2022年, 第0卷, 第3期　
刊出日期：2022-06-25

  

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  VVT与LPEGR对混合动力汽油机燃油经济性的影响

  张龙平，宫宝利，黄德军，伍晨波，刘永刚，胥昌懋

  车用发动机. 2022, 0(3): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.03.001

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  为了应对日益严格的碳排放法规，充分挖掘VVT和LPEGR技术对混合动力汽油机在节能方面的潜力，试验研究了VVT和LPEGR技术对混合动力发动机燃油消耗率的影响。结果表明：在不加入LPEGR时，燃油消耗率随进气VVT增大、排气VVT减小而降低，最佳进/排气VVT组合是50°/0°；不同VVT组合下加入LPEGR，燃油消耗率都呈下降趋势，但下降幅度不同，最大下降7.4%，且呈现出随进气VVT的增大，降幅和最佳EGR率逐渐减小的趋势；另外，最佳EGR率下的燃油消耗率则随VVT的减小而降低，最佳进/排气VVT组合是10°/0°，对应的最佳EGR率为23.2%，燃油消耗率为205.5 g/(kW·h)，说明VVT和LPEGR技术对改善燃油经济性具有较大潜力且LPEGR技术的潜力更大。
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  米勒循环和低压EGR对混动专用发动机性能影响的研究

  杨如枝，满兴家，叶年业，梁源飞

  车用发动机. 2022, 0(3): 7-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.03.002

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  基于一台奥托循环增压发动机，通过采用高压缩比、进气门早关型线和高滚流进气道，再引入低压EGR，将其改造为混动专用发动机。通过试验研究米勒循环和低压EGR对混动专用发动机燃烧特性和经济性的影响。研究结果表明，在3 200 r/min的不同负荷工况点，与奥托循环相比，米勒循环点火提前角增大，且随负荷的增加，点火提前角的增幅先增加后减小；CA50减小至8°左右，燃烧持续期增大，排气温度增加；泵气损失减小，且随负荷的增加，降幅先增加后减小；米勒循环泵气损失的降低和CA50的减小使燃油消耗率降低了6.8%~11%，且将高效区域拓宽至全运行区的60%。在米勒循环发动机高效区工况引入低压EGR，随EGR率的增大，点火提前，CA50减小，燃烧持续期延长；EGR抑制爆震的作用使燃烧改善效果明显，在中负荷和大负荷工况获得的燃油消耗率最大降幅分别为5.6%和15.9%。
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  长短链酯与柴油混合燃料的氧化反应活性研究

  梅德清，章传方，于奇松，祁佳伟，俞玥

  车用发动机. 2022, 0(3): 15-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.03.003

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  为了研究交叉反应对碳酸二甲酯（DMC）柴油和生物柴油柴油混合燃料的低温和高温氧化作用的影响，利用定容均质反应器分别计算了DMC柴油和生物柴油柴油混合燃料重要组分浓度和反应路径变化差异。采用Converge软件自带正庚烷机理来替代柴油，该机理包含42种组分和168个基元反应。利用定容均质反应器分别计算D10，D50燃料（在柴油中掺混10%,50%质量分数DMC）和B10，B50燃料（在柴油中掺混10%,50%质量分数生物柴油）中重要组分浓度及反应路径的变化，分别分析了在初始温度为900 K、初始压力为4.3 MPa、当量比为1与在初始温度为1 350 K、初始压力为6 MPa、当量比为1两种不同工况下D10，D50，B10，B50混合燃料燃烧反应体系中关于OH的交叉反应流情况。分析结果表明：在两种工况下D10燃料体系中OH生成量增多，促进反应进行；D50燃料体系中，OH生成量减小，削弱反应进行；B50燃料体系活性均大于B10。结合低温和高温下DMC柴油和生物柴油柴油混合燃料交叉反应流可以发现，CH₂O＝HCO＝CO这条反应路径在混合燃料交叉反应中占有重要地位。
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  流动聚焦/模糊喷嘴流动形态及流动模式研究

  周高伟，阎凯，李峰

  车用发动机. 2022, 0(3): 23-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.03.004

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  建立了流动聚焦/模糊喷嘴试验平台以及内部气液流动数值模型，在常温下对喷嘴内部气液流动形态及流动模式进行了研究。研究结果表明：流动聚焦/模糊喷嘴内部存在流动聚焦、流动过渡和流动模糊3种流动模式；不同工况时，流动聚焦/模糊喷嘴内部气液流动形态及流动模式的转变与喷嘴内部的气液相互作用以及气液流动漩涡有关。在本试验选择的气相流量10~100 L/min、液相流量0.1~1 L/min、管孔距1~5 mm、喷孔直径3~7 mm和喷孔长度5~15 mm范围内，流动聚焦模式主要出现在液相流量和气相流量较小工况，流动模糊模式主要出现在液相流量较小而气相流量较大工况；喷嘴管孔距和喷孔直径的增加均不利于喷嘴内部流动模糊模式的出现，喷孔长度的增加虽然有利于喷嘴内部流动模糊模式的出现，但影响相对较小。
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  碘值对生物柴油颗粒物微观形貌及脂肪族官能团的影响

  张登攀，叶思祺，郭坤伟，蒋胜，杨启航，袁银男

  车用发动机. 2022, 0(3): 32-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.03.005

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  为分析不同碘值生物柴油燃烧颗粒物的微观形貌和脂肪族碳氢官能团，利用高倍透射电镜和傅里叶变换红外光谱仪等仪器，研究了高压共轨柴油机燃用典型原料生物柴油燃烧颗粒物的平均粒径、计盒维数和官能团含量以及平均粒径和官能团与生物柴油碘值的关系。结果表明，大豆油生物柴油（SME）、棕榈油生物柴油（PME）和地沟油生物柴油（WME）颗粒物基本碳粒子平均粒径比柴油燃烧颗粒物分别小18.4%，20.3%和27.9%。与柴油燃烧颗粒物相比，生物柴油燃烧颗粒物的计盒维数较大，结构较紧密，团聚程度较高。SME、PME和WME燃烧颗粒物表面脂肪族C-H官能团含量分别比柴油颗粒物高6.8%，11.4%和18.2%，生物柴油颗粒物表面支链化程度均高于柴油颗粒物，柴油颗粒物中含有分子结构稳定的苯环。碘值对生物柴油燃烧颗粒物的微观形貌和官能团有着显著影响，颗粒物基本碳粒子粒径随碘值的增大而增大，脂肪族碳氢官能团含量随碘值的增大而减少。
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  柴油机颗粒数量排放特性研究

  谷雨，宫宝利，徐辉，张谦益

  车用发动机. 2022, 0(3): 38-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.03.006

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  采用MEXA-2000SPCS颗粒物计数器测量柴油机排气污染物中的颗粒数量（PN），在不携带后处理催化器的情况下研究了发动机转速、负荷、EGR率以及负荷加载对柴油机PN排放的影响，在携带后处理催化器的情况下研究了氧化催化器（DOC）、催化型柴油颗粒捕集器（CDPF）碳载量以及环境温度对柴油机PN排放的影响。结果表明：在不携带后处理催化器的情况下，柴油机转速增加会直接导致PN排放量增大；随着柴油机负荷增大，PN排放量呈现先降后升的趋势；EGR率的增加会因为缸内燃烧恶化导致PN排放量增大；负荷加载会导致PN短时间大幅增加。DOC能够有效降低颗粒质量（PM），但无法减少颗粒数量（PN）。CDPF碳载量是决定PN排放量的重要因素，在不触发主动再生的前提下，碳载量的增加会降低PN的排放量。环境温度会影响CDPF被动再生速率，相同时间内随着环境温度的降低，CDPF碳载量累积能力越强，PN排放量越低。
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  进口边界条件对两级增压级间管路内部旋流畸变的影响

  程江华，罗艺伟，张炜，钱煜平，王宪磊，王泽兴

  车用发动机. 2022, 0(3): 44-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.03.007

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  柴油机两级增压系统高、低压压气机级间复杂连接管路导致高压压气机进口发生旋流畸变并进而影响系统匹配，通过级间管路畸变流动特征研究，为级间管路设计提供参考依据。采用三维数值仿真方法，对比研究了均匀法向进气和低压压气机蜗壳出口流场两类进口边界条件对级间管路内部流动的影响，发现采用低压压气机蜗壳出口流动特征作为进口边界条件，级间管路出口平面的旋流强度SI大幅高于均匀法向进气情况，级间管路总压损失相差16%，下游高压压气机效率绝对值相差达到2个百分点。管路折转是影响级间管路内部旋流强度变化的主要原因，在工程方案设计中需要结合低压压气机蜗壳出口气流特征考虑级间管路折弯位置、折转半径等参数的设计与优化。
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  柴油机电动增压稳态与瞬态工况控制策略研究

  宋彦苹，程江华，程振宇，郭文君，石磊，邓康耀

  车用发动机. 2022, 0(3): 51-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.03.008

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  为了改善涡轮增压柴油机低速工况增压压力不足与瞬态涡轮迟滞问题，开展了车用柴油机电动增压器稳态与瞬态控制策略研究。仿真结果表明，电动增压器可以显著提高增压压力，明显改善低速稳态性能：电动增压器转速为65 000 r/min时，800 r/min满负荷工况燃油消耗率可降低8%；电动增压器转速为55 500 r/min时，800 r/min工况提高喷油量至108.5 mg/cycle，扭矩可以提高27.06%。随着发动机转速的提高，电动增压器转速应逐渐减小，1 400 r/min及以上转速时应将其旁通，且动力性控制策略中的电动增压器转速应比经济性控制策略中的低。探究了定负荷加速过程的控制策略，结果表明，随着负荷的下降，电动增压器阶跃转速维持时间应逐渐减小，100%负荷响应性指标K提高了49.54%。
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  基于改进NSGA-Ⅱ的主轴承组合结构协调匹配设计方法研究

  赵鑫，刘晓勇，苏铁熊，任日娜，郭亚新

  车用发动机. 2022, 0(3): 59-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.03.009

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  针对主轴承组合结构协调性评价研究较少且协调匹配设计方法不明确的问题，基于层次分析法，以主轴承组合结构的强度、刚度、接触强度及质量作为匹配目标，提出了主轴承组合结构的协调性评价准则，构建了协调匹配设计的数学模型。采用基于FSCS-ART算法和混合自适应策略的改进NSGA-Ⅱ算法求解数学模型，确定主轴承组合结构协调匹配设计方案。结果表明：优化后主轴承组合结构的强度协调性、变形协调性和接触强度协调性分别提升了16.63%，19.06%和3.99%；组合结构总体协调性提升了14.49%；经验证，改进NSGA-Ⅱ算法生成的种群个体分布更加均匀且解的收敛效率更高。
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  插电式混合动力汽车车速预测及能量管理策略

  魏丽青，万幸

  车用发动机. 2022, 0(3): 69-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.03.010

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  为进一步提高插电式混合动力汽车的燃油经济性，提出了一种基于组合预测模型的车速预测方法。首先，建立不同映射能力的BP神经网络车速预测模型，分别对车速进行预测，然后加权求和得到组合预测模型的车速预测结果。在此基础上，以燃油经济性最优为目标，建立了基于模型预测控制的能量管理策略，运用预测控制思想对预测时域的动力源输出进行优化分配。通过仿真表明，基于组合车速预测模型的方法比单个BP神经网络有着更高的车速预测精度。与基于规则的策略相比，该预测控制策略的燃油经济性提升了9%。
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  压缩比和燃烧室形状对商用车柴油机燃油经济性的影响

  李军成，曾丽丽，韦红玲，田翀

  车用发动机. 2022, 0(3): 76-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.03.011

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  为了提高某商用车柴油机的燃油经济性，首先建立缸内三维燃烧模拟模型，然后根据模拟结果制作活塞，开展压缩比和燃烧室形状对柴油机燃油经济性影响的试验研究。结果表明：对于不同类型的燃烧室形状，油耗对油嘴凸出高度的敏感度不同；在循环压力峰值不变的约束下，仅提高压缩比而不提高燃烧室的放热速率，无法提高燃油经济性，而提高压缩比耦合改进燃烧室形状，缩短燃烧持续期，可以有效降低油耗；提高压缩比的同时提高循环压力峰值，可有效降低油耗，且高压缩比燃烧室可在降低油耗和控制NO_x排放之间获得更好的平衡。试验测试验证了模拟研究结果，高压缩比燃烧室CR18.6的有效燃油消耗率相比基础燃烧室CR16.8降低，其中1 300 r/min全负荷工况有效燃油消耗率降低1.42%，同时NO_x排放降低4.58%。
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  燃气车PEMS排放测试与发动机台架WHTC测试对比分析

  张腾，刘兴华，靳航，陈龙，陈占明，韩文涛

  车用发动机. 2022, 0(3): 82-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.03.012

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  重型车辆的整车排放测试是国Ⅵ排放法规的重要测试项目之一。以满足国Ⅵ排放法规的重型天然气发动机为研究对象，分别进行发动机台架WHTC循环和整车实际道路排放PEMS测试，并将发动机运行工况、排放测试结果进行对比分析。研究发现，两种排放测试方法发动机运行工况有一定的相似性，但是WHTC循环测试时发动机排温上升较快且过量空气系数波动较小，三元催化器的催化转化效率较高。两种测试方法下污染物排放均满足国Ⅵ排放限值，但是由于发动机运行工况及外界条件的变化，两者之间的排放存在着一定的差异，发动机台架WHTC循环排放值较低，NO_x的比排放值相差16.41%，CO排放相差20.2%,THC排放相差15.8%。发动机在进行开发标定时需要兼顾两种工况，对排放留出更宽裕度。
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  柴油机传动轴承磨损故障分析

  高丽英，张树勇，王延荣，朱美琳，刘玉婷，孙亚奇

  车用发动机. 2022, 0(3): 88-92. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.03.013

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  针对柴油机传动机构凸轮轴齿轮滑动轴承和惰轮轴承两种典型的滑动轴承磨损问题，通过仿真和试验的方法进行故障原因分析。分析表明：凸轮轴齿轮滑动轴承位于供油末端，在柴油机起动瞬时处于边界摩擦甚至干摩擦状态，是导致异常磨损的主要原因；惰轮轴承处故障原因为润滑结构布置不当导致润滑不良进而磨损。针对不同的故障原因提出改进方案，通过对比分析有效解决了上述问题，为传动机构滑动轴承的设计及故障分析提供参考。