2021年, 第0卷, 第6期　
刊出日期：2021-12-25

  

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  增压直喷汽油机超级爆震发生机理以及爆震抑制的试验研究

  苗瑞刚，曾小春，曹黎明，景国玺

  车用发动机. 2021, 0(6): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.06.001

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  开发高增压缸内直喷汽油机面临的最大挑战是其在低速大负荷工作时所遇到的低速提前点火以及由此引发的超级爆震。对某1.5 L高增压发动机低速提前点火的发生机理以及爆震强度的抑制方法进行了试验研究。试验结果证明，超级爆震强度受空燃比、冷却液的温度，以及燃油对曲轴箱机油的稀释等因素的影响。合理控制缸内混合气点火条件及燃烧的参数可以有效地控制超级爆震的强度。
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  烟度限制策略对柴油机瞬态性能的影响研究

  申立忠，文洁，王正江，黄粉莲，万明定

  车用发动机. 2021, 0(6): 9-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.06.002

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  针对柴油机瞬态工况出现冒烟的问题，设计了一种基于扭矩协调的烟度限制控制策略，实现了柴油机瞬态工况下烟度的控制，系统研究了不同过量空气系数（φ_a）限值对柴油机瞬态工况下动力性能和排放的影响。结果表明：φ_a限值可以限制柴油机瞬态过程中的循环喷油量，保证期望的过量空气系数，从而限制炭烟的排放。φ_a限值为1.51时，烟度较低，与φ_a限值1.01对比，1 200 r/min和3 200 r/min转速下烟度峰值降幅分别达到85%和88%；φ_a限值为1.51时，瞬态动力响应较慢，与φ_a限值1.01对比，1 200 r/min和3 200 r/min转速下瞬态响应分别延迟了58%和57%。为了确保柴油机满足瞬态工况下的动力性需求，防止瞬态过程过量空气系数过小而导致过高的烟度，应该标定合适的φ_a限值。
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  进气掺氢对柴油-天然气双燃料燃烧特性的影响

  彭益源，庞晨晨，张韦，陈永，范吉文，陶丽

  车用发动机. 2021, 0(6): 16-23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.06.003

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  为了提高柴油-天然气（DN）双燃料发动机在中、低负荷时的燃烧效率，降低一氧化碳（CO）和未燃碳氢化合物（UHC）排放，以D19高压共轨柴油机为研究机型，构建了发动机燃烧室CFD模型，通过3D-CFD耦合柴油天然气氢气（DNH）三燃料化学动力学机理，进行数值模拟，研究了进气掺氢对DN发动机燃烧及排放特性的影响。结果表明：在进气内掺入20%的H₂，可促进缸内关键自由基生成，加快天然气（NG）燃烧速率，使燃烧效率达到95.7%，与不掺H₂时相比提高了11.3%；而掺入25%的H₂，可使总碳氢化合物（THC）减少49.0%，CO降低37.4%，CO₂下降12.7%。
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  有效压缩比及再循环废气对直喷汽油机燃油消耗的影响

  陈砚才，李云龙，林思聪，李钰怀，刘强

  车用发动机. 2021, 0(6): 24-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.06.004

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  针对一款2.0 L自然吸气缸内直喷汽油机，通过调整配气相位，试验研究了有效压缩比和外部EGR对发动机燃油消耗的影响。研究结果表明：有效压缩比对燃油消耗率影响显著，降低有效压缩比，能够抑制爆震，改善燃油消耗。试验所选工况范围内，低有效压缩比相对高有效压缩比方案燃油消耗率降低2.7%，热效率提升1个百分点，但低有效压缩比情况下，由于进气持续时间过长，活塞达到下止点后缸内工质的推出量过大，对整体性能的影响较为显著。通过引入外部EGR可改善燃烧过程，燃烧重心有所提前，EGR率达到21%时，燃油消耗率降低约6.8%。EGR率过大会导致燃烧放热过程变缓，滞燃期和燃烧持续期显著延长，同时过高的EGR温度会加剧爆震，导致燃油消耗率恶化。
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  电动增压动态响应特性试验研究

  丁占铭，孔冰，程振宇，王晓远，张岩，曹晓琳

  车用发动机. 2021, 0(6): 30-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.06.005

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  为了探明电动增压器响应规律，开展了动态工况下电动增压器电学参数、转速及进出口压力变化规律的试验研究。试验结果表明：电动增压器电流响应时间为毫秒级，目标转速突变时相电流有效值呈阶跃变化；转速和压力的响应时间均为秒级。升速情况下，不同转速变化范围时相电流有效值的响应规律近似，因而相电压、转速、压力等参数的变化曲线均部分重合。转速升高范围较大时转速和压力出现超调现象，说明电动增压器应视为二阶或高阶非线性系统。降速工况下，转速变化范围会影响相电流的动态变化规律，且同样转速变化范围下降速工况的响应时间明显长于升速工况，这体现出升速和降速工况下不同的控制策略。针对电动增压器喘振工况这一特殊不稳定工况开展了动态试验研究，发现相电流有效值、转速、压力均存在显著的喘振频率分量，而相电流的瞬时值没有喘振频率分量。
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  气缸盖疲劳开裂载荷机理分析与研究

  李鹏，周海涛，王根全，吕振国，胡定云，文洋

  车用发动机. 2021, 0(6): 37-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.06.006

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  以某柴油机气缸盖为研究对象，针对其在试验过程中出现的开裂问题，利用仿真分析手段，从冷却流场、温度场、应力、变形、疲劳安全系数等多个维度对气缸盖的受力状态进行评估，以探寻导致该气缸盖失效的载荷作用机理和疲劳开裂机制。研究结果表明，仿真评估模型中疲劳安全系数最低的区域与实际使用过程中的开裂位置一致，该区域在温度载荷和气体力载荷构成的疲劳循环载荷作用下发生开裂。
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  曲轴箱通风口海拔模拟条件对柴油机运行的影响

  张兴刚，孔冰，冀树德，刘志刚，张探军，魏鹏程

  车用发动机. 2021, 0(6): 42-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.06.007

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  针对柴油机进排气高原环境模拟装置在应用中存在的问题，基于活塞、活塞环、气缸套形成的几何密封结构，确定了缸内气体向曲轴箱流动形成的气室，进一步构建环间气体窜出流量的数学模型，运用迭代计算方法推演计算了各个气室气体压力和气体流量的变化，分析了曲轴箱通风口与进排气管路模拟海拔不一致时活塞窜气影响和增压器轴系润滑密封问题，最后进行试验验证。研究结果表明，海拔4 500 m时曲轴箱通风口处于相同海拔环境条件，曲轴箱通风口窜出废气流量要比处于试验室环境条件时窜出气体流量大，增加0.4 L/min。此外，曲轴箱通风口处于试验室环境条件时，压气机背盘两侧气体压力差异会使间隙空间形成很大的负压，导致润滑增压器轴承的机油窜入进气管路。
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  丁醇汽油混合燃料在缸内直喷发动机中的燃烧特性研究

  王鸿雨，孙哲，李雪松，许敏

  车用发动机. 2021, 0(6): 49-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.06.008

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  为探究丁醇对发动机燃烧的影响，选取甲苯标准参考燃料（TPRF）与各类丁醇的同分异构体的混合燃料进行了发动机可视化试验研究。试验基于直喷点燃式光学发动机，结合高速摄影及缸内压力测试等手段，进行了不同TPRF-丁醇燃料的火焰图像处理及分析，并结合燃烧分析仪测试了发动机的燃烧性能。试验结果表明：正丁醇与TPRF的混合燃料的火焰速率及火焰面积扩张速率最高，而叔丁醇与TPRF的混合燃料最低；丁醇的添加会抑制TPRF的着火倾向，导致燃烧持续期和着火延迟期明显延长，延长效果由大到小依次为叔丁醇、仲丁醇、异丁醇、正丁醇；由于丁醇的热值更低，黏度和汽化潜热更高，掺混丁醇后发动机平均有效指示压力也有显著降低。
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  微合金化对汽车发动机缸体材料性能影响的试验研究

  冯松，祖润青，何怡

  车用发动机. 2021, 0(6): 54-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.06.009

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  以生铁、硅铁、废钢以及增碳剂等为主要原料，以Mo、Ni、V以及Nb作为合金化元素制备了汽车发动机缸体用铸铁材料，采用砂型铸造并进一步进行热处理获得样品，对其进行力学及耐磨性试验。试验结果显示：当Mo和Nb添加量为0.16%，Ni添加量为0.3%时，各项性能较优，能够获得较好的综合性能，此时铸铁材料样品的抗拉强度为315.6 MPa，显微硬度为223 HB，冲击功为7.6 J/cm²，磨损60 min后磨损量为0.089 g，热疲劳寿命为985次。合金元素的加入可以使铸铁内部珠光体组织片间距减小，同时可以细化石墨，形成细小的石墨团，部分合金元素可在基体中产生固溶强化作用。
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  米勒循环对增压直喷汽油机燃烧性能影响的模拟研究

  张国刚，王斌

  车用发动机. 2021, 0(6): 59-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.06.010

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  米勒循环通过改变配气策略实现膨胀比大于实际压缩比的效果，从而提高发动机的热效率并降低燃油消耗率，因此被认为是改善小型GDI发动机燃油经济性的重要途径之一。然而，关于米勒循环对汽油机燃烧性能影响的微观机制并不明确，因此利用一维仿真软件GT-POWER和三维CFD软件CONVERGE，针对不同米勒循环策略对GDI发动机的进气以及缸内燃烧过程的影响进行了数值模拟研究。结果表明：在中低转速时，进气门早关策略在改善发动机燃油经济性方面要优于进气门晚关策略，同时不会对扭矩造成太大的负面影响；而进气门晚关能够显著提高燃烧过程中的缸内湍动能，增强油气混合过程。此外，在着火后，进气门晚关的缸内整体温度比进气门早关的低，同时高温区域较小，因此在抑制发动机爆震方面的能力要优于进气门早关策略。
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  表面处理对活塞环摩擦磨损性能影响的试验研究

  谢纬安，瞿磊，王忠，蒋安

  车用发动机. 2021, 0(6): 66-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.06.011

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  活塞环与缸套的摩擦磨损对内燃机动力性、经济性及可靠性有重要影响。本研究通过圆盘式摩擦磨损试验机对活塞环与缸套的摩擦学性能进行试验，考察了未经处理表面、镀铬表面和PVD表面活塞环的摩擦特性，重点分析了摩擦系数、表面摩擦形貌以及磨损量。结果表明：相比未经处理表面，镀铬和PVD处理均能有效减小活塞环配对副摩擦系数，其中PVD环配对副摩擦系数随时间的变化稳定；未经处理表面呈现磨粒磨损特征，镀铬处理表面呈现抛光磨损特征，PVD处理表面呈现塑性变形特征；镀铬处理在减小活塞环磨损的同时增大了配合缸套的磨损，PVD处理在进一步减小活塞环磨损的同时配合缸套的磨损也较小。总体上，3种表面的活塞环中，PVD处理活塞环表现出了最优的摩擦学性能。
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  基于连续小波变换的柴油机涡轮增压器振源识别

  刘贵升，张岩，张昊，景国玺，曹晓琳，刘海

  车用发动机. 2021, 0(6): 71-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.06.012

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  柴油机涡轮增压器高频振动严重影响到柴油机及整个动力系统的运转可靠性。针对涡轮增压器的主要振源进行识别分析研究，可有效地指导振动控制和本体振动响应优化。针对涡轮增压器本体振动响应具有的高频、宽频带、时变非稳态等特征，利用连续小波变换方法在信号处理中具有的多尺度计算分析频率、精准定位发生时间等时频特性优势，开展瞬态激励下动态振源信号识别分析研究。结合涡轮增压器结构特征及工作原理，对瞬态工况下涡轮增压器振动响应的主要振动源进行识别分析研究，获得气动载荷、转子质量不平衡等激励下的时频特性。通过解析稳态工况（50 513 r/min）下涡轮增压器的振动响应频谱特征信息，结合涡轮增压器结构特征，对涡轮增压器主要振源识别结果进行分析验证。研究结果表明：连续小波变换方法可直观、精准识别涡轮增压器本体振源时频特征。在瞬态工况和稳态工况下，涡轮增压器本体振动受气动载荷激励冲击影响最大，主要表现为叶片通过频率处的空气冲击振动和高频宽频带的结构振动。在稳态工况下，涡轮增压器受转子质量不平衡激励影响明显，主要表现为转频及倍频处发生振动响应峰值现象。
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  基于1DCNN与双通道信息融合的柴油发动机故障诊断

  白雲杰,贾希胜,梁庆海,马云飞,白华军

  车用发动机. 2021, 0(6): 76-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.06.013

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  针对传统单通道振动信号诊断方法只能采集部分信息用于局部诊断，而多通道信号融合权重确定困难、实时性差的问题，提出一种基于深度一维卷积神经网络（Onedimensional Deep Convolutional Neural Network，1DCNN）与双通道信息融合的柴油发动机故障诊断方法。通过搭建柴油发动机预置故障试验台，将传感器配置于发动机不同位置以采集发动机运行过程中的双通道故障信号，分别提取振动信号中的最大值、最小值、峰峰值、均值、整流平均值、方差、标准差、峭度等14个特征，构建特征集矩阵并利用主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）进行特征融合，输入深度一维卷积神经网络，实现对发动机不同故障状态的诊断。试验结果表明，该方法可以有效识别发动机不同的故障状态，与单通道信号诊断相比，所提出的双通道信息融合方法在发动机故障诊断中具有更好的效果。
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  电控汽油喷油器开启延迟时间检测方法研究

  谢宏斌,蒋兆杰,刘轩铭,高崴，杨世杰,毕仕强

  车用发动机. 2021, 0(6): 82-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2021.06.014

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  提出了一种新型电控汽油喷油器开启延迟时间在线检测方法，该方法通过分析喷油器的驱动电流波形来检测喷油器开启延迟时间。由于喷油器电磁阀衔铁完全吸合时喷油器才会完全开启，驱动电流在电磁阀衔铁完全吸合时会产生明显的电流拐点。该方法构建一种硬件电路以及检测逻辑，能在驱动电流出现拐点的时刻触发可检测的脉冲。通过分析触发脉冲的延迟时间以及脉宽，可准确得到喷油器开启的延迟时间。该技术不仅可以用于喷油器的出厂检测和日常维修，还可以移植到ECU中，在线检测喷油器的延迟时间，为喷油正时策略提供补偿依据。