2022年, 第0卷, 第2期　
刊出日期：2022-04-25

  

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  铜基SAPO-34催化剂原位合成及台架性能研究

  李凯祥，任晓宁，李振国，王建海，邵元凯，张旺

  车用发动机. 2022, 0(2): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.02.001

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  使用磷酸三乙胺为结构引导剂与磷源，原位制备Cu/SAPO-34-z催化剂，考察其经800 ℃-10%-24 h条件处理前后的催化活性，结合XRD，SEM，TG，BET等表征手段分析理化特性，并进一步验证其发动机台架性能。结果表明：磷酸三乙胺制备的SAPO-34分子筛结晶度更高，比表面积达到了682 m²/g，粒径集中分布在1~3 μm；焙烧过程中，由于铜铵络合物分解，致使350~450 ℃区间内失重加剧；高温水热处理对Cu/SAPO-34-z催化剂低温活性影响较小，温度窗口由173~515 ℃劣化至173~445 ℃。台架性能测试结果显示：自制SCR样件200 ℃时NO_x转化率超过90%，220~450 ℃接近100%，即使空速增至60 000 h^-1，NO_x转化率仍超过98%；温度对氨存储量的影响远大于空速，3种空速下温升导致的降幅分别是86%，86%，57.5%；氨存储率越高，NO_x转化率越高，且变动幅度受温度与空速影响越低；空速越高，氨逃逸量越高；温度越高，尿素停喷前后氨逃逸量差值越小。
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  基于模型的CDPF降怠速再生特性研究

  鲜建，魏宽，杨怡，张艳华，陈海昆，刘志敏

  车用发动机. 2022, 0(2): 9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.02.002

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  采用1D数值模拟软件AVL BOOST，建立柴油机催化型柴油颗粒捕集器主动再生反应模型，研究降怠速再生（DTI）期间初始碳载量、再生温度、再生/怠速流量、再生/怠速氧含量、怠速进入时刻等因素对DPF峰值温度和峰值温度梯度的影响规律。结果表明：随着初始碳载量、再生温度和氧含量增加，峰值温度、峰值温度梯度和炭烟反应量均增加；随着再生/怠速流量增加，峰值温度、峰值温度梯度和炭烟反应量均降低；在主动再生产生热量和怠速剩余积炭均较高时进入怠速，峰值温度和峰值温度梯度达到最大值，较早和较晚进入怠速，峰值温度和峰值温度梯度均降低；峰值温度和峰值温度梯度与DPF内部炭烟反应量呈正相关关系。
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  甲醇发动机掺烧甲醇裂解气当量比燃烧特性研究

  蒋炎坤，陈烨欣，何都，鲁伟，梅梓晗

  车用发动机. 2022, 0(2): 18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.02.003

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  为评估当量比燃烧工况下掺烧甲醇裂解气对甲醇发动机性能的影响，以一台点燃式甲醇发动机为原型，建立三维仿真模型，并通过不同工况下的缸内压力试验数据进行模型标定。基于标定模型研究了当量比燃烧情况下不同裂解气替代比对发动机性能的影响。结果表明：增大甲醇裂解气替代比会导致缸压峰值、放热率峰值上升，且相应的曲轴转角提前，燃烧重心前移，燃烧持续期缩短。甲醇裂解气替代比增大，相应的发动机循环指示功逐渐减小，主要原因在于当量比燃烧情况下进入缸内的燃料质量及其总热值降低。在考虑尾气余热回收后，增大裂解气的替代比，指示热效率会有所上升，呈现先增大后减小的趋势，在替代比为50%时达到最大值41.26%。
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  转轴空腔对增压器涡轮轴应力及传热影响的研究

  李成，马超，张健健，朱光前，陈秉智

  车用发动机. 2022, 0(2): 23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.02.004

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  热负荷的提升对涡轮增压器涡轮端及轴系零部件的可靠性带来了严峻挑战，转轴高温变色及机油结焦已经成为涡轮增压器主要故障模式之一。涡轮转轴空腔可以阻挡热量从涡轮头向转轴的传递，利用数值仿真方法研究了不同空腔直径及浮动轴承位置传热系数对涡轮应力及传热特性的影响，结果表明：转轴空腔使得涡轮背盘R圆角应力降低，但是增加了其自身发生低周疲劳失效的风险；空腔直径越大，热阻效果越明显，相比较于无空腔方案，转轴空腔使涡轮头向涡端浮动轴承的热量传递减小0.8%~4.4%，使涡端浮动轴承对应转轴的最高温度降低2.3~9.9 ℃。
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  不同来源生物柴油对柴油机燃油系统中T2纯铜腐蚀性能的影响

  李立琳，秦先锋，孙义爽，陈丹，马迎春，李奕澎

  车用发动机. 2022, 0(2): 30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.02.005

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  采用常温浸泡的方法，研究T2纯铜在不同来源生物柴油（菜籽油、玉米油、大豆油）和0号柴油中的腐蚀性能。浸泡672 h后对试样的腐蚀速率、C和O百分比含量、表面析出物以及电化学稳定性进行了研究。结果表明，T2纯铜在3种生物柴油中的腐蚀速率均高于柴油, 生物柴油中的脂肪酸甲酯中羰基的存在是导致金属表面析出物增加的主要原因。3种生物柴油对T2纯铜的腐蚀性从低到高依次为菜籽油、玉米油、大豆油。对于不同来源的生物柴油，脂肪酸甲酯中碳链长度、饱和度的差异可能是造成腐蚀强度不同的根本原因。
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  两级相继增压对柴油机低负荷性能影响的试验研究

  程江华，冷泠，贾晓亮，石磊，杨磊，邓康耀

  车用发动机. 2022, 0(2): 35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.02.006

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  为综合提升陆用与船舶柴油机中低转速工况动力性、经济性和排放性能，搭建发动机性能试验台架，分别从增压系统性能、柴油机燃烧和整机性能三个方面，对比研究了低压级增压、高压级增压、两级增压和两级相继增压四种增压方式对某型柴油机的性能影响。研究结果表明：柴油机运行在推进特性中低转速工况下，与其他增压模式相比，两级相继增压模式能显著提高进气流量，而不引起增压压力的大幅度增加，缸内最高燃烧压力远离极限值，因此可适当增加喷油量，实现中低转速工况较高的扭矩输出；在高温富氧燃烧条件下虽然NO_x排放略有增加，但两级相继增压模式通过排气能量的合理利用，获得了泵气功的收益和燃油消耗率的降低；在推进特性30%负荷下，与低压级增压相比，两级相继增压泵气平均有效压力提升0.019 3 MPa，燃油消耗率降低4.9 g/(kW·h)，经分析得出两级相继增压为柴油机在低负荷工况下最优的增压模式方案。
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  燃烧室凹坑形状对汽油转子发动机燃烧过程的影响

  赵云龙，邓晰文，冯战，朱蕊东，苏小斌

  车用发动机. 2022, 0(2): 40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.02.007

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  针对转子发动机缸内燃料燃烧效果不佳的问题，以一款预混式汽油转子发动机作为研究对象，采用计算流体力学的方法，建立转子发动机缸内流动与燃烧的三维数值仿真模型，并利用试验结果进行了对比验证。在此基础上，选取敞口式、直口式和缩口式3种不同类型的燃烧室凹坑，研究了燃烧室凹坑形状对缸内压力、温度、火焰传播及NO生成的影响。结果表明：在一定工况下，燃烧室凹坑形状对缸内燃料的燃烧过程有明显影响。其中，缩口式凹坑缩口处附近燃料不易被点燃，缸内燃料燃烧效果最差；敞口式可以更好地组织缸内的混合气流动，燃烧过程中利用了燃烧室内部较快的气体流速和高速流区对火焰的加速作用，燃料燃烧过程中火焰传播速度快，压力升高率大，进而增大了缸内整体燃烧速率；敞口式比直口式缸内最高燃烧压力提高6.8%，燃油消耗速率提高10.8%，NO质量分数仍在0.5%左右。
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  基于热障涂层的发动机活塞组件-缸套减摩方案研究

  袁晓帅，刘战，孟祥慧，强慧，熊毕伟，郭昌明

  车用发动机. 2022, 0(2): 47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.02.008

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  降低摩擦损失是提高整机经济性并降低碳排放的有效途径。包括活塞环和活塞在内的活塞组件，工作条件恶劣，活塞组件-缸套系统的摩擦损失可占整机近50%。活塞组件往复运动过程中，在冲程的不同位置其速度不同，活塞组件-缸套的润滑模式也不同。在靠近上下止点处，较高的润滑油黏度对改善润滑和降低接触摩擦有利；在冲程中间处，更低的润滑油黏度对降低黏性摩擦有利。润滑油的黏度受温度影响很大。为了考察温度分布对活塞组件-缸套摩擦学性能的影响，本研究首先考虑润滑油温黏效应建立了活塞组件-缸套系统的润滑模型，用数值方法分析了不同的热障涂层方案对缸套温度分布和对活塞组件-缸套摩擦学性能的影响。分析结果表明，热障涂层在改善缸套温度分布和降低系统摩擦损失方面具有显著的效果。
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  基于国六标准工况的车用柴油机N₂O排放特性研究

  刘冰

  车用发动机. 2022, 0(2): 54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.02.009

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  以1台4缸国六车用柴油机为研究对象，搭建排放测试系统，进行了国六阶段WHSC循环和冷热态WHTC循环试验，研究了标准循环工况下N₂O的排放特性。研究表明：原机排放中N₂O排放极低，但使用后处理系统后N₂O的排放量会大幅增加；WHSC循环中，从大负荷变化为小负荷时会形成N₂O排放峰值，在怠速工况下N₂O排放量很小；在WHTC循环中，冷态循环开始时由于冷启动排温低，N₂O排放很低，400 s以后冷态和热态的N₂O排放趋势基本一致，循环后期随排温升高N₂O排放增加，且热态的循环比排放量稍大于冷态。
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  柴油机单个主轴承变形协调特性评价方法及影响规律研究

  赵鑫，苏铁熊，刘晓勇，任日娜

  车用发动机. 2022, 0(2): 58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.02.010

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  针对当前主轴承变形协调特性评价方法的研究相对匮乏且现有评价指标计算复杂的问题，以单个主轴承为研究对象，提出以主轴瓦最大径向变形量作为主轴承变形协调特性的评价指标，研究主轴瓦最大径向变形量的数值计算方法，结合试验验证了该评价方法和计算方法的正确性。基于设计参数对主轴瓦最大径向变形量的灵敏度分析，讨论典型设计参数对主轴承变形协调特性的影响规律。结果表明：以主轴瓦最大径向变形量评价主轴承变形协调特性具备可行性；主轴瓦最大径向变形量仿真结果与试验数据的相对误差在7%以内。在主轴承载荷保持不变的情况下，主轴瓦最大径向变形量随着螺栓预紧力的增加逐渐减小直至基本保持不变；就当前研究机型而言，过盈量增加会造成主轴瓦最大径向变形量逐渐减小，但当过盈量大于0.17 mm时，冗余的过盈载荷可能造成主轴瓦最大径向变形量略有增大；随着机体与主轴承盖装配侧隙的增加，主轴瓦最大径向变形量几乎呈线性递增的趋势。
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  顺序增压切换阀冲击过程仿真分析

  竺盛才，贾建利，钟毅，李圣辰，刘升升

  车用发动机. 2022, 0(2): 67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.02.011

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  快速响应的工作要求使顺序增压切换阀阀体挡台接触面承受较大的冲击作用，为了探索接触面在工作中所受的冲击效应，采用ANSYS有限元仿真软件，建立各个部件之间的接触关系和有限元分析模型，对顺序增压切换阀进行五种工况下的瞬态动力学仿真分析，预测了冲击破坏的区域，得到了切换阀在关闭过程中阀板和阀体挡台接触面的冲击强度的变化规律。仿真结果表明：切换阀速度与应力峰值产生部位分别为阀板、阀体挡台距离转轴最远处；阀板与阀体挡台总冲击响应时间为5 ms左右，顺序增压切换阀冲击过程中阀体挡台接触面应力的理论计算值与仿真分析计算结果值误差在10%以内，吻合性较好。
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  基于米勒循环的混动专用发动机开发

  满兴家，周正群，梁源飞，叶年业

  车用发动机. 2022, 0(2): 73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.02.012

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  对奥托循环、米勒循环以及米勒循环加进气遮蔽（Masking）三种方案的缸内气流、混合气浓度以及燃烧性能进行对比分析，结果表明：米勒循环由于型线的影响一定程度上恶化了缸内气流运动与燃烧性能，而Masking可大幅度提升滚流比，改善混合气浓度，增加湍动能，改善燃烧性能。对奥托循环和Masking方案进行了试验研究，结果显示：相比奥托循环，Masking方案外特性最大扭矩降低12%，额定功率降低3%，外特性油耗平均降低14.6%，部分负荷工况油耗平均降低7.1%。在Masking方案的基础上引入冷却EGR，发动机最高热效率达到38.6%。
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  柴油机闭式曲轴箱通风系统设计及其对排放的影响

  张伟勋，于平安，王斌，王蕊，葛琰，魏铭扬

  车用发动机. 2022, 0(2): 81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.02.013

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  随着排放法规的升级，发动机采用闭式曲轴箱通风将成为一种趋势，但曲轴箱通风携带的油雾和PM等污染物会对发动机零部件造成污染，同时对发动机性能也会产生影响。为降低该影响，针对一台直列4缸柴油机上采用缸盖罩盖内集成预分离器，再串联一个外置分离器的两级分离曲轴箱通风方案，在发动机台架上进行了曲轴箱通风机油携带量的试验，并与开式曲轴箱通风系统进行了性能对比。结果表明：采用两级分离曲轴箱通风方案满足设计要求，可以将曲轴箱通风机油携带量控制在0.106 g/h以内，外置油气分离器分离效率在92%以上；与开式曲轴箱通风相比，闭式曲轴箱通风NRTC循环燃油消耗率仅增加了0.4%，NO_x稳态比排放基本不变，NRTC循环NO_x和PM排放分别增加了1%和3.4%，对性能标定影响不大。
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  两段式可变配气技术研究

  王文泰，韩耀辉，贾晓亮，张俊玮，刘凡硕，黄树和

  车用发动机. 2022, 0(2): 87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.02.014

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  对于高强化柴油机在标定工况点附近燃烧压力高的问题，可以通过加大进气晚关角实现米勒循环，降低压缩终了时的温度和压力，有效控制燃烧压力，但同时也会造成有效压缩比降低，带来起动困难的问题。采用两段式可变气门技术，可以在启动工况和标定工况下获得理想的工作环境。设计了一种两段式可变气门机构，与传统可变配气技术相比，这种两段式电液可变气门技术通过设计两段式凸轮轴和切换机构，可以控制电磁阀开闭进行气门升程和相位的切换，具有响应迅速、控制精确和工作过程独立的优点。对该机构进行影响规律分析和运动控制的仿真和试验研究，结果表明：油压对切换速度影响较大，油压大于0.12 MPa时可稳定切换，且油压越大，切换响应性越快，而发动机转速对切换几乎没有影响。