2022年, 第0卷, 第5期　
刊出日期：2022-10-25

  

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  混合控制低温燃烧策略对柴油机性能的影响

  王凤滨，于晓洋，廖清睿，车金涛

  车用发动机. 2022, 0(5): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.05.001

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  基于混合控制低温燃烧，以降低柴油机排放和提高有效热效率为目的，在1台单缸柴油机上评价了两种混合控制低温燃烧策略。首先通过常规方式引入大量冷EGR降低缸内燃烧温度，其次采用Miller循环，通过推迟进气门关闭时刻减小有效压缩比，并耦合增压压力实现低温燃烧。研究发现，大EGR率和Miller循环均可同时降低NO_x和Soot排放，但二者作用机理并不相同：大EGR率通过降低燃烧温度避开NO_x和Soot生成区域，而Miller循环的燃烧温度降低幅度有限，所以NO_x降低程度较小，但局部当量比大幅降低使Soot排放显著降低。大EGR率以牺牲效率为代价，有效热效率（BTE）由净指示热效率（ITEg）和燃烧效率决定，Miller循环燃烧效率较高，具有更优的排放和效率折中，并存在一个最小有效压缩比，有效压缩比过低对进气压力的要求更高，BTE由ITEg和泵气损失决定。
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  DOC+CDPF连续再生性能的试验研究

  李鉴松，孟忠伟，罗林，吴泉成，晋兆祥，佘占蛟

  车用发动机. 2022, 0(5): 8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.05.002

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  基于柴油机台架，通过改变来流温度，探索再生温度对DOC+CDPF后处理系统连续再生速率、温度场分布和气体排放等影响的规律。试验结果表明：CDPF滤饼层捕集阶段，随着颗粒物的沉积，单位沉积质量的压降变化速率增幅约为69.8%。CDPF再生过程中，颗粒物的氧化主要集中在载体的前半部分，再生温度升高，NO₂消耗量增加，再生速率加快，载体出口NO_x总量略有下降，CO和THC下降幅度分别为99%和80%~90%。此外，再生时CDPF中心的轴向温度由前向后先上升后下降，载体边缘的轴向温度由前向后不断上升，再生温度越高，轴向温度梯度越大；径向温度由中心向边缘不断减小，且距离载体入口的距离越小，再生温度越高，径向温度梯度越大。
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  CDPF辅助被动再生控制策略开发及试验验证

  冯海浩，李杰，王霞，于佳

  车用发动机. 2022, 0(5): 15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.05.003

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  对CDPF被动再生规律和方法进行了试验研究，提出了一种CDPF被动再生控制策略，通过控制策略和发动机热管理相结合来提升被动再生的速率，并在Matlab/Simulink中搭建了炭载量计算模型，分别进行了台架和整车试验验证。试验结果表明：炭载量预估模型的精确度和响应度能够满足策略需求，被动再生控制策略能够满足CDPF炭载量控制的功能需求；启用CDPF辅助被动再生控制时，台架试验运行常用路谱工况，仅需2 h，DPF炭载量便能从3.8 g/L降低到0.96 g/L;进行整车试验时，辅助被动再生策略能够满足CDPF消炭需求，炭载量控制稳定，整车运行5 000 km无主动再生发生。
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  高原缺氧环境下生物柴油-柴油混合燃料对柴油机燃烧特性的影响

  刘少华,柴丽田，申立中，毕玉华

  车用发动机. 2022, 0(5): 21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.05.004

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  为了研究高原缺氧环境下生物质含氧燃料对柴油机性能及燃烧特性的影响，利用大气模拟装置模拟高原环境下的大气压力，进行模拟海拔2 000 m（大气压力为81 kPa）下高压共轨柴油机燃用纯柴油B0（0号柴油）、B20和B50生物柴油-柴油混合燃料的性能试验研究。试验结果表明：在1 200 r/min下，燃用B20和B50时，气缸压力、放热率和气缸温度峰值相比于燃用柴油均下降，达到峰值的时刻提前1°~2°曲轴转角。在2 200 r/min下，燃用B20时，气缸压力、放热率、气缸温度基本呈下降趋势，而燃用B50时，气缸压力、放热率基本呈现下降趋势，但在60%负荷下，缸压和放热率峰值高于燃用纯柴油，上升幅度分别为5%和2.6%。2 200 r/min下，燃用B50时，气缸温度相比于燃用柴油有所上升，最大上升幅度为4%。在2 200 r/min下，燃用B20和B50时，柴油机当量燃油消耗上升，热效率下降。
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  高压缩比甲醇发动机的排放仿真研究

  雷星星，甄旭东，田智，耿杰，李小燕,李汝宁

  车用发动机. 2022, 0(5): 27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.05.005

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  为了满足未来更为严格的排放法规要求，以某款传统柴油发动机为例，采用一维GT-Power和三维CFD仿真软件搭建火花点火式甲醇发动机的一维、三维物理模型，通过调整点火时刻，分析不同的当量比和EGR率对发动机排放的影响。研究结果表明：随着点火时刻的推迟，CO排放先减少后增加，NO_x排放和CO₂排放都减少，未燃甲醇和甲醛排放近乎于0，其中点火角为-10°ATDC时，排放性较好；点火角为-10°ATDC时，随着当量比增大，CO排放增加，NO_x排放减少，CO₂排放则先增加后减少，未燃甲醇和甲醛排放近乎于0；点火角为-10°ATDC时，随着EGR率增大，CO排放增大，NO_x和CO₂的排放都减少，未燃甲醇和甲醛排放近乎于0。
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  缸套碳氮/渗硫层在含FeS微粒润滑油下的摩擦学性能

  齐俊平，雷艳华，王新华

  车用发动机. 2022, 0(5): 35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.05.006

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  针对大功率柴油机缸套较为苛刻的工况，采用离子碳氮/渗硫工艺对CrMoCu合金铸铁缸套试样内表面进行复合处理，将粒度为0.5 μm的FeS微粒按1%~4%的比例添加到润润滑油中，在试验载荷为300 N时考查FeS微粒添加量对复合改性层耐磨性的影响，在载荷为20~300 N范围内考查复合改性层与复合油协同作用的摩擦学性能,并探讨了其协同作用机理。结果表明：制备的复合改性层主要由Fe₃N，Fe₂C，FeS和FeS₂组成，较基体硬度提高了1.6倍；FeS微粒的最佳添加比例为2.5%，添加到润滑油中的FeS微粒可以不断地吸附到摩擦副表面上，形成吸附层并起固体润滑作用，弥补了渗硫层厚度较薄的缺点和润滑油单一润滑方式的不足；复合改性层表面渗硫层的疏松多孔结构有利于FeS微粒的吸附、储油和分子扩散等；摩擦化学反应生成的氧化物、硫化物、磷酸盐等边界薄膜，提升了试样表面的减摩、抗磨能力；高硬度的碳氮共渗层可对渗硫层、润滑油膜、边界薄膜以及吸附层等提供有效支撑，延长其减摩抗磨作用时间；轻载时，吸附和留存在摩擦副表面上的FeS微粒数量较少，复合改性层与含FeS微粒润滑油协同作用效果不明显；重载300 N时，协同作用优良，相对于润滑油润滑，缸套试样表面耐磨性提高了53.1%,环试样表面的耐磨性提高了49.9%。
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  基于BI-LSTM神经网络的宽采样频率电池SOH估算

  倪祥淦，何志刚，胡帅，李伟权，郭晓丹

  车用发动机. 2022, 0(5): 44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.05.007

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  锂离子电池健康状态（SOH）直接决定了电池储存能量和输出功率的能力。搭载锂离子电池的交通工具在运行时，需要实时上传电池数据，数据记录频率越高，数据通信成本越高。为了保证电池SOH估算准确，同时降低数据通信成本，基于试验室环境，设计了不同充放电倍率下的宽采样频率充放电试验。为了解决宽采样频率下健康特征波动问题，采用局部加权线性回归（LWLR）算法对健康特征下降趋势定性刻画。采用最大信息系数（MIC）算法衡量健康特征与容量的相关性。最后，基于双向长短期记忆（BI-LSTM）神经网络进一步学习容量与健康特征的非线性退化关系。根据单节电池历史数据离线估算电池SOH，最大相对误差为1.601%。
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  基于GBDT算法的柴油机性能预测

  陈天锴，王贵勇，申立中，姚国仲

  车用发动机. 2022, 0(5): 51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.05.008

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  柴油机作为一种多输入多输出的高复杂度与耦合度系统，难以用精确的物理与化学模型准确描述。通过空间填充设计采集训练数据集，采用GBDT(Gradient Boosting Decision Tree,梯度提升决策树)算法构建了柴油机有效燃油消耗率（BSFC）、NO_x和CO预测模型，并对模型进行了验证。结果表明：预测模型收敛速度较快；BSFC，NO_x，CO拟合程度R²分别为0.981，0.993，0.992；预测值平均相对误差为0.81%，3.68%，2.95%；模型生成的BSFC,NO_x,CO响应与真实柴油机趋势具有一致性；预测模型有较高的精确度和稳定性。梯度提升决策树算法对柴油机建模有较高的适应度，能够有效解决多特征高维非线性柴油机系统问题，为柴油机性能预测建模提供了一种行之有效的方法。
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  面向控制的柴油机PPCI燃烧预测模型研究

  桂勇，陈自强，姚晔，杨凯，章雍，石磊

  车用发动机. 2022, 0(5): 59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.05.009

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  柴油部分预混压燃PPCI燃烧对油气混合状态与边界条件敏感，面向控制的燃烧预测建模难度大。针对上述问题，对PPCI燃烧燃油喷射控制参数进行了敏感性分析，建立了PPCI柴油机韦伯函数线性化燃烧模型。研究表明：喷油参数的变化对燃烧参数具有较大敏感性，采用韦伯函数线性化方法建立的燃烧预测模型能够实时预测缸压与放热率等重要参数，模型参数的计算值与标定值相关系数大于0.98。
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  发动机缸体主轴承孔变形优化

  高宏伟，韩力春，田小飞，张静，魏志明，张艳青

  车用发动机. 2022, 0(5): 66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.05.010

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  对1.5 L增压直喷汽油机主轴承孔变形进行优化，借助有限元仿真分析手段，分析主轴承盖止口过盈量、螺栓轴力及缸体材料塑性因素等对主轴承孔变形的影响。研究结果表明：对于该机型，主轴承盖螺栓轴力及夹紧区材料塑性变形是主轴承孔变形的主要影响因素，通过降低螺栓轴力可大幅降低主轴承孔变形；对于降低螺栓轴力优化方案，实测与仿真主轴承孔变形结果改善趋势一致，说明该主轴承孔变形仿真分析方法可实际工程应用。
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  基于X型恒温热线风速仪的径流涡轮入口旋流试验研究

  周识略，邹泽成，杨名洋，丁占铭，黄敏，刘莹

  车用发动机. 2022, 0(5): 74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.05.011

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  两级可调增压系统具有高度结构紧凑性，系统间存在气流相互干涉产生的强耦合作用，从而导致涡轮性能发生变化。从可调两级增压系统级间流场测量手段展开论述，详细探究了涡轮入口流场测量方法，设计了一种基于X型恒温热线风速仪的全自动步进测量方法，测量了35°旋流发生器在径流涡轮入口处产生的旋流。测量结果表明，随着质量流量的改变，旋流角的大小与旋流发生器叶片偏转角度保持一致，稳定在35°~36°之间，旋流的轴向速度与切向速度变化趋势相同，由管壁向管道中心逐渐增大且在圆心处增加至最大。该研究验证了X型二维热线测量涡轮入口旋流的可行性和精确性，为两级可调增压系统管内流动测量方法及管路结构优化设计提供了参考。
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  柴油机润滑油液状态在线评估方法研究

  兰天，智海峰，王敏，刘峰春，王彦岩，阴晋冠，沈义涛

  车用发动机. 2022, 0(5): 80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.05.012

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  为实现对柴油机润滑油状态的在线评估，研究得到其介电常数、黏度随主要劣化指标（柴油含量、烟炱含量、氧化度）的变化规律：柴油含量对介电常数的影响较小，与黏度呈较明显负相关性；烟炱含量与介电常数呈正相关性，与黏度呈二次关系；氧化度对二者的影响很小，可以忽略。在此基础上，搭建了基于回归分析和BP神经网络的润滑油主要劣化指标评估模型。试验结果表明：BP神经网络模型对润滑油主要劣化指标具有更高的预测精度，对三者最大预测误差分别为其含量阈值的8.3%，9.7%，6%。采用所建模型对柴油机润滑油进行在线实时监测，可以避免因润滑油状态异常造成的发动机部件损坏，对提高柴油机工作的可靠性具有重要意义。
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  基于轻量化图卷积的装甲车辆底盘发动机运行状态预测研究

  李英顺，孟享广，姚兆，刘海洋，陶学新

  车用发动机. 2022, 0(5): 86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2022.05.013

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  对装甲车辆底盘发动机进行运行状态预测，提前了解发动机的健康状态，可以有效保障装甲车的作战能力，还能延长使用寿命。提出了一种轻量化的图卷积神经网络（LGCN），对装甲车底盘发动机的运行状态进行预测研究。首先，根据影响发动机运行状态的特征数据进行皮尔逊相关系数的量化分析。其次，基于特征相关性的量化结构构建图拉普拉斯矩阵。然后，引入了切比雪夫多项式减少谱域图卷积（GCN）计算过程的参数量和计算复杂度。最后，基于提出的轻量化图卷积神经网络对装甲车辆底盘发动机进行运行状态预测分析。结果表明，LGCN可以有效实现运行状态的预测分析，多模式识别算法的预测结果显示，LGCN获得了98.75%的分类准确率和98.31%F1分数，同时获得了最佳的预测稳定性。