2020年, 第0卷, 第3期　
刊出日期：2020-06-25

  

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  高能点火稀薄混合气初期火核发展的数值仿真研究

  马鹏飞，李铁,黄帅，谢思瑜，依平

  车用发动机. 2020, 0(3): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.03.001

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  增加点火能可以促进火花点火发动机稀薄燃烧条件下初期火核的发展，对初期火核发展过程进行仿真分析可进一步理解点火策略对火核的影响。采用一维拉格朗日模型，在不同压力下对不同当量比的稀薄天然气空气混合气初期火核生长进行仿真计算。通过改变并联线圈数来改变点火能量，并通过试验测得不同点火策略的间隙电压及次级线圈电流。结果表明，稀薄高压情况下初期火核发展缓慢，增加并联点火线圈数可以增加点火能，促进初期火核发展。
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  脉冲气流条件下离心压气机入口流场测量研究

  张恺悦，杨名洋，舒梦影，邓康耀

  车用发动机. 2020, 0(3): 7-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.03.002

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  设计一种可用于压气机入口截面流场测量的高频响应全自动步进式测量装置，可使测量探针在入口任意截面的任意测点进行流场测量。将该测量装置配合一维热线风速仪探针，测量离心压气机入口截面的流场分布。将压气机入口剖面分为均布的54个测点，径向均布9个测点，每个测点间隔9 mm，周向每30°进行一轮径向测量直至完成整周测量试验，从而获取整个截面的速度分布。测量工况分别为40 000 r/min稳态工况近堵塞流量点、最高效率点以及20 Hz频率脉冲背压下近堵塞流量点。结果表明：脉冲背压工况下，离心压气机压比流量曲线呈现围绕稳态特性的迟滞环；稳态工况下，离心压气机入口截面流场存在显著畸变，速度分布呈现明显的周向非对称性，出现180°~360°周向角范围的高速区；脉冲背压工况下，入口流场呈现较强的非定常特征：在排空段流场存在较强的周向非对称性，但该非对称性在充满段明显减弱。
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  甲醇-汽油复合喷射发动机燃烧排放性能研究

  王睿鑫，蒋炎坤，何都

  车用发动机. 2020, 0(3): 12-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.03.003

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  为了研究不同比例甲醇和汽油混合燃料对发动机燃烧排放性能的影响，对1台1.4 L缸内直喷发动机加装了进气道喷射系统，改造为甲醇进气道喷射（MPI）+汽油缸内直喷（GDI）发动机，运用CFD技术建立该发动机模型，对不同甲醇热值替代比下的缸内混合气形成、燃烧和排放特性进行了研究。研究结果表明：在混合气形成方面，随着甲醇替代比的提高，缸内温度逐渐下降（但在点火时刻缸内温度下降趋势减缓），未蒸发燃料质量迅速增加。在缸内燃烧方面，提高甲醇替代比能够有效地加速缸内燃烧过程，提高缸内峰值缸压和峰值放热率，缩短滞燃期和燃烧持续期，使燃烧重心提前，但较高甲醇替代比下加速燃烧过程趋势减缓。在排放物生成方面，随着甲醇替代比的提高，NO_x排放逐渐增加，CO总排放量降低，但峰值CO量却呈现先增后减趋势，THC排放逐渐增加，其中大部分为未燃甲醇。
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  压缩比对电热塞引燃甲醇发动机的影响研究

  吴继盛，吴家正，秦超群，刘洪运，林易，樊宏彪

  车用发动机. 2020, 0(3): 19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.03.004

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  在1台由DH1115单缸柴油机改装而成的电热塞引燃式直喷甲醇发动机上，使用CFD模拟软件Converge耦合甲醇氧化详细化学动力学机理，研究了压缩比对甲醇发动机燃烧及非常规排放的影响。结果表明，压缩比对甲醇在电热塞引燃燃烧方式下的燃烧及非常规排放有着重要影响：提高压缩比，有利于甲醇的蒸发，提高甲醇混合气均匀性；较高的压缩比可以使甲醇着火时刻提前，缩短滞燃期，甲醇着火更加稳定，同时也有助于促进甲醇完全燃烧；甲醛及未燃甲醇排放均随着压缩比的提高而降低，但降低幅度随压缩比增大而逐渐减小，在压缩比提高到19及以上时，甲醛及未燃甲醇排放分别小于0.4 mg/(kW·h)和3.1 mg/(kW·h)。
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  喷油器结构参数与喷油一致性相关关系的试验研究

  郭世龙，梅卫江，倪向东，王蒙，徐国杰

  车用发动机. 2020, 0(3): 25-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.03.005

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  针对喷油器在使用过程中因结构参数变化导致喷油一致性发生变化的问题，以CRIN系列喷油器为研究对象，基于喷油器液力及机械运动过程分析，得出喷油器易损结构，运用AMESim软件构建喷油器仿真模型。采用BoxBehnken设计方法，以针阀偶件间隙、柱塞偶件间隙、针阀升程、衔铁升程为试验因子，将喷油量变化率及响应时间变化率作为影响喷油一致性的试验指标，建立各试验因子与试验指标间的回归模型，分析各试验因子对试验指标的影响规律。采用多目标优化方法得出：当柱塞偶件间隙为4.38 μm、针阀偶件间隙为2.66 μm、衔铁升程为0.05 mm、针阀升程为0.34 mm时，喷油量变化率、响应时间变化率分别为1.70%和2.27%，达到最佳喷油一致性。在此基础上，结合数值计算得出：当柱塞偶件间隙为3.05~5.93 μm、针阀偶件间隙为1.50~3.95 μm、衔铁升程为0.045~0.053 mm、针阀升程为0.33~0.38 mm时，喷油量变化率、响应时间变化率都能够满足国家标准及工程对喷油一致性的要求。
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  基于DoE的涡轮增压器压气机优化方法的比较

  陈沁青，倪计民，王琦玮，石秀勇，杜倩颖

  车用发动机. 2020, 0(3): 36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.03.006

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  为实现涡轮增压器压气机的全工况性能优化，提出了类MAP全工况优化方法，将优化工况点均匀分布在压气机低中高这3个特征转速上，通过对有限个特征工况点的优化实现压气机全工况性能可控。为证明类MAP压气机优化方法的必要性和有效性，以某压气机作为优化实例，同时应用传统的单工况和单一转速多工况优化方法，与其作对比。首先根据压气机优化流程，分别从优化工况点、优化目标、优化方案、近似模型以及多目标寻优这5个方面阐释类MAP全工况优化方法的差异与优势。然后将不同优化方法和方案应用于具体实例，由优化结果对比可知，类MAP优化方法可以实现对性能MAP上各工况点性能更高的控制度，通过各性能优化目标的设定和权重的分配，使各特征工况点性能朝着预想的方向调整，最终实现预期的全工况性能优化目标。最后，通过仿真计算和试验台架验证了类MAP全工况优化方法的可行性。
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  预喷参数及EGR对柴油机噪声影响试验研究

  罗福强，周志峰，周靖，吴习文，田勇，吴少喆

  车用发动机. 2020, 0(3): 44-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.03.007

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  柴油机的燃烧过程受喷油次数、喷油时间、喷油量、喷油压力以及EGR开度等参数影响。燃烧过程中缸内缸高频压力振荡与燃烧噪声有很强的关联性。为研究预喷策略以及EGR对4缸高压共轨柴油机整机噪声的影响规律，在柴油机不同方位布置了9个声压传感器，对平均声压级以及频谱特性进行了分析。试验结果表明：在低负荷低循环油量工况下，预喷会使整机噪声恶化；在高负荷高循环油量工况下，少量预喷油量可缩短滞燃期，达到较好的降噪效果，但随着预喷油量的增加，整机噪声仍会恶化；适当延迟主喷可以降低主燃烧对应的峰值频率段声压级；提前预喷会增加预燃烧对应频段的声压级，在频谱图上出现两个声压级峰值；适当地增加EGR开度可以降低整机噪声。
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  氨分布对柴油机并联式SCR后处理系统NO_x排放的影响

  刘兴龙，王军，王奉双，王远景

  车用发动机. 2020, 0(3): 50-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.03.008

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  以国六并联式SCR后处理系统为研究对象，在13 L国六柴油机上，采用速度均匀性和氨分布均匀性仿真计算、两路SCR平均氨浓度分析和氨质量加权百分数仿真计算、氨分布均匀性试验、排放性能试验等方法，对两种仅混合器不同的国六并联式SCR后处理系统NO_x排放进行研究。仿真分析研究表明：两路并联的SCR后处理系统速度均匀性和氨分布均匀性计算值在0.96～0.99之间，单个SCR装置的前端面氨浓度均匀性试验测试结果也在0.98以上，但两路SCR前端面的平均氨浓度相对偏差在5%~17%之间，会导致后处理系统NO_x排放较差；氨浓度试验验证了仿真分析的正确性。排放性能试验表明，两路SCR前端面平均氨浓度偏差较大的后处理系统WHSC排放结果会恶化；可通过氨质量加权百分数相对偏差的仿真计算评估并联式SCR后处理系统催化能力，经试验对比建议计算评价标准设定为5%以内较为合理。
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  铝合金活塞低周材料性能表征及寿命预测

  王文杰，许春光，王国莹，王根全，贾晓亮，赵志强，任路

  车用发动机. 2020, 0(3): 57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.03.009

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  以柴油机铝合金活塞为研究对象，开展了活塞铝合金材料的低周疲劳试验。对活塞铝合金材料塑性性能采用RambergOsgood模型进行了表征，表征参数经仿真验证与测试数据吻合良好。对活塞铝合金材料低周疲劳性能采用塑性应变能理论模型进行了表征，在双对数坐标系下，铝合金材料的塑性应变能与寿命呈良好的线性关系。对铝合金活塞在柴油机低周考核工况下的非线性承载特性进行了研究，根据活塞在第5个周期时的应力应变关系曲线进行了低周疲劳寿命预测，结果表明：活塞在燃烧室喉口部位低周疲劳寿命最低，为低周疲劳危险部位，在活塞的材料考核及结构设计中应重点考虑。
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  发动机高效冷却系统NEDC循环节能效果仿真分析

  高腾麟，刘宇，徐小俊

  车用发动机. 2020, 0(3): 64-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.03.010

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  为了克服传统冷却系统的缺点，实现对冷却系统冷却强度的精确可调，并减少冷却系统附件功耗，使用电控部件（电子风扇、电子节温器、电子水泵）来取代传统冷却系统的机械部件。进行了发动机冷却系统冷却液流量分布试验、发动机热平衡试验和风扇、水泵、散热器的单体试验，为冷却系统的分析和建模提供了依据。使用Flowmaster软件的控制元件完成对水泵及风扇转速的控制以及电子节温器（可控开度的三通阀）的PID控制，完成了高效冷却系统的建模。比较了原机和高效冷却系统附件在NEDC循环工况下的功耗。结果表明，高效冷却系统在NEDC循环工况下节能效果显著。
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  基于内窥镜的汽油发动机喷水可视化研究

  郭涛，李相超，张弘，尹琪，杨磊，林长林

  车用发动机. 2020, 0(3): 71-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.03.011

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  设计了高速内窥镜系统，对汽油发动机进气道内的水雾喷射过程进行了可视化研究。对比了两种喷水器布置、不同喷水时刻和不同喷水压力下的水雾喷射过程，并结合台架数据分析了这些因素对发动机燃油消耗率和NO_x排放的影响。结果表明，在3 000 r/min@1.4 MPa工况下，使用3∶10的水油质量比，发动机喷水后燃油消耗率降低约3%，NO_x排放降低约20%。喷水器结构和布置方案对喷水效果影响不大。喷水时刻影响水雾进入缸内蒸发冷却的过程，不同喷水时刻下发动机燃油消耗率略有差异，NO_x排放变化趋势与燃油消耗率相反。喷水压力影响水滴雾化和运动过程，高喷射压力下雾化变好，但会使水滴在进气道内提前蒸发，反而降低其对缸内的冷却效果，试验在0.8 MPa喷射压力下燃油消耗率最低，而NO_x排放随着喷射压力的升高逐步降低。
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  锂电池组液冷结构设计及散热影响因素分析

  谢永东,汤其明,何志刚,盘朝奉,徐兴振

  车用发动机. 2020, 0(3): 76-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.03.012

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  针对锂动力电池在放电过程中的散热问题，建立基于某三元锂电池模组的生热模型，仿真分析并试验探究了电池模组在不同放电倍率下的发热情况。在验证模组生热模型正确的前提下，结合模组发热具体情况，设计U型液冷管道并建立电池模组的液冷模型，比较了不同参数的冷却液介质和不同温度的冷却液对锂电池组冷却性能的影响。研究表明：设计的U型管道能够满足电池组冷却散热需求，导热系数大且温度较低的冷却介质散热效果更好。
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  进气节流对柴油机性能和排放影响的试验研究

  吴滴，刘波，康见见，张超，刘冰

  车用发动机. 2020, 0(3): 82-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.03.013

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  针对柴油机在进行国六排放标准试验时，WHTC循环试验中排气温度低，部分工况点达不到后处理器的起喷温度，SCR催化转化效率不佳的问题，在1台带有节气门的柴油机上开展了试验，研究了进气节流对柴油机排气温度、空燃比、排放和燃油消耗率等的影响。结果表明：低负荷时，节气门关度在0%~40%时，进气节流对柴油机性能和排放影响较小；节气门关度在40%~65%时，进气节流可以明显提高柴油机小负荷时的排气温度，且不会使发动机不透光烟度、CO、THC、NO_x显著增加；当节气门关度超过70%时，进一步增加节气门关度能迅速提升排气温度，但是会使发动机排放严重恶化，燃油消耗率迅速升高。
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  预喷对柴油机燃烧与排放的影响

  王辉，黄荣，郭晓宇，黄豪中

  车用发动机. 2020, 0(3): 88-92. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.03.014

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  在一台4缸柴油机上研究预喷策略（预喷率和预喷间隔）对燃烧与排放特性的影响。研究结果表明：与单次喷射相比，采用预喷策略后，最大压力升高率和NO_x排放降低，soot、THC和CO排放升高，热效率提高；增大预喷率，预喷放热率峰值、soot、THC和CO排放升高，NO_x排放降低；增大预喷间隔，热效率和soot排放降低，最大压力升高率、THC和CO排放升高；改变预喷间隔对NO_x排放无明显影响；在小负荷工况下，与单次喷射相比，采用大预喷率和小预喷间隔策略能同时实现柴油机较高热效率和较低NO排放。