2021年, 第0卷, 第5期　
刊出日期：2021-10-25

  

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  冷起动及暖机工况下双喷射汽油机燃烧和颗粒物排放试验研究

  夏淳，赵廷钰，方俊华，朱磊，黄震

  车用发动机. 2021, 0(5): 1-7.

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  针对起动-暖机工况下冷却水温和喷射模式对发动机燃烧和颗粒物排放的影响进行了试验研究。试验结果表明：低水温和直喷模式均会使缸内燃烧压力降低；燃烧持续期随冷却水温的变化规律在直喷模式和双喷模式下是不同的；使用双喷模式以及升高水温是大幅度降低PN的两种有效手段，且均能使颗粒物的氧化活化能降低。在起动-暖机阶段随着水温的升高，经过优化后的喷射策略可以使发动机一直处于低颗粒物排放状态，有利于颗粒物的氧化。
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  高低压EGR对增压天然气发动机燃烧与排放的影响

  朱赞，董伟，罗坤，黄勇成

  车用发动机. 2021, 0(5): 8-14.

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  通过台架试验对一台增压天然气发动机分别采用高压废气再循环（EGR）和高低压废气再循环系统时发动机的燃烧与排放特性进行了试验研究，并结合数值模拟方法对发动机的能量平衡进行了定量分析，探究不同EGR引入系统对天然气发动机经济性的影响。发动机台架试验结果表明：与高压EGR相比，发动机采用高低压EGR系统时，火焰发展期和快速燃烧期缩短，燃烧相位提前，缸内最高燃烧压力和最大瞬时放热率增加；HC和CO排放降低，NO_x排放增加；燃气消耗率下降4.5%~9.3%。发动机能量平衡分析结果表明：发动机采用高低压EGR系统时摩擦损失增加，泵气损失、传热损失和排气能量损失减少，其中，排气能量损失的减少幅度最大。
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  喷油嘴内部空穴流动试验研究

  郭立新，施东晓，李康宁

  车用发动机. 2021, 0(5): 15-21.

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  在比例放大透明喷油嘴空穴流动可视化试验台上，基于流体力学相似原理，在喷射压力为0.15~1.70 MPa，背压为0.1 MPa，环境温度为20 ℃条件下，使用高速数码摄影，研究了空穴产生、发展过程及对喷雾的影响，并分析了喷射压力、针阀升程对空穴流动的影响。试验表明：在喷油嘴内空穴流动是不稳定的，且会有膜状空穴和线空穴发生。随着喷射压力和针阀升程增大，膜状空穴和线空穴强度范围会增加。膜状空穴和线空穴都会使喷雾锥角增加，线空穴下喷雾对称度要好于膜状空穴。
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  高低压EGR对重型柴油机性能影响的试验研究

  王作峰，仲昆，贾帅，孙婷

  车用发动机. 2021, 0(5): 22-27.

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  针对一台两级增压的高压共轨重型柴油机，围绕高压废气再循环（HP_EGR）和低压废气再循环（LP_EGR）在不同工况下对重型柴油机的两级增压系统、进排气参数和排放特性的影响机理展开试验研究。研究结果表明：不同工况下，仅开低压EGR对柴油机的两级增压系统、进排气参数基本无影响，而仅开高压EGR对以上参数影响较大；中速中高负荷在开低压EGR时，可明显改善NO_x与燃油消耗率（BSFC）和NO_x与烟度的Trade-off关系；而高速开高压EGR时，也可明显改善NO_x与BSFC的Trade-off关系，但烟度会出现小幅度恶化趋势；在高速高负荷点开高压EGR时，存在由于泵气损失降低带来油耗下降和燃烧恶化带来油耗升高的平衡点，但在高速低负荷点并未出现类似平衡点；在高低压EGR分配策略方面，中速中高负荷时以低压EGR为主，高速低负荷时以高压EGR为主，高速高负荷时以高压EGR为主，低压EGR为辅，从而实现较低原排的同时拥有较好燃油经济性和烟度。
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  压电喷油器动态响应特性试验研究

  刘晨，刘振明，陈萍，刘景斌

  车用发动机. 2021, 0(5): 28-33.

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  针对自主设计研制的压电喷油器，利用喷油规律测试仪，试验研究了压电喷油器的喷油规律，并分析了喷油器在不同轨压和控制脉宽下的动态响应特性和喷射能力。结果表明：在不同轨压和控制脉宽下喷油器进行喷射时，喷油持续期较为稳定；当轨压从120 MPa增加到160 MPa时，喷油开启响应延迟仅增加了约14.5%；当控制脉宽从1.0 ms增加到2.5 ms时，喷油关闭响应延迟减小了约14.9%；喷油器进行多次喷射时，主预喷标准差分别仅为0.4和0.3左右。
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  入口流场对进气歧管进气均匀性的影响研究

  朱晨虹，郭迁，李楠，黄英铭，陈良，吴广权

  车用发动机. 2021, 0(5): 34-41.

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  进气歧管的进气均匀性是发动机的重要性能指标，仿真计算是指导进气歧管设计优化的重要手段，仿真过程是否合理对计算结果的影响较大。针对两款采用行业内最常用计算数据模型和计算工况将均匀性已优化合格的进气歧管，利用star-ccm+软件分别比较其仿真模型在考虑不同的质量流量、节气门角度、入口管路等因素后的进气均匀性差异，探究更精细化计算模型。结合稳流试验台测得的流量系数偏差用以证明计算结果及计算设置模型的可靠性，并结合计算流场和流体理论的分析，最终得出：选取单一质量流量或压差作为计算输入较合理；节气门阀板角、节气门前进气弯管等更贴近实际的入口结构因素对进气均匀性的计算结果存在较大影响，以上因素使得用初始模型已优化至1%以内的歧管不均匀度呈现3~10倍不等的恶化；另外，节气门前后的直线段长度对均匀性也有影响。
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  多次喷射喷雾脉宽与控制信号脉宽对应关系研究

  赵志帅，徐丹，孙柏刚

  车用发动机. 2021, 0(5): 42-46.

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  供油系统电磁延迟和液力延迟导致实际喷射脉宽与控制信号脉宽之间存在差异。利用由喷雾图像获取的喷雾脉宽作为实际喷射脉宽，对喷雾脉宽与控制信号脉宽之间对应关系进行研究。研究结果表明：单次喷射喷雾脉宽大于控制信号脉宽，且脉宽差量随着喷射压力增大而缩小，与背景气体密度基本无关；多次喷射喷雾脉宽大于控制信号脉宽，且脉宽差随着喷射压力增大而缩小；两次喷射喷雾间隔小于控制信号喷射间隔，且喷射间隔差在不同压力、预喷油量、控制信号间隔下保持不变；燃油融合现象发生的实际临界喷射间隔时间小于由喷油规律所获取的临界喷射间隔时间。本研究提出了利用喷雾对供油系统喷射脉宽进行研究的新思路，并为多次喷射控制策略的优化提供指导。
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  柴油机缸内介质燃烧温度测试及验证

  孔祥鑫，刘峰春，冀树德，马东元，魏鹏程，黄旭

  车用发动机. 2021, 0(5): 47-51.

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  针对某高功率密度柴油机缸内高热压缩介质燃烧温度测试需求,在传统测温方法因受适用性、可行性、测试效果等限制无法应用的情况下，研究了一种基于红外测温原理的双色红外温度测试方法，设计了双色红外测温系统，并在目标柴油机上进行了系统集成与试验验证。结果表明：同转速下目标柴油机功率越高，缸内循环平均瞬态最高温度越高；缸内温度与缸内压力在时域上具有周期一致性；单个工作循环内，缸内最高温度的出现时刻在最高压力时刻之后，处于燃烧缓燃期末段。验证结果表明了测试方法的有效性。
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  低压EGR冷凝水对压气机叶轮性能和结构破坏的影响研究

  彭文，孙云龙，陈良，吴广权，占文锋，段心林

  车用发动机. 2021, 0(5): 52-57.

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  在发动机与整车上对低压EGR系统冷凝水的研究表明，压气机前管路中存在的气流裹挟的水珠和沿壁面流动的稀疏水膜对压气机叶轮构成潜在损伤风险，此外压前管路存在积水区，积聚的冷凝水遇冷结冰而被吸入也将对压气机叶轮形成潜在的损伤风险。针对以上情形分别设计试验，结果表明压气机叶轮主要受气流裹挟进入的冷凝水损伤，壁面流形式的冷凝水对叶轮几乎无损伤，在有限次数的极端情况下，压前冷凝水积聚区结冰对叶轮损伤的风险也很小，而叶轮镀层的应用能够显著降低冷凝水对叶轮的损伤，因此设计上应尽量减少随气流裹挟进入压气机的冷凝水。本研究为低压EGR系统设计以及压气机叶轮预防低压EGR系统冷凝水破坏提供了设计参考。
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  复合混流式中冷器性能研究

  张博峰，索建秦，王芳兰

  车用发动机. 2021, 0(5): 58-62.

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  为了解决车用空-空中冷器内部气体流动均匀性差的问题，提出了复合混流式中冷器的概念。基于计算流体力学（CFD）方法和试验方法，对基准模型中冷器和复合混流式中冷器的性能进行对比分析。结果表明：在相同的工况条件下，将基准模型中冷器更换为优化结构中冷器，发动机的功率将增加1.54 kW。
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  高温下材料退化对连杆小头摩擦副失效的影响

  许尚杰，覃文洁，高丽英，肖敬伟

  车用发动机. 2021, 0(5): 63-68.

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  温度升高会导致材料的力学性能退化，对连杆小头的变形、连杆与衬套的结合状态都会产生较大的影响，可能导致连杆小头轴承润滑不良、衬套松脱等失效现象。针对某柴油机连杆小头摩擦副，本研究利用多体系统动力学及有限元仿真分析了高温状态下材料退化对连杆小头衬套内孔变形的影响，结果表明，温度达到150 ℃后衬套内孔的变形过大，已无法保持与活塞销之间良好的润滑状态。通过有限元计算分析了材料退化对连杆小头与衬套之间接触状态的影响，结果表明温度升高会导致接触面滑移区域扩大、黏着区域减小，衬套更容易发生松脱。通过衬套的压出试验考察了材料退化对连杆与衬套结合力的影响，结果表明，温度由300 ℃降至常温后衬套的结合力锐减，并结合有限元计算，证明了300 ℃时衬套已产生较大的塑性形变，导致降至常温后变形无法消除而容易产生滑移松脱。
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  压气机叶轮失效转速预测方法研究

  景国玺，张文凯，张军海，刘欣源，花琳

  车用发动机. 2021, 0(5): 69-75.

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  增压器工作转速极高，在工作时会出现转速急剧上升的情况，若叶轮破裂，将对增压器造成灾难性后果。在产品研发前期，利用数值模拟方法获得压气机叶轮的最高失效转速有着重要的意义。开展叶轮材料2A70拉伸试验，建立材料弹塑性本构模型，为叶轮仿真模拟提供材料边界。通过压气机叶轮的超转速破坏试验和压气机叶轮的仿真模拟研究，提出基于Mises应力、主塑性应变和等效塑性应变能3种叶轮失效转速预测方法，并对3种方法进行分析比较。研究结果表明：Mises应力预测失效转速的方法精度最高，相对试验偏差为4.2%；等效塑性应变能和主塑性应变预测失效转速的方法偏差相对较大，相对试验偏差分别为6.9%和8.8%；3种预测方法最大失效转速均偏大。
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  重型商用车电控硅油风扇控制策略优化研究

  毕道坤，刘威亚，陆增俊，唐荣江，粘权鑫

  车用发动机. 2021, 0(5): 76-80.

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  针对传统重型商用车冷却系统电控硅油风扇控制策略不完善导致油耗偏高的问题，提出一种基于发动机水温和空调压力协同控制的风扇控制策略。将发动机水温对风扇转速的影响更改为90~98 ℃的无级调速闭环控制，考虑了空调制冷剂的具体压力值，利用PID控制算法，将二者协同作用于风扇转速的调节。基于协同控制策略，在某重型商用车上进行了实车电控标定验证和油耗测试试验，结果表明，在满足发动机工作水温控制和空调使用的前提下，可以改善整车运行油耗3%左右。
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  直喷发动机燃油喷雾特性经验公式定量研究

  王森，顾鹏，袁志远，徐宏昌

  车用发动机. 2021, 0(5): 81-86.

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  基于对节能减排的需求，直喷发动机喷雾特性受到研究人员广泛关注。大量试验与数值仿真方法被应用于对直喷喷雾特性的测量与预测中。其中，基于试验的研究以获取描述喷雾特性的经验公式为目的展开。此类研究可获得大量数据，而从中提炼的经验公式对于实际喷雾系统的优化具有指导意义。然而经验公式法本身存在较大局限性，多数经验公式只适用于特定或若干工况，且其假设的先决条件往往不完全符合实际燃油雾化环境。此外，不同经验公式获取的结果由于其参数选取、试验条件不同，彼此间存在一定的差异。因此，如何评价喷雾特性经验公式的普适性是领域内亟需解决的问题。本研究以独立试验为基准，定量比较了现有文献中主流经验公式的预测结果，并根据特定工况预测结果偏差对各经验公式的局限性进行了阐述，对于下一代汽油机设计与燃油雾化系统优化具有一定的指导价值。
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  汽油机电动增压系统研究

  黄英铭，吕伟，李云龙，占文锋，韦静思，徐琳

  车用发动机. 2021, 0(5): 87-92.

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  为改善某2.0 L涡轮增压发动机的低速性能，提高发动机的最大功率，提出了由电动增压器加涡轮增压器组成的复合增压系统，重新匹配涡轮增压器并优化发动机压缩比。通过GT-Power软件建立复合增压系统仿真模型，用于复合增压系统选型工作和发动机的性能预测。最终确定了设计方案，通过台架试验验证了该复合增压系统能显著地提高发动机的低速扭矩、瞬态响应和最大功率，为后续高性能发动机的开发提供了可行的技术方向。