2019年, 第0卷, 第5期　
刊出日期：2019-10-25

  

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  基于神经网络的汽油机颗粒捕集器故障诊断

  刘洋，潘金冲，林延松，张云龙，帅石金，华伦

  车用发动机. 2019, 0(5): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.001

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  为满足国六排放法规，搭载缸内直喷发动机的汽油车必须安装汽油机颗粒捕集器（Gasoline Particulate Filter，GPF）以限制颗粒物排放。GPF的故障诊断因标定困难、诊断频率低等问题，成为排放技术的研究重点。结合神经网络的非线性分类特性，提出了一种基于神经网络的GPF故障诊断算法。算法以GPF的诊断原理作为依据，采集稳态工况信息和对应的GPF前后压力信号作为特征输入，构成神经网络数据集；应用加噪等方法对网络结构进行优化，通过大量实验确定合适的网络参数进行泛化性能评估。评估结果表明：基于神经网络的GPF诊断算法具有良好的准确率和泛化能力。基于NI PXI系列软硬件开发了一套GPF诊断算法测试平台，对算法进行嵌入和可行性验证。测试结果表明：GPF诊断算法在发动机台架环境下能够完成故障的实时诊断和决策，满足设计要求。
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  基于燃油经济性的发动机关键技术评估

  李岳，宁智，吕明，智鑫

  车用发动机. 2019, 0(5): 8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.002

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  以1台3缸直喷汽油发动机为研究对象，建立了GT-power仿真模型，并根据台架试验数据对仿真模型进行了标定，在发动机高效率工况点（负荷为1.4 MPa,转速为3 000 r/min），针对燃油经济性利用仿真模型对发动机的各项关键技术进行了评估研究。结果表明：不同关键技术参数对燃油消耗率的敏感度不同，其中压缩比的敏感度最大，米勒度的敏感度最小；得到了关键技术参数对燃油经济性的影响权重，高压缩比技术占70%，VVT技术占20%，米勒循环技术占7%，EGR技术占3%；明晰了关键技术之间的交互作用及具体表现情况。
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  基于油耗的米勒循环与高压缩比相关性研究

  智鑫，宁智，吕明，李岳

  车用发动机. 2019, 0(5): 16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.003

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  米勒循环技术与高压缩比技术是目前国内外混合动力发动机中的先进关键技术。采用仿真模拟的方法，在一款1.2 L涡轮增压缸内直喷3缸汽油发动机工作过程仿真模型上搭载米勒循环技术与高压缩比技术，对米勒循环、高压缩比在燃油经济性方面的影响规律以及二者间的相关性进行了研究。研究结果表明：单独采用米勒循环技术时，无法有效提高发动机燃油经济性；单独采用高压缩比技术时，会产生严重的爆震现象，仅在一定条件下可以提高发动机燃油经济性；米勒循环技术与高压缩比技术在抑制爆震方面有较强的相关性，因此提高发动机几何压缩比来改善燃油经济性的同时，有必要采用米勒循环技术抑制爆震现象的发生。
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  铁基FBC对柴油机颗粒荷电特性影响的研究

  张琦，孙平，刘军恒，范义，嵇乾，黄河

  车用发动机. 2019, 0(5): 22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.004

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  按质量比100 mg/kg，200 mg/kg和300 mg/kg向国Ⅴ柴油中加入铁基添加剂（Fe-FBC）制备Fe100，Fe200，Fe300 3种燃油，基于自制双极荷电实验台，分析荷电电压对排气颗粒荷电特性的影响。采用发动机粒径谱仪和Zeta电位分析仪测量颗粒粒径分布特征、表面电荷量和柴油机颗粒捕集器（DPF）数量浓度捕集效率。结果表明：在同一工况下，随着燃油中Fe元素含量增加，颗粒峰值浓度粒径向小粒径方向偏移；荷电凝并技术（ECA）可以使柴油机排气中小粒径颗粒凝并成较大粒径颗粒；Fe-FBC可以提高颗粒凝并效率，当颗粒处于相同荷电电压时，Fe300燃油颗粒的凝并效率更大；提高荷电电压可以增加颗粒表面Zeta电位和荷电量，Fe-FBC加入燃油中能够明显提升排气颗粒的荷电性能，其中Fe300颗粒在荷电电压为15 kV时表面Zeta电位和荷电量增长速率最大；ECA能够增加DPF在6.04~12.4 nm处捕集效率，当荷电电压为15 kV时，柴油与Fe300的DPF捕集效率分别增加12.2%和23.8%。
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  柴油机SCR尿素分解详细化学反应机理模型研究

  段磊磊，莫春兰，莫益涛，黄文君，龙华林

  车用发动机. 2019, 0(5): 28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.005

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  从分子结构化学层面解析尿素分解的反应路径，在此路径分析及前人研究的基础上，构建了包含14步反应和11种组分的SCR尿素喷射系统详细化学反应模型，该模型不仅考虑了氨气和异氰酸的生成，还涉及到缩二脲、三聚氰酸和三聚氰酸一酰胺等重要固体副产物的形成。基于量子化学计算方法解决了模型中两个反应无法通过文献获取的活化能和指前因子的动力学参数难题。针对尿素在喷射点到催化器入口前端间的排气管路中的分解过程构建三维模型，分别调入详细机理模型与总包反应机理模型，计算结果表明，两种机理模型预测的NH3浓度生成趋势相符，缩二脲、三聚氰酸一酰胺生成是造成NH3浓度在200 ℃左右出现预测误差的主要原因。
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  连续可变气门升程技术在汽油机上的应用研究

  崔亚彬，袁中营，郭峰，王阔，吴慎超，宋东先，高定伟

  车用发动机. 2019, 0(5): 35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.006

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  通过台架试验的方法，基于一台1.5 L涡轮增压直喷汽油机，应用连续可变气门升程（CVVL）技术，在一定程度上实现米勒循环效果。在此基础上，对泵气损失、机械损失、理论热效率、米勒循环与LP-EGR的关系进行研究，提出优化方案并进行分析。试验结果显示，使用CVVL技术实现了米勒循环效果，泵气损失及机械损失均有一定降低，燃烧效率提高，但油耗降幅不明显。增大发动机压缩比，匹配LP-EGR系统，EGR降低油耗的作用非常明显，米勒循环的作用相对弱化，EGR对于发动机的充气能力要求增强，导致米勒度有一定的降低。
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  天然气发动机进气不均匀性改善研究

  刘胜，苏立旺，田永海

  车用发动机. 2019, 0(5): 41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.007

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  针对某天然气发动机的稳压式进气管进气均匀性较差的问题，综合考虑配气相位、燃气混合及各缸进气流量分配，采用一三维耦合数值仿真手段进行了改进优化。试验结果表明，采用改进后的进气管在机组功率为额定功率的80%以上时，各缸的爆压不均匀性控制在1.5%以内，很好地解决了各缸工作均匀性较差和排温差别较大的问题，为功率的进一步提升提供了保障。
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  余热回收系统对整车经济性与排放影响的试验研究

  晏娟，邵传刚，罗锦洁，邓正华

  车用发动机. 2019, 0(5): 46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.008

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  排气余热回收系统（EHRS）是一种汽车废热能量回收装置。在新欧洲驾驶周期(NEDC)不同温度冷起动工况下，对有无EHRS作用下的发动机冷却液温度，整车燃油消耗量，HC、CO和NO_x排放进行对比分析，探讨EHRS装置对整车油耗及排放的影响。在－20 ℃复杂工况下进行空调采暖试验，探讨EHRS对乘座舱空调采暖舒适性的影响。试验结果表明：使用EHRS装置后，在NEDC(25 ℃)工况下，HC、CO和 NO_x排放分别减少约13.9%，3.9%和0.1%；在NEDC(－7 ℃)工况下，HC、CO和NO_x排放分别减少约25.99%，13.91%和18.18%；在－20 ℃的复杂工况空调采暖试验中，乘座舱可以提前13 min左右到达26 ℃，且平均温度升高了10 ℃左右。
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  共轨喷油器实际喷油压力研究

  吴小军，徐春龙，王昭建，王家雄，孙树平，奚星，顾娇娇，王国莹，陈晓欢

  车用发动机. 2019, 0(5): 52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.009

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  针对试验中无法直接测试获取喷油器的实际喷油压力的问题，通过HDA喷油器性能测试设备,获取了某共轨喷油器匹配不同喷孔的喷油规律，计算得到不同喷孔下的平均喷油压力和最大实际喷油压力。分析可知喷油初期盛油槽压力下降，不利于针阀的快速开启。通过减小燃油轨与喷油器间的油管长度可以加快盛油槽的压力恢复，结合增加控制腔回油量孔与进油量孔的比值，提高针阀的响应速度，进而提高盛油槽高压燃油的利用效率，使得在原喷孔下，最大喷油压力和平均喷油压力能够分别提高70%与75%，循环喷油量提高34%。
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  高压共轨柴油机起动工况的轨压控制

  李捷辉，陈海龙

  车用发动机. 2019, 0(5): 57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.010

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  在柴油机起动过程中，多变的外界环境和高压油泵工作特性易导致轨压上升滞后和异常波动，直接影响发动机的起动性能，为此，精确控制起动轨压是提高发动机整体性能的关键。本研究以控制起动轨压为目标建立控制模型，通过与AMESim软件构建的高压共轨喷射系统物理模型联合仿真，验证控制器的性能。控制模型以燃油进出共轨管质量守恒原理为基础，建立轨压-计量阀（MeUn）流量计算模型，替代PID控制器完成高精度轨压控制。联合仿真迭代计算结果表明：起喷压力建立迅速，过渡工况轨压未出现超调，怠速稳态工况轨压波动幅值在±1 MPa以内。
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  发动机气缸壁铸铁防护涂层的制备及耐蚀性研究

  魏秋兰，廖发良，姜超平

  车用发动机. 2019, 0(5): 63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.011

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  研究大气等离子喷涂铸铁涂层微观结构随喷涂距离的形成规律及其对涂层在H₂SO₄、NaCl溶液中耐蚀性的影响。分别在不同喷涂距离条件下，采用大气等离子喷涂制备铸铁涂层，利用场发射扫描电子显微镜观察两种涂层的微观结构，利用图像法分析涂层孔隙率的变化，并分析涂层层间结合的变化。利用电化学极化法测定涂层在0.5 mol/L H₂SO₄溶液和3.5% NaCl溶液中的耐蚀性，分析两种涂层耐蚀性能的变化规律。两种涂层均呈现典型的层状结构特征。较70 mm喷涂距离制备的涂层C1，100 mm喷涂距离制备的涂层C2中含有较大、较多的孔隙和较多的粒子层间间隙，C1涂层和C2涂层的孔隙率分别为（1.53±0.48）%和（3.34±0.79）%。在两种溶液中两种涂层均发生钝化，C1涂层比C2涂层具有较正的腐蚀电位、较低的腐蚀电流密度和较高的极化电阻。在H₂SO₄溶液中，C1涂层的腐蚀电位、腐蚀电流密度和极化电阻分别为-0.448 V，5.727×10^-3 A·cm^-2，3153.6 Ω·cm²，而C2涂层分别为-0.458 V，6.537×10^-3 A·cm^-2，2663.6 Ω·cm²；在NaCl溶液中，C1涂层的腐蚀电位、腐蚀电流密度和极化电阻分别为-1.088 V，2.553×10^-4 A·cm^-2，3584.0 Ω·cm²，而C2涂层的分别为-1.098 V，6.159×10^-4 A·cm^-2，3341.9 Ω·cm²。较低的碰撞粒子-基体界面温度导致C2涂层较高的孔隙率，增加了其在腐蚀介质中产生电化学反应的原电池数量，最终导致其耐蚀性变差。
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  基于PWM的压电喷油器驱动控制研究

  黄新源，刘振明，刘楠，龚鑫瑞

  车用发动机. 2019, 0(5): 69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.012

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  针对自行研制的压电喷油器和压电执行器，基于脉宽调制（PWM）控制方式，设计了以ADμC841单片机和IGBT开关管为核心的六缸压电喷油器驱动控制电路。利用MATLAB/SIMULINK对驱动电路关键参数进行了设计，最后对设计的驱动电路进行了驱动压电执行器和压电喷油器试验。试验结果表明，当压电执行器等效电容为6.8 μF时，驱动电压可达180 V，峰值电流为25 A，驱动电路响应时间小于0.2 ms；设计的驱动控制电路可实现压电喷油器的精确快速控制，满足至少两次的多次喷射要求。
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  基于流固耦合的喷油器针阀体温度场分析

  王宪成，赵文柱，李本正，黄勇，张志远

  车用发动机. 2019, 0(5): 74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.013

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  针对喷油器针阀体各部分传热方式的不同，将针阀体分为3个区域，分析了各区域的传热方式和传热边界条件确定方法。基于流体体积法建立了喷孔内部流动模型，计算分析了喷孔内部速度分布情况，确定了针阀体内表面的传热边界条件。建立了柴油机三维燃烧模型，计算分析了针阀体顶端外表面处的热流密度，确定了针阀体顶端外表面的传热边界条件。基于流固耦合的方法，计算了某型柴油机最大扭矩点和标定工况点的针阀体温度分布，计算结果表明：针阀体从上到下温度逐渐增大，最高温度出现在针阀体顶端；喷孔内部从进口到出口温度逐渐增大，喷孔出口温度最高；针阀体外表面喷孔下侧温度高于喷孔上侧；喷孔内部出口侧以及针阀体外表面喷孔处的温度均达到了积炭形成的最低温度；标定工况点针阀体温度高于最大扭矩点。结合针阀体实际积炭分布特点可知：在针阀体温度和缸内高温燃气的共同作用下，积炭不断产生并积累在喷孔出口周围。
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  基于多体动力学的3缸增压柴油机缸套形变仿真研究

  谢永东，王尚，赵洋

  车用发动机. 2019, 0(5): 80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.014

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  为有效抑制柴油机缸内最高燃烧压力提高后气缸套变形导致的密封失效问题，以小排量3缸增压柴油机为研究对象，基于多体动力学理论，采用CAE分析方法，对比分析了增压前后气缸套位移、气缸套截面变形和气缸套止口平面度等参数的变化规律，并提出了控制缸套变形的可行方案与措施。结果表明：采用增压技术前后，气缸套上部变形均较大，下部变形均较小，各气缸套在变形总体上有Y轴拉长， X轴缩短的趋势，第2缸的变形相对较大，第1缸的变形相对较小；各缸套的顶端部分变形波动均较为剧烈，形变值较大；相对3缸非增压柴油机，采用增压技术对缸套各个截面的径向变形影响较小，3缸的缸套止口不平度均有明显降低，分别降低了约35.5%，23.2%和26.6%；利用深沉孔气缸盖螺栓结构，螺栓被进一步拉长，沉孔以上机体部分的压应力得到释放，相应的变形减小，可以有效抑制缸套止口形变发生。
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  丁醇同分异构体-柴油混合燃料喷雾燃烧特性的试验研究

  李婕，宋建桐，朱春红，吴晗

  车用发动机. 2019, 0(5): 86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2019.05.015

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  为了对比研究丁醇同分异构体与柴油混合燃料的喷雾燃烧特性，评估各同分异构体作为柴油替代燃料的潜力，在定容燃烧弹可视化光学试验研究平台上，利用高速摄像机和缸压传感器，分别研究了不同环境温度和氧浓度下，丁醇同分异构体柴油混合燃料的喷雾与燃烧火焰的发展过程以及燃烧放热过程。丁醇同分异构体-柴油混合燃料的放热规律几乎相同，仅当温度降低至800 K时，正丁醇表现出较明显的差异，与其他混合燃料相比，当氧浓度较高时，其燃烧相位明显提前，放热速率峰值升高；在氧浓度较低时，变化规律相反。燃烧火焰形状和发展过程相似，但在发展时刻上略有不同。当环境温度和氧浓度较高时，火焰举升高度接近，当温度较低时，正丁醇混合燃料的火焰举升高度明显升高，表现出较低的火焰强度，这有利于炭烟的降低。丁醇同分异构体柴油混合燃料的燃烧放热和火焰发光特性相近，但低温环境下，正丁醇的炭烟降低潜力更大。