CN107796629B - 模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统与方法。模拟双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统，包括：定容燃烧弹，柴油喷射器，与柴油喷射器相连的柴油喷射系统，甲醇喷射器，与甲醇喷射器相连的甲醇喷射系统，进气系统，排气系统，压力传感器，同步数据采集卡，高速摄像机，上位机。本发明通过调节甲醇相对于柴油的喷射时刻，可以实现柴油引燃甲醇、柴油和甲醇同时着火、甲醇先于柴油自燃等多种燃烧模式，也可以分别实现甲醇在定容燃烧弹内均匀预混和浓度分层，而且甲醇的喷射压力灵活可调。

Description

模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系 统与方法

技术领域：

本发明涉及内燃机定容燃烧弹技术领域，进一步涉及模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统与方法。

背景技术：

为满足日益严格的汽车排放法规和燃油消耗法规,越来越多先进发动机技术得到应用,包括缸内直喷、高压喷射、多次喷射、可变喷油正时、可变气门升程(VVL)和正时(VVT)、增压中冷、废气再循环(EGR)等改善燃烧的缸内净化技术和三效催化转化器(TWC)、氧化转化器(DOC)、选择性催化还原(SCR)和颗粒物过滤器(DPF)等后处理技术，但是无论是缸内净化技术还后处理技术，都存在技术门槛高、系统复杂、使用和维护成本高昂等不足。为了在降低燃油消耗的同时改善排放，替代燃料技术近年来得到了广泛的关注。替代燃料在发动机上应用的技术方案主要有三种：第一种是掺混法，即通过助溶剂使两种燃料混合形成均质稳定的液体燃料，这种方式简单易行，但不足之处是随温度变化两种燃料容易出现分层，而且由于互溶度不高这种方式无法实现高替代率；第二种方式是完全替代，即发动机只使用替代燃料，例如甲醇发动机、天然气发动机和液化石油气发动机等，这种方式可以实现100％替代率，但由于燃料物化性质不同需对对发动机做较大的改动，而且燃料加注等基础配套设施还未普及；第三种方式是引燃法，即两种燃料采取两套独立的供应系统，专利文献CN1470752A公开了柴油/甲醇组合燃烧技术(Diesel Methanol CompoundCombustion，DMCC)，该技术提出在柴油机进气道喷射甲醇，与空气形成均质混合气进入气缸，再在缸内直喷柴油引燃甲醇和空气的混合气，这种方式在实际应用中灵活方便，无需对原机做大的改动，而且可以实现较高的替代率。甲醇生产原料来源广泛、制备技术成熟、生产成本低、储运安全方便，再结合柴油引燃甲醇组合燃烧技术，使得甲醇作为替代燃料具有广阔的应用前景。

通过对这种双燃料的应用发现，当甲醇高比例替代柴油时，发动机热效率大幅度提高，特别是不使用尿素便可以满足国家现行排放法规，为这种燃烧方式提供了广阔的应用前景。为了进一步提高该种发动机的热效率和降低有害物排放，需要对其工作机理进行深入研究。目前研究主要集中在发动机台架试验和道路试验上，而关于双燃料基础燃烧方面的研究还较少。为了探究双燃料燃烧时的相互作用机理，加深对双燃料燃烧的认识，从而更好地组织燃烧，使双燃料燃烧更好地为工程应用服务，开展相关基础研究工作具有非常重要的意义。在发动机上由于各种因素耦合在一起，无法研究单一因素对燃烧的影响；相比较而言，定容燃烧弹结构简单，可以实现对单一变量的精确控制，结合其他光学设备进行可视化研究可以直观清晰地揭示燃烧过程，非常适合开展基础燃烧方面的研究。

目前已经公开的专利文献CN103245511A、专利文献CN104391074A、专利文献CN105372072A、专利文献CN106353098A、专利文献CN106404410A只适用于单一燃料的喷雾和燃烧研究；专利文献CN204788958U可以实现双燃料燃烧，该技术方案提出在加热到一定温度的进气管路中注入甲醇，并预先抽真空使定容燃烧弹内腔形成负压，从而把甲醇吸入到定容燃烧弹内，但是该方法有一些明显不足：(一)无法控制甲醇的加入时刻，难以针对不同温度条件，特别是高温条件下柴油喷进甲醇热氛围中双燃料着火和燃烧；(二)先期进入定容燃烧弹的甲醇混合气，一旦加热温度达到其着火点以上，甲醇便会自燃，极大地限制了对这种双燃料燃烧的研究范围，特别是在实际柴油甲醇双燃料发动机运行过程中，高温条件下中高负荷区域是双燃料发动机的高效区，然而却得不到充分研究；(三)无法实现甲醇的分层燃烧,因为甲醇是预混进入定容燃烧弹内，在柴油喷射之前定容燃烧弹内已经是甲醇和空气的均质混合气，无法实现甲醇的浓度分层。

综上所述，解决在定容燃烧弹中研究双燃料燃烧所面临的甲醇加入时刻不可控、环境温度和压力范围窄以及不能实现甲醇浓度分层等技术问题。

发明内容：

本发明提供了一种模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统与方法。具体技术方案如下：

模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统，包括：定容燃烧弹16，柴油喷射器8，与柴油喷射器相连的柴油喷射系统，甲醇喷射器14，与甲醇喷射器相连的甲醇喷射系统，进气系统，排气系统，压力传感器24，同步数据采集卡10，高速摄像机17，上位机23；所述柴油喷射系统、甲醇喷射系统、压力传感器、高速摄像机均由同步数据采集卡实现控制；所述定容燃烧弹包括：圆柱形腔体，2个端盖；所述2个端盖分为第一端盖、第二端盖；第二端盖上设置透明观察窗，高速摄像机布置在定容燃烧弹外且对准透明观察窗；所述定容燃烧弹具有加热功能，用于模拟发动机的工作环境；所述柴油喷射系统和甲醇喷射系统各自独立控制；同步数据采集卡将柴油喷射器信号、甲醇喷射器信号、压力传感器信号、高速摄像机图像信号同步，并将数据存储在上位机中。

在上述定容燃烧弹系统上实现的模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的方法，包括如下步骤：

步骤1：检查定容燃烧弹的气密性；

步骤2：进气系统向定容燃烧弹充入空气；

步骤3：定容燃烧弹开始加热，使定容燃烧弹内的空气达到预定的压力和温度；

步骤4：启动柴油喷射系统、甲醇喷射系统；通过分别调节柴油和甲醇的喷射时刻，从而实现柴油引燃甲醇、柴油甲醇同时着火以及甲醇先于柴油发生自燃三种不同的双燃料燃烧模式；

步骤5：高速摄像机记录柴油喷射器、甲醇喷射器的喷射图像，以及燃烧时的图像，并保存在上位机中。

为了实现定容燃烧弹具有加热功能，在圆柱形腔体内壁嵌套耐高温陶瓷炉膛，耐高温陶瓷炉膛内嵌电加热体。

所述定容燃烧弹的电加热体可选择电炉丝；为此，所述定容燃烧弹还包括：位于耐高温陶瓷炉膛内圆周的第一温度传感器25，以及通过低阻值火花塞与电炉丝连接的继电器、加热温度PID控制器。

所述柴油喷射器、甲醇喷射器的优选分布方案：所述柴油喷射器垂直安装于定容燃烧弹的圆柱形腔体上，所述甲醇喷射器安装于定容燃烧弹第一端盖中心位置，柴油喷射器和甲醇喷射器的中心线呈90度角。

为了防止甲醇喷雾直接接触炽热的炉膛壁面而发生自燃的进一步技术效果，所述模拟双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统还包括：中心线与甲醇喷射器中心线重合的圆筒形导流罩15。

优选地，所述圆筒形导流罩的几何参数满足：

d＝αD，

其中d代表导流罩15的内径，D代表炉膛内径，L代表导流罩的长度，θ代表甲醇喷射器喷雾锥角，α、β是系数，α取值范围为0.6～0.8，β取值范围为0.55～0.65。

所述柴油喷射系统的具体实现方案之一，包括：柴油电子控制单元5、柴油箱7、柴油滤清器6、高压油泵3、高压共轨4、高压油管、回油管、机油加注机、电机2和变频器1；

所述甲醇喷射系统的具体实现方案之一，包括：甲醇电子控制单元19、甲醇箱11、气液增压泵12、甲醇稳压容器13、输醇管、输入气源18、回醇管。

所述进气系统、排气系统的具体实现方案之一，包括：压缩空气钢瓶22、压力变送器、进气电磁阀28、PID控制器、进气针阀29、进气管等；进气管路由并行的两路构成，一路是由进气电磁阀自动控制，一路是由进气针阀手动控制；所述排气系统包括：排气电磁阀26、真空泵21和排气针阀27。

优选地，还包括：冷却系统；所述冷却系统包括柴油喷射器冷却系统和甲醇喷射器冷却系统，两套冷却系统均包括水箱、水泵、冷却水温度传感器、循环水管路、冷却水腔，定容燃烧弹的柴油喷射器安装孔和甲醇喷射器安装孔周围分别设置柴油喷射器冷却水腔31、甲醇喷射器冷却水腔32；柴油喷射器冷却系统和甲醇喷射器冷却系统共用一个水箱、水泵和冷却水温度传感器。

本发明的有益效果为：

(一)本发明中定容燃烧弹具有加热功能，可模拟发动机内气缸内的高温环境；实施例中，定容燃烧弹采用内置炉膛和电炉丝的方式，可以实现对定容燃烧弹内空气更加充分和均匀的加热。

(二)本发明实施例中，甲醇采用完全独立的喷射系统，通过调节甲醇相对于柴油的喷射时刻，可以实现柴油引燃甲醇、柴油和甲醇同时着火、甲醇先于柴油自燃等多种燃烧模式，也可以分别实现甲醇在定容燃烧弹内均匀预混和浓度分层，而且甲醇的喷射压力灵活可调。

(三)本发明实施例中，在甲醇喷射器外围加装了圆筒形导流罩，能有效阻止甲醇撞击炽热的炉膛壁面而发生自燃，可以将环境温度加热到更高，充分模拟柴油机中高负荷时燃烧室在上止点时高温高压的热力环境。

(四)本发明实施例中，柴油喷射器和甲醇喷射器采取成90°角布置，使得柴油油束和甲醇喷雾充分接触和混合，从而充分发挥两种燃料间的相互作用。

(五)本发明实施例中，定容燃烧弹电炉丝加热采用自动控制，只需通过加热温度PID控制器设置目标温度即可实现对电炉丝的控制，从而实现对定容燃烧弹内空气的自动加热，而且加热温度控制得非常准确。

(六)本发明实施例中，进气系统包含两路并行的进气管路，一路由压力变送器、高压电磁阀和PID控制器构成，只需通过PID控制器设置好目标压力值，即可控制进气电磁阀的开闭，实现自动进气，另一路由进气针阀构成，采取手动控制，可以对进气压力进行微调，这样既可以提高试验的效率和安全性，又可以保证试验的准确性；

(七)本发明实施例中，排气系统采用排气电磁阀来自动完成排气过程，无需手动操作，排气系统还配备有真空泵，每次排气完成后对定容燃烧弹进行抽真空操作，排除定容燃烧弹内残留的未燃甲醇和其它燃烧产物对下次试验的影响，这样既提高了试验的安全性，又降低了试验误差。

附图说明：

图1是本发明的整体系统结构示意图；1代表变频器，2代表电机，3代表高压油泵，4代表高压共轨，5代表柴油电子控制单元，6代表柴油滤清器，7代表柴油箱，8代表柴油喷射器，9代表电荷放大器，10代表同步数据采集卡，11代表甲醇箱，12代表气液增压泵，13代表甲醇稳压容器，14代表甲醇喷射器，15代表圆筒形导流罩，16代表定容燃烧弹，17代表高速摄像机，18代表气液增压泵输入气源，19代表甲醇电子控制单元，20代表加热温度控制模块，21代表真空泵，22代表压缩空气钢瓶，23代表上位机，24代表压力传感器，25代表第一温度传感器，26代表排气电磁阀，27代表排气针阀，28代表进气电磁阀，29代表进气针阀。

图2是定容燃烧弹全剖主视图；8代表柴油喷射器，14代表甲醇喷射器，15代表圆筒形导流罩，30代表定容燃烧弹隔热层，31代表柴油喷射器冷却水腔，32代表甲醇喷射器冷却水腔，40代表石英玻璃安装孔。

图3是图2的第一端盖左视方向示意图；14代表甲醇喷射器，33代表甲醇喷射器冷却水进口，34代表甲醇喷射器冷却水出口。

图4是图2的俯视方向示意图；8代表柴油喷射器，35代表进气孔，36代表第一温度传感器的安装孔，37代表连接电炉丝的火花塞安装孔，38代表排气孔，39代表压力传感器安装孔，42代表压力变送器安装孔。

具体实施方式：

实施例：

下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何形式限制本发明。

如图1所示，本实施例披露了一种模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统，包括：定容燃烧弹，柴油喷射器，与柴油喷射器相连的柴油喷射系统，甲醇喷射器，与甲醇喷射器相连的甲醇喷射系统，进气系统，排气系统，压力传感器，同步数据采集卡，高速摄像机；所述柴油喷射系统、甲醇喷射系统、压力传感器均由同步数据采集卡实现控制；上位机；

定容燃烧弹16是采用不锈钢制成内部中空的圆柱形腔体，其内部装有耐高温陶瓷炉膛，形成一个长268mm,直径80mm的圆柱形空腔来模拟柴油机燃烧室高温高压的环境。

炉膛内嵌电炉丝，炉膛内圆周安装第一温度传感器，后续连接通过低阻值火花塞与电炉丝连接的继电器、加热温度PID控制器，继电器和加热温度PID控制器集成在加热温度控制模块20中，试验过程中只需在加热温度PID控制器上设置好目标温度，通过继电器的通断来控制电炉丝自动对定容燃烧弹16内空气的加热。

定容燃烧弹16两端的端盖采用高强度螺栓固定压紧，第一端盖、第二端盖与弹体之间分别装有石棉垫片保证密封，第二端盖设置有石英玻璃安装孔40，第一端盖安装甲醇喷射器14，并设置甲醇喷射器冷却水腔32，柴油喷射器8安装在定容燃烧弹16的上方，并且设置柴油喷射器冷却水腔31，在定容燃烧弹16的上方还设置有进气孔35、第一温度传感器安装孔36、连接电炉丝的火花塞安装孔37、排气孔38、压力传感器安装孔39、压力变送器安装孔42。

柴油喷射系统采用高压共轨燃油喷射系统，利用变频器1控制电机2转速，从而驱动高压油泵3建立轨压，高压油泵3采用博世CPN2.2型号的油泵，最高可实现160MPa喷射压力。

甲醇喷射系统采用气液增压泵系统，通过输入气源18向气液增压泵12提供较小的驱动气压，即可实现对甲醇进行压缩从而输出较高压力的甲醇，气液增压泵是一种柱塞泵，工作时泵快速往复工作，随输出压力增高，泵的往复运动减慢直至停止，此时泵输出压力恒定，当保压回路压力下降，泵会自动启动，补充泄露压力，保持回路压力稳定。本实施例中采用济南赛思特流体系统设备有限公司提供的型号为GD28的产品，该型号的泵增压比为28，输入气源的驱动气压不超过0.8MPa，额定输出压力为22.4MPa，在气液增压泵12和甲醇喷射器14之间加装了一个稳压容器13，这样可以防止多次喷射甲醇后喷射压力的剧烈波动。

甲醇喷射器14采用的是GDI中置6孔喷油器，为保证流量甲醇喷射器14应选用多孔对称分布的喷射器。甲醇喷射器14其嘴部伸入到容弹内的长度不宜太长，长度为1～3mm，因为在试验过程中，定容燃烧弹内部的空气在不断加热，温度很高，若甲醇喷射器嘴部伸入定容燃烧弹内太长，则甲醇喷射器内部的甲醇得不到很好的冷却会发生汽化，喷出的甲醇是气体而不是液体，影响试验结果。

甲醇喷射器14外围加装了一个圆筒形导流罩15，防止甲醇喷雾直接接触炽热的炉膛壁面而发生自燃，因为本发明中的定容燃烧弹16是采用内置炉膛和电炉丝的方式对定容燃烧弹16内的空气进行加热，炉膛的壁面温度极高，尤其是在高温度条件的试验工况下，甲醇喷雾若直接接触炽热的炉膛壁面将会发生自燃。圆筒形导流罩15的长度与其直径、甲醇喷雾锥角炉膛内径有关，导流罩15太长大量的甲醇喷雾残留其中无法与空气充分混合，圆筒形导流罩15太短则无法阻挡甲醇喷雾碰壁。圆筒形导流罩15的直径和长度计算公式：

d＝αD，

其中，d代表导流罩15的内径，D代表炉膛内径，L代表导流罩15的长度，θ代表喷雾锥角，α、β是系数，α取值范围为0.6～0.8，β取值范围为0.55～0.65。

冷却系统包括柴油喷射器冷却系统和甲醇喷射器冷却系统，两套冷却系统共用一个水箱、水泵和冷却水温度传感器，由于甲醇的沸点是64℃，在试验过程中要注意控制水温不要超过60℃。

压力传感器采用Kistler 6125C型压电式压力传感器，后续连接Kistler5018A1000型电荷放大器，采集频率最高可达70kHz。

高速摄像机采用Photron公司FASTCAM SA1.1型相机，镜头采用Tokina公司MACRO100 F2.8D型产品，该型相机拍摄速度最高可达675000帧/秒，分辨率最高可达1024×1024，采集图像的深度为12bit，在试验过程中根据需要可以在镜头前加滤波片、双向器(双色法测量碳烟)、像增强器(拍摄自由基发光)等其他光学设备。

同步数据采集卡主要包括同步数据采集卡10(DAQ)、数据同步线和数据传输线等，其中DAQ采用NI公司USB-6251BNC型高速数据采集卡，同步数据采集卡可以实现柴油喷射信号、甲醇喷射信号、高速摄像机拍摄信号、压力传感器采集信号同步，并将数据存储在上位机中。

进气系统包含两路并行的进气管路，一路由进气电磁阀28和进气控制模块41构成，其中进气控制模块41包括压力变送器和PID控制器，只需在进气控制模块41上通过PID控制器设置好目标进气压力值，即可控制进气电磁阀28的开闭，实现自动进气，另一路由针阀29构成，采取手动控制，可以对进气压力进行微调。由于在实际试验工况下定容燃烧弹16内部的压力在1～4MPa范围内，为保证定容燃烧弹16的密封性与进气过程的安全性和可靠性，进气电磁阀28采用高压电磁阀。

排气系统采用电磁阀26来自动完成排气过程，无需手动操作。由于完成试验后定容燃烧弹16排出的是高温高压的气体，为保证定容燃烧弹16的密封性与排气过程的安全性和可靠性，排气电磁阀26采用高温高压电磁阀。排气系统还配备有真空泵21，每次排气完成后打开排气针阀27，对定容燃烧弹16进行抽真空操作，排除定容燃烧弹16内残留的未燃甲醇和其它燃烧产物对下次试验的影响。

为了操作方便，柴油喷射器、甲醇喷射器、高速摄像机、同步数据采集卡的控制界面集成到上位机23上，试验得到的压力和图像数据存储在上位机23里。

利用上述系统进行试验的具体方法如下：

按照图1所示连接好系统各个装置，并检查定容燃烧弹的气密性；

在进气控制模块上设置好目标进气压力值，开启进气电磁阀向定容燃烧弹内充气，当定容燃烧弹内压力达到目标值，进气电磁阀自动断开；

柴油喷射系统、甲醇喷射系统、高速摄像机、压力传感器、第一温度传感器以及同步数据采集卡待机；通过柴油电子控制单元设置目标喷油参数，通过变频器调节电机以适当转速运行，驱动高压油泵建立轨压；同时启动甲醇喷射系统，通过甲醇电子控制单元设置目标喷醇参数，通过调节气液增压泵系统输入气源的驱动气压来调节甲醇的喷射压力；通过上位机设置好拍摄参数，通过同步数据采集卡控制单元调节采集频率；

启动冷却系统；

启动加热系统：在加热温度控制模块上设置好目标温度，电炉丝自动对定容燃烧弹内空气的加热，当定容燃烧弹内温度达到目标值，加热温度控制模块里的继电器断开，电炉丝停止加热，此时根据需要打开进气针阀微调定容燃烧弹内的压力至目标值；

当定容燃烧弹内的温度和压力条件达到预定值，手动触发柴油电子控制单元开始喷油，甲醇电子控制单元接收到柴油电子控制单元的触发信号开始喷射甲醇，同步数据采集卡也开始工作，高速摄像机的拍摄信号和压力测量采集信号同步触发，当喷油和喷醇结束后，柴油和甲醇燃烧过程中的压力变化和图像数据均被记录下来，并保存在上位机中；在试验中通过柴油电子控制单元和甲醇电子控制单元分别调节柴油和甲醇的喷射时刻，从而实现柴油引燃甲醇、柴油甲醇同时着火以及甲醇先于柴油发生自燃三种不同的双燃料燃烧模式，而且柴油和甲醇的喷射压力、喷射量可以分别通过柴油电子控制单元和甲醇电子控制单元调节；通过进气系统和加热系统分别调节定容燃烧弹内的压力和温度，模拟不同工况下柴油机燃烧室内的热力环境；

试验结束后打开排气电磁阀排气，排气完毕断开排气电磁阀，打开排气针阀和真空泵对定容燃烧弹进行抽真空，为下次试验做准备。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨以及权利要求范围内，还可以做出很多变形,这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统，其特征在于，包括：

定容燃烧弹(16)，柴油喷射器(8)，与柴油喷射器相连的柴油喷射系统，甲醇喷射器(14)，与甲醇喷射器相连的甲醇喷射系统，进气系统，排气系统，压力传感器(24)，同步数据采集卡(10)，高速摄像机(17)，上位机(23)；所述柴油喷射系统、甲醇喷射系统、压力传感器、高速摄像机均由同步数据采集卡实现控制；

所述定容燃烧弹包括：圆柱形腔体，2个端盖；所述2个端盖分为第一端盖、第二端盖；第二端盖上设置透明观察窗，高速摄像机布置在定容燃烧弹外且对准透明观察窗；

所述定容燃烧弹具有加热功能，用于模拟发动机的工作环境；所述柴油喷射系统和甲醇喷射系统各自独立控制；同步数据采集卡将柴油喷射器信号、甲醇喷射器信号、压力传感器信号、高速摄像机图像信号同步，并将数据存储在上位机中；

所述柴油喷射系统包括：柴油电子控制单元(5)、柴油箱(7)、柴油滤清器(6)、高压油泵(3)、高压共轨(4)、高压油管、回油管、机油加注机、电机(2)和变频器(1)；

所述甲醇喷射系统包括：甲醇电子控制单元(19)、甲醇箱(11)、气液增压泵(12)、甲醇稳压容器(13)、输醇管、气液增压泵输入气源(18)、回醇管。

2.根据权利要求1所述模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统，其特征在于，在圆柱形腔体内壁嵌套耐高温陶瓷炉膛，耐高温陶瓷炉膛内嵌电加热体。

3.根据权利要求2所述模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统，其特征在于，所述电加热体为电炉丝；还包括：位于耐高温陶瓷炉膛内圆周的第一温度传感器(25)，以及通过低阻值火花塞与电炉丝连接的继电器、加热温度PID控制器。

4.根据权利要求2所述模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统，其特征在于，所述柴油喷射器垂直安装于定容燃烧弹的圆柱形腔体上，所述甲醇喷射器安装于定容燃烧弹第一端盖中心位置，柴油喷射器和甲醇喷射器的中心线呈90度角。

5.根据权利要求4所述模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统，其特征在于，还包括：中心线与甲醇喷射器中心线重合的圆筒形导流罩(15)；所述圆筒形导流罩的几何参数满足：

d＝αD，

其中d代表圆筒形导流罩(15)的内径，D代表炉膛内径，L代表导流罩的长度，θ代表甲醇喷射器喷雾锥角，α、β是系数，α取值范围为0.6～0.8，β取值范围为0.55～0.65。

6.根据权利要求1-5任何一项所述模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统，其特征在于：

所述进气系统包括：压缩空气钢瓶(22)、压力变送器、进气电磁阀(28)、PID控制器、进气针阀(29)、进气管；进气管路由并行的两路构成，一路是由进气电磁阀自动控制，一路是由进气针阀手动控制；

所述排气系统包括：排气电磁阀(26)、真空泵(21)和排气针阀(27)。

7.根据权利要求1-5任何一项所述模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的定容燃烧弹系统，其特征在于，还包括：冷却系统；所述冷却系统包括柴油喷射器冷却系统和甲醇喷射器冷却系统，两套冷却系统均包括水箱、水泵、冷却水温度传感器、循环水管路、冷却水腔，定容燃烧弹的柴油喷射器安装孔和甲醇喷射器安装孔周围分别设置柴油喷射器冷却水腔(31)、甲醇喷射器冷却水腔(32)；柴油喷射器冷却系统和甲醇喷射器冷却系统共用一个水箱、水泵和冷却水温度传感器。

8.在权利要求1所述定容燃烧弹系统上实现的模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：检查定容燃烧弹的气密性；

步骤2：进气系统向定容燃烧弹充入空气；

步骤3：定容燃烧弹开始加热，使定容燃烧弹内的空气达到预定的压力和温度；

步骤4：启动柴油喷射系统、甲醇喷射系统；通过分别调节柴油和甲醇的喷射时刻，从而实现柴油引燃甲醇、柴油甲醇同时着火以及甲醇先于柴油发生自燃三种不同的双燃料燃烧模式；

步骤5：高速摄像机记录柴油喷射器、甲醇喷射器的喷射图像，以及燃烧时的图像，并保存在上位机中。

9.模拟甲醇/柴油双燃料发动机多种燃烧模式的方法，方法所需要的定容燃烧弹系统包括：定容燃烧弹(16)，柴油喷射器(8)，与柴油喷射器相连的柴油喷射系统，甲醇喷射器(14)，与甲醇喷射器相连的甲醇喷射系统，进气系统，排气系统，压力传感器(24)，同步数据采集卡(10)，高速摄像机(17)，冷却系统；所述柴油喷射系统、甲醇喷射系统、压力传感器、高速摄像机均由同步数据采集卡实现控制；上位机(23)；所述定容燃烧弹包括：圆柱形腔体，2个端盖；所述2个端盖分为第一端盖、第二端盖；第二端盖上设置透明观察窗，高速摄像机布置在定容燃烧弹外且对准透明观察窗；所述定容燃烧弹在圆柱形腔体内壁嵌套耐高温陶瓷炉膛，耐高温陶瓷炉膛内嵌电加热体，所述电加热体为电炉丝；耐高温陶瓷炉膛内圆周安装第一温度传感器(25)，以及通过低阻值火花塞与电炉丝连接的继电器、加热温度PID控制器，继电器和PID控制器集成在加热温度控制模块(20)中；所述柴油喷射系统和甲醇喷射系统各自独立控制；同步数据采集卡将柴油喷射器信号、甲醇喷射器信号、压力传感器信号、高速摄像机图像信号同步，并将数据存储在上位机中；所述柴油喷射器垂直安装于定容燃烧弹的圆柱形腔体上，所述甲醇喷射器安装于定容燃烧弹第一端盖中心位置，柴油喷射器和甲醇喷射器的中心线呈90度角；所述柴油喷射系统包括：柴油电子控制单元(5)、柴油箱(7)、柴油滤清器(6)、高压油泵(3)、高压共轨(4)、高压油管、回油管、机油加注机、电机(2)和变频器(1)；所述甲醇喷射系统包括：甲醇电子控制单元(19)、甲醇箱(11)、气液增压泵(12)、甲醇稳压容器(13)、输醇管、气液增压泵输入气源(18)、回醇管；所述进气系统包括：压缩空气钢瓶(22)、压力变送器、进气电磁阀(28)、PID控制器、进气针阀(29)、进气管，压力变送器和PID控制器组成进气控制模块(41)；进气管路由并行的两路构成，一路是由进气电磁阀自动控制，一路是由进气针阀手动控制；所述排气系统包括：排气电磁阀(26)、真空泵(21)和排气针阀(27)；所述冷却系统包括柴油喷射器冷却系统和甲醇喷射器冷却系统，两套冷却系统均包括水箱、水泵、冷却水温度传感器、循环水管路、冷却水腔，定容燃烧弹的柴油喷射器安装孔和甲醇喷射器安装孔周围分别设置柴油喷射器冷却水腔(31)、甲醇喷射器冷却水腔(32)；柴油喷射器冷却系统和甲醇喷射器冷却系统共用一个水箱、水泵和冷却水温度传感器；其特征在于，包括如下步骤：

检查定容燃烧弹的气密性；

在进气控制模块上设置好目标进气压力值，开启进气电磁阀向定容燃烧弹内充气，当定容燃烧弹内压力达到目标值，进气电磁阀自动断开；

柴油喷射系统、甲醇喷射系统、高速摄像机、压力传感器、第一温度传感器以及同步数据采集卡待机；通过柴油电子控制单元设置目标喷油参数，通过变频器调节电机以适当转速运行，驱动高压油泵建立轨压；同时启动甲醇喷射系统，通过甲醇电子控制单元设置目标喷醇参数，通过调节气液增压泵系统输入气源的驱动气压来调节甲醇的喷射压力；通过上位机设置好拍摄参数，通过同步数据采集卡控制单元调节采集频率；

启动冷却系统；

启动加热系统：在加热温度控制模块上设置好目标温度，电炉丝自动对定容燃烧弹内空气的加热，当定容燃烧弹内温度达到目标值，加热温度控制模块里的继电器断开，电炉丝停止加热，此时根据需要打开进气针阀微调定容燃烧弹内的压力至目标值；

当定容燃烧弹内的温度和压力条件达到预定值，手动触发柴油电子控制单元开始喷油，甲醇电子控制单元接收到柴油电子控制单元的触发信号开始喷射甲醇，同步数据采集卡也开始工作，高速摄像机的拍摄信号和压力采集信号同步触发，当喷油和喷醇结束后，柴油和甲醇燃烧过程中的压力变化和图像数据均被记录下来，并保存在上位机中；在试验中通过柴油电子控制单元和甲醇电子控制单元分别调节柴油和甲醇的喷射时刻，从而实现柴油引燃甲醇、柴油甲醇同时着火以及甲醇先于柴油发生自燃三种不同的双燃料燃烧模式，而且柴油和甲醇的喷射压力、喷射量可以分别通过柴油电子控制单元和甲醇电子控制单元调节；通过进气系统和加热系统分别调节定容燃烧弹内的压力和温度，模拟不同工况下柴油机燃烧室内的热力环境；

试验结束后打开排气电磁阀排气，排气完毕断开排气电磁阀，打开排气针阀和真空泵对定容燃烧弹进行抽真空，为下次试验做准备。