2018年, 第0卷, 第1期　
刊出日期：2018-02-25

  

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  发动机燃用水乳化柴油的研究进展

  王小琛，汪映，陈振斌，刘燕霞

  车用发动机. 2018, 0(1): 1-9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.001

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  综述了柴油机燃用水乳化柴油的燃烧与喷雾特性、动力性与经济性及排放特性，对比分析了发动机燃用水乳化柴油与普通柴油在性能上的差异及其原因，总结了水乳化柴油在柴油机上的应用优化方法。结果表明：与柴油相比，乳化柴油着火滞燃期延迟，燃烧持续期缩短，喷雾贯穿距变长或相差不大，火焰升起高度增加；燃用乳化柴油时动力性下降，但有效热效率较柴油升高；乳化柴油可以明显降低NOx和炭烟排放，但多数工况下HC和CO排放有所升高，低转速和中低负荷工况下尤为明显；燃用乳化柴油时颗粒物数量浓度增加，体积浓度减小，且对于醛类和噪声排放并没有改善作用；添加合适添加剂或结合发动机技术协同作用，可以针对性地改善乳化柴油的燃烧过程，进一步起到节能减排的效果。基于燃料稳定性与燃料理化特性综合优化目标的燃料设计，以及适用于乳化柴油的高压共轨柴油机燃烧组织参数优化是未来的研究方向。
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  基于BP神经网络预测正庚烷-乙醇混合燃料自燃温度

  陈若龙，韩永强，李润钊，张一鸣，安东，孙博

  车用发动机. 2018, 0(1): 10-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.002

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  正庚烷-乙醇混合燃料的自燃温度对研究反应控制压燃（RCCI）具有重要的参考意义。采用BP神经网络预测正庚烷-乙醇混合燃料自燃温度，该神经网络模型以正庚烷掺混比、当量比和进气压力为输入，自燃温度为输出，单层隐含层有16个节点时迭代过程均方误差和训练状态梯度均最小。研究结果表明：对神经网络模型训练、验证、测试的线性系数和全局线性系数R分别为0.997 78，0.997 9，0.994 92和0.997 33，预测精度较高；验证了该神经网络模型对正庚烷掺混比、当量比和进气压力变化的泛化能力，预测值与试验值的误差均在允许范围内，因此本模型得到的预测值与试验值具有良好的一致性。
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  排气早开角对低散热Atkinson循环汽油机能量分配的影响

  刘阳，何义团，韩翠杰，袁晨恒

  车用发动机. 2018, 0(1): 16-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.003

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  基于GT-Power软件建立某增压汽油机仿真模型，并通过试验验证模型的准确性。优化原模型配气机构，设计包角更大的进气凸轮以实现Atkinson循环，设计多组排气凸轮以得到20°~80°范围内的多个排气早开角（θ_EVO），改变传热模型实现缸内的低散热条件，模拟分析了1 500 r/min，40%负荷时，θ_EVO对低散热前后Atkinson循环增压汽油机能量分配的影响。结果表明：常规散热条件下，该汽油机的燃油经济性在θ_EVO为60°~70°范围内时较佳，而低散热条件下，该汽油机的燃油经济性在θ_EVO为50°~60°范围内时较佳；降低传热系数后，该汽油机散热损失的能量大幅减少，由此减少的能量在不同θ_EVO下转化为指示功的比例不同，θ_EVO为55°时转化比例为17.4%，此时指示热效率与原机相比提高了6.58%；而常规散热条件下Atkinson循环增压汽油机的指示热效率只比原机高3.79%，说明结合低散热技术能进一步增强Atkinson循环的节能效果。
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  基于响应面法的内燃机曲轴优化

  王虎，洪锦，裴精精

  车用发动机. 2018, 0(1): 21-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.004

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  针对内燃机曲轴的结构强度问题，以内燃机实际运行工况下整体曲轴有限元仿真为基础，通过中心组合试验方法进行采样，运用最小二乘法、显著性分析和拟合精度检测，构建并修正了曲轴结构强度计算的响应面模型，选择关键几何结构参数为设计变量，采用模拟退火与直接搜索相结合的协同优化方法对响应面模型进行优化。对某内燃机曲轴的优化算例表明，该优化方法能大大提高曲轴设计的优化效率，具有较高的精度。
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  电液驱动可变气门机构性能试验及应用

  叶年业,杨晓,蓝志宝

  车用发动机. 2018, 0(1): 26-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.005

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  基于电液驱动可变气门机构，设计了负气门重叠配气策略，并研究了其对汽油压缩着火（GCI）燃烧性能的影响。通过研究电磁阀输入信号对气门正时的影响，发现气门正时随电磁阀输入信号线性变化，在此基础上设计了负气门重叠控制策略。进一步地，在发动机着火状态下，验证气门升程曲线的可重复性，结果表明排气门升程波动比进气门略大，其最大波动幅值为0.2 mm，最大标准差为0.056 mm，重复性较好，满足使用要求。同时，随着气门开启持续期的减小，气门升程出现小幅降低。在上述基础上，研究了进、排气门正时对GCI燃烧性能的影响，其中排气门关闭时刻对内部EGR率的改变影响较大，对GCI燃烧性能的影响占主导作用。
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  基于模拟计算的GDI发动机燃烧室优化设计

  李学伟，凌鑫晨，曹波

  车用发动机. 2018, 0(1): 32-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.006

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  利用AVL Fire软件，对一款高压缩比直喷汽油机的缸内流动及喷雾过程进行了数值模拟，研究了不同燃烧室设计方案对缸内流动过程的影响。结合滚流、旋流、湍动能、缸内当量比分布等8项评价指标，分析了不同方案对混合气形成的改善效果。通过分析计算结果，并引入优化率对燃烧室设计进行评估，评估结果表明，最优方案在高转速工况和低转速工况的优化率分别达到了25.3%和23.4%，发动机缸内混合气的形成过程得到了明显的改善。
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  当量比对CNG发动机动力及排放性能的影响

  黄丫，林学东，张福君，喻莉娟

  车用发动机. 2018, 0(1): 39-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.007

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  为了研究缸内直喷稀燃CNG发动机在不同当量比条件下的动力及NO排放性能，利用AVL Fire建立了发动机仿真模型，通过样机试验确定了仿真初始参数和边界条件；通过软件仿真发现了气缸内微观三维物理场与缸内压力、燃烧放热率和NO生成量间的内在联系，总结出了CNG发动机中导致NO快速生成的因素，并给出了能够在保证发动机动力性提升的同时降低NO生成量的最优当量比范围。
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  EGR氛围参数对柴油机颗粒物氧化特性的影响

  高鉴，陈庆樟，许广举，赵洋

  车用发动机. 2018, 0(1): 45-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.008

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  针对柴油机EGR氛围产生的颗粒，采用热重分析法，考察了各颗粒样品的氧化失重过程，分析了EGR率、EGR废气组分、EGR温度等EGR氛围参数对颗粒氧化特性的影响，研究了不同氧化氛围、升温速率等氧化氛围参数对颗粒氧化过程的影响。结果表明，随着EGR率的升高，颗粒中SOF组分含量增加，炭烟组分含量减少，失重率峰值在低温失重区升高，在高温失重区降低，且对应的峰值温度均增加。相同EGR率时，随着EGR废气温度的升高，颗粒的氧化性能随着反应温度的提高而降低。EGR组分不同时，与废气、N₂循环相比，在CO₂循环下生成的颗粒失重速率更快，反应温度降低，颗粒更易氧化。随着升温速率的提高，颗粒的失重率峰值变化不大，颗粒的氧化反应出现滞后现象，特征点温度升高，颗粒的氧化性能随着升温速率的提高而降低。
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  DPF对柴油机性能影响的仿真研究

  唐成章，毕玉华，徐松，申立中，雷基林

  车用发动机. 2018, 0(1): 50-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.009

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  利用GT-Power软件，分别建立了柴油机颗粒捕集器（DPF）和D19柴油机的仿真模型，并把二者进行耦合，研究了DPF对D19柴油机的功率、扭矩、缸压及燃油消耗率等方面的影响。研究结果表明，加装DPF会使发动机排气背压升高，输出功率与扭矩下降，缸内最高燃烧压力降低，燃油消耗率上升，且随着载体内颗粒物数量的增加，这种趋势更为明显；当DPF内炭烟加载量接近满载达到10 g/L时，D19发动机的功率、扭矩已有明显的下降趋势，在高转速下最高降幅达4%左右，燃油消耗率增幅为3%左右。
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  旋转式过滤体颗粒捕集器流场分析

  刘冠麟,刘轩钰,周媛,冷淳,郭黎杰,马进仕

  车用发动机. 2018, 0(1): 55-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.010

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  以颗粒捕集器旋转式过滤体为研究对象，建立了旋转式载体的多孔介质仿真模型，在此模型基础上研究了旋转式过滤体内部气粒两相流的速度场及其影响因素，分析了排气流速、直径比、进气扩张角等参数对过滤体内流动均匀性和涡流损失的影响规律，并据此提出了优化准则。研究结果表明：当颗粒捕集器入口流速从20 m/s提高至80 m/s时，过滤体内气流流动均匀性会增加，但流场基本结构变化微小；当过滤体直径比在4～6之间变化时，其数值越大，过滤体表面的流动均匀性越差，过滤体利用率越低，当直径比继续增加到超过某一特定数值后，过滤体内流场分布基本不再发生变化；当进气扩张角在60°～120°之间变化时，扩张角越大，颗粒捕集器扩张管内越容易产生涡流，并首先在过滤体相对位置为0.8的地方产生，随着扩张角的增大，涡流强度和区域都会增大，减小扩张角可以减弱过滤体内进气回流现象，改善流场分布均匀性。
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  增压中冷柴油机燃用F-T柴油的燃烧波动特性分析

  杨甜甜，王铁，乔靖，高吉，冯以卓，孙丹丹

  车用发动机. 2018, 0(1): 62-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.011

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  为了分析柴油机燃用F-T柴油的燃烧波动特性，在增压中冷直喷柴油机上对燃用F-T柴油和0号柴油的中高转速和负荷工况进行了对比试验研究。研究表明：在同一工况下,与0号柴油相比，燃用F-T柴油的燃烧始点较早，燃烧压力峰值较低，压力波动幅值较小；对燃烧压力进行频谱分析可以看出，F-T柴油的燃烧压力波动一阶主频率小于0号柴油的主频率，两种燃料的一阶主频率均随转速的增加而增大，随着负荷的增加有降低的趋势，且负荷对F-T柴油的影响较0号柴油更加显著。从燃烧振动噪声源的角度考虑，燃用F-T柴油有利于降低柴油机的燃烧噪声和缸内燃烧时的爆发冲击载荷。
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  镶圈内冷一体活塞的数值研究

  刘瑞，邓立君，苏道胜，林志雷

  车用发动机. 2018, 0(1): 67-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.012

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  为了研究镶圈和内冷油腔对活塞可靠性的影响，对同一型号、不同结构的带镶圈活塞进行模拟计算分析。首先对标定工况下的镶圈活塞进行硬度塞测温试验，作为温度场模拟计算的约束条件；然后考虑温度、燃烧压力、惯性力等因素影响进行热机耦合计算，得到活塞关键位置的变形、应力等结果；最后，使用疲劳分析软件计算活塞的高周疲劳。通过对比发现，镶圈内冷一体活塞一环槽根部温度分别比镶圈活塞和镶圈内冷活塞低6.5%，16%，其热应力分别降低了33%，15%，机械应力分别降低了31%，11%。结果表明，镶圈内冷一体结构的应用，有效避免了应力集中现象，既可以有效降低活塞头部热负荷和机械负荷，同时也能增强环槽的耐磨性，延长环槽下侧面的寿命。
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  冷热冲击工况下发动机冷却水套传热分析

  吴飞，李培杰，詹洁，张希

  车用发动机. 2018, 0(1): 73-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.013

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  通过模拟整车在上下坡过程中发动机工作状况，建立了冷却水套非稳态工作环境，利用CFX流体分析软件对非稳态工况下的冷却水套流动传热状况进行仿真分析，得到了冷却液流场和温度场，通过流固耦合分析得出了发动机缸体缸盖热负荷的分布情况。对发动机进行了实际的变工况试验验证，证明了仿真分析的正确性，验证了冷热冲击试验可以为冷却水套换热分析提供准确的工况环境。
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  侧置式重型柴油机中冷器和散热器布置形式对冷却性能的影响

  赵慧，魏名山，宋盼盼

  车用发动机. 2018, 0(1): 78-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.014

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  以侧置式重型柴油发动机舱内的冷却模块（中冷器和散热器）为研究对象，建立了发动机舱及冷却模块的内部三维流动与传热的数值仿真模型。通过舱内冷却空气流动与冷却模块的传热耦合仿真分析，研究了中冷器和散热器在前后布置与上下布置两种形式下的散热性能。结果表明：与中冷器和散热器的前后布置形式相比，采用上下布置形式时，散热器冷却液出口温度基本不变，中冷器热侧出口温度降低了24%。中冷器和散热器上下布置形式有利于进一步降低发动机热负荷，减小发动机冷却模块尺寸，节约材料，优化发动机舱空间布局。
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  柴油机排气管长度对排气温度影响的试验研究

  郑贵聪，卢双双，陆国栋

  车用发动机. 2018, 0(1): 83-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.015

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  柴油机增压器出口到后处理装置之间的排气管长度影响排气温度，从而影响了SCR后处理装置的工作效率。在发动机台架上进行了排气管长度对排气温度影响的试验研究，结合ETC和WHTC排放循环，对比了排气管是否包裹保温材料对排气温度的影响。试验表明：排气管长度越长，排气温度下降越快，最大温降高达19%，对NO_x排放影响也越大，NO_x排放相对国家标准增加59%；增加保温材料能维持一定的排气温度，但温降最大也达到8%，NO_x排放相对国家标准增加23%。
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  轻型汽车实际行驶排放评估方法研究

  马志成，赵伟，王玉伟，闫峰，张罗伟，牛智海

  车用发动机. 2018, 0(1): 87-92. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2018.01.016

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  按照轻型汽车实际行驶排放测试流程，采用便携式排放测试系统测量3辆满足《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）》要求的轻型汽车实际行驶排放，并使用欧盟提出的移动平均窗口法对排放数据进行处理。结果表明：冷起动阶段的CO，NO_x和PN排放占整个试验总排放的比例分别为69.9%，23.1%和68.8%。将冷起动阶段排放纳入计算时， CO，NO_x和PN的排放结果分别比剔除冷起动阶段排放的结果高19.5%，4.3%和16.3%。温和驾驶时车辆CO₂排放较低，导致过多窗口无法落入正常区域，窗口不能满足正常性要求。欧盟提出的移动平均窗口法不适合直接用于评估中国轻型汽车实际行驶排放，对基本公差tol₁进行修正，随着tol₁的增加，落入正常区域的窗口随之增多，试验通过正常性要求的比例也随之增大，但tol₁的修正会带来巨大的标定工作量。