用于发动机燃烧过程优化的火花塞光纤传感器.pdfVIP

2007年第 6期 国 外 内 燃 机 用于发动机燃烧过程 优化的火花塞光纤传感器 【德】 Berg T Beushausen V Thiele 0等 摘要：为了开发和优化现有发动机的燃烧过程，需要越来越完善的工具，它要能从运行着的发动 机燃烧室中直接获得测量参数。为发展激光技术而创办的I aVision公司开发了一种集成在标准火 花塞中的光学传感器，它为开发工程师开创了一条了解发动机内部参数的全新途径。这种光纤传感 器使人们第一次有可能直接在内燃机燃烧室中进行不同曲轴转角下燃油浓度和残余废气浓度的测 量。知道这些测量值随时间的变化历程就有可能针对环保和节能对燃烧过程进行优化。 关键词：汽油机 燃烧过程 优化 火花塞传感器 光纤传感器 0 前言 随着对提高内燃机效率和降低内燃机排放的呼 声越来越高，对机内传感器的要求也日益提高。为 了了解工作循环中燃烧室内非常复杂的过程，必须 配合使用各种不同的分析方法。除了应用传统的标 准气缸压力测量外，用来进行发动机内部流动和气 体分析的光学测量方法也起着越来越重要的作用。 例如，在光学透明的试验发动机中，使甩激光诱导荧 光法(LIF)使喷射过程可视化口]，以及空燃比平面分 布测量_2]和通过可视化的OH及 NO分布分析燃烧 过程。此外，也采用粒子影像速度测量法(PIV)测量 速度场_3]和借助激光诱导炽热法(LII)直接了解碳 烟形成的机理 。 图1 火花塞光纤传感器 然而，这些能展现图像的测量方法一方面需要 通向燃烧室的通道，以便射入激光和送出光信号，另 与气体取样技术相比，火花塞光纤传感器是在燃 一 方面，在使用某些此类测量方法时，只能用变质的 烧室中进行无接触的直接测量。它不带机械运动件，因 燃油，即所谓“模式燃油”。这些措施常常会对实际 此测量速度快，即测量是在比较高的时间分辨率下进行 的热力过程造成很大影响，以致对于一些有关开发 的，并且没有抽气后必须将试样传输给外部接收器所造 的课题只能有保留地使用。 成的时间上的混乱，着火性能也同时得到保持。 这些问题推动了火花塞光纤传感器的开发，使 测量时火花塞传感器代替了标准火花塞，因此 得在进行燃烧室现场气体分析时第一次有可能不改 安装时不需要对发动机进行改造。火花塞光纤传感 动发动机且可用实际的燃油。 器有下列优点：(1)属于无接触式的光学测量；(2) 可在现场直接从燃烧室获得测量数据；(3)可以测 1 火花塞光纤传感器 量不同曲轴转角下的值，响应快；(4)具有高的测量 图1所示的集成在标准火花塞中的光纤传感器 频率(30 kHz)；(5)除了可以测出燃油的浓度，还可 可测定不同曲轴转角下的燃油浓度，并从而得出内 测出残余废气的浓度；(6)着火性能不变；(7)发动 燃机燃烧室中的空燃比或过量空气系数 值。或者 机的热力性能不受影响。 也能测定不同曲轴转角下残余废气的浓度。这些直 尝试将火花塞光纤传感器装在发动机试验台 接从点火区得到的数据还为发动机开发人员提供了 上，用于新的发动机设计理念和燃烧过程的开发和 充量着火性能等详细信息并显示机内核心参数。 优化。作为一种创新的开发工具，这种传感器首次 ～ 48一 国 外 内 燃 机 2007年第6期 可实时地显示出数以百计的各个循环中不同曲轴转