2020年, 第0卷, 第1期　
刊出日期：2020-02-25

  

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  柴油机用微乳生物柴油研究进展

  王兆文，徐明焘，张新华，郎兵，陈俊杰，成晓北

  车用发动机. 2020, 0(1): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.01.001

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  鉴于柴油机节能减排的需要，微乳生物柴油是一个重要的发展方向。结合国内外微乳生物柴油的研究，综述了微乳生物柴油的稳定性与理化特性，柴油机燃用微乳生物柴油的动力性、经济性和排放特性，对比分析了柴油机用微乳生物柴油与柴油在性能上的差异及原因。研究表明：微乳生物柴油的滞燃期较长，使得压力上升速率、缸压峰值和瞬时放热率峰值升高；燃用微乳生物柴油的有效热效率大多高于柴油；燃用微乳生物柴油可以显著降低NOx和炭烟排放，CO和HC排放也有一定程度的减少，颗粒物及PM10排放均有所减少。在微乳生物柴油制备方面，添加扩展型羟酸酯类表面活性剂或加入金属催化剂可以提高微乳液的稳定性，减少污染物排放，满足绿色环保的要求。研究还指明，进一步降低微乳生物柴油的黏度，降低制备成本是微乳生物柴油未来的研究方向。
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  一种高频高能点火系统放电特性及其对早期火焰发展影响的研究

  叶昌，祝华，李雪松，郑明，许敏

  车用发动机. 2020, 0(1): 10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.01.002

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  设计了一种高放电频率、高点火能量的火花放电点火系统，利用准纳秒级伏安特性测试和定容室燃烧试验，系统地研究了该高频高能点火系统的放电特性，以及放电频率、单次放电延时等参数对可燃混合气的初始火核形成和早期火焰发展的影响。结果表明：对比普通的高频点火，该点火系统放电电流更大，相同的放电频率和放电时长下火花塞释放的点火能量更大。增加放电频率，点火能量随之增加，当频率为5 kHz时，点火能量约为60 mJ，当频率上升到15 kHz时，点火能量上升到150 mJ，表明点火能量随着放电频率的变化具有良好的相关性。增加单次放电延时也可以获得更高的点火能量，在0 μs放电延时情况下，点火能量约为60 mJ，放电延时逐步增加到40 μs时，点火能量增加到150 mJ。记录放电期间火弧变化的图像，可以观察到高频高能点火明显亮于普通高频点火，说明该点火方式具有更大的放电体积和能量。提高放电频率、增加单次放电延时，高频高能点火的火弧持续时间更长，更容易呈现出火弧连续放电的特性。定容室燃烧试验对比结果表明高频高能点火可以形成更大的火核体积和更加稳定的初始火焰，且增加放电频率和延长单次放电延时，可以进一步加速燃烧过程。
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  乙醇掺混喷射对汽油机进气道喷水影响的试验研究

  李相超，张弘，郭涛

  车用发动机. 2020, 0(1): 20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.01.003

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  在水中加入乙醇可有效降低冰点，降低发动机喷水技术在冬季的应用难度。为研究乙醇和水混合喷射对汽油机喷水效果的影响，在定容弹中研究了不同比例乙醇水溶液的喷雾特性，并基于某1.5 L直喷增压汽油机开展了气道喷水台架试验研究。结果表明：随着乙醇比例增加，喷雾贯穿距减小，雾化情况明显改善。在水中加入乙醇可同时降低汽油和水消耗量，提升热效率，降低CO和THC排放，并改善喷水导致的曲轴箱压力升高问题。
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  叶顶间隙对车用增压器涡轮性能的影响规律研究

  范厚传，倪计民，石秀勇，曲大勇，郑义

  车用发动机. 2020, 0(1): 25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.01.004

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  研究了叶顶间隙对乘用车汽油机增压器涡轮性能的影响规律。研究中设定3种类型的涡轮叶顶间隙变化，分别为单独叶片进口间隙变化、单独叶片尾缘间隙变化及叶片进口间隙与尾缘间隙同步变化，每种类型间隙设定了不同间隙尺寸，在稳态条件下对3种间隙进行模拟。结果显示：叶片进口间隙与尾缘间隙同步变化时对涡轮效率、输出功率及涡轮出口温度影响最大，单独叶片进口间隙变化的影响最小；叶片进口间隙与尾缘间隙同步变化对涡轮输出功率与涡轮出口温度的影响基本是单独叶片进口间隙变化和单独尾缘间隙变化影响的叠加；叶顶间隙对涡轮流通能力的影响不明显；随着间隙尺寸的增大，叶片通道后半部分叶顶附近总压出现高数值区域，涡轮出口马赫数增大，从而降低涡轮的工作效率。
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  国六柴油机用铜基和钒基SCR催化剂特性台架对比研究

  王奉双，侯亚玲，高伟，王远景，郎俊宇，冯刚

  车用发动机. 2020, 0(1): 31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.01.005

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  在发动机测试台架上对比研究不同温度、空速、氨氮比下铜基分子筛SCR催化剂和钒基SCR催化剂的NOx转化效率和氨存储特性。试验结果表明，对于铜基SCR催化剂，在低温区域200~250 ℃，温度对氮氧转化率影响明显，而空速影响甚微。温度对氨储存量影响极大，铜基SCR催化剂氨存储量随温度上升而快速下降，200 ℃时为1.5 g/L， 250 ℃为0.77 g/L。对比而言，铜基催化剂低温性能优异，转化效率达到84%，明显高于钒基催化剂低温40%~60%转化效率；中温段（250~450 ℃）性能稳定，转化效率达到98%；高温段（450 ℃以上）效率较高，达到96%，且随着温度升高效率降低幅度较小。铜基分子筛催化剂性能整体优于钒基催化剂，从技术角度考虑，为国六后处理催化剂的优先选择。本试验研究工作获得的基础数据，可用于发动机数据标定。
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  曲轴箱通风系统油气分离器性能试验研究

  程霖，谭建松，杨帆，兰燕杰

  车用发动机. 2020, 0(1): 38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.01.006

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  对某增压汽油发动机曲轴箱通风系统原理进行了阐述，进行了漏气流量、新鲜空气补充量、机油携带量、机油消耗试验。概括性地介绍了台架测量油气分离器机油携带量的方法，测量了在不同漏气流量、油气分离器精分离小孔数量下油气分离器的机油携带量水平差异。同时，在油气分离器机油携带量试验过程中发现，油气分离器精分离回油通道上回油单向阀的反向截止功能是否可靠将直接影响油气分离器机油携带量试验的成败。油气分离器机油携带量试验结果表明，匹配所设计的油气分离器，在单双倍活塞漏气流量情况下，油气分离器的机油携带量水平满足设计目标要求。当油气分离器精分离小孔数量为4时，油气分离器具有更优的机油携带量水平。
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  基于倒拖缸压曲线预测的压燃发动机燃烧始点实时检测算法

  徐文俊，方成

  车用发动机. 2020, 0(1): 44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.01.007

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  针对压燃发动机部分预混燃烧的燃烧始点实时检测问题，提出了一种基于倒拖缸压曲线预测的燃烧始点检测算法：利用自适应系数对等效等熵指数进行预测，使用等效等熵指数预测倒拖缸压曲线，设定缸压阈值，当实测缸压与预测倒拖缸压的差值大于缸压阈值时判定燃烧开始。试验结果表明，基于倒拖缸压曲线预测的燃烧始点检测算法，倒拖缸压曲线预测的绝对误差小于20 kPa，该算法能够在试验工况下实时检测燃烧始点。
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  VNT和EGR耦合对柴油机性能及排放特性影响的试验研究

  刘宁，王兴光，田勇，王桂敏，汤东

  车用发动机. 2020, 0(1): 49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.01.008

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  针对VNT-EGR技术在国六柴油机上的应用，研究了VNT与EGR耦合对柴油机经济性和排放特性的影响规律。通过VNT与EGR开度的正交试验，并结合喷油参数进行与柴油机的优化匹配。研究结果表明：VNT增压器与EGR同时工作时，EGR开度增加导致可利用的排气能量降低，增压器的效率向低效率区域移动，减小VNT开度可改善这一现象；相同EGR开度下，减小VNT开度可以提高柴油机的空燃比，在炭烟排放水平相同的条件下，可以实现更大的EGR率，进一步降低NOx比排放，炭烟与NOx的总体排放水平有所降低，燃油消耗率随VNT开度的减小呈先降低后升高的趋势，是泵气损失与缸内燃烧状况共同作用的结果；VNT与EGR开度的正交优化大幅度降低了NOx比排放，烟度与油耗有所上升，但低速大负荷的经济性会有所改善，配合喷油参数优化，可以在满足NOx原排的条件下，经济性最优。
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  涡轮增压器涡轮叶轮有意失谐强迫振动特性研究

  王智慧,马朝臣,黄智

  车用发动机. 2020, 0(1): 55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.01.009

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  通常希望增压器涡轮叶轮的每个叶片都制造得完全相同，形成严格的循环对称结构，但由于制造误差和工作磨损等因素会造成涡轮叶轮存在失谐。为了在设计中降低叶轮对随机失谐的敏感性，以某型号涡轮增压器涡轮叶轮为研究对象，使用CMM缩减模型和加速Monte Carlo模拟，对使用3种有意失谐方案设计的涡轮随机失谐的敏感性进行了分析。研究表明，方案Ⅰ的叶轮强迫振动敏感性曲线仍然具有峰值特征，但振动响应幅值得到一定程度的降低。方案Ⅱ的叶轮强迫振动敏感性曲线的响应峰值不再明显，最大响应幅值放大系数相比谐调叶轮由1.86降到1.58。方案Ⅲ的叶轮强迫振动敏感性曲线上的响应峰值有较大下降，最大响应幅值放大系数为1.49，微小失谐时响应值较低，对失谐不敏感。

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  EGR对煤制油-生物柴油气体及颗粒排放特征的影响

  瞿磊,刘帅,谢纬安,樊登柱,施蒋彬

  车用发动机. 2020, 0(1): 62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.01.010

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  为研究废气再循环（EGR）对煤制油生物柴油混合燃料NOx，CO和HC等气体排放物及炭烟颗粒排放特征的影响，在四缸增压中冷柴油机上，以FB50（50%煤基F-T柴油和50%生物柴油的混合物）为试验燃料，测量了标定转速2 100 r/min下，负荷为25%，50%和75%，EGR率为0，10%，20%和30%时的NOx，CO和HC比排放，研究了颗粒的粒径分布、碳氧质量之比（φ_C/O）、可溶性有机物与固态炭烟质量之比（φ_SOF/Soot）和氧化活性等特征参数。结果表明：在转速和负荷一定时， EGR能显著降低柴油机的NOx比排放，最大降幅为52%；EGR率高于20%时，中高负荷下CO，HC明显增加；随着EGR率的增加，小于1 μm颗粒的数密度逐渐增加。颗粒的φ_C/O与峰值粒径呈正相关，颗粒的φ_SOF/Soot与活化能呈负相关。EGR率在0~30%的范围内，低负荷时核态颗粒数密度增加，颗粒的φ_C/O变小，φ_SOF/Soot变大，颗粒易被氧化；中高负荷时积聚态颗粒的数密度明显增加，颗粒的φ_C/O变大，φ_SOF/Soot变小，颗粒较难被氧化。
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  基于改进变分模态分解与双测度分形维数的发动机故障诊断

  姜婷，高舒芳

  车用发动机. 2020, 0(1): 69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.01.011

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  提出了一种基于改进变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）与双测度分形维数的发动机故障诊断方法。首先利用互信息法对缸盖振动信号进行端点延拓，并利用VMD算法将延拓后信号分解为多个固有模态分量（Intrinsic Mode Function，IMF），从而抑制VMD的端点效应，提高信号分解精度。然后利用正交变换方法将各IMF分量正交化，给定时间尺度序列τ=（τ₁，τ₂，…τ_n），并自适应地选择分界点将τ划分为第Ⅰ、Ⅱ尺度区间，利用各正交化的IMF分量在两个尺度区间内分别计算信号的分形维数，得到双测度分形维数，分别描述信号中的细节信息和趋势信息。最后将双测度分形维数作为特征参数输入极限学习机分类模型实现发动机故障诊断。仿真与试验结果表明：所提方法能够有效抑制VMD的端点效应，提高信号分解精度，双测度分形维数具有良好的类内聚集性和类间离散性，提高了发动机故障诊断精度。
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  面向国六标准的天然气发动机曲轴箱通风系统研究

  张琳，韩松，李腾腾，王传琪，付铁强，张晴，邹林

  车用发动机. 2020, 0(1): 76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.01.012

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  基于一台当量空燃比天然气发动机，研究了试验室全流测试设备运行状态对闭式曲轴箱通风系统曲轴箱压力的影响。CVS系统流量并不影响曲轴箱压力，而进气压力与曲轴箱压力呈正相关关系，在测量曲轴箱压力时应采取关闭进气空调或使用开式系统等措施避免干扰的引入。利用增压器入口前端的进气负压难以保证WHTC循环过程中曲轴箱一直保持负压状态，结合主动式油气分离器、节气门后端负压的引入可以优化曲轴箱通风系统。优化后的系统在WHTC过程中曲轴箱压力能够保持在－2.1~0 kPa，平均曲轴箱压力较改进前降低1 kPa，能够满足国六标准要求。
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  柴油车DPF系统的OBD故障诊断策略研究

  戴金池，庞海龙，俞妍，卜建国，资新运

  车用发动机. 2020, 0(1): 80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.01.013

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  在国六排放法规对OBD的要求和OBD诊断原理基础上，分析了OBD系统构成与功能模块。针对国六排放标准下OBD对DPF系统的关键功能性诊断，基于AVL BOOST仿真模拟了DPF堵塞、破损和被移除故障下的故障特征与敏感程度，并据此提出了相应的诊断策略。结果表明：DPF前、后温度的相关性和压降对各故障表现出了较好的敏感程度，可以作为OBD诊断策略区分压差传感器合理性故障与DPF破损、堵塞、移除的依据。
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  微量柴油引燃高压直喷天然气发动机燃烧循环变动研究

  李孟涵，李振国，李志杰，张尧，张强，田洪建

  车用发动机. 2020, 0(1): 86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.01.014

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  微量柴油引燃高压直喷天然气发动机排放低于同排量柴油机，热效率与同排量柴油机相当，具有良好的发展前景。对于高压直喷天然气发动机，循环变动特性直接影响了其运行的稳定性，但目前的研究大多针对发动机的燃烧和排放特性，对循环变动的研究十分有限。以一台微量柴油引燃高压直喷天然气发动机为研究对象，对其外特性工况下不同运行参数的循环变动进行了研究。结果表明：随天然气喷射提前角增加，最大燃烧压力的循环变动呈现先增加后减小的趋势，低速下最大燃烧压力的循环变动相对较高；滞燃期和50%燃料燃烧相位角的循环变动随天然气喷射的提前和转速的增加而增加；在24 MPa喷射压力下，平均有效压力的循环变动随天然气喷射提前角的增加而增加，而在30 MPa下，平均有效压力循环变动随天然气喷射提前角的变化规律与转速有关；在高转速下，平均有效压力的循环变动相对较高；燃料的喷射压力对各参数的循环变动影响很小。