燃机燃烧过程研究的高速摄影机信号同步系统

    1 前 言

    高速摄影是记录高速变动过程的某一瞬时状态或全部历程的有效手段。内燃机一个工作循环的燃烧过程极其短暂,一般只有几个毫秒,对于如此短暂而又变化急烈的过程,许多方法都无能为力。随着高速摄影技术的出现和发展,使得发动机燃烧过程中的时间和空间分辨率问题迎刃而解,从而使发动机的燃烧过程能用高于毫秒量级的精度度量,而且高速摄影对燃烧场没有干扰,并且可以进行多次重复测量,这又是高速摄影法的又一重要优点。

    高速摄影机是一种通用的研究记录工具。用于内燃机的燃烧过程研究时,需要对其功能进行适当的扩充。例如增加定时起动与关闭系统、自动起闭系统以及使照片与其它记录信号对应的信号同步系统等。其中信号同步系统至关重要,否则,所拍燃烧照片无法与燃烧过程的其它参数对应,同时也无从知晓该照片是哪一时刻的燃烧图象,无法进行燃烧研究。

    2 系统的必要性

    在用高速摄影机研究内燃机的燃烧过程时,需要同时记录汽缸内燃气爆发压力,而缸内压力是变化的,特别是当发动机发生爆震时缸压的变化是极为剧烈的,这就要求有一套信号同步系统,使得高速摄影拍得的每张照片都能准确地与该时刻缸内的压力对应上。另外,就摄影照片而言,也需要知道该照片是哪个曲轴转角时的燃烧图象,这对研究燃烧意义重大。原摄影机并没有这套系统,不过其控制面板上的Timing/Event Lights插座,可给摄影机附加的信号,该信号使机内的两个发光二极管产生信号光,在底片两边缘打点,用户可根据自己需要产生不同的信号编码,对底片进行标定。本文通过自制的信号产生器,对底片进行标定,在底片上打出的编码信号有:发动机曲轴转角信号、上止点信号和循环编码信号,使得照片与测得的压力示功图及曲轴转角严格对应起来。

    3 系统的设计与研制

    如果拍摄时能在每张底片做标记,使之能被确认为是第几个循环的第几度曲轴转角,同时在记录的压力信号上也做上同样的标记,那么根据这两个标记,照片和压力就能准确地对应起来。通过上述的分析,可知这个系统要具有以下两种功能:

    (1)通过对上止点信号计数,确定是第几个循环,进行编码,一路送入摄影机驱动摄影机上的发光二极管使之在底片上产生循环编码信号;另一路送入磁带记录仪进行记录。

    (2)将曲轴转角信号进行一系列转换,分别送给摄影机和磁带记录仪。这样两者的信号就能准确地对应起来了。

    3.1 上止点信号编码