2019年, 第0卷, 第6期　
刊出日期：2019-12-25

  

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  基于活塞温度场的发动机热负荷分析及控制

  管梓旭，崔毅，周晓洁

  车用发动机. 2019, 0(6): 1-6.

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  针对四冲程高速柴油机活塞热负荷问题，建立了基于两相流振荡换热的活塞热流固耦合模型，该模型考虑了活塞往复运动造成机油无法填满冷却内腔的问题，通过设定气相、液相的多相流方法，模拟出机油在冷却内腔中填充率的变化曲线，并对各转角的瞬态传热系数及温度求平均值，从而进行热流固耦合分析。通过与硬度塞测量法的试验结果进行对比，可知该模型的误差较小，可以较好地用于活塞温度场的仿真模拟及关键位置热负荷的评估分析。在此基础上进行活塞热负荷影响因素的规律性分析，得到满足热负荷要求的发动机运行区间。

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  增压器涡轮端热边界对流场仿真的影响

  尹川川，倪计民，金文华

  车用发动机. 2019, 0(6): 7-14.

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  以某涡轮增压器涡轮端为研究对象，采用仿真与试验相结合的方法来研究涡轮增压器涡轮端流场，通过建立增压器三维几何模型，抽取出流体域进行流场仿真计算。设置3种不同的热边界条件探究其对涡轮端流体域温度场、压力场和速度场仿真计算结果的影响和对效率计算结果的影响。针对仿真计算结果设计涡轮增压器热吹试验进行验证，并通过试验研究涡轮端温度场的瞬态变化规律，以及进气温度和流量对涡轮端温度场的影响。分析发现，采用全部共轭传热能够更准确地计算涡轮端流体域的温度场以及涡轮增压器的效率，计算误差在5%以内，而采用非共轭以及部分共轭误差较大。
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  新型湍流定容燃烧弹湍流场数值分析

  秦思雨，张欣，王跃

  车用发动机. 2019, 0(6): 15-21.

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  根据湍流发生机理，设计了一种新型的定容燃烧弹内湍流发生系统，用于在定容燃烧弹内部产生可调控的各向均匀对称湍流环境。基于Fluent软件建立了湍流定容燃烧弹内部流动的数值模拟模型，在此基础上，对湍流定容燃烧弹内部流动进行了数值模拟，得到了固定参数情况下容弹内部流场的分布特点。对湍流定容燃烧弹内部流场的特点进行分析，结果表明该湍流发生系统可在容弹内部产生各向均匀对称湍流环境。运用数值模拟计算了不同电机转速情况下，容弹中心点位置湍流强度在一个循环内的变化规律。最后，将数值模拟的湍流强度计算结果与试验测量的结果进行对比，验证了原有仿真设计的准确性。
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  排气门升程对排气道流通能力的影响规律

  芮静敏，徐洋

  车用发动机. 2019, 0(6): 22-27.

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  利用AVL-Fire软件建立了排气道模型，并对模型进行了校核与验证，基于验证后的模型研究了排气门升程对排气道流通能力的影响规律。结果表明：排气道流量系数仅与损失系数有关，相同排气门程径比下的排气道流量系数仅取决于相对压差，即对于不同排气背压，若相对压差相同，则流量系数相同。在一定相对压差条件下，排气道流量系数随排气门程径比的增大而增大，但增幅逐渐变缓；在相同排气门程径比条件下，排气道流量系数随相对压差的增大而增大。最佳排气门程径比不随相对压差的变化而改变，基于以上规律提出了最大排气门升程的设计方法。
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  共轨柴油机燃烧室参数对排放性能的影响

  龚鑫瑞，刘振明，刘楠，黄新源，周磊

  车用发动机. 2019, 0(6): 28-32.

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  利用CFD软件Converge进行数值计算，研究分析了燃烧室结构参数对共轨柴油机排放特性的影响规律，并进行了各结构参数对柴油机排放性能的灵敏度分析。结果表明：NO_x排放受口径比影响最大，敞口角是影响Soot排放的关键参数，上止点间隙和碗底圆弧半径是影响排放的次要因素。适当减小口径比以及增大敞口角可以减少Soot与NO_x的排放；碗底圆弧半径为15 mm时NO_x排放量最少，上止点间隙为6.5 mm时NO_x排放量最少，上止点间隙与碗底圆弧半径对Soot排放量影响均很小。

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  缸盖材料P-S-N曲线测试及疲劳模型选用方法

  程祥军，黄国龙，魏涛，孟凡栋，赵立普

  车用发动机. 2019, 0(6): 33-37.

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  从缸盖本体取样测试了其材料疲劳性能，提出了一种新的疲劳寿命分布模型选用方法，高应力低寿命区选用对数正态分布模型，低应力长寿命区选用三参数威布尔分布模型。给出了用Matlab计算三参数幂函数S-N模型参数的方法，并分析了不同S-N疲劳应力寿命模型拟合偏差，结果表明，三参数幂函数模型精度明显优于另外两种。最后根据计算结果拟合预测了疲劳强度，混合分布预测结果与升降法测试结果的偏差最小，为6 MPa。
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  海拔对增压中冷柴油机综合性能的影响

  于跃，雷基林，邓晰文，唐成章，申立中

  车用发动机. 2019, 0(6): 38-42.

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  为了深入了解海拔对增压中冷柴油机综合性能的影响，以一款电控增压中冷柴油机为试验对象，采用大气模拟综合测控系统模拟不同海拔下的大气压力，对柴油机的动力性、经济性以及排放特性进行了试验研究。试验结果表明：在低转速时海拔对动力性、经济性、排放特性的影响程度比在高转速时的大；增压柴油机获得理想动力输出、保持经济运行的转速范围随着海拔的升高逐渐缩小，并且向高转速区域偏移。动力性方面：标定功率在海拔1 900 m时比海拔100 m时下降了6.3%；1 000 r/min和2 200 r/min外特性工况点最大扭矩在海拔1 900 m时比海拔100 m时分别下降了23.6%和3.8%。经济性方面：1 000 r/min和2 200 r/min外特性工况点有效燃油消耗率在海拔1 900 m时比海拔100 m时分别升高了9.2%和2.1%。排放方面：1 000 r/min的外特性工况点，海拔1 900 m时CO生成量和烟度分别是海拔100 m时的4.55倍和4.06倍。在低速时，随着负荷的变化，海拔对NO_x，炭烟、HC和CO排放有显著影响。

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  基于低温燃烧的全工况EGR率控制策略优化

  侯政良，曹杰，陈京瑞，石磊，李静

  车用发动机. 2019, 0(6): 43-50.

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  针对燃烧模式切换过程中EGR存在大跨度阶跃情况，拟采用小分阶EGR阶跃控制策略的过渡切换模式来探究切换过程的平顺性。为了获得不同工况下的最优EGR率，研究了低温燃烧下EGR率对燃烧和排放的影响，并〖JP2〗在不同的转速和负荷条件下探究了EGR率的作用规律。结果表明：不同转速下的EGR率对燃烧和排放影响的差异比较小；负荷改变对EGR率的作用效果有明显的影响；根据负荷和指示平均有效压力将低温燃烧的工况分为3个区间，给出了不同区间的最佳EGR率，为燃烧模式切换过渡过程中利用分阶EGR方法来控制燃烧参数和稳定排放奠定了先期基础；同时，根据低温燃烧的不同负荷条件，提出了基于负荷的全工况下EGR的优化控制策略。
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  天然气发动机EGR系统优化研究

  郭立新，李康宁，施东晓，刘阳，马立

  车用发动机. 2019, 0(6): 51-57.

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  针对某重型天然气发动机各缸EGR率差别大、各缸最大燃烧压力差别大，影响发动机工作稳定性和可靠性，无法满足设计要求的问题，使用CFD方法对该发动机进行仿真分析。计算结果表明：进气总管中EGR波动导致进气时进入各缸的EGR率出现差异，因此各缸EGR率出现较大差异。根据计算分析提出了改进方案，将原有EGR取气引出的方式改为总管取气，并对进气腔和混合器间进气总管进行了重新设计，各缸EGR均匀性显著提高。试验验证表明，改进方案各缸最大燃烧压力差值减小，相对原方案有很大改善。
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  柴油机燃用不同燃料颗粒微观形貌与氧化特性分析

  张宇，王忠，李瑞娜，刘帅

  车用发动机. 2019, 0(6): 58-63.

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  为研究柴油机燃用不同替代燃料排气颗粒的微观形貌和氧化特性，通过柴油机台架试验，采集了生物柴油、F-T柴油、0号柴油的排气颗粒，运用透射电镜、热重分析仪对3种燃料燃烧产生的颗粒进行研究。结果表明：燃用生物柴油、F-T柴油的颗粒粒径均小于0号柴油颗粒，生物柴油、F-T柴油、0号柴油颗粒的平均粒径分别为23.65 nm，19.32 nm，26.47 nm；生物柴油、F-T柴油、0号柴油颗粒的计盒维数分别为2.013 9，1.967 5，1.990 2，生物柴油颗粒的计盒维数最大，颗粒堆叠严重；生物柴油、F-T柴油、0号柴油的可溶有机物含量分别为23.4%，12.7%，17.6%，炭烟含量依次为73.4%，84.6%，79.5%。氧化特性的分析结果表明：与0号柴油相比，生物柴油颗粒的起燃温度、燃尽温度和活化能更小，F-T柴油的氧化特性参数更大，表明生物柴油颗粒更易被氧化，而F-T柴油颗粒不易被氧化。

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  国六轻型车实际道路与实验室工况排放特性对比研究

  罗佳鑫，温溢，杨正军，朱庆功，潘朋

  车用发动机. 2019, 0(6): 64-70.

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  分析了26辆国六轻型汽油车在NEDC、WLTC循环工况与RDE工况下的排放试验结果。结果表明：在不同工况下，国六轻型车CO与THC的符合性因子基本低于0.6；NO_x排放在RDE工况下的符合性因子可适当降低；RDE工况下的PN排放成为目前国六轻型车需要关注的重点，其中直喷汽油车PN排放较高；直喷汽油车在实际道路行驶工况下的PN排放与车速、加速度存在较强的相关性，PN排放主要集中于车速高于50 km/h且加速度大于0.5 m/s²的加速工况内；RDE工况下冷起动过程中车辆的CO与PN排放较高，是否包含冷起动过程，对RDE试验结果产生的影响较大。

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  汽油-天然气双燃料汽车高原道路CO₂排放特性研究

  马志磊，何超，刘明，邹浪，张荣柱

  车用发动机. 2019, 0(6): 71-77.

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  为研究高原地区双燃料汽车分别燃用天然气和汽油时的温室气体CO₂排放特性，参考实际行驶污染物排放试验（RDE）要求，在海拔为1 110 m，1 330 m，1 960 m的3个城市分别使用天然气与汽油进行道路排放测试，并使用移动平均窗口法处理数据。结果表明：使用天然气在1 100~2 000 m的高原环境下行驶时，CO₂排放因子与海拔呈较好的线性关系，海拔每上升100 m，CO₂排放因子升高3.38 g/km，总行程CO₂排放因子比使用汽油时平均降低20.33%。海拔较低时，发动机负荷随节气门打开提升更为迅速，随着海拔上升，负荷提升变缓。车速低于50 km/h时，随着车速升高使用挡位的传动比下降，单位行驶里程中的发动机工作循环次数减少，使CO₂排放因子随车速升高迅速降低。车速高于50 km/h时，CO₂排放因子主要随负荷升高而上升。

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  海拔对轻型汽油车RDE排放特性影响试验研究

  程亮

  车用发动机. 2019, 0(6): 78-83.

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  对某缸内直喷汽油车分别进行了不同海拔的海拔舱WLTC工况试验和实际道路排放测试，试验时未对发动机进行任何改动。结果表明：在海拔舱WLTC工况试验条件下，随海拔增加，CO排放先升高后降低，NO_x排放升高，PN排放先降低后升高。在RDE测试工况条件下，随着海拔的增加，CO和NO_x排放在城区工况下随之升高；在高速和综合工况下CO排放呈先升高后降低的趋势，NO_x排放呈先缓降再升高的趋势；PN排放在城区和综合工况下都呈先升高再降低后升高的趋势。CO和PN排放主要产生在高速工况，而NO_x排放主要产生在城区工况。总体来说，CO和PN在综合工况下的排放结果较城区工况下的排放结果偏高，而NO_x排放结果则反之。
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  基于加窗和卷积神经网络的柴油机拉缸故障诊断

  张永祥，王宇，姚晓山

  车用发动机. 2019, 0(6): 84-89.

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  柴油机发生拉缸故障时，其振动信号较为复杂，而且伴有较强的背景噪声。为实现柴油机拉缸故障诊断，提出了基于加窗和卷积神经网络（Convolution Neural Network，CNN）的方法，实现了端到端的故障模式识别。首先将已产生拉缸故障的活塞缸套装入6-135柴油机，进行拉缸故障试验，测取典型工况下机体表面的加速度信号；然后根据柴油机的结构和配气相位分布，分析确定加速度信号的加窗位置并进行加窗处理，得到加窗后信号样本，分为训练集和测试集；再将训练集输入到CNN中不断学习，更新模型参数；最后将训练好的CNN模型应用于测试集，输出故障识别结果。结果表明：基于加窗和CNN的方法可以有效地实现柴油机拉缸故障的诊断。