CN116448439A - 一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置，属于内燃机技术领域，包括光学发动机系统、燃料系统、进气系统、激光系统、图像采集系统和燃烧控制分析系统，激光系统包括Nd:YAG激光器和生成两束探测激光的第一光学组件；图像采集系统包括第二光学组件、ICCD相机A、ICCD相机B和高速相机，ICCD相机A、ICCD相机B和高速相机分别用于OH荧光图像、CH2O荧光图像和缸内火焰图像的采集。采用上述一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置，可实现同一工作循环下OH及CH2O时空分布、火焰发展历程的PLIF以及高速摄影联合测试，为揭示化学反应关键自由基对燃烧放热过程的影响提供直接有力的可视化数据支撑。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，尤其是涉及一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置。
背景技术
在环境污染日益严重、排放及能耗法规日趋严苛的背景下，活塞式内燃机作为一种被广泛使用的动力机械，需要更精确地进行缸内燃烧组织及调控，实现高效清洁燃烧的目标。在各种研究手段中，以高速摄影及平面激光诱导荧光(PLIF)为代表的光学诊断技术作为一种非侵入式可视化测试方法，能够对缸内混合及燃烧过程进行直接的观测，具有响应迅速、结果直观以及对原机流场及燃烧过程还原程度高等特点，因而逐渐成为内燃机领域的主流研究手段之一，并随着光学及材料学的进步得到了长足发展。其中，高速摄影法通过直接拍摄缸内火焰图像的方式，对内燃机燃烧过程进行分析。而PLIF通过向燃烧室引入一定波长的片状激光，使特定分子或基团被激发并发出荧光，采集对应波长的荧光图像即可获得缸内温度或浓度场分布信息。
由于目前现有的光学测试装置大多仅支持单一手段进行测量，而循环变动现象将导致不同工作循环测得结果之间进行交叉比对的参考意义有限。而将同一工作循环下的高速摄影与PLIF结果进行交叉比对，能够有效揭示缸内混合气组织、燃烧关键自由基分布与燃烧火焰发展历程间的关系。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够同时测量OH和CH2O时空分布，并跟随发动机曲轴转角拍摄火焰发展历程的PLIF与高速摄影联合测试装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置，包括光学发动机系统、燃料系统、进气系统、激光系统、图像采集系统以及燃烧控制分析系统，燃料系统和进气系统均与光学发动机系统相连接，光学发动机系统、燃料系统、激光系统以及图像采集系统均与燃烧控制分析系统电连接。
所述激光系统包括用于产生单一波长激光的Nd:YAG激光器以及用于将单一波长激光生成两束探测激光的第一光学组件，第一光学组件与光学发动机系统的穿激光窗口相对设置；
所述图像采集系统包括第二光学组件、ICCD相机A、ICCD相机B、高速相机以及图像采集计算机，ICCD相机A、ICCD相机B以及高速相机均与图像采集计算机电连接，第二光学组件用于将缸内燃烧图像与荧光图像进行分离和滤波，ICCD相机A、ICCD相机B以及高速相机分别用于采集同一工作循环内的OH荧光图像、CH2O荧光图像以及缸内火焰图像。
优选的，光学发动机系统包括光学发动机、实验室排烟装置、倒拖电机以及倒拖电机变频器，倒拖电机变频器与倒拖电机电连接，倒拖电机与光学发动机相连接，光学发动机的缸盖上设置有液压VVT组件，光学发动机运转产生的废气通过实验室排烟装置排出，光学发动机内设置有加长活塞，加长活塞的头部设置有活塞视窗，光学发动机燃烧室侧面设置有穿激光窗口，所述穿激光窗口和所述活塞视窗均采用JGS1光学石英玻璃制成，在所述活塞视窗下方设置有倾斜45°的反射镜A。
优选的，所述燃料系统包括依次串联的燃油箱、燃油滤清器、高压油泵、高压油轨以及喷油器，高压油泵由油泵拖动电机拖动，油泵拖动电机与油泵电机变频器电连接，油泵电机变频器用于控制油泵拖动电机的转速。
优选的，所述进气系统包括依次串联在进气管路上的空气压缩机、一级稳压罐、进气流量调节阀、二级稳压罐以及进气流动调节装置，进气流量调节阀与二级稳压罐之间设置有进气流量传感器和进气流量计，进气管路上设置有进气加热带，进气加热带与用于控制进气加热功率的进气温控表电连接；
进气流动调节装置与二级稳压罐之间连接有高压气体分支，所述高压气体分支上依次设置有支路气体压力表、支路气体流量调节阀、减压阀以及高压气瓶。
优选的，所述Nd:YAG激光器用于产生1064nm基频激光，第一光学组件包括光束提升器、二倍频晶体、532nm谐波分光镜、中性分束镜A、532nm激光反射镜A、染料激光器、同步镜组、532nm激光反射镜B、长波通二向色镜A、和频晶体、283nm激光反射镜、长波通二向色镜B、片光组件以及光束截止器；
1064nm基频激光通过光束提升器提升至穿激光窗口所在的水平面上；
提升后的激光通过二倍频晶体将入射的1064nm基频激光部分转换为532nm二倍频激光；
通过532nm谐波分光镜将倍频转换得到的532nm二倍频激光与1064nm基频激光分离，分离的532nm二倍频激光通过中性分束镜A实现分离及分束，分别参与283nm激光和355nm三倍频激光的生成；
其中一束532nm二倍频激光经532nm激光反射镜B及长波通二向色镜A与1064nm基频激光重新合为一束，并经和频晶体转化为355nm三倍频激光；
1064nm基频激光在与532nm二倍频激光合束前，经同步镜组消除1064nm基频激光与532nm二倍频激光的光程差，所述同步镜组由四块45°入射的1064nm激光反射镜组成；
另一束532nm二倍频激光泵浦染料激光器后被转换为283nm激光，并经283nm激光反射镜及长波通二向色镜B与355nm三倍频激光合为一束；
283nm激光和355nm三倍频激光合成的复合探测激光经片光组件整形为宽度、厚度及焦距可调的片状激光，片状激光经穿激光窗口进入燃烧室激发相应物质后离开燃烧室，并被与穿激光窗口相对设置的光束截止器截止。
优选的，所述第二光学组件包括OH荧光采集镜组、CH2O荧光采集镜组以及火焰图像采集镜组；
OH荧光采集镜组包括短波通二向色镜和307nm带通滤光片，缸内燃烧火焰及荧光信号经反射镜A反射，并通过短波通二向色镜透射含OH荧光的短波成分，经307nm带通滤光片滤去杂光后被ICCD相机A接收；
CH2O荧光采集镜组包括中性分束镜B和自定义带通滤光片组，自定义带通滤光片组由364nm长通滤光片和492nm短通滤光片组成，通过反射镜A反射出的缸内燃烧火焰及荧光信号中其余的长波成分被短波通二向色镜反射并经中性分束镜B分为两束，其中一束经自定义带通滤光片组滤去杂光，剩余的CH2O荧光被ICCD相机B接收；
火焰图像采集镜组包括反射镜B和负窄带滤光片组，负窄带滤光片组由283nm负窄带滤光片及355nm负窄带滤光片组成，通过中性分束镜B的缸内燃烧火焰信号经过反射镜B反射并经负窄带滤光片组滤去杂光后，剩余的火焰图像被高速相机接收。
优选的，燃烧控制分析系统包括发动机控制单元、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、角标仪、信号隔离分配器、燃烧分析仪、主控及燃烧分析计算机、整形滤波电路A、整形滤波电路B、数字延时脉冲发生器A、数字延时脉冲发生器B、信号控制器、CAN通讯装置、信号控制计算机、升压及驱动电路以及缸压传感器；
凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器分别用于采集凸轮轴和曲轴的位置信息，凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器与发动机控制单元电连接，发动机控制单元根据凸轮轴及曲轴位置信息对高压油泵、高压油轨及喷油器进行控制；
发动机控制单元的触发信号通过整形滤波电路A和数字延时脉冲发生器A接入信号控制器的触发信号输入端口；
角标仪在曲轴旋转一周内发出3600个方波信号，并经信号隔离分配器分为两路，其中一路角标仪信号由燃烧分析仪接收，同时燃烧分析仪接收由缸压传感器采集的缸压信号，燃烧分析仪根据缸压信号和角标仪信号进行燃烧数据采集；另一路角标仪信号经整形滤波电路B及数字延时脉冲发生器B处理后接入信号控制器的同步信号输入端口；
燃烧分析仪和发动机控制单元均与主控及燃烧分析计算机电连接，用于对光学发动机的控制以及对燃烧放热数据的采集及计算；
信号控制计算机通过CAN通讯装置与信号控制器进行通信，用于对信号控制器内部程序的修改以及控制器运行状态的实时监控；
信号控制器基于由发动机控制单元发送的触发信号以及由角标仪发送的同步信号实现相机触发动作和气门开闭动作的控制；
升压及驱动电路与信号控制器通过信号线连接，将触发信号升压处理后转换为电磁阀驱动信号，用于驱动液压VVT组件上的四个高速电磁阀；
ICCD相机B与Nd:YAG激光器通过信号线连接，用于实现ICCD相机B与Nd:YAG激光器的同步。
因此，本发明采用上述一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置，具有以下有益效果：
(1)本发明的激光系统通过第一光学组件将Nd:YAG激光器产生的单一波长的激光生成波长不同且存在时延的两束探测激光，实现了同一工作循环下不同物质的探测。
(2)本发明的图像采集系统通过第二光学组件将通过反射镜A反射出的缸内燃烧火焰及荧光信号进行分离和滤波，并通过ICCD相机A、ICCD相机B以及高速相机分别采集同一循环内的OH荧光图像、CH2O荧光图像以及缸内火焰图像，获取同一工作循环内高低温反应区时空分布及火焰发展历程信息，为揭示化学反应关键自由基对燃烧放热过程的影响提供直接有力的可视化数据支撑。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置结构示意图。
附图标记
1.光学发动机系统；101.光学发动机；102.液压VVT组件；103.穿激光窗口；104.活塞视窗；105.加长活塞；106.反射镜A；107.实验室排烟装置；108.倒拖电机；109.倒拖电机变频器；
2.燃料系统；201.燃油箱；202.燃油滤清器；203.高压油泵；204.油泵拖动电机；205.油泵电机变频器；206.高压油轨；207.喷油器；
3.进气系统；301.空气压缩机；302.一级稳压罐；303.进气流量调节阀；304.进气流量传感器；305.进气流量计；306.二级稳压罐；307.进气加热带；308.进气温控表；309.进气流动调节装置；310.高压气瓶；311.减压阀；312.支路气体流量调节阀；313.支路气体压力表；
4.激光系统；401.Nd:YAG激光器；402.光束提升器；403.二倍频晶体；404.532nm谐波分光镜；405.中性分束镜A；406.532nm激光反射镜A；407.染料激光器；408.同步镜组；409.532nm激光反射镜B；410.长波通二向色镜A；411.和频晶体；412.283nm激光反射镜；413.长波通二向色镜B；414.片光组件；415.光束截止器；
5.图像采集系统；501.短波通二向色镜；502.307nm带通滤光片；503.ICCD相机A；504.中性分束镜B；505.自定义带通滤光片组；506.ICCD相机B；507.反射镜B；508.负窄带滤光片组；509.高速相机；510.图像采集计算机；
6.燃烧控制分析系统；601.凸轮轴位置传感器；602.曲轴位置传感器；603.角标仪；604.信号隔离分配器；605.发动机控制单元；606.燃烧分析仪；607.主控及燃烧分析计算机；608.整形滤波电路A；609.整形滤波电路B；610.数字延时脉冲发生器A；611.数字延时脉冲发生器B；612.信号控制器；613.CAN通讯装置；614.信号控制计算机；615.升压及驱动电路；616.缸压传感器。
具体实施方式
实施例
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了简化描述以便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的实施方式作详细说明。
如图1所示，一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置，包括光学发动机系统1、燃料系统2、进气系统3、激光系统4、图像采集系统5以及燃烧控制分析系统6。燃料系统2和进气系统3均与光学发动机系统1相连接，光学发动机系统1、燃料系统2、激光系统4以及图像采集系统5均与燃烧控制分析系统6电连接。
光学发动机系统1包括光学发动机101、液压VVT组件102、穿激光窗口103、活塞视窗104、加长活塞105、反射镜A106、实验室排烟装置107、倒拖电机108以及倒拖电机变频器109。倒拖电机变频器109与倒拖电机108电连接，倒拖电机108与光学发动机101相连接，光学发动机101采用了应用最为广泛的“Bowditch”构型，即在活塞头部设置活塞视窗104，活塞视窗104与反射镜A106构成光学通路，反射镜A106设置在活塞视窗104的下方，并倾斜45°设置，该构型能够在不过多改变原机燃烧组织方式的同时为光学测试提供足够的视场。为了保证活塞往复运动过程中反射镜A106与运动件不发生干涉，需设计加长活塞105以及相应的加长缸体。由于光学发动机101长时间连续工作时沉积的碳烟会污染光学玻璃，不利于拍摄，因此光学发动机101采用间断工作的方式，其在倒拖电机108的拖动下以稳定的转速运转，光学发动机101的工作转速通过倒拖电机变频器109调节。加长活塞105头部设置有活塞视窗104，穿激光窗口103和活塞视窗104均采用具备优良光学性能及机械性能的JGS1光学石英玻璃制成。光学发动机101的缸盖上设置有液压VVT组件102，为实现气门正时的灵活调整，使用液压VVT组件102替代原机的底置凸轮轴配气机构。
燃料系统2包括依次串联的燃油箱201、燃油滤清器202、高压油泵203、高压油轨206以及喷油器207，高压油泵203由油泵拖动电机204拖动，油泵拖动电机204与油泵电机变频器205电连接，油泵电机变频器205用于控制油泵拖动电机204的转速。高压油泵203的燃油计量单元、高压油轨206的轨压以及喷油器207的喷射动作均由发动机控制单元605控制。
进气系统3包括依次串联在进气管路上的空气压缩机301、一级稳压罐302、进气流量调节阀303、二级稳压罐306以及进气流动调节装置309。进气流量调节阀303与二级稳压罐306之间设置有进气流量传感器304和进气流量计305。由于光学发动机101降低了压缩比以降低零件机械负荷，为保证在较低压缩比下可靠压燃，需提高光学发动机进气温度，因此进气管路上设置有进气加热带307，进气加热带307上连接有用于控制加热功率的进气温控表308。为实现缸内气流运动的调节，光学发动机101采用了包含一个切向进气道和一个螺旋进气道的四气门缸盖，并在进气管路上设置进气流动调节装置309，通过分别控制两个气道的进气流量改变缸内气流运动，从而实现不同的混合气分布方式。进气流动调节装置309与二级稳压罐306之间连接有高压气体分支，高压气体分支上依次设置有支路气体压力表313、支路气体流量调节阀312、减压阀311以及高压气瓶310。更换位于高压气体分支中的高压气瓶310的气体种类(如CO2、N2等)，能够满足模拟EGR或纯氮进气等不同需求。
激光系统4包括用于产生单一波长激光的Nd:YAG激光器401以及用于将单一波长激光生成两束探测激光的第一光学组件，第一光学组件与光学发动机系统1的穿激光窗口103相对设置。
Nd:YAG激光器401用于产生1064nm基频激光，第一光学组件包括光束提升器402、二倍频晶体403、532nm谐波分光镜404、中性分束镜A405、532nm激光反射镜A406、染料激光器407、同步镜组408、532nm激光反射镜B409、长波通二向色镜A410、和频晶体411、283nm激光反射镜412、长波通二向色镜B413、片光组件414以及光束截止器415。
由于空间限制等因素，Nd:YAG激光器401与穿激光窗口103通常不在同一水平面上，因此需要光束提升器402将激光提升至穿激光窗口103所在的水平面上，光束提升器402实际上为两块45°入射的1064nm激光反射镜。
二倍频晶体403利用二阶非线性频率变换效应将入射的1064nm基频激光部分转换为532nm二倍频激光，依据相位匹配原理，通过改变基频光入射角度能够改变转换效率，从而实现基频激光与倍频激光的能量分配。
通过532nm谐波分光镜404将倍频转换得到的532nm二倍频激光与1064nm基频激光分离，分离的532nm二倍频激光通过中性分束镜A405实现分离及分束，两束532nm二倍频激光分别参与283nm激光和355nm三倍频激光的生成。其中一束532nm二倍频激光经532nm激光反射镜B409及长波通二向色镜A410与1064nm基频激光重新合为一束，并经和频晶体411转化为355nm三倍频激光。1064nm基频激光在与532nm二倍频激光合束前，经同步镜组408消除1064nm基频激光与532nm二倍频激光的光程差；同步镜组408由四块45°入射的1064nm激光反射镜组成，以抵消1064nm基频激光与532nm二倍频激光的光程差从而保证两束激光同时进入和频晶体411。另一束532nm二倍频激光泵浦染料激光器407后被转换为283nm激光，并经283nm激光反射镜412及长波通二向色镜B413与355nm三倍频激光合为一束。
283nm激光和355nm三倍频激光合成的复合探测激光经片光组件414整形为宽度、厚度及焦距可调的片状激光，片状激光经穿激光窗口103进入燃烧室激发相应物质后离开燃烧室，并被与穿激光窗口103相对设置的光束截止器415截止，光束截止器415吸收由燃烧室出射的剩余激光。
需要指出，283nm激光的光路较长，且经过染料激光器407的内部光路，因此光程较355nm三倍频激光更长，与355nm三倍频激光之间存在一定延迟，由283nm激光激发的OH荧光信号与由355nm三倍频激光激发的CH2O荧光信号也存在一定延迟，这能够降低不同物质荧光信号之间的干扰。
图像采集系统5包括第二光学组件、ICCD相机A503、ICCD相机B506、高速相机509以及图像采集计算机510。ICCD相机A503、ICCD相机B506以及高速相机509均与图像采集计算机510电连接。ICCD相机A503、ICCD相机B506、高速相机509分别用于光学发动机同一工作循环内的OH荧光图像、CH2O荧光图像以及缸内火焰图像的采集。
第二光学组件用于将缸内燃烧图像与荧光图像进行分离和滤光，第二光学组件包括OH荧光采集镜组、CH2O荧光采集镜组以及火焰图像采集镜组。
OH荧光采集镜组包括短波通二向色镜501和307nm带通滤光片502，OH荧光采集镜组与反射镜A106相对设置，缸内燃烧火焰及荧光信号通过反射镜A106反射，并通过短波通二向色镜501透射含OH荧光的短波成分，再经307nm带通滤光片502滤去杂光后被ICCD相机A503接收。
CH2O荧光采集镜组包括中性分束镜B504和自定义带通滤光片组505，自定义带通滤光片组505由364nm长通滤光片和492nm短通滤光片组成，通过反射镜A106反射出的缸内燃烧火焰及荧光信号中其余的长波成分被短波通二向色镜501反射并经中性分束镜B504分为两束，其中一束经自定义带通滤光片组505滤去杂光，剩余的CH2O荧光被ICCD相机B506接收。
火焰图像采集镜组包括反射镜B507和负窄带滤光片组508，负窄带滤光片组508由283nm负窄带滤光片及355nm负窄带滤光片组成，通过中性分束镜B504的缸内燃烧火焰信号经过反射镜B507和负窄带滤光片组508滤去杂光后，剩余火焰图像被高速相机509接收。图像采集计算机510通过信号线与各相机连接，进行图像的采集、各相机拍摄参数的设定以及相机与激光器延时的设定。
燃烧控制分析系统6包括发动机控制单元605、凸轮轴位置传感器601、曲轴位置传感器602、角标仪603、信号隔离分配器604、燃烧分析仪606、主控及燃烧分析计算机607、整形滤波电路A608、整形滤波电路B609、数字延时脉冲发生器A610、数字延时脉冲发生器B611、信号控制器612、CAN通讯装置613、信号控制计算机614、升压及驱动电路615以及缸压传感器616。
凸轮轴位置传感器601和曲轴位置传感器602分别用于采集凸轮轴和曲轴的位置信息并与发动机控制单元605电连接，发动机控制单元605根据凸轮轴和曲轴的位置信息判断发动机的运转相位，并对高压油泵203、高压油轨206及喷油器207进行控制，同时在每个工作循环内的特定时刻向信号控制器612发送一个触发信号。
发动机控制单元605的触发信号通过整形滤波电路A608和数字延时脉冲发生器A610接入信号控制器612的触发信号输入端口。角标仪603在曲轴旋转一周内发出3600个方波信号，并经信号隔离分配器604分为两路，其中一路角标仪信号由燃烧分析仪606接收，同时燃烧分析仪606接收缸压传感器616采集的缸压信号，燃烧分析仪606根据缸压信号和角标仪信号进行燃烧数据采集；另一路角标仪信号经整形滤波电路B609及数字延时脉冲发生器B611处理后接入信号控制器612的同步信号输入端口，信号控制器612在接收到发动机控制单元605发送的触发信号后，内部的累加器开始对输入的角标仪信号以数个脉冲为单位进行计数(一般设为以10个脉冲，即每次计数对应1°曲轴转角)，进行相机触发时刻及气门动作时刻的判断。当计数达到预设阈值后，信号控制器612分别向ICCD相机A503及ICCD相机B506发送触发信号，进行每循环一次的OH和CH2O荧光图像拍摄，当计数达到预设阈值后，信号控制器612向高速相机509发送一路触发信号用于启动火焰图像的拍摄，同时以该计数频率向高速相机509发送另一路脉冲信号，使高速相机509连续拍摄的频率跟随光学发动机101的转速。信号控制器612引出四路信号线接入升压及驱动电路615，当计数达到预设阈值后，信号控制器612向升压及驱动电路615发送5V触发信号，升压及驱动电路615将触发信号转换为24V驱动信号，并驱动液压VVT组件102上的四个高速电磁阀，实现正确的气门正时。ICCD相机B506与Nd:YAG激光器401通过信号线连接，用于实现ICCD相机B506与Nd:YAG激光器401的同步。燃烧分析仪606和发动机控制单元605均与主控及燃烧分析计算机607电连接，用于对光学发动机的控制以及对燃烧放热数据的采集及计算，且用于进行喷油、轨压等参数的设定。信号控制计算机614通过CAN通讯装置613与信号控制器612进行通信，用于对信号控制器612内部程序的修改以及对其运行状态的实时监控。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置，包括光学发动机系统、燃料系统、进气系统、激光系统、图像采集系统以及燃烧控制分析系统，其特征在于：
燃料系统和进气系统均与光学发动机系统相连接，光学发动机系统、燃料系统、激光系统以及图像采集系统均与燃烧控制分析系统电连接；
所述激光系统包括用于产生单一波长激光的Nd:YAG激光器以及用于将单一波长激光生成两束探测激光的第一光学组件，第一光学组件与光学发动机系统的穿激光窗口相对设置；
所述图像采集系统包括第二光学组件、ICCD相机A、ICCD相机B、高速相机以及图像采集计算机，ICCD相机A、ICCD相机B以及高速相机均与图像采集计算机电连接，第二光学组件用于将缸内燃烧火焰图像与荧光信号进行分离和滤波，ICCD相机A、ICCD相机B以及高速相机分别用于采集同一工作循环内的OH荧光信号、CH2O荧光信号以及缸内燃烧过程火焰图像。
2.根据权利要求1所述的一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置，其特征在于：光学发动机系统包括光学发动机、实验室排烟装置、倒拖电机以及倒拖电机变频器，倒拖电机变频器与倒拖电机电连接，倒拖电机与光学发动机相连接，光学发动机的缸盖上设置有液压VVT组件，光学发动机运转产生的废气通过实验室排烟装置排出，光学发动机内设置有加长活塞，加长活塞头部设置有活塞视窗，光学发动机燃烧室侧面设置有穿激光窗口，所述穿激光窗口和所述活塞视窗均采用JGS1光学石英玻璃制成，在所述活塞视窗下方设置有倾斜45°的反射镜A。
3.根据权利要求2所述的一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置，其特征在于：所述燃料系统包括依次串联的燃油箱、燃油滤清器、高压油泵、高压油轨以及喷油器，高压油泵由油泵拖动电机拖动，油泵拖动电机与油泵电机变频器电连接，油泵电机变频器用于控制油泵拖动电机的转速。
4.根据权利要求3所述的一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置，其特征在于：所述进气系统包括依次串联在进气管路上的空气压缩机、一级稳压罐、进气流量调节阀、二级稳压罐以及进气流动调节装置，进气流量调节阀与二级稳压罐之间设置有进气流量传感器和进气流量计，进气管路上设置有进气加热带，进气加热带与用于控制进气加热功率的进气温控表电连接；
进气流动调节装置与二级稳压罐之间连接有高压气体分支，所述高压气体分支上依次设置有支路气体压力表、支路气体流量调节阀、减压阀以及高压气瓶。
5.根据权利要求4所述的一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置，其特征在于：所述Nd:YAG激光器用于产生1064nm基频激光，第一光学组件包括光束提升器、二倍频晶体、532nm谐波分光镜、中性分束镜A、532nm激光反射镜A、染料激光器、同步镜组、532nm激光反射镜B、长波通二向色镜A、和频晶体、283nm激光反射镜、长波通二向色镜B、片光组件以及光束截止器；
1064nm基频激光通过光束提升器提升至穿激光窗口所在的水平面上；
提升后的激光通过二倍频晶体将入射的1064nm基频激光部分转换为532nm二倍频激光；
通过532nm谐波分光镜将倍频转换得到的532nm二倍频激光与1064nm基频激光分离，分离的532nm二倍频激光通过中性分束镜A实现分离及分束，分别参与283nm激光和355nm三倍频激光的生成；
其中一束532nm二倍频激光经532nm激光反射镜B及长波通二向色镜A与1064nm基频激光重新合为一束，并经和频晶体转化为355nm三倍频激光；
1064nm基频激光在与532nm二倍频激光合束前，经同步镜组消除1064nm基频激光与532nm二倍频激光的光程差，所述同步镜组由四块45°入射的1064nm激光反射镜组成；
另一束532nm二倍频激光泵浦染料激光器后被转换为283nm激光，并经283nm激光反射镜及长波通二向色镜B与355nm三倍频激光合为一束；
283nm激光和355nm三倍频激光合成的复合探测激光经片光组件整形为宽度、厚度及焦距可调的片状激光，片状激光经穿激光窗口进入燃烧室激发相应物质后离开燃烧室，并被与穿激光窗口相对设置的光束截止器截止。
6.根据权利要求5所述的一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置，其特征在于：所述第二光学组件包括OH荧光采集镜组、CH2O荧光采集镜组以及火焰图像采集镜组；
OH荧光采集镜组包括短波通二向色镜和307nm带通滤光片，缸内燃烧火焰及荧光信号经反射镜A反射，并通过短波通二向色镜透射含OH荧光的短波成分，再经307nm带通滤光片滤去杂光后被ICCD相机A接收；
CH2O荧光采集镜组包括中性分束镜B和自定义带通滤光片组，自定义带通滤光片组由364nm长通滤光片和492nm短通滤光片组成，通过反射镜A反射出的缸内燃烧火焰及荧光信号中其余的长波成分被短波通二向色镜反射并经中性分束镜B分为两束，其中一束经自定义带通滤光片组滤去杂光，剩余的CH2O荧光被ICCD相机B接收；
火焰图像采集镜组包括反射镜B和负窄带滤光片组，负窄带滤光片组由283nm负窄带滤光片及355nm负窄带滤光片组成，通过中性分束镜B的缸内燃烧火焰信号经过反射镜B反射并经负窄带滤光片组滤去杂光后，剩余的火焰图像被高速相机接收。
7.根据权利要求6所述的一种压燃式发动机缸内燃烧过程联合测试装置，其特征在于：燃烧控制分析系统包括发动机控制单元、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、角标仪、信号隔离分配器、燃烧分析仪、主控及燃烧分析计算机、整形滤波电路A、整形滤波电路B、数字延时脉冲发生器A、数字延时脉冲发生器B、信号控制器、CAN通讯装置、信号控制计算机、升压及驱动电路以及缸压传感器；
凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器分别用于采集凸轮轴和曲轴的位置信息，凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器与发动机控制单元电连接，发动机控制单元根据凸轮轴及曲轴位置信息对高压油泵、高压油轨及喷油器进行控制；
发动机控制单元的触发信号通过整形滤波电路A和数字延时脉冲发生器A接入信号控制器的触发信号输入端口；
角标仪在曲轴旋转一周内发出3600个方波信号，并经信号隔离分配器分为两路，其中一路角标仪信号由燃烧分析仪接收，同时燃烧分析仪接收由缸压传感器采集的缸压信号，燃烧分析仪根据缸压信号和角标仪信号进行燃烧数据采集；另一路角标仪信号经整形滤波电路B及数字延时脉冲发生器B处理后接入信号控制器的同步信号输入端口；
燃烧分析仪和发动机控制单元均与主控及燃烧分析计算机电连接，用于对光学发动机的控制以及对燃烧放热数据的采集及计算；
信号控制计算机通过CAN通讯装置与信号控制器进行通信，用于对信号控制器内部程序的修改以及对信号控制器运行状态的实时监控；
信号控制器基于由发动机控制单元发送的触发信号以及由角标仪发送的同步信号实现相机触发动作和气门开闭动作的控制；
升压及驱动电路与信号控制器通过信号线连接，将触发信号升压处理后转换为电磁阀驱动信号，用于驱动液压VVT组件上的四个高速电磁阀；
ICCD相机B与Nd:YAG激光器通过信号线连接，用于实现ICCD相机B与Nd:YAG激光器的同步。
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