煤油具有闪点高、不易蒸发、使用安全性高等特性,作为特殊应用条件下的单一化燃料具有很大优势,研究以煤油作为燃料的火花点燃式活塞发动机对其特殊应用具有重要的意义。煤油与汽油相比,两者的燃烧特性有很大的不同,煤油的火焰传播速度较慢,燃烧过程粗暴,抗爆震性能差。爆震是火花点燃式发动机特有的一种非正常燃烧现象,严重的爆震不但会制约着火花点燃式煤油活塞发动机的动力性与经济性的提高,甚至破坏发动机机体。对于火花点燃式发动机,点火系统是其重要的组成部分。点火时刻、点火能量以及双火花塞异步点火相位是点火系统的关键参数,会对发动机爆震燃烧特性等产生重要影响。目前国内外对二冲程煤油发动机的爆震燃烧特性,尤其是点火时刻、点火能量以及双火花塞异步点火相位等点火系统关键参数对爆震燃烧特性影响的研究较少,因此研究点火系统关键参数对二冲程煤油发动机爆震燃烧特性的影响具有重要的理论意义与工程实用价值。本文以某国防预研项目为研究背景,主要研究点火时刻、点火能量以及双火花塞异步点火相位等点火系统关键参数对二冲程煤油发动机爆震燃烧特性的影响等相关问题。论文围绕爆震燃烧数值模拟、轻微爆震信号特征提取、爆震强度评价以及爆震燃烧试验研究等问题展开,主要研究内容以及创新如下:(1)采用三维CFD数值模拟方法对火花点燃式二冲程活塞发动机燃烧煤油的爆震燃烧特性进行了研究。建立了二冲程煤油发动机燃烧室模型,利用三维CFD数值模拟工具计算了点火系统关键参数对煤油均匀混合气温度、火焰传播速度、混合气燃烧放热量等的影响。采用Shell爆震模型描述了混合气的自燃过程,利用反应中间产物Q的浓度衡量爆震强度的大小,分析了点火系统关键参数对二冲程活塞发动机爆震强度的影响。(2)提出了基于内禀模态特征能量法的轻微爆震信号特征提取方法,对二冲程煤油发动机缸内压力信号以及机体振动加速度信号进行爆震信号特征提取。该方法对二冲程煤油发动机信号进行经验模态分解,得到各阶内禀模态函数,获取信号能量占主导地位的内禀模态函数分量,对该分量进行功率谱密度分析,得到了电控二冲程煤油发动机缸内压力信号的爆震特征频率与机体振动加速度信号的爆震检测频率。该方法可在较低信噪比下有效地提取发动机信号的爆震信号特征频率,为爆震强度评价、爆震在线监测系统设计以及爆震燃烧试验等研究打下了重要基础。(3)提出了基于内禀模态高频分量积分法的缸内压力信号爆震强度评价方法以及基于主导内禀模态峰值法的机体振动加速度信号爆震强度评价方法,对二冲程煤油发动机的爆震强度进行了有效评价。基于内禀模态高频分量积分法的缸内压力信号爆震强度评价方法对二冲程煤油发动机缸内压力信号进行经验模态分解,获取爆震高频信号分量以及理想燃烧曲线,以理想燃烧曲线峰值对应的曲轴转角作为爆震窗口起始点以及参考窗口终点,计算爆震窗口和参考窗口内的高频分量积分能量比,即为爆震因子,以爆震因子作为爆震强度评价指标,进行了缸内压力信号的爆震强度评价。基于主导内禀模态峰值法的机体振动加速度信号爆震强度评价方法对二冲程煤油发动机的机体振动加速度信号进行经验模态分解,得到了爆震检测频率范围内的主导内禀模态函数分量,以主导内禀模态函数分量峰值作为爆震强度评价指标,进行了机体振动加速度信号的爆震强度评价。(4)以基于主导内禀模态峰值法的机体振动加速度信号爆震强度评价方法为依据,设计并研制了二冲程煤油发动机爆震在线监测系统,在线监测了二冲程煤油发动机爆震燃烧试验过程中的发动机爆震强度。确定了发动机爆震在线监测系统的设计方案,对发动机爆震在线监测系统的硬件系统进行了设计,完成了发动机爆震在线监测系统的软件设计,包括信号采集模块、信号处理模块、爆震判断模块以及数据存储模块等;进行了爆震在线监测试验,验证了二冲程煤油发动机爆震在线监测系统的有效性。(5)建立了二冲程煤油发动机爆震燃烧试验系统,进行了二冲程煤油发动机爆震燃烧试验研究。在线改变点火时刻、点火能量、双火花塞异步点火相位等点火系统关键参数,获取了点火系统关键参数不同时的缸内压力信号、缸盖温度、排气温度等数据。利用内禀模态高频分量积分法进行了二冲程煤油发动机缸内压力信号的爆震强度评价,采用爆震因子作为爆震强度评价指标,分析了点火系统关键参数对发动机爆震燃烧特性的影响。将二冲程煤油发动机的爆震燃烧三维数值模拟结果与二冲程煤油发动机爆震燃烧试验结果进行了对比研究,结果表明,爆震燃烧数值模拟结果与爆震燃烧试验结果具有一致性,验证了二冲程煤油发动机三维爆震燃烧数值模型的正确性。