2022年, 第0卷, 第4期　
刊出日期：2022-08-25

  

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  基于瞬态流动测量的柴油机扫气特性研究

  幸文婷，王兆文，胡文豪，殷勇，赵艳婷，黄荣华

  车用发动机. 2022, 0(4): 1-7.

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  为了准确研究某车用重型四冲程柴油机扫气特性，首先同步进行了进气歧管、气缸内、排气歧管内的瞬态流动的高精度测量，获得了进气压力气缸压力排气压力的准确波形。随后分析了该车用重型柴油机全工况下的扫气特性，以及由于扫气特性不良导致的内燃机性能恶化。为进一步优化该柴油机的扫气品质，进而优化该柴油机的性能参数，采用GT-Power软件建立了该柴油机的工作过程数值模型，并结合台架试验数据进行了模型的试验验证；随后基于排气压力波波形的控制需求，完成了排气歧管长度、排气歧管直径、排气歧管长度直径组合方式、扫气相位等对柴油机扫气特性和进气能力的影响规律的研究，并基于影响规律完成了该重型柴油机的扫气性能优化,使缸内残余废气系数降低5.37%，柴油机全工况性能得到明显提升。
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  高浓度CO₂下添加甲苯对正庚烷着火特性的影响

  张跃威，姚圣卓，刘永峰，刘海峰，宋金瓯

  车用发动机. 2022, 0(4): 8-16.

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  为了对柴油在CO₂-O₂环境下的着火特性进行研究，建立了以70%正庚烷30%甲苯混合物作为柴油表征燃料的着火延迟时间模型。该模型考虑了高浓度CO2对着火的阻燃效应，运用多元线性回归分析方法，得到了着火延迟时间与温度、密度以及浓度等之间的函数关系。结合正庚烷甲苯耦合机理的仿真和可视化定容燃烧弹试验，对着火延迟时间模型进行了验证，并深入研究了不同工况下影响着火特性的重要因素。结果表明：该模型能较好地预测柴油在CO₂-O₂氛围下的着火延迟时间，且在50%CO₂环境下的平均误差为5.71%； CO₂的热效应对着火延迟时间的影响起主导作用，而当CO₂体积分数大于60%时，CO₂的第三体碰撞效应对着火发生的促进作用显著增强，另外，CO₂浓度变化对OH自由基产率的影响很大。
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  碳质纳米燃料添加剂对柴油机性能影响的试验研究

  郭亚泰，卫将军，滕勤，王井山，李德亮，曾杨

  车用发动机. 2022, 0(4): 17-21.

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  在一台ZS1100柴油机上，以碳质纳米颗粒氧化石墨烯（GO）、多壁碳纳米管（MWCNT）和石墨烯（GR）作为燃料添加剂（25×10^-6和100×10^-6）分别加入生物柴油柴油掺混燃料中，研究了柴油机的燃烧特性、经济性能和炭烟排放特性。结果表明，柴油中掺混20%体积比的生物柴油改善了燃烧过程，各负荷下滞燃期缩短，CA50提前，炭烟排放降低，但燃油消耗率最大增加了4.2%，热效率降低了2.1%。3种碳质纳米燃料添加剂的加入都优化了掺混燃料的燃烧，缩短了滞燃期，改善了燃油经济性，对比发现，添加100×10^-6的MWCNT后，缸压峰值最大提高了0.334 MPa，放热率峰值提高了17.9%，同时燃油消耗率最大降低5.0%，热效率提高4.4%。3种碳质纳米燃料添加剂的加入都降低了炭烟排放，且MWCNT和GR在高浓度时效果更加明显，其中100×10^-6的MWCNT效果最显著，炭烟排放最大降低了17.2%。
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  直喷氢气发动机近零排放的试验研究

  杨敬江，黄昭明，沈国清，陈敬玉

  车用发动机. 2022, 0(4): 22-28.

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  在一台1.5 L废气涡轮增压进气中冷4缸汽油机上，进行了缸内直喷氢气系统设计，试验研究了氢气直喷发动机在不同过量空气系数（λ）燃烧模式下的NO_x、HC、CO排放特性。研究结果表明：氢气发动机相比于汽油原机，经济性改善超30%；氢气发动机转速为2 000 r/min、负荷为0.2 MPa和0.28 MPa时，过量空气系数以及负荷对NO_x排放量有较大影响，当氢气以λ为1.1左右在发动机上稀薄燃烧时，NO_x排放出现峰值，负荷越高，NO_x峰值排放越大，且低负荷时燃烧相位保持在上止点后8°的最优水平，高负荷时可以通过稀薄燃烧模式和调整点火提前角控制燃烧相位到最优附近；在所有试验工况范围内，通过加装电动增压器可实现过量空气系数接近3的超稀薄燃烧模式，当λ大于2.7时，NO_x排放接近0，同时通过优化活塞环组张力，可以有效降低由于机油消耗产生的HC、CO到5×10^－6以下，达到近零排放水平。
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  共轨柴油机燃用柴油-异丙醇混合燃料的燃烧与排放特性

  陈燕飞，孙凤雨，曾小松，赵伟

  车用发动机. 2022, 0(4): 29-35.

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  在1台高压共轨柴油机上研究了柴油异丙醇混合燃料的燃烧与排放特性。结果表明：在不同发动机负荷和不同EGR率下，与柴油相比，柴油异丙醇混合燃料的滞燃期明显延长，预喷燃料峰值放热率增加，主喷燃料峰值放热率略有降低，中高负荷下扩散燃烧强度明显增加，峰值缸内平均温度增加； NO_x排放略有增加，炭烟排放、颗粒物数量浓度和体积浓度均显著降低。与燃用柴油相比，柴油-异丙醇混合燃料联合EGR可以同时降低NO_x和颗粒物排放。
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  二甲醚发动机组合燃烧压力振荡特性研究

  侯军兴，杨海鹏，郑路，李树豪，张华阳，安晓东

  车用发动机. 2022, 0(4): 36-40.

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  研究了不同转速下二甲醚发动机组合燃烧的压力振荡特性，确定了压力振荡的时域特征和频域特征，考察了进气道引入燃料量（PI）对缸内压力在不同频域的子信号峰值的影响规律。研究结果表明，转速1 500 r/min下，PI由0.77 mg/s增加至1.37 mg/s时，放热率曲线均呈三阶段放热，缸内压力级频谱曲线包括速降段、缓降段和波动段三个阶段。1 100 r/min时规律类似。PI增加，HCCI燃烧低温放热部分峰值增加，峰值相位提前；高温放热部分由单峰变为双峰；扩散燃烧部分波动变剧烈。缸内压力带通滤波得到低频域子信号p₁、中频域子信号p₂和高频域子信号p₃，其中子信号p₁对应正常燃烧压力，子信号p₂和p₃对应燃烧压力振荡。燃烧状态决定了子信号各个循环的峰值。PI增加，子信号p₁各个循环的峰值均增加。正常燃烧状态，子信号p₃各个循环的峰值均很小，子信号p₂的峰值明显大于子信号p₃的峰值。发生轻微压力振荡时，子信号p₃各个循环的峰值显著增加。发生剧烈压力振荡时，子信号p₂各个循环的峰值显著增加。
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  柴油机进气门结构优化对燃烧特性的影响

  简文铎，张韦，解礼兵，孟丽苹，李臻卓，张翔宇

  车用发动机. 2022, 0(4): 41-48.

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  采用气道稳流试验、CFD数值模拟的方法，研究了YN单螺旋进气道柴油机进气门的气门锥角α、气门背锥角β和气门背面圆弧半径R对进气性能的影响，并通过正交试验方法优化了原机气门结构，分析了优化模型对缸内气流运动及燃烧特性的影响。结果表明：气门锥角对进气性能的影响最大，其次是气门背锥角和气门背面圆弧；对于正交试验得到的优化模型（α为35°，β为27°，R为16 mm），在缸内进气量小幅提升的情况下，涡流比有明显的增加，能有效组织缸内气流运动，促进油气的充分混合，改善了缸内燃烧和排放；缸内瞬时放热率和累计放热量增加，Soot排放减少，NO_x排放略有增加。
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  考虑柱塞两种姿态的柱塞副燃油泄漏研究

  张勇，李攀，高振波，王丹丹

  车用发动机. 2022, 0(4): 49-56.

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  高压共轨喷油器运行时柱塞的姿态会有偏心和倾斜状态，为了更加全面地研究柱塞副的泄漏情况，建立了考虑柱塞姿态的柱塞副间隙流动数学模型，包括雷诺方程、油膜厚度方程、油膜截面速度方程、非等温流动方程、稳态导热方程和燃油物性参数方程，并对这些方程进行了基于有限差分法的数值分析。利用该数学模型计算了燃油泄漏速率，并与经典公式计算的燃油泄漏速率以及试验值进行对比，验证了该研究模型的有效性。经分析得出了柱塞在柱塞套内倾斜状态下和偏心状态下，间隙燃油的泄漏速率、油膜厚度、温度、密度、黏度和比热容的变化趋势。
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  基于正交模型灰色关联算法的高功率动力电池包冷却结构优化研究

  杨建青，罗仁宏，李小庆，王之丰

  车用发动机. 2022, 0(4): 57-62.

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  针对液冷型动力电池包冷却结构多因素参数化研究，搭建电芯电-热耦合仿真模型，通过台架试验验证了电芯仿真计算的有效性。对显著影响液冷型电池包性能的冷却液流速、冷却液温度及冷管宽度和高度4个关键参数进行四因素四水平正交试验计算，基于正交模型的模糊灰色关联分析法探究四因素对电池模组最高温度和最大温差的影响权重。结果显示：对于电池模组最高温度，冷却液的温度对其影响最大，冷却液流速次之，冷却管道宽度影响最小；而对于电池模组最大温差，冷却液流速对其影响最大。通过结果分析得到优化组合方案，计算得到优化方案能使得电池组最高温度下降到32.8 ℃，最大温差控制在3.3 ℃内，冷却性能表现最佳。
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  涡轮增压器气动轴向力的数值计算

  房桐毅，李琦，刘淑华，杨枫

  车用发动机. 2022, 0(4): 63-68.

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  应用计算流体动力学软件，以涡轮增压器自循环全工况性能试验为依据，计算了压气机级和涡轮级所承受的轴向力，并进一步对比了叶轮背盘有无篦齿的轴向力，分析了篦齿对轴向力的影响。研究表明：对于增压器自循环试验而言，大部分工况下涡轮增压器轴向力方向是由涡轮端指向压气机端，在低转速区某些工况，轴向力方向会反向；影响叶轮及涡轮表面压力大小及分布的因素，会对轴向力产生一定影响；由于齿腔对流体的动能有一定的耗散作用，影响了轮背壁面高速旋转所引起的气流速度和压力的径向分布，交错篦齿结构能够抵消部分蜗舌和压气机壳几何周向非均匀性对流动的影响，使轮背压力分布更为均匀。
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  混合动力系统VVT响应性故障在线诊断策略开发

  王沛，王字满，张冬生，刘少飞

  车用发动机. 2022, 0(4): 69-76.

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  为提高混合动力发动机可变气门正时（Variable Valve Timing，VVT）系统响应性故障诊断适用性，提出了一种基于VVT动作偏差累计值的在线诊断策略，该策略以统计窗口内所有计算周期的角度变化绝对值之和为诊断基础，通过VVT实际与目标位置偏差累计值比例系数表征不同的故障状态，从而实现诊断过程不再受限于VVT的动作范围和变化程度。实车验证试验结果表明，全球轻型车测试循环（World-harmonized Lightduty vehicle Test Cycle，WLTC）工况下，无故障、卡滞与慢响应三种状态均可实现准确诊断，实际城市道路试验下车载诊断系统（On-Board Diagnostics system，OBD）的故障报出与修复功能可正常执行；根据响应极限状态下试验结果，设置卡滞故障阈值为8%、慢响应故障阈值为50%；统计学分析结果表明，故障阈值的设置满足3σ标准，不会出现误判故障的风险。
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  国六重型柴油机不同测试循环下的排放响应研究

  田茂军，黄德军，唐卜，张腾，徐辉

  车用发动机. 2022, 0(4): 77-84.

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  采用1台基于国Ⅵ标准开发的重型柴油机，研究了不同测试循环下发动机的排放响应。通过对稳态和瞬态循环的原机排放、尾气排放、工况、排气温度的对比分析可知，美国EPA标准循环和中国工况对该国Ⅵ发动机具有相近的尾气排放评价能力；中国工况与世界统一循环工况具有相近的尾气排放评价能力；LLC循环在一定程度上可以较好地考核发动机低负荷长时间运行和高、低负荷频繁切换时的排气温度升温能力和排温保持能力，对发动机而言该工况下的尾气排放控制能力是一项严峻考验。较长的热浸时间会导致热起动循环的尾气温度降低，对后处理系统的排温保持能力和热起动减排具备一定的考核能力。
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  基于CEEMD-SA-RNN的柴油机曲轴轴承磨损预测

  李英顺，田宇，左洋，张国莹，周通

  车用发动机. 2022, 0(4): 85-92.

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  为解决传统故障诊断方法效率低的问题，以某步兵战车柴油机为研究对象，提出了一种补充的集合经验模态分解与奇异值分解相结合提取信号的特征，使用模拟退火算法优化循环神经网络对曲轴轴承磨损程度进行预测的方法。采用补充的集合经验模态分解方法对振动信号进行分解，用奇异值分解方法进行特征提取，利用特征对模拟退火算法优化的循环神经网络进行训练及预测。对所提出的算法进行试验分析，结果显示预测准确率达到97.48%，比普通的循环神经网络系统预测的准确率提高了5%以上。