2021年, 第0卷, 第4期　
刊出日期：2021-08-25

  

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  MPI+GDI发动机稀薄燃烧性能研究

  韩荣，蒋炎坤，陈烨欣，何都

  车用发动机. 2021, 0(4): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.04.001

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  为了研究甲醇替代比和过量空气系数对复合喷射发动机稀薄燃烧及排放特性的影响，本研究基于1台自行改造的包含甲醇进气道喷射和汽油缸内喷射（MPI+GDI）的光学复合喷射系统发动机，建立三维仿真模型，进行缸压试验验证，研究稀薄燃烧条件下不同过量空气系数和甲醇替代比下缸内燃烧和排放特性。研究结果表明：随着过量空气系数的增大，火焰传播变慢，放热率峰值出现也晚，后燃现象增强，缸内压力峰值降低且相位推迟，指示热效率呈上升趋势；CO和NOx排放下降，未燃碳氢化合物（THC）排放先降后升，过量空气系数为1.4时最低，原因是适当增加过量空气系数可使燃烧更充分，但是过量空气系数过大导致燃烧不稳定。随着甲醇替代比增加，缸内压力峰值不断增加且相位提前，高甲醇比例的燃料燃烧速度快，燃烧重心前移，排气温度降低，NOx排放增加，THC排放先降后升，CO排放降低。研究结果为甲醇汽油复合喷射发动机的参数优化设计提供了理论依据。
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  进气节流对车用柴油机性能影响的试验研究

  王贵勇，邹诚华，姚国仲，申立中，黄粉莲

  车用发动机. 2021, 0(4): 8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.04.002

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  为了满足DPF主动再生温度需求，研究了进气节流对柴油机性能的影响。在某款高压共轨柴油机进气道加装电子节气门，在转速为1 600 r/min和2 000 r/min时，选取低、中、高三个典型负荷，研究不同节气门关度下进气流量对柴油机过量空气系数、燃油消耗率、排气温度及排放特性的影响。试验结果表明：随着节气门关度的增大，发动机过量空气系数逐渐减少，在低速中负荷条件下过量空气系数最大能降低14%；燃油消耗率随着节气门关度的增加呈现先下降后上升的趋势；进气节流可以显著提高排气温度；进气节流增加会导致CO排放和烟度的恶化，在较小的节气门关度下，THC和NO_x排放有所改善。
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  50 MPa高压汽油直喷技术对燃烧和排放影响的试验研究

  吴锡江，李相超，王志宇

  车用发动机. 2021, 0(4): 15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.04.003

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  设计、开发了50 MPa高压汽油直喷喷油器，在定容弹上研究了喷油器喷雾特性随喷射压力的变化关系，并在一台均质混合的缸内直喷光学单缸机上，通过燃烧分析和高速摄影等技术手段，研究了50 MPa高压汽油直喷技术对燃烧过程和排放的影响。结果表明：相较于当前主流的35 MPa缸内汽油直喷系统，将喷射压力提升至50 MPa仍能进一步降低喷雾粒径，改善油气混合过程，特别是在中高负荷区域能较大幅度降低未燃碳氢化合物及颗粒物排放，具有一定的潜在应用价值。
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  不同海拔下甲醇-柴油双燃料发动机的燃烧循环波动研究

  房晟，周德峰，王斌

  车用发动机. 2021, 0(4): 22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.04.004

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  试验在1台由高压共轨柴油机改装的甲醇柴油双燃料发动机上展开，通过仪器模拟不同海拔，进而研究在高原环境下甲醇-柴油双燃料（DMDF）燃烧的循环波动。试验主要在1 800 r/min下，通过调整发动机负荷、甲醇替代率和柴油喷射参数，研究各种参数在不同海拔下对发动机燃烧稳定性的影响。缸内压力参数，如峰值压力（p_max）和平均指示压力（IMEP），被用来量化双燃料发动机循环波动。研究结果表明，DMDF燃烧在高原下的循环波动表现出与平原上相似的趋势；随海拔升高，峰值压力循环波动系数（COV_pmax）明显升高，而平均指示压力循环波动系数（COV_IMEP）却呈现出相反的趋势；高海拔下峰值压力对应曲轴转角分布趋于集中。预喷油量的增加限制了高原工况下发动机循环波动率的增长；在所有海拔下，喷油时刻对COV_IMEP影响不大，COV_pmax对喷油时刻更加敏感；相比较其他喷油参数，喷油压力对循环波动影响较小。
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  机油温度对多缸柴油机润滑系统性能影响的试验研究

  顾磊，杜巍，孙亚东

  车用发动机. 2021, 0(4): 29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.04.005

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  针对某V型多缸柴油机，搭建了润滑系统压力测试平台，测试了机油温度40~115 ℃范围内，发动机转速800~2 200 r/min范围内，润滑系统各关键节点的机油压力、发动机阻力矩和机械损失功率，研究了机油温度对发动机润滑系统性能和机械损失的影响规律，并对极限工况下的润滑特性作出预估。结果表明：各转速下，随着机油温度的升高，润滑系统各关键节点的机油压力均降低，各关键节点间的机油压力损失也随机油温度升高而降低；在试验温度范围内，各关键节点中机油散热器的流阻和其随温度的变化率均最大；右排主油道压降大于左排主油道压降，二者差值随温度升高而减小。发动机机械损失功率和阻力矩均随着机油温度升高而降低，相同温度区间内发动机阻力矩的变化率随发动机转速增大而增大。
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  生物柴油和柴油直喷喷雾特性试验研究

  高东志，秦建芸，许丹丹，包俊江，景晓军

  车用发动机. 2021, 0(4): 36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.04.006

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  应用单孔喷油器结合高速摄影技术研究了B5生物柴油和京标-10号柴油在不同喷油压力、环境温度和燃油温度条件下的喷雾特性，喷雾参数包括喷雾形态、喷雾贯穿距、喷雾贯穿速度和喷雾锥角。结果表明：两种燃油的喷雾贯穿距随时间几乎呈线性变化，喷射初期喷雾贯穿速度较大，且随着喷油压力的增加喷雾贯穿速度增加；随着时间的推移（油束的发展），喷雾贯穿速度逐渐下降，且较高的喷油压力下，喷雾贯穿速度下降趋势更加明显；在喷油压力和燃油温度相同时，随着环境温度从25 ℃升高到350 ℃，喷雾过程中的最大喷雾贯穿速度更大，且120 MPa喷油压力下，最大喷雾贯穿速度可达400 m/s。在相同条件下，B5生物柴油油束蒸发持续时间较京标-10号柴油更长，表明生物柴油的加入使得B5生物柴油的沸点升高，相同温度下蒸发能力变差。比较相同条件下B5生物柴油和京标-10号柴油喷雾锥角，京标-10号柴油的喷雾锥角略大，这是由于京标-10号柴油黏度较小，液滴间作用力小，使得喷雾锥角增大。
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  液相等离子制备石墨烯润滑添加剂的摩擦磨损特性

  马青怡，沈岩，袁晓帅，刘志翔，邢传斐，徐久军

  车用发动机. 2021, 0(4): 42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.04.007

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  石墨烯由于其独特的层状结构与滑移特性，可以加入润滑油中作为固体润滑添加剂来改善润滑性能，满足不断强化的柴油机对高性能润滑油的需求。通过液相等离子方法制备了1 nm左右的石墨烯薄片，并运用超声振荡分散法以质量分数0.05%加入RP-4652D润滑油中，采用往复式活塞环-气缸套摩擦磨损试验机，研究了温度对石墨烯润滑油添加剂摩擦磨损性能的影响规律。结果表明：当试验温度为150 ℃，180 ℃，210 ℃时，加入石墨烯润滑油的摩擦系数比未加入石墨烯润滑油时分别降低了10.8%，6.1%，8.8%，气缸套磨损量分别降低了14.0%，7.9%，6.0%；随着试验温度升高，两种润滑油对应气缸套表面珩磨纹逐渐减少，但石墨烯润滑油对应气缸套磨损表面的珩磨纹路保持程度比未加入石墨烯润滑油对应气缸套的好；未加入石墨烯润滑油的气缸套珩磨平台和沟槽内都存在S，P，Zn等摩擦化学反应物成分，而加入石墨烯润滑油的气缸套珩磨平台存在摩擦化学反应物成分，珩磨沟槽基本不存在摩擦化学反应物成分，这可能是软质片层状的石墨烯被带至珩磨表面充当固体润滑剂，对珩磨纹起到填补作用，同时片层状材料的滑移特性减少了气缸套表面摩擦化学反应膜消耗。
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  PCCI柴油机燃用DMC和生物柴油的燃烧活性调节模拟研究

  于奇松，梅德清，涂立志，岳珊，张登攀

  车用发动机. 2021, 0(4): 48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.04.008

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  应用CHEMKIN-PRO化学反应动力学和Converge三维模拟仿真相结合的手段，研究了DMC（碳酸二甲酯）和大豆生物柴油两种酯类燃料对低负荷下采用“预喷+预喷+主喷”喷油策略的PCCI（premixed charge compressed ignition）柴油机燃烧与排放的影响。建立并验证了DMC-柴油混合燃料机理模型，分析了DMC-柴油和生物柴油-柴油两种混合燃料体系中低温下关于OH的反应流。结果表明：添加含氧燃料后OH生成量及反应系统活性增加，B10燃料（在柴油中添加10%质量分数的大豆生物柴油）的OH生成量比D10燃料（在柴油中添加10%质量分数的DMC）高，且随生物柴油掺混量增加而增加。D10燃料对反应系统活性的增加作用体现在整个反应系统中，燃空当量比浓区减少，油气扩散情况较好，而B10燃料反应系统活性的增加作用则仅体现在局部区域中，燃空当量比浓区及局部高温区域增加，但可燃混合气区域缩小。相比于柴油，D10，B10和B48（在柴油中添加48%质量分数的大豆生物柴油）燃料的NO_x排放分别升高了6.2%，5.3%和8.1%，soot排放分别降低了58.1%，23.5%和68.4%。
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  Mo元素对热喷涂铁基涂层组织和摩擦性能的影响

  张海瑜，王芙蓉，王志东，杜双明，刘二勇

  车用发动机. 2021, 0(4): 57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.04.009

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  为解决铝合金发动机缸体耐磨性差的问题，采用等离子喷涂技术在铝合金表面制备了不同Mo含量的铁基涂层（XPT-512-Mo），研究了Mo元素对涂层组织结构及摩擦磨损性能的影响。结果表明：XPT-512-Mo铁基涂层主要由铁素体(F)和Mo相组成，其截面形貌呈现典型的热喷涂层状结构。摩擦磨损性能表明：在干摩擦/油润滑工况下，随着金属Mo的加入，XPT-512-Mo系涂层的磨损率均有所降低，尤其以低Mo含量的XPT-512-30Mo涂层的摩擦磨损性能最为优异，其原因在于涂层磨损表面形成了MoO₃和Fe₃O₄的复合氧化物膜层，促进了氧化物的协同润滑作用，发挥了显著的润滑及减摩作用。
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  高压共轨系统关键参数对油压波动的影响

  张熙烨，陈相安，李思哲，仲皓，张学敏

  车用发动机. 2021, 0(4): 64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.04.010

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  为研究高压共轨系统关键参数对共轨管内油压波动的影响，通过AMESim仿真平台对高压共轨系统进行了建模，并对模型的准确性进行验证。在此基础上研究了喷油压力、喷油脉宽、共轨管直径3个参数对共轨管内油压波动的影响。最后通过R语言对仿真数据进行回归分析，得出各个影响因素与油压波动之间的相关性。研究结果表明：喷油脉宽、喷油压力和共轨管直径均会对油压波动造成影响，在以上3个主要因素中，喷油压力对波动的影响权重达到了80.74%,占据主导作用。
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  高压共轨系统限流阀匹配计算方法

  王敏，康彦红，马梁，杨显锋，李华乐

  车用发动机. 2021, 0(4): 70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.04.011

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  限流阀是高压共轨系统在喷油器卡滞或管路泄漏故障时的压力保护器件，在喷油量或泄漏速度较大时能切断燃油流动。针对限流阀与喷油器进行了匹配计算，通过对物理模型与计算过程的简化处理，导出了限流阀阀芯位移与运动周期计算式，并通过试验测试验证了计算式具有足够的精度。给出了限流阀工作时阀芯3种关闭情况的设计判断依据，绘制了与喷油器特性的匹配图。在应用此结果时，依据喷油器油量与持续期的测试数据，可对限流阀结构参数与喷油器的匹配进行精确的设计。
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  发动机凸轮轴扭振和滚振特性研究

  彭海雄,辛花,陈正虎,王小慧,熊毕伟,兰银在,阎玮,王晓滕

  车用发动机. 2021, 0(4): 79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.04.012

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  采用集中质量法建立了某V12柴油机扭振动力学模型，计算得到了800～2 500 r/min转速范围内的进排气左右凸轮轴负载扭矩激励，对凸轮轴进行了强迫振动仿真，获取凸轮轴各谐次扭转振幅和滚振谐次，并分析计算凸轮轴滚振振幅。结果表明:第4.5，5.0，5.5及6.5谐次主要贡献凸轮轴强迫扭振振幅，在2 500 r/min转速区域时凸轮轴扭振振幅峰值均达到最大值，3谐次的激励力矩是构成滚振的主要成分。分析并获取试验柴油机凸轮轴滚振最佳简谐系数，采用多次近似拟合低转速下的振幅结果以消除滚振误差的方法，建立了凸轮轴滚振计算模型，滚振计算的振幅与扭振动力学模型3谐次简谐振幅在800～1 900 r/min中低转速时幅值比较接近，差值小于0.02°，因滚振发生在较低转速，故滚振计算结果满足要求。该计算体系与研究结论为发动机凸轮轴系滚振的预测与控制提供了建议和参考。
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  基于CFD分析的NO_x传感器监测特性研究

  卞增涛，王奉双，刘兴龙，李俊普，耿磊，李昭阳

  车用发动机. 2021, 0(4): 86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.04.013

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  根据国六柴油机台架上的性能试验经验，某些后处理系统SCR下游NO_x传感器测量的NO_x值与台架气体分析仪的测量值之间存在较大偏差。利用计算流体力学（CFD）技术对两种后处理方案进行计算，分析了尿素喷雾的形态及蒸发分解，对SCR载体前端面和NO_x传感器安装位置的氨分布均匀性进行了评估，针对NO_x传感器探头位置的氨分布偏差值占比进行了分析。仿真结果表明，SCR前氨气不均匀是NO_x传感器测量偏差大的原因，SCR下游增加螺旋混合装置后，测量偏差可从15%降低到0.5%，解决了偏差大的问题。台架试验显示仿真与试验结果吻合良好，证明了CFD分析结果的可信性。