2020年, 第0卷, 第4期　
刊出日期：2020-08-25

  

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  富氧燃烧对PFI氢内燃机性能的影响

  付洪宇，柴华，孙柏刚，包凌志

  车用发动机. 2020, 0(4): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.001

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  通过试验验证了利用富氧进气提高进气道喷射氢内燃机功率的可行性，进行了氢气-空气样机试验和30%、40%进气氧浓度试验，并基于这些数据搭建并标定了发动机一维仿真模型。结果表明：当量比为0.7时，进气氧浓度增至30%，功率平均提高20.5%，有效热效率平均降低2%；进气氧浓度增至40%，功率平均提高36.5%，热效率降低4%。该结果可以指导下一步更高进气氧浓度的氢内燃机试验，并且为改善进气道喷射氢内燃机的动力性提供了一种新方法。
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  外开式直喷氢气喷嘴射流特性研究

  张策，孙柏刚，汪熙，包凌志，柴华

  车用发动机. 2020, 0(4): 7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.002

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  基于纹影法在定容喷射装置上进行了不同喷射压力、环境压力下的氢气射流特性试验，研究外开式喷嘴的氢气射流特性及喷射参数的变化规律。结果表明：氢气射流近场呈现锥形结构，且形成了喷射轨迹线，而射流远场逐渐发展成大尺度球形涡流结构。喷射压力增大，轴向和径向贯穿距离增大而卷吸率减小；背景压力增大，轴向和径向贯穿距离减小而卷吸率增大；射流锥角的变化与喷射压力或背景压力关系不大，但随喷射时间逐渐从80°变小并趋于22°。另外通过归一化分析发现，贯穿距离在不同边界条件下均具有较好的自相似性，自相似系数(x/y)逐渐趋于0.59左右，径向扩散性优于单孔喷嘴氢气射流。合理利用氢气射流特性可以优化直喷氢内燃机的混合气形成，为外开式喷嘴的喷射策略优化提供依据。
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  预混合氢气对柴油机爆震燃烧的影响

  胡建功，王欲进，江冰，高瑞娟

  车用发动机. 2020, 0(4): 13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.003

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  为了提高氢气利用率，了解预混氢气对发动机爆震的影响，以WP7.270涡轮增压6缸柴油机为试验对象，在不同转速和负荷下采用进气歧管喷氢方式进行台架试验，试验燃料总质量恒定，增加氢气替代率直到发动机发出爆震指示，并与原机数据进行对比。研究结果表明:氢气最大置换率为83%，喷油正时提前，发动机热效率最大提高7.7%，缸内峰值压力最大提高39.6%， CO₂、 CO、HC和炭烟排放减少，NO_x排放升高，但在30%负荷下NO_x排放明显降低，且CO₂排放几乎为零，但燃烧不稳定。
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  高能点火对汽油发动机燃烧稳定性的影响分析

  顾启凡，叶昌，李雪松，许敏

  车用发动机. 2020, 0(4): 19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.004

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  基于自行搭建的高能量点火装置，针对发动机在冷起动测试中燃烧不稳定的问题，进行了发动机试验，研究了在不同点火能量下发动机冷起动测试时的燃烧情况。研究结果表明：随着点火能量的不断提高，点火火弧受气流的影响延伸发展的长度明显增长，发动机在冷起动时的燃烧速率有明显提升，燃烧过程中火焰发展期与主燃期之间存在相对良好的相关性，同时未完全燃烧循环和失火循环数明显减少，燃烧循环变动从14.85%减少到4.22%。由此可见，合理提高点火能量是提高燃烧稳定性的一个很有效的方法，高能量点火是未来发动机研究的一个重要方向。
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  共轨喷油器针阀偶件流动仿真分析

  王晓刚，奚星，徐春龙，余锡洋，余志毅

  车用发动机. 2020, 0(4): 25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.005

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  以某新型大流量共轨喷油器喷嘴为研究对象，基于ANSYS CFX平台建立了喷嘴的三维定常流动模型。以经典的Winklhofer准二维流动试验作为计算模型的验证依据，从宏观的出口流速到微观的内部空化发展情况角度，证明了计算模型选择的合理性。基于1/8喷嘴模型进行了喷嘴流动性能仿真，分析了局部湍动能分布、柴油蒸气含量、速度矢量以及出口流速等。结果显示，该喷油器有着较大区间的压力适应性，适当增大喷油孔入口倒角半径、维持针阀锥角在合理范围内均有利于流动性能的提升。研究结果从一定角度解释了喷嘴内部流动损失的形成机理。
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  基于KPCA与KFDA的国六柴油机EGR系统故障诊断

  王彦岩，马腾飞，沈义涛，张正兴，郝宝玉

  车用发动机. 2020, 0(4): 31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.006

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  为适应柴油机远程自适应诊断的需要，提出了一种基于数据驱动的柴油机故障诊断方法，在国六柴油机EGR系统的典型故障中进行了验证。利用柴油机试验车队实时远程监测数据建立数据模型，将监测参数中与EGR工作密切相关的11个参数作为模型特征变量，首先采用核主成分分析法（Kernel Principal Component Analysis, KPCA)对原始高维数据进行降维，其次采用核Fisher判别分析法（Kernel Fisher Discriminant Analysis, KFDA)对柴油机EGR系统的正常数据和故障数据进行分类器训练，进而实现对未知数据的故障诊断。结果表明：此方法能够对试验中出现的两种EGR典型故障进行有效诊断，通过KPCA与KFDA相结合，改善了线性方法在处理柴油机故障变量的非线性及强耦合性问题上的缺陷。
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  三缸发动机缸体及平衡轴强度分析

  石鹏，高宏伟，赵志芳，张静

  车用发动机. 2020, 0(4): 36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.007

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  三缸机相对于其他多缸机平衡问题更加复杂，可采用平衡轴设计来抵消发动机工作中的不平衡力矩，而增加平衡轴后发动机结构强度面临挑战。以某三缸发动机升级机型的结构强度为研究对象，搭建动力学模型获取发动机缸体所受的工作载荷，搭建有限元模型对平衡轴及缸体进行应力分析，使用疲劳软件对缸体进行疲劳强度校核。最后通过应变测试对仿真结果中的危险位置进行验证，保障发动机结构强度设计可靠性。
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  乙醇对柴油发动机燃油系统中T2的腐蚀性能研究

  李立琳，陈丹，秦先锋，孔垂展，张红松

  车用发动机. 2020, 0(4): 42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.008

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  采用浸泡的方法，将T2铜分别浸泡在乙醇和柴油中，考察了腐蚀形貌、析出物成分、腐蚀速率、溶液颜色，通过动电位极化曲线研究乙醇对柴油发动机燃油系统中铜金属部件的腐蚀行为。结果表明，样件的上述各参数变化率与自腐蚀电位和自腐蚀电流密度变化结果一致。乙醇对T2的腐蚀比柴油严重，这是由于乙醇中氧元素较易与T2反应，生成金属氧化物，金属氧化物进一步与乙醇中的羟基发生化学反应，生成乙酸，又加速了腐蚀的进行。
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  涡轮增压器压气机气动性能优化及试验研究

  李庆斌，胡辽平，何光清，刘麟，肖清

  车用发动机. 2020, 0(4): 46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.009

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  针对某采用EGR技术国六排放发动机低速性能不足的问题，对压气机叶轮从叶轮平均子午型线和叶片载荷分布两个方面进行了气动性能优化，并采用NUMECA三维流体仿真软件进行了仿真分析对比，结果显示优化后压气机压比及效率均得到提高，其中峰值效率提升了3个百分点。通过对压气机流场分析发现：新叶轮沿流向方向静压增长非常均匀，降低了流动损失，且在叶顶间隙区域损失减少。流体经叶轮出口流出后掺混损失较低，使得流体在扩压器中扩散损失降低。对新压气机进行了压气机台架特性测试，验证了优化设计方案的可行性。考虑到发动机注重低速性能及EGR需求，将原增压器涡轮箱流道A/R减小8%后，与新压气机匹配并在发动机台架上进行试验，结果显示发动机低速扭矩比客户要求值最大提升1.3%,低速油耗最大降低1.7%，中低转速下压差均略优于目标压差值，发动机性能和EGR水平整体满足了主机厂客户的要求。
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  生物柴油及其混合燃料的喷油特性研究

  侯军兴，张华阳，安晓东，宗晓晶

  车用发动机. 2020, 0(4): 51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.010

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  研究了生物柴油及其与二甲醚混合燃料的喷油特性及喷油过程中嘴端压力特征，确定了喷油条件和生物柴油掺混比例对其影响规律。研究结果表明：喷油压力增加，喷油速率在喷油初期上升和喷油末期下降均变快，最大喷油速率增加，喷油持续期内喷油速率波动幅值变大，喷油引起的嘴端压力第一波谷下降幅度变大，喷油结束后嘴端压力各个波动幅值均变大，除第一波峰外，其余各个波峰的相位均提前且相位差别越来越大；喷油脉宽增加，喷油持续期延长，喷油终点延后，嘴端压力第一波谷和各波峰的大小变化不明显，各波峰的相位延后；随着燃料中生物柴油比例的减少，喷油始点不变，喷油终点延后，喷油持续期增加，喷油引起的嘴端压力第一波谷下降幅度变小，嘴端压力第一波峰降低。相同喷油条件下，高比例生物柴油的循环喷油能量最大，纯生物柴油的循环喷油能量居中，低比例生物柴油的循环喷油能量最小。
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  基于PEMS的重型柴油车道路排放特性研究

  楼狄明，王博，李泽宣

  车用发动机. 2020, 0(4): 55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.011

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  基于PEMS车载排放测试系统，对一辆安装DOC+CDPF的重型柴油货运车进行了三次不同行驶里程下的道路排放跟踪测试。试验结果表明：从低速工况到高速工况，原车的CO、THC、PM排放因子呈下降趋势，而NO_x、PN则呈上升趋势。加装DOC+CDPF后，CO、THC、PM、PN减排率基本随车速的增大逐渐升高，而DOC+CDPF对NO_x排放影响不大。随着车辆行驶里程的增加，DOC+CDPF对CO、NO_x的减排性能逐渐减弱，减排率在第1次试验时有最大值，分别为59.8%，9.7%；DOC+CDPF对THC、PN、PM的减排性能则先增强后减弱，减排率在第2次试验时有最大值，分别为53.5%，99%，87.3%。
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  水热老化对Cu-SSZ-13催化剂NH₃-SCR性能影响的试验研究

  胥昌懋，高深，蒋涵，张武高

  车用发动机. 2020, 0(4): 63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.012

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  通过离子交换法合成了兼具很高的NO_x转化率和N₂选择性的Cu-SSZ-13分子筛催化剂，分别在700 ℃与800 ℃条件下对催化剂进行了16 h的高温水热老化处理，比较了水热老化前后催化剂的NO_x转化率、N₂选择性、NH₃吸附性能，分析了水热老化对Cu-SSZ-13分子筛催化剂NH₃-SCR性能的影响。采用XRD、BET、SEM等方法对催化剂进行了表征，并进一步利用in situ DRIFTS对老化前后的催化剂进行NH₃/NO吸附与反应的机理研究。结果表明：高温水热老化使得Cu-SSZ-13分子筛催化剂结晶度变差，比表面积及孔容减少；700 ℃老化处理后， Cu-SSZ-13分子筛催化剂仍具有较好的催化活性，并较好保留了分子筛的骨架结构，而800 ℃老化后，催化剂活性明显降低，催化剂骨架坍塌，表面生成较多减少催化剂活性位点的Cu_xO物种；高温水热老化使得催化剂上吸附于BrΦnsted酸性位点上NH₃减少，更多的NH₃以分子态吸附于催化剂表面，但总NH₃吸附量随着水热老化温度的升高而减少；同时，高温水热老化使得催化剂的NO吸附能力降低，但大部分吸附在催化剂表面的NO均被氧化为硝酸盐，且反应生成的各类硝酸盐占比同新鲜催化剂表面NO氧化反应后生成的硝酸盐比例基本相同，可见水热老化并未使Cu-SSZ-13分子筛催化剂的催化机理发生改变，为进一步改善催化剂的水热老化性能提供了可能。
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  柴油机颗粒结构特征与氧化特性分析

  沈颖，赵洋，刘帅，刘理凡

  车用发动机. 2020, 0(4): 70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.013

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  搭建了186FA柴油机试验台架，采集了柴油机在不同工况条件下排放的颗粒。通过N₂吸附法对颗粒的比表面积、孔隙平均半径和孔隙容积等结构特征参数进行了测量与分析，采用热重分析并结合Coast-Redfern积分法分析了颗粒的氧化特性，通过偏最小二乘回归分析法（PLS）分析了颗粒结构特征参数与颗粒氧化活化能之间的关系。结果表明：随着柴油机转速增加，颗粒的比表面积和孔隙容积增加，孔隙平均半径减小，氧化特征温度均提前，第一反应阶段活化能（E₁）略有增加，第二反应阶段活化能（E₂）显著减少；颗粒的比表面积、孔隙容积和孔隙平均半径对E₂具有同等的影响权重，且通过建立的PLS回归模型能够较为准确地预测E₂，最大误差为3.4%。
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  混合动力汽车工况识别及动态协调策略研究

  吴静波，李明明，卢耀真，郭志军

  车用发动机. 2020, 0(4): 76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.014

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  为降低多模式混合动力汽车的动态油耗，设计了在线工况分类的动态协调控制策略，采用改进粒子群优化K均值聚类（K-means）算法进行工况分类，将行驶工况分为平缓工况和突变工况，并实现在线工况的识别；针对平缓工况，建立一阶马尔科夫链模型对车速进行预测，实时优化扭矩的分配；针对突变工况，设计了动态协调控制程序，通过调节节气门开度变化率，减少动态油耗，改善模式切换过程中的冲击。仿真结果表明：采用工况分类的动态协调控制策略有效减小了发动机扭矩和车速的波动，提高了行驶平顺性，综合油耗下降10.88%，电池荷电状态能够维持在效率较高的区域。
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  柴油机高原动力性能仿真及环境模拟系统影响分析

  冀树德，张勃，刘峰春，刘志刚，杨文影，孔祥鑫，刘宇强，任路，贾晓亮

  车用发动机. 2020, 0(4): 84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.015

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  利用GT-Power设计柴油机系统模型，结合环境模拟系统结构特征构建了其相应的模型特征，与实际台架模拟系统试验对标验证了模型的有效性，进一步运用模型分析了高原环境条件涉及压力和温度因素时的柴油机固有性能特征，研究了进排气管路系统特征对柴油机性能的影响。结果表明，高原环境条件下的压力因素对柴油机性能的影响大于温度因素。随着模拟压力的下降，柴油机功率下降，二者在高转速工况呈非线性关系。随着环境温度下降，柴油机性能转好，温度对转速1 800 r/min以下工况影响更大。进气压力高于排气压力时，在最大扭矩转速工况，平均单位压力变化会导致功率增加约10 kW；排气压力高于进气压力时，中高转速工况柴油机性能仍能维持，中低转速则直接恶化。进气管路长度、管路直径、管路表面粗糙度的影响程度由大到小依次为直径、长度、表面粗糙度，进气模拟管路直径影响加剧的临界值为0.2 m；排气管路主要是管路直径对柴油机性能的影响，临界值同样为0.2 m。