在发动机研发早期，燃烧系统开发通过咨询和对标确定设计方向，再通过大量试验找到优化后的参数，之后进行产品生产。对于不具备燃烧开发能力的公司而言，这是唯一的产品模式。但这种模式的缺点也很明显，同一公司不同产品平台之间的燃烧理念不一致，方案多、速度慢、周期长，而且不知道该燃烧系统继续优化的潜力如何。正向燃烧系统设计应围绕三要素进行，即通过可视化与光学诊断获取必要的物理参数和边界条件作为建立数值模拟模型的初始数据，在发动机数值模型建立后对特定条件下的计算结果进行比较、校正数值模型，得到满意验证后利用数值模型进行大量模拟计算优化设计，从而确定发动机燃烧系统的设计方案。初步设计方案先在单缸热力发动机上进行试验，并配合使用数值模型进行各种工况下的性能优化比较，逐步逼近并最终达到优化设计目标。单缸热力学发动机试验定形后再推进到多缸机产品开发阶段，在配置所有系统附件后进行整机标定。光学诊断属于非接触式测量，对测试区域几乎没有干扰，具有良好的时间、空间分辨率，在缸内碳烟及氮氧化物生成诊断方面具有重要的应用价值。内窥镜系统是一种微缩的光学拍摄采集系统，它的基本思想是通过尺寸很小的镜头将光学图像传导到光纤中，再在外部进行数据记录。在发动机上应用时一般是在燃烧室的周围钻一个小孔插入光学探针镜头。这种方法的优点是：对发动机的改动很小，因而不会影响燃烧室内部的结构（压缩比损失小于4%），从而对气流运动和燃烧影响小。另外，内窥镜系统可以承受缸内高温高压的剧烈燃烧条件，采集到与热力学发动机几乎同等燃烧条件的下的影像数据。而且可以长时间大强度使用，有利于观察真实工况下的发动机内部工作过程，特别适合于产品发动机的开发。缺点是：因为镜头尺寸很小而且距离被观测物很近，所以视角受到限制，并且伴有图像畸变。基于以上的柴油机燃烧测试及开发研究理念，本试验建立了一套以AVLVisioscope为光学测试手段的柴油单缸机可视化燃烧测试系统，并结合双色法测温理论，通过Matlab作为计算平台，分别从数据采集、图像质量评价、再到燃烧数据分析做了一系列研究。试验包括变轨压、变进气压力、变涡流比及EGR的缸内可视化试验。具体研究内容及结果如下：1.本试验研究建立了一套完整的柴油单缸机可视化光学平台，这套基于内窥镜的光学平台包括单缸机柴油机、发动机测功机系统、空气条件控制系统、润滑冷却控制系统、EGR控制系统、喷油控制系统，另外还包括燃烧测试、排放测试及缸内影像采集系统。此平台具有接近金属发动机的热力学性质，对发动机的改动很小，基本不会影响燃烧室内部的结构，从而对气流运动和燃烧影响小，可承受的缸内爆发压力高等特点。2.在试验研究中，利用Matlab做为计算的基础平台，建立了以双色法测温理论为根据的缸内温度场、温度梯度分布的燃烧分析手段。同时，对影像数据的采集质量进行了分析和评价。形成了一套完整的可视化研究方法，对于柴油机燃烧分析来说，既实际可信，又具有先进的指导作用。3.利用建立的单缸机可视化测试平台和计算分析手段，以单缸机A转速（1335rpm）为基准转速，分别对轨压、进气压力、涡流比及EGR做为4个因素，进行缸内可视化试验。并对测试数据做了分析研究，得到了影响燃烧过程的规律性结论。