2021年, 第0卷, 第3期　
刊出日期：2021-06-25

  

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  基于粒子群算法的增压柴油机神经网络模型

  陈昊天，王玥，曹晶，张继忠，邓康耀，崔毅

  车用发动机. 2021, 0(3): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.001

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  神经网络是建立柴油机性能实时计算模型的有效方法。当前柴油机神经网络模型的研究大多是针对稳态工况开展，为了实现对瞬态性能的合理预测，提出了预测全工况稳态及瞬态性能的通用神经网络模型构建方法。此外，为了解决传统BP神经网络无法保证得到全局最优解、泛化能力较差的问题，采用群体智能算法中的粒子群算法（PSO）进行优化。利用某型涡轮增压柴油机的稳态和瞬态数据作为样本对模型进行训练，并与传统的BP神经网络模型进行对比。研究结果表明, PSO-BP神经网络模型可以有效预测发动机的稳态和瞬态性能，稳态预测最大误差4.54%，瞬态预测最大误差4.93%，与传统BP神经网络模型相比，PSOBP模型可以有效实现全局寻优，提升泛化能力。
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  电机外置式电辅助增压器设计与试验研究

  丁占铭，程振宇，曹晓琳，王晓远，张岩，门日秀，沈建新

  车用发动机. 2021, 0(3): 8-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.002

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  电机外置式电辅助增压器几乎不改变传统涡轮增压器结构，具有电动化改造简单、电机热负荷小等优点，是电辅助增压的重要技术路线之一。针对电机外置式电辅助增压器，开展了基于加速性能的高速永磁电机与涡轮增压器匹配方法研究，设计了超越离合器结构以实现高速电机与涡轮增压器之间的连接与断开，建立了电辅助增压器转子轴承系统动力学模型并进行了转动稳定性分析，完成了电机外置式电辅助增压器的集成设计与样机试制。基于电辅助增压器样机开展了加速响应性研究，试验结果表明，在电机辅助下增压器加速响应时间缩短25.9%。
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  提升轴系扭振分析置信度的建模方法

  彭宇明，马健，刘磊，罗振，甘金科

  车用发动机. 2021, 0(3): 14-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.003

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  曲轴的扭振严重影响发动机寿命及NVH性能，目前，工程上普遍采用单一的集总参数法对曲轴进行扭振分析，由于缺少相关的验证过程，所得的仿真结果置信度存疑，只能依赖台架试验结果来证明，费时费力，不利于CAE分析改进。本研究提出一种校核修正方法来建立具有较高置信度的发动机曲轴系统仿真模型进行扭振分析，详细讨论了集中模型中各个自由度转动惯量、刚度的确定方法，通过对比验证提高惯量、刚度的准确性；增加轴系三维和一维多级模态对比分析来修正和检验一维当量模型的准确性，提升一维当量模型的置信度。最后通过台架试验对所建立的仿真模型进行置信度验证，结果表明，采用校核修正方法的模型，仿真结果和发动机的实际工作状态具有更好的一致性。
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  外部燃料重整掺氢对天然气发动机性能的影响

  周锐，郑建，王明达，湛日景，林赫

  车用发动机. 2021, 0(3): 20-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.004

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  利用外部燃料重整系统对天然气燃料进行了重整反应，燃料重整率为12%，将反应后的重整气体通入进气管内与新鲜空气混合，再通入气缸内燃烧，以此来比较外部燃料重整掺氢燃烧对天然气发动机性能的影响。试验结果显示：结合外部燃料重整掺氢燃烧，发动机的循环变动明显改善，燃烧持续期缩短，相同工况下的燃料消耗率变化很小；THC排放量在各工况下明显减少，50%扭矩负荷率下相对减少量达到22%； NO_x排放量也有所减少，特别是在低扭矩负荷率下，相对减少量达到15%；由于重整气体本身含有一定量的CO，再加上H2的还原作用，导致CO的排放量出现了不同程度的上升。
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  大缸径天然气发动机几何压缩比与米勒度协同优化

  曹佳乐，李铁，依平，黄帅，杨润岱，黄雅婷

  车用发动机. 2021, 0(3): 26-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.005

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  利用GT-Power建立了某大缸径天然气发动机的一维热力学循环仿真模型，用原机台架试验数据标定，使仿真模型计算准确后，研究了发动机设计参数几何压缩比以及米勒度对发动机性能的影响。以提高发动机热效率和降低排气温度为目标，利用神经网络建模与遗传算法对发动机设计与控制参数进行协同优化。优化结果表明，在保证发动机扭矩输出的条件下，通过对几何压缩比与米勒度的协同优化可以提高指示热效率，降低排气温度，改善发动机性能。
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  基于Converge的F-T煤制油燃烧与排放特性数值模拟研究

  强艳飞，吴双群，张磊磊

  车用发动机. 2021, 0(3): 32-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.006

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  为了研究煤制柴油对柴油机燃烧排放性能的影响，通过Converge软件对1台1.46 L缸内直喷高压共轨柴油机燃烧F-T煤制油进行仿真试验，并与石化柴油的燃烧过程进行对比。研究结果表明：在柴油机低转速工况下，燃用F-T煤制油有效功率降幅较小，随着转速的升高，有效功率降幅增大；燃用F-T煤制油缸内压力低于燃用普通柴油，开始放热时刻较早，预混阶段喷油量较少使得预混放热峰值较低，在扩散燃烧阶段放热峰值高于普通柴油；燃用F-T煤制油炭烟排放量相比于柴油降低42%，NO_x排放降低31%。
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  可变进气凸轮对增压直喷汽油机经济性的影响

  冯浩，刘洋，林思聪，秦博，陈泓，李钰怀

  车用发动机. 2021, 0(3): 39-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.007

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  在1台直喷增压汽油机上应用可变进气凸轮技术，研究了不同凸轮型线对发动机部分负荷工况经济性的影响。研究所用的可变凸轮由长行程凸轮和短行程凸轮组成，长、短行程凸轮切换通过电磁阀控制实现。研究结果表明，短行程凸轮通过进气门早关实现米勒循环，进气压力提升后有利于降低泵气损失和缸内残余废气系数。短行程凸轮应用在不同负荷下降低燃油消耗率1.9%~3.4%，不同工况下节油机理不尽相同。对于非爆震限制工况，如平均有效压力为0.5 MPa工况，短行程凸轮应用导致燃烧持续期延长，而油耗降低的主要影响因素为未燃损失下降和机械损失降低；对于爆震限制工况，如平均有效压力为0.8~1.7 MPa工况，短行程凸轮应用明显改善燃烧相位，油耗降低的主要影响因素是燃烧定容度增加导致的指示热效率提高。
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  电加热金属载体催化剂对汽油机冷起动阶段排放性能的影响

  刘旻，郭冬冬，曹宏林，陈婷，林赫，湛日景

  车用发动机. 2021, 0(3): 45-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.008

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  采用电加热金属载体催化剂（EHC），研究了加热电压、加热时间以及贵金属涂敷量对汽油发动机冷起动排放性能的影响。试验结果表明：EHC载体热容小，升温快，THC、CO和NO_x的转化效率比陶瓷载体高；加热电压越大，EHC加热功率越大，直接影响THC、CO和NO_x的转化效率；EHC加热一定时长后，继续增加加热时间，不一定能达到减排效果；通过EHC的应用，能够减少三元催化器50%的贵金属用量。
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  自蔓延燃烧法制备Pd_0.01Cu_xCe_(1-x)/2Zr_(1-x)/2O_y催化剂催化NO制NH₃反应的性能研究

  闫瑞宁,王一男，赵旭腾，刘旻，刘兴，胡琨，石福禄，王涛，林赫，黄震

  车用发动机. 2021, 0(3): 50-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.009

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  被动式氨SCR系统是一种应用在稀燃发动机，可减少NO_x排放，生产SCR用氨的后处理方法，该系统使用NO与H₂作为原料气在催化剂的作用下产生氨气用于后续SCR脱硝。通过试验研究，采用自蔓延燃烧合成（SHS）法合成了Pd_0.01Cu_xCe_(1-x)/2Zr_(1-x)/2O_y(x=0,0.1,0.2,0.4)催化剂。用XRD、BET、Raman、H₂-TPR、XPS、原位表征等方法研究了它们的催化活性。建立了Pd_0.01Cu_xCe_(1-x)/2Zr_(1-x)/2O_y(x=0,0.1,0.2,0.4)催化剂的反应性与物种组成、酸性质和氧化还原性能的关系。结果表明，适量的铜掺杂可以形成更多的酸性位点，调节表面元素的价态分布，有助于产生更高的催化效率。其中，Pd_0.01Cu_0.1Ce_0.45Zr_0.45O_x的氨转化率最高，反应温度窗口较宽（225~375 ℃），NO向NH₃转化率大于90%。这是由于高度分散的CuO增强了CuO与Ce_0.5Zr_0.5O₂载体之间的相互作用，从而提高了催化活性。
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  高能点火对电弧发展和稀燃影响的可视化研究

  耿小雨，吴锡江，王志宇

  车用发动机. 2021, 0(3): 58-63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.010

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  基于光学单缸机和高速摄影，结合点火系统的放电特性，研究了放电电弧的形成和发展受进气流场和点火能量的影响以及高能点火对稀薄燃烧的影响。结果表明：常规点火系统放电持续时间约2.6 ms，初始功率约30 W，且功率随时间迅速衰减，点火能量仅40 mJ。相比常规点火，高能点火系统通过大电流和长时间的设计，16 V供电下放电持续4.3 ms，初始功率达120 W，点火能量达254 mJ。在144 mJ点火能量下，随着进气压力从35 kPa逐渐增至101 kPa，电弧被吹断的概率从14%增至73%。在66 kPa进气压力下，随着点火能量从144 mJ增加到254 mJ，电弧被吹断的概率从39%降至5%。提高点火能量可以提高燃烧稳定性，缩短燃烧持续期，稀燃极限过量空气系数从1.7增加到1.82。
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  低温环境柴油机活塞烧蚀燃烧过程分析研究

  强永平，李海鹰，张炜，檀丽宏，朱伟青，尹艳君，白洪林，刘金龙，李晓娟，贾晓亮

  车用发动机. 2021, 0(3): 64-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.011

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  针对某柴油机在低温环境下工作频繁出现活塞烧蚀的问题，通过模拟低温环境试验复现了活塞烧蚀现象。利用三维仿真手段，分析了两种低温环境温度（25 ℃和40 ℃）缸内燃烧过程的微观差异，通过燃烧放热过程和油气混合过程参数曲线以及三维云图对比分析，阐明了活塞烧蚀工况缸内爆燃时油气混合及燃烧放热特点。仿真结果表明：环境温度较低时存在机械负荷和热负荷同时增加的趋势，低温环境温度由40 ℃降低到25 ℃时，最大压升率增加35.4%，累计湿壁量增加12.7%，瞬态放热最大值增加50.7%；喷雾撞壁后向避阀坑扩展，进入侧隙，在上止点附近发生了强烈的压力振荡，促使压力分层，引起局部最高燃烧压力达到20 MPa、最高燃烧温度达到2 700 K的爆燃现象。
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  混合动力汽车柴油机快速起动燃烧排放特性研究

  陈东东，王铁，李国兴，侯振宁，乔天佑

  车用发动机. 2021, 0(3): 71-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.012

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  混合动力汽车发动机起动要快速，其瞬态程度更高，势必造成起动过程排放控制困难。为了研究不同起动瞬态变化条件下的发动机燃烧和排放特性，基于自行搭建的单轴并联混合动力试验平台，分别用24 V原机起动和800 r/min，1 000 r/min及1 200 r/min转速拖动发动机起动。研究结果表明：随着拖动转速升高，起动过程中的缸内压力峰值、平均有效压力和燃烧持续期均减小，但减少幅度会降低，800 r/min拖动起动时，燃烧波动较大；发动机起动过程中的CO，NO_x和Soot排放均随着拖动转速的升高而减少；原机24 V起动和800 r/min拖动起动时燃烧和排放特性随循环或时间的变化趋势一致，1 000 r/min和1 200 r/min拖动起动时的燃烧和排放特性变化趋势一致；以800~1 000 r/min拖动起动是较好的快速起动策略，但是需要重新标定起动时的喷油策略。
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  预喷与后喷参数对柴油机排放影响的试验研究

  尹来承，邱爽，马宁，于泽浩

  车用发动机. 2021, 0(3): 76-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.013

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  为了探究预喷射与后喷射对柴油机尾气中有害物质的影响，通过高压共轨柴油机台架试验，在不同的预喷与后喷参数下对柴油机尾气中有害物质的排放进行测试。试验结果表明：针对柴油机进行燃油预喷射可有效抑制尾气中NO_x的产生，但烟度值有所升高；加入燃油后喷射后，NO_x与烟度值均呈现减小趋势；随着近后喷射燃油喷射量的增加，尾气中烟度值呈先减小后增加趋势，NO_x排放的变化无明显规律；根据试验数据确定了YN33发动机在各个工况下的最优排放点，在该排放点，尾气中各种有害物质排放均有所下降。
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  甲醇-生物柴油对低压橡胶油管影响的试验研究

  张美娟，王忠

  车用发动机. 2021, 0(3): 82-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.014

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  以柴油机燃油系统的低压橡胶油管为研究对象，将油管在甲醇生物柴油中浸泡672 h进行耐油试验，分析了油管的溶胀机理，考察了甲醇生物柴油及十六烷值改进剂对低压油管形貌、化学结构、几何尺寸、质量、硬度的影响。结果表明，在溶液中浸泡672 h，油管内层有较多“喷霜”，外层没有明显“喷霜”，混合燃料中的甲醇和十六烷值改进剂加剧了橡胶油管的老化；扫描电镜和拉曼光谱的分析结果表明，橡胶油管内部的交联点已经被破坏，化学结构发生变化；在燃料中浸泡0~336 h阶段，油管的几何尺寸、质量均随浸泡时间的增加而增加；336~672 h阶段，油管的几何尺寸、质量增加量减少或有所降低；油管的硬度随浸泡时间的增加而降低。
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  柴油机漏气量试验研究

  朱卫华

  车用发动机. 2021, 0(3): 88-92. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.03.015

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  针对某车用6缸增压中冷柴油机，开展了不同发动机转速、扭矩、机油温度和最高燃烧压力工况下的漏气量试验研究。试验结果表明，发动机的转速和扭矩是影响漏气量的主要因素，而机油温度和缸内最高燃烧压力对漏气量的影响较小。相同扭矩下，随转速增加，漏气量基本呈线性增加趋势，转速每增加10%，漏气量约增加12%；相同转速下，随扭矩增加，漏气量也基本呈线性增加趋势，扭矩每增加10%，漏气量约增加5%。漏气量最大的工况并不是漏气率最高的工况，漏气率比较高的区域出现在中等转速和中等扭矩交汇的区域。