2023年, 第0卷, 第3期　
刊出日期：2023-06-25

  

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  活塞环和气缸套表面形貌对润滑性能的影响

  孔令春，白书战，李国祥

  车用发动机. 2023, 0(3): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.03.001

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  综合考虑缸套热变形、缸套温度场、弹性变形以及润滑油变黏度等因素影响，建立活塞环缸套摩擦副的瞬态流体动压润滑计算模型，分析发动机工况、活塞环-缸套接触面粗糙度方向和粗糙度大小对摩擦功耗和窜气量的影响。研究发现，当转速升高时，摩擦功耗升高，影响发动机效率；活塞环采用横向粗糙度方向和缸套采用纵向粗糙度方向的组合，能够同时使窜气量和摩擦功耗处于较低的水平；综合粗糙度一致时，采用活塞环表面粗糙度低于缸套表面粗糙度的组合，能有效降低摩擦功耗。
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  柴油机活塞销孔润滑特性的数值和试验研究

  邓立君，陈丽，穆振仟，付强，熊培友，刘敬，黄爱芹

  车用发动机. 2023, 0(3): 8-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.03.002

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  以不同销内径、配合间隙、销孔型线的活塞组为研究对象，以利用ANSYS计算得到的活塞温度场和变形量作为边界条件，基于弹性流体动力学润滑模型，进行多体动力学仿真计算，并结合销孔疲劳试验对活塞销孔的磨损情况进行分析。结果显示，销孔磨损一般发生在销孔内侧靠近销孔内倒角位置。活塞销的结构强度引起自身椭圆变形过大，从而使得销孔表面产生很大的接触压力，在接触压力的作用下，销孔会发生严重的磨损。随着活塞销内孔直径的增加，累计磨损载荷增大；销孔接触压力和累计磨损载荷随配合间隙的增大而减小；双曲线销孔型线更有利于销孔楔形动力润滑油膜的形成。
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  柴油机连杆小头衬套摩擦磨损试验研究

  刘旭康，张利敏，王浩宇，李一帆，李满，周润天

  车用发动机. 2023, 0(3): 17-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.03.003

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  针对柴油机连杆小头衬套磨损失效问题，依照局部强化技术的工程思路，在摆动摩擦副摩擦磨损试验台上开展了3种制备工艺下，衬套与活塞销匹配的摩擦磨损试验，并对其制备工艺进行剖析。试验结果表明：从摩擦扭矩、摩擦温度、宏观/微观形貌和磨损量4个方面对比，相同工况下挤压工艺衬套的摩擦磨损性能均优于旋压工艺衬套，表现出对标进口工艺衬套的能力，挤压工艺衬套整体晶粒均匀性良好，这是产品表现出良好摩擦磨损性能的重要原因。
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  倾斜叶片前缘对涡轮强迫振动的影响研究

  黄智，马朝臣

  车用发动机. 2023, 0(3): 22-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.03.004

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  针对车用增压器径流涡轮在运行过程中容易出现高周疲劳失效的问题，使用流固耦合法对比分析不同叶轮前缘倾角的涡轮内部流场和强迫振动。结果表明，叶片前缘倾斜与导叶尾缘形成一定夹角可以减轻转-静子干涉效应。前缘倾斜叶轮在靠近叶片压力面的通道涡比前缘垂直模型的更强，导致涡轮的效率下降。叶片垂直设计在整个叶高范围同时与导叶的尾迹发生切割，增加了气动激励的大小，而叶片前缘倾斜可以减轻尾迹干涉的程度。另外，倾斜叶片前缘设计的吸力面侧压力比垂直叶片前缘的更小，导叶的势场对垂直前缘叶轮叶片的干涉作用更为强烈。综合考虑倾角对效率和最大动应力的影响，得到了合理的倾角设计，叶轮在一阶、二阶谐波压力下最大动应力均有较大程度降低。
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  考虑温度和燃油稀释的柴油机润滑油黏度模型研究

  王天齐，王亚宁，张斌，田晔，刘晓日

  车用发动机. 2023, 0(3): 28-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.03.005

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  随着柴油机高喷油压力和燃油后喷技术的应用，润滑油受燃油稀释的问题愈发严重，同时温度对燃油黏度有显著影响，建立考虑温度和燃油稀释的黏度模型，对润滑油性能研究和柴油机摩擦副模拟计算具有重要意义。以柴油机用美孚15W-40润滑油为例，通过试验分别测定了未混入燃油的原15W-40润滑油和混入燃油体积分数为3%，6%，9%，12%，15%的15W-40润滑油在20~180 ℃之间的黏度变化。构建了考虑燃油体积分数的Vogel方程、Andrade方程及Reynolds方程，并比较了其拟合效果。构建了量纲一的稀释黏度比温度方程，反映了燃油稀释在不同温度下对黏度的影响程度和规律。构建了基于润滑油温度和混合燃料体积分数的反向传播神经网络黏度模型。结果表明：Vogel方程对15W-40润滑油被稀释前后黏温曲线拟合效果最好；所构建的反向传播神经网络黏度模型对15W-40润滑油黏度预测值中90%的误差小于2%，整体误差不超过6%。
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  气缸套等离子束淬火/渗硫层“等耐磨性”试验研究

  齐俊平，王新华，王守忠

  车用发动机. 2023, 0(3): 35-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.03.006

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  为了提高缸套内表面磨损均匀性、改善与环的配副性，制备了等离子束淬火和等离子束淬火/渗硫两种工艺下的缸套试样，并借助OM、SEM、XRD和硬度计等比较研究了其内表面的组织性能。结果表明：淬火层组织由隐针马氏体+残余奥氏体组成，淬火/渗硫复合层组织由α-Fe+FeS+FeS₂组成；随扫描速度逐渐降低，自下而上，淬火层的硬度逐渐提高，淬火/渗硫复合层的硬度、厚度和FeS含量逐渐增加；淬火缸套试样磨损量基本为0.009 mm，淬火/渗硫缸套试样磨损量基本为0.003 mm，相对淬火缸套减少了66.7%，配副环的开口间隙相对减小了65.3%。淬火缸套内表面强化效果自下而上逐渐提高，其对FeS支撑作用逐渐增强，与缸套不同部位实际工作条件的变化对耐磨性的要求基本一致，是两种缸套试样具有“等耐磨性”的主要机理所在。
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  气缸盖火力板传热影响规律研究

  李鹏，文洋，赵志强，顾维东，靳东，何晓东

  车用发动机. 2023, 0(3): 40-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.03.007

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  基于平板传热理论和正交试验方法，探明了影响气缸盖火力板壁温的各换热边界的主次顺序和影响规律，研究结论可应用于气缸盖设计，为热负荷控制提供方向和参考。在某气缸盖研发过程中，结合上述理论，以控制火力面温度最低为目标，确定火力板厚度为首要的控制参数，并确定了最优值，同时验证了平板传热理论应用于探寻火力板温度影响规律的可行性和正确性。
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  国六涡轮增压柴油机喘振机理与喘振控制研究

  梁帅帅，代子阳，冯海浩，梁恒山，庄洪霖，史彦晓

  车用发动机. 2023, 0(3): 46-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.03.008

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  涡轮增压柴油机在瞬态过程中存在喘振问题，影响可靠性和驾驶体验，尤其对于利用进气节流阀提高热管理性能的国六涡轮增压柴油机，其喘振问题亟待解决。试验对象为排量10.5 L的重卡发动机，进行不同发动机转速下突降油门试验，通过对比发现发动机在中低转速突降油门过程更容易发生喘振；另外，进行热管理模式下不同进气节流阀关闭速度和最小关闭开度的突降油门试验，通过对比喘振规律发现，热管理模式下进气节流阀关闭速度越快，进气阻塞作用越强，而进气节流阀最小开度越小，最小折合流量越小，喘振风险越大。在空气系统模型基础上搭建喘振控制策略，经过验证可知，热管理模式下喘振控制策略能有效防止突降油门过程超出喘振线，一定程度上解决了国六涡轮增压柴油机喘振问题。
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  高压缩比甲醇发动机非常规排放影响分析

  甄旭东，雷星星，田智，耿杰，李汝宁，李小燕

  车用发动机. 2023, 0(3): 52-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.03.009

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  采用一维GT-Power和三维CFD仿真软件耦合甲醇氧化详细化学动力学机理，以某传统柴油机参数为基础，搭建了火花点火式甲醇发动机的一、三维物理模型，研究了该甲醇发动机的非常规排放。研究表明：随着负荷的增大，未燃甲醇与甲醛的排放呈现先减少后增多的趋势；小负荷时，增加点火提前角更能有效降低未燃甲醇及甲醛排放；随着转速增加，未燃甲醇排放有增加的趋势，而甲醛排放呈现先增加后减少的趋势；增大EGR率更能明显地降低未燃甲醇及甲醛的排放；压缩比增大可以降低未燃甲醇及甲醛排放，且其增加到17.5之后，排放量几乎接近于0；当压缩比较小时，当量比的增大能有效减少未燃甲醇及甲醛排放；未燃甲醇与甲醛主要分布在缸壁、缸盖底面与活塞顶面的一些缝隙区域。
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  燃烧过程对轻型车用柴油机怠速噪声的影响

  罗福强，丁鑫华，吴少喆，金天宇，王楚翘，伍子旭

  车用发动机. 2023, 0(3): 59-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.03.010

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  发动机噪声是车辆怠速噪声的主要来源。为研究某轻型卡车怠速开空调时车内噪声增大的问题，进行了发动机台架试验，试验对象为一台4缸、四冲程、涡轮增压中冷、电控高压共轨柴油机。试验测量了柴油机的气缸压力、声功率及近场噪声，通过比较声功率级，分析了柴油机在不同工况下的噪声变化。基于气缸压力计算了放热率、压力升高率等燃烧特性参数，基于近场噪声信号计算了近场噪声频谱，进一步研究了燃烧特性参数变化对不同频率近场噪声的影响。结果表明：冷却液温度小幅度降低时喷射策略确定的喷油正时提前，导致气缸最高燃烧压力及预喷燃油燃烧引起的压力升高率峰值显著增大，怠速噪声增大；750 r/min时喷射策略确定的喷油正时较早，压力升高率较大，最高燃烧压力在更靠近上止点的位置出现且持续时间较长，燃烧过程较780 r/min与 820 r/min时更为剧烈，这是该转速下噪声较高的主要原因。开空调时循环供油量增加，燃烧过程更加剧烈，产生更高的压力升高率及最高燃烧压力，也会导致怠速噪声增大。此外，频率在1 000 Hz左右噪声的变化对该柴油机整体噪声水平的影响最大。
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  电动汽车锂电池液冷系统设计与优化

  张振文，谢苗，刘志恩，裴书卿，范蓉蓉

  车用发动机. 2023, 0(3): 67-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.03.011

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  液冷散热是目前电动汽车锂电池组主流的散热方法，可保证电池在适宜的温度范围内安全工作。针对一款冲压式双流道液冷板进行设计与分析，建立了液冷板流体域计算流体动力学分析模型，分析了模型的网格无关性，讨论了减少液冷板压力损失的方法；以质量流量均匀性为目标，利用多场耦合集成优化软件，对液冷板内部流道宽度进行自动优化；建立了锂电池液冷板的流固耦合传热模型，校核了电池顶面最高温度及最大温差。
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  P0+P3构型插电式混合动力汽车能量管理策略

  罗勇，褚清国，隋毅，任琳，张嘉璐，陈国芳

  车用发动机. 2023, 0(3): 73-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.03.012

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  为了同步提升插电式混合动力汽车(PHEV)燃油经济性和整车性能，选取P0+P3构型作为研究对象，通过对混合动力汽车的构型分析，确定P0+P3构型PHEV的可行工作模式。在此基础上制定基于规则的CD-CS控制策略，在MATLAB/Simulink中建立PHEV整车动力系统关键模型，以 3组WLTC循环工况组合仿真分析双电机构型P0+P3与单电机构型P3的节油潜力。仿真结果显示：整车模型搭建合理，所提出的整车控制策略对整车控制效果较好，对比燃油车，P3构型的PHEV节油率为55.2%，P0+P3构型的PHEV节油率为66.3%，引入电机后燃油经济性有明显提升。
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  基于燃油经济性的坡道适应性巡航控制研究

  唐荣江，李蒙康，毕道坤，张致远，周辉

  车用发动机. 2023, 0(3): 82-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.03.013

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  为提升商用车巡航控制的燃油经济性，提出一种商用车坡道适应性的巡航控制方法。坡道适应性巡航控制采用分层控制结构，由上层控制系统和下层控制系统组成：上层控制系统根据车辆纵向动力学模型和瞬态修正的多项式燃油消耗模型，基于极小值原理对快速优化的非线性模型预测控制算法进行求解，以最优控制变量的求解方程，获得前方道路坡度纵向需求扭矩的最优控制序列；下层控制系统基于车辆逆纵向动力学模型输出期望油门开度，由油门控制器实时控制车辆。为了验证商用车坡道适应性巡航控制的有效性，基于Matlab/Simulink和TruckSim软件建立联合仿真平台，在虚拟道路工况和真实道路工况下进行仿真分析。结果表明，与定速巡航控制相比，所提出的商用车坡道适应性巡航控制的节能方法可有效降低燃油消耗量。
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  基于遗传算法的混动汽车扭矩节能协调控制优化

  王平，张宏，李春芾

  车用发动机. 2023, 0(3): 88-92. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.03.014

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  为了提高混合动力汽车的节能效果，在等效燃油消耗最小策略(Equivalent Fuel Comsumption Minimization Strategy，ECMS)的基础上引入遗传算法(Genetic Algorithm，GA)，设计了一种基于遗传算法优化发动机扭矩的节能协调控制策略。以整车冲击波强度作为价值指标目标函数，通过遗传算法优化后获得最佳扭矩参数，优化模式运行阶段的发动机扭矩，减小冲击影响并获得更优的扭矩跟随效果。研究结果表明：采用GA优化能够对发动机扭矩起到削峰填谷作用，获得更高的整车动力稳定性；NEDC工况下，冲击波强度下降了近45%；利用GA-ECMS协调控制方案能够增强模式切换品质，也可以有效改善混合动力系统经济性。采用实际路段工况验证了GA-ECMS扭矩优化协调效果，结果表明GA优化混合驱动可稳定发动机扭矩，能够达到优异的协调控制性能。