2022年, 第0卷, 第1期　
刊出日期：2022-02-25

  

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  SCR催化剂铂中毒对DeNO_x性能影响的研究

  于津涛，满恒孝，张瑜，齐俊学，张汝晓，王建东

  车用发动机. 2022, 0(1): 1-6.

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  随着排放法规日趋严格，DOC-DPF-SCR后处理系统越来越广泛地应用于柴油机。位于SCR催化剂上游的DOC催化剂，其主要活性组分为贵金属铂、钯，氧化态贵金属在高温时可以气化，并能随排气迁移至SCR催化剂表面，在SCR催化剂上沉积，造成SCR催化剂贵金属中毒。将台架试验后中毒的催化剂制备成小样，并对催化剂进行了性能探究，发现贵金属中毒主要影响DeNO_x的高温阶段（300 ℃以上）效率；同时在试验室制备两种模拟中毒样件：掺杂涂覆样件和表面涂覆样件，研究了SCR催化剂Pt中毒的现象并分析中毒后的反应机理。掺杂涂覆500×10^－6样件试验结果表明，贵金属中毒后催化剂氧化能力显著提升，氨气泄漏量在350 ℃降低至0；而选择性还原能力大幅下降，NO_x转化效率在450 ℃下降至56.3%。表面涂覆50×10^－6样件试验结果与掺杂涂覆500×10^－6相当。两种涂覆方法研究结果表明，中毒主要发生在表层，导致内层催化剂利用率低，吸附的氨气很难传递进催化剂内层，被直接氧化为NO_x和N₂O，导致NOx转化效率降低。
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  汽油发动机润滑系统试验研究

  郭良锐，何志良，何炎迎，吴广权，占文锋

  车用发动机. 2022, 0(1): 7-11.

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  发动机润滑系统的设计会影响发动机的燃油经济性，主要介绍了某自主研发42.1%热效率发动机润滑系统设计思路。通过试验研究了润滑系统机油流量，对比分析了不同设计方案对发动机润滑系统的影响以及对发动机倒拖摩擦功的影响。研究表明，通过使用全可变机油泵、低黏度发动机油、油道节流孔、低张力活塞环、合理的机油加注量等方式，能够降低整机倒拖摩擦功，提高发动机效率。
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  湍流射流点火燃烧特性的模拟研究

  桑海浪，姜淑君，李志杰

  车用发动机. 2022, 0(1): 12-18.

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  稀薄燃烧策略可以在提高燃料效率的同时减少污染物排放，而预燃室式湍流射流点火技术作为一种强点火方式能够有效提高燃烧稳定性。采用数值模拟手段对稀薄混合气湍流射流点火燃烧特性进行研究。结果表明：在混合气过量空气系数（φ_a）为1.5的情况下，湍流射流点火相较传统火花塞点火最高燃烧压力提高66.4%， NO_x排放相较当量比燃烧降低93.9%；增加预燃室辅助燃料能够提高热射流初始动能，改善射流火焰结构，加速主燃室混合气消耗速率；在湍流射流点火模式下主燃室湍动能出现两个波峰，湍动能的增加对燃烧起到促进作用。
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  双层分区燃烧系统对高强化柴油机性能的影响

  柴帅，张翠平，陈琛，王柯莹，温蓉蓉，孙彦斌

  车用发动机. 2022, 0(1): 19-24.

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  柴油机的燃烧系统是混合气形成质量的关键。为改善某高强化柴油机的燃烧和排放性能，在保证原机压缩比不变的条件下，设计了一种双层双弧脊分区燃烧系统——双层燃烧室匹配双排喷孔，并基于计算流体力学软件Converge进行数值模拟，研究不同上下排喷孔油束夹角对缸内燃烧和排放的影响。研究结果表明：新设计的燃烧系统的燃烧和排放性能均优于原机，上下排喷孔油束夹角会影响燃油在上下层弧脊处的分配，较大的上排喷孔油束夹角有利于对燃烧室顶隙空间的利用和上层弧脊下侧混合气的形成，较小的下排喷孔油束夹角有利于燃烧室底部凹坑附近空气利用率的提高和混合气分布范围的增加。因此，需要对上下排喷孔油束夹角进行合理的选择和匹配，使得发动机的整体燃烧和排放性能达到最优。
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  不同喷射策略下CRDI柴油机燃用柴油-桐油-乙醇混合燃料的燃烧与排放特性

  张丹，祁东辉，沈言锦，刘助春

  车用发动机. 2022, 0(1): 25-30.

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  在1台共轨直喷（CRDI）柴油机上开展了不同喷射策略下桐油、乙醇与柴油混合燃料的燃烧和排放特性研究。试验结果表明：与0号柴油相比，混合燃料的着火延迟期稍长，缸内压力峰值和放热率较高，但燃烧持续期稍短；随着桐油和乙醇体积分数的增加，有效热效率（BTE）也随之增大。在低负荷时，混合燃料的CO和HC排放较高，且随着桐油和乙醇所占体积分数的增大而增加；混合燃料的NO_x排放在低负荷时较低，在高负荷时略高；在高负荷时，混合燃料的炭烟排放大大减少。总体而言，混合燃料中乙醇对发动机性能的影响比桐油大。
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  柴油-甲醇混合燃料多环芳香烃形成的影响因素研究

  钱怡凯，王忠，李瑞娜，刘帅，李立琳

  车用发动机. 2022, 0(1): 31-39.

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  以柴油-甲醇燃料为研究对象，探究柴油-甲醇混合燃料燃烧对多环芳香烃（PAHs）生成的影响规律。将AVL-Fire和Chemkin耦合，构建正庚烷-甲苯-PAHs化学反应动力学机理并验证，采用Chemkin中的均质零维反应模型进行仿真模拟，研究了柴油甲醇混合燃料不同掺混比、初始温度、初始压力、当量比对多环芳香烃苯、萘、菲、芘（A₁~A₄）的影响。结果表明：随着甲醇掺混比从0%增加到20%，A₁~A₄的摩尔分数峰值降幅分别为5.4%，14.6%，21.5%，28.1%，总生成率的谷值升高率分别为0.86%，18.91%，20.84%，23.54%，说明PAHs的苯环数越多，受甲醇的抑制作用相对越明显；从反应路径中可以看出，甲醇在燃烧中分解形成H₂、OH、H等，更多地加入到消耗PAHs的反应路径中，尤其是苯环数较多的PAHs；随着初始温度从1 000 K增加到1 200 K，缸内温度急剧升高的时刻提前，A₁~A₄摩尔分数峰值分别上升了0.67×10^-5，2.43×10^-10，5.23×10^-14，0.93×10^-14，说明初始温度增加有利于加速PAHs的生成；随着初始压力从0.1 MPa增加到1 MPa，A₁~A₄的峰值到达时刻均有所提前，大约提前了27 ms，提前幅度为93%，甲醇分子裂解形成的自由基与PAHs前驱体反应更加剧烈，有利于促进PAHs的生成；当量比从0.5增加到1.5，A₁~A₄的摩尔分数峰值升高率分别为1 486%，1 194 900%，79 249 900%，29 269 900%，当量比的增加导致燃烧局部缺氧，显著地促进了PAHs的形成。
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  喷油定时对GDI汽油机燃用含水乙醇汽油的燃烧和颗粒排放的影响

  李菲，张小敏，陈振斌，宁萍，刘祥

  车用发动机. 2022, 0(1): 40-45.

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  在1台2.0 L直列4缸GDI汽油机上，分别燃用汽油、含水乙醇汽油E10W、E20W，保持转速和平均指示压力不变，在不同喷油定时下分析汽油、E10W、E20W的燃烧特性和颗粒物排放特性。结果表明：随着喷油定时的推迟，缸内压力、放热率和缸内平均温度三者峰值均呈现下降趋势，且放热率和缸内平均温度峰值位置推迟。燃用含水乙醇汽油E20W的CO和THC排放与燃用汽油相差不大，燃用E10W的CO和THC排放均比燃用汽油高；燃用E10W和E20W的NO_x排放量比燃用汽油高。燃用E10W和E20W排放的颗粒物数浓度相对燃用汽油有较大幅度的降低；三种燃料颗粒物总数浓度、核态和积聚态颗粒物均在喷油时刻为300°BTDC时达到最小值；随着含水乙醇含量的增加，颗粒物粒径的最大值呈减小趋势，且积聚态颗粒物数浓度也降低。
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  不同裂解条件对甲醇-柴油高温裂解产物的影响研究

  张美娟，贾茹，李游，王忠

  车用发动机. 2022, 0(1): 46-51.

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  采用石英管式流动反应器试验装置，配置不同体积掺混比（M0，M5，M10，M15）的甲醇柴油混合燃料作为试验燃料，采集了混合燃料在不同裂解温度和甲醇掺混比下的裂解产物。应用气相色谱质谱联用仪GC-MS，对不同裂解条件下12种烃类产物的摩尔分数变化规律进行了研究；采用微克天平和扫描电镜SEM，对甲醇柴油混合燃料裂解生成的炭烟产率及形貌特征的变化规律进行了研究。结果表明：裂解过程中，裂解温度高于973 K时，烷烃和芳香烃的摩尔分数变化率降低，芳香烃的摩尔分数增加，相比于923 K，裂解温度为973 K，1 023 K和1 073 K时，炭烟产率分别增加了1.7倍、5.1倍和11.6倍；甲醇掺混比增加，烃类物质摩尔分数和炭烟产率降低；裂解温度增加，炭烟的平均粒径降低，乙烷、丙烷、丁烷及丙烯、丁烯、丁二烯的浓度降低；甲醇掺混比增加，炭烟的平均粒径降低，乙烯的摩尔分数增加。
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  基于阿特金森循环的电动汽车增程器开发

  武欣，赵凯绅，齐国海，翟磊，孙备，李倩倩，张勇

  车用发动机. 2022, 0(1): 52-57.

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  增程式车用发动机更加关注电驱动车辆行驶工况下，电机驱动功率道路行驶阻力功率平衡状态时的发动机燃油经济性。基于这种特点，开发了一种增程式电动车辆专用发动机，发动机工作循环采用基于阿特金森循环的高膨胀比设计，发动机可以提供额定35 kW的发电功率输出。匹配车辆后，对比同等动力水平下的传统奥托循环发动机与阿特金森循环增程器的整车等速行驶经济性，结果表明，采用阿特金森循环的发动机增程器具有更高的经济性和更广泛的车型覆盖能力。
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  氢燃料电池发动机热管理系统的控制方案研究

  李文浩，方虹璋，杜常清，卢炽华

  车用发动机. 2022, 0(1): 58-63.

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  针对目前氢燃料电池发动机系统在变载过程中存在的电堆温度波动较大、热管理子系统响应速度慢等问题，提出了基于电堆功率、电堆进出口冷却液温差、冷却液流量等多参数跟随的热管理控制方案。利用AMESim仿真软件对某款氢燃料电池发动机的热管理系统建立了一维仿真模型，并在典型工况下对不同控制方案进行仿真分析。结果表明：水泵转速跟随电堆功率及电堆进出口温差的控制方案以及散热风扇转速跟随电堆出口温度及冷却液流量的控制方案能有效降低电堆温度波动、提高热管理子系统的响应速度，为在变载工况下控制氢燃料电池发动机系统提供了解决方案。
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  多模式混合动力汽车控制策略研究

  杨永军，李忠利，贾方，韩建刚

  车用发动机. 2022, 0(1): 64-70.

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  针对目前混合动力汽车结构的优缺点及发展现状，提出一种双电机双离合器混合动力结构，在该结构下可实现多种驱动形式，综合各模式优势，可充分利用发动机、电机及电池特性，尽可能地节省能耗。在该混动结构下搭建了基于逻辑门限值和基于ECMS的瞬时优化能量管理策略，仿真及试验分析表明，基于ECMS的瞬时优化能量管理策略与基于规则的策略相比，在一个NEDC工况循环内可使能耗降低6%。针对目前控制策略的合理性及优化算法的有效性缺乏评价标准的现状，以NEDC工况循环为例，从计算汽车行驶阻力功的角度提出一种评价方法，用以验证不同的能量管理策略下汽车的燃油经济性以及后续的优化空间。
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  柴油机SCR系统混合器优化设计与仿真分析

  刘强，柴洋，胡晓艳，张晓丽，石代龙，张萌

  车用发动机. 2022, 0(1): 71-77.

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  针对国六轻型柴油机混合器存在的NH₃均匀性问题，通过计算流体力学（CFD）对SCR系统内NH₃分布进行仿真研究，设计NH₃分布测试试验对仿真模型进行验证，优化设计混合器结构，研究了不同混合器方案对流场结构、SCR前端面NH₃均匀性和系统背压的影响。结果显示：仿真模型计算的NH₃分布与试验分布趋势具有较强的一致性；优化后的混合器B2方案NH₃均匀性可以达到0.97，远高于原混合器的0.88，同时背压由22.3 kPa降低到19.2 kPa；混合器多孔板从加强气流扰动和增加微小尿素液滴碰壁两个方面提升NH₃的均匀性；B3方案作为对照表明，与混合器不适用的多孔板会导致NH₃均匀性降低。
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  轻型车RDE动力学参数特征与验证合理性研究

  马志磊，何超，李加强，刘学渊

  车用发动机. 2022, 0(1): 78-85.

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  为研究RDE试验动力学参数的特征与不同海拔对窗口正常性验证的影响，按照轻型车国六排放标准的要求进行12次道路试验。结果表明： v·a_pos_［95］随着车速上升而升高，RPA随着车速上升而下降。按第95百分位取值得到的v·a_pos_［95］不能很好地反映各速度组v·a_pos值的总体变化规律，取值位置前移可改善这一问题。通过动力学参数判断，WLTC循环比RDE试验激烈。市区窗口正常性验证中，计算P1点使用系数1.2，将使基准线过高，降低验证的通过率。高海拔地区的市郊、高速窗口验证中，计算P2、P3点时使用的系数应降低。
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  甲醇-柴油双燃料发动机甲醇泄漏故障预诊断研究

  王涯鑫，李捷辉，王健

  车用发动机. 2022, 0(1): 86-92.

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  甲醇作为发动机的替代燃料被广泛应用，然而甲醇腐蚀性较强，易腐蚀管路导致泄漏。针对现有发动机故障诊断系统无法预测甲醇腐蚀泄漏的问题，提出了基于经验模态分解(EMD)和萤火虫概率神经网络(FAPNN)的故障预诊断方法。对发动机供醇管道振动信号进行EMD分解，并提取能量熵作为信号特征。将能量熵矩阵输入FAPNN模型中，识别供醇管壁厚度并判断腐蚀程度。通过管壁厚度变化曲线推断出供醇管道的剩余寿命。试验结果表明，该方法能有效预测双燃料发动机甲醇泄漏故障并给出故障发生时间，在1 200 r/min，1 600 r/min，2 000 r/min，2 400 r/min 4种工况下平均准确率高达97.9%，平均运算时间仅需3.9 s，优于其他算法优化下的神经网络。