2023年, 第0卷, 第5期　
刊出日期：2023-10-25

  

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  基于气缸套-活塞环磨损的内燃机性能衰退研究

  王世年，崔毅，徐兆辉，高礼宁，李亚芬，侯新荣

  车用发动机. 2023, 0(5): 1-8.

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  为了研究缸内燃气通过活塞环组窜入曲轴箱后对整机性能的影响，基于内燃机热力学理论，建立了相关的数学模型，包括柴油机性能计算模型、漏气模型和磨损模型。漏气模型考虑了活塞环开口间隙影响下的漏气对性能参数的影响，并基于当量开口间隙，研究了气缸套活塞环磨损对内燃机性能的影响。基于Archard模型，由性能衰退规律，预测了柴油机的大修期。计算结果表明，在气缸套最大磨损400 μm，第一环磨损200 μm时，功率衰退7.52%，标定工况下，有效燃油消耗率增加7.73%。
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  脉冲来流下蜗壳几何参数对涡轮流动特性的影响

  黄磊， 赵荣超，诸葛伟林，丁占铭，张扬军

  车用发动机. 2023, 0(5): 9-16.

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  为了探明脉冲来流下蜗壳详细设计参数对转子进口流动时空变化及气动性能影响机理，提高涡轮效率，采用三维非定常数值模拟方法，研究了蜗壳出口半径、蜗壳截面形状和进口导管角对涡轮流动特性的影响。结果表明：蜗壳出口半径增大，可以有效抑制蜗舌引起的周向畸变，在脉冲波峰时刻降低蜗舌附近叶片吸力面熵产率，在脉冲波谷时刻降低叶片压力面熵产率，可提高涡轮气动性能；梨形截面蜗壳优于圆形截面蜗壳，降低了蜗舌处熵产率；进口导管角主要影响蜗舌处的气体流动，导管角增大使蜗舌处流动畸变增强，并使得蜗壳等效A/R值增大，质量流量（MFP）增加。
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  活塞双射流入口内冷油腔振荡换热特性研究

  袁哲，景国玺，孙秀秀，曾小春，王功成，武一民

  车用发动机. 2023, 0(5): 17-24.

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  为研究活塞双射流入口内冷油腔在活塞往复运动时机油的振荡流动情况和换热效果，基于CFD软件采用动网格研究了双射流入口油腔在瞬态运动条件下冷却机油在油腔内的分布规律和油腔壁面的换热情况，并与相同边界下单射流入口油腔的机油分布和油腔换热能力进行了对比。分析表明，相较单射流入口油腔，双射流入口油腔的机油填充率提升11.5%，平均传热系数提升13.3%，并且机油和壁面传热系数在油腔周向的分布也更均匀。最后将振荡冷却计算的结果映射至活塞温度场边界，分析开设两种油腔的活塞温度场，结果表明，开设双射流入口油腔的活塞顶部温度整体较低，最高温度降低了7 ℃，顶面副推力侧温度降低明显。
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  定容弹内煤制油喷雾及着火特性的可视化研究

  谭贵荣，赵增亮，王毅，陈俞霖，黄豪中

  车用发动机. 2023, 0(5): 25-30.

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  煤制油的生产工艺成熟、来源广泛，有利于降低我国对石油进口的依赖。通过定容燃烧弹进行了可视化研究，分析了煤制油在不同环境条件下的喷雾和着火特性。研究结果表明，煤制油喷雾和柴油喷雾在不同工况下均表现出良好的一致性，喷雾发展趋势相同。当环境温度保持500 K不变，随着环境压力由3 MPa提高到6 MPa，煤制油喷雾的贯穿距减小了22.67%，而喷雾锥角增大了46.9%。随着环境温度的提高，大量燃油液滴在破碎后迅速汽化，故喷雾贯穿距和喷雾锥角均表现出明显的降低趋势。在高环境压力下，煤制油的着火时刻提前，火焰浮起长度由38.8 mm缩短至30 mm，并表现出良好的球形火焰形态。与柴油相比，煤制油喷雾的贯穿距较短而锥角较大。在500 K，6 MPa的环境条件下，煤制油和柴油的喷雾贯穿距分别为46.4 mm和49.6 mm，表明煤制油在实际使用时更不容易产生撞壁现象。
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  GDI喷油器小脉宽非线性流量特性分析

  梁迟迟，张振东

  车用发动机. 2023, 0(5): 31-37.

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  针对GDI喷油器流量特性在小脉宽下存在的非线性问题，分析了小脉宽非线性的成因并提出了一种能够精确控制小脉宽喷油量的闭环控制系统。该系统能够基于GDI喷油器驱动电压的反馈信号，识别出针阀关闭时刻，在不同温度、黏度下进行自学习，采用数据拟合的方式获得喷油器开启延迟时间。结果表明：该控制策略能有效提高GDI喷油器小脉宽流动特性的一致性，在小脉宽区燃油喷射量偏差最高可降低30%，大部分偏差都在±10%以内，线性模式下流量偏差均低于5%。
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  高效混动专用发动机技术研究

  满兴家，梁源飞，叶年业，李露露，肖茹洁

  车用发动机. 2023, 0(5): 38-44.

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  针对高效混动专用发动机开发过程中发动机热效率未达到设计目标的问题，使用试验数据校正了热力学模型，应用模型对问题原因进行了量化评估，提出了提高热效率的优化方案。结果表明：样机燃烧速率慢、抗爆震性能差、压缩比低是热效率未达标的原因；优化方案包括:优化燃烧系统、提高压缩比到12、增加进排气升程的高度；优化方案的部分负荷平均燃油消耗率平均降幅为4.4%，最低燃油消耗率为209 g/(kW·h)，对应热效率为40.5%，满足设计目标。米勒循环+冷却EGR技术需要匹配快速燃烧系统使用。
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  国六重型柴油机后处理装置再生验证试验研究

  郑巍，朱启涛，程建康，张昌盛，王兆文

  车用发动机. 2023, 0(5): 45-50.

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  柴油机国六排放法规的推出使DPF成为柴油机达到国六排放法规要求的必要后处理装置，且DPF再生技术是国六柴油机的核心技术。国六柴油机后处理型式复杂，不恰当的再生验证试验会导致错误的试验结果。根据再生的发生周期，DPF再生可分连续再生和周期性再生两类。详细介绍了不同再生类型下柴油机的再生验证过程，并通过不同类型的柴油机再生试验研究，得到了国六柴油机的炭烟排放再生规律。针对周期性再生验证的难点，创新性地提出了周期试验替代方案，可有效计算再生因子，优化了周期性再生验证试验流程，缩短周期性再生的验证时间，大幅减少了其验证成本。
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  裂解气对稀燃甲醇发动机性能影响的仿真研究

  王向阳，刘宇，解方喜

  车用发动机. 2023, 0(5): 51-56.

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  基于甲醇发动机三维模型，通过CONVERGE仿真软件计算分析了EGR稀释和空气稀释下进气道喷射裂解气对甲醇发动机燃烧特性和排放特性的影响。结果表明：掺烧甲醇裂解气后，缸内混合气分布趋于均匀；同一稀释比下，甲醇裂解气掺烧对空气稀释下燃烧速率的提高要大于EGR稀释；相同裂解气掺烧比下，EGR稀释的CO排放和HC排放明显高于空气稀释，NO_x排放明显低于空气稀释，甲醇裂解气掺烧在空气稀释下对CO和NO_x排放的降低相对于EGR稀释更为明显，HC排放则相反；随着甲醇裂解气掺烧比的增大，EGR稀释下的最高综合指示热效率逐渐逼近空气稀释，在裂解气掺烧比达到30%时，两种稀释方式的最高综合指示热效率只相差2.6%。
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  高强化柴油机迷宫式油气分离器结构影响研究

  苏鑫朋，景国玺，孙秀秀，于会超，赵伟程，文洋

  车用发动机. 2023, 0(5): 57-62.

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  迷宫式油气分离器是重型柴油机油气预分离的主要设备，其性能直接影响柴油机排放达标度。基于CFD仿真在高窜气量下研究了迷宫式油气分离器主要结构参数对压力损失和分离效率的影响规律，包括过滤孔孔径、过滤孔板间距和过滤孔数量，并基于发动机试验台架对不同油气分离器的压力损失和分离效率开展试验验证。结果表明：在高窜气量条件下，对于以交错孔板进行分离的迷宫式油气分离器，对压力损失影响最大的是过滤孔板孔径，对分离效率影响最大的是过滤孔数量；在迷宫式油气分离器设计时应重点关注孔板开孔率。
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  基于动态改进遗传粒子群--BP的重型车NO_x排放预测模型研究

  钱枫，马骋，祝能，王明达，王继广，许小伟

  车用发动机. 2023, 0(5): 63-71.

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  为了降低重型车NO_x排放速率监测控制中OBD设备异常采集数据和数据耦合问题的影响，基于BP神经网络建立了排放预测模型。为了提高预测模型的准确性，引入了遗传粒子群组合算法，并对其进行动态改进，同时利用PCA分析提取数据特征。结果表明：对比传统遗传算法和粒子群算法，动态改进的遗传粒子群组合算法在适应度函数上提升了5.75%和3.37%；与其他9种预测模型相比，动态改进后的遗传粒子群-BP网络在评价指标MASE、RMSE和R²上表现最优，MASE、RMSE分别为0.024和0.033 6，R²为0.951，预测结果与原始数据基本吻合，所建预测模型具有较高的预测准确性。
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  基于平衡和非平衡权重算法的柴油机有机朗肯循环多目标优化

  党玉荣，莫春兰，方颖聪，史科锐，张子杨，李作顺

  车用发动机. 2023, 0(5): 72-79.

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  对非共沸混合工质的柴油机ORC系统进了研究，提出了一种基于平衡和非平衡权重的热力学高维多目标优化（EMO）方法。研究表明，使用非共沸混合物，可提高换热器中工质和热源的匹配度，苯/甲苯（质量比：60%/40%）的输出功率(W_net)比纯工质提高5.4%~19.2%。敏感性参数分析表明，随着蒸发温度的增大，W_net先增大后减小，热效率(η_th)单调增加，总㶲损(I_zon)单调减少。由于W_net，η_th和I_zon相互矛盾，不存在同时满足这三个指标的运行参数，为此开展高维EMO，利用RPD-NSGA-Ⅱ进行多目标优化并通过TOPSIS进行分析。当基于η_th，W_net和I_zon的平衡权重进行选择，最佳η_th，W_net和I_zon分别为24.07%，72.36 kW和44.66 kW，而柴油机废气能量回收率（η_g）为12.5%；当基于W_net和η_th的非平衡权重进行选择，最佳η_th和W_net分别为22.42%和81.44 kW，对应的I_zon为52.33 kW，η_g为14.07%。可见，基于不同权重的选取能够给出更多的工程选择。

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  基于TNR和PR衍生特征参量的柴油机声品质预测研究

  周启迪，孙婷婷，张忠伟，许春光，丁宁，李一帆，李满

  车用发动机. 2023, 0(5): 80-85.

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  声品质客观评价指标的有效性随评价对象和应用场景的不同而存在差异性，而传统的声品质客观评价参量多关注时域特征，难以有效地对啸叫、刺耳特征进行表征。针对上述问题，构建了音噪比（tone-to-noise ratio，TNR）和突出比（prominence ratio，PR）MAP频域衍生特征参量，并结合时、频域特征完善了声品质客观评价体系。本研究构建的柴油机客观参量相对传统客观参量具有更高的声品质预测精度，预测结果为MSE=0.015 3，R²=0.981 9。
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  重型柴油机DPF非线性非稳态碳载量估算方法研究

  汪朝强，常仕英，于飞，刘浩，白书战

  车用发动机. 2023, 0(5): 86-92.

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  通常可以使用压差传感器估计柴油机微粒捕集器（DPF）中的碳载量，但其在较低排气流量时的非线性和非稳定状态下，准确性会严重下降。为了提高精度，建立了新的碳载量估算方法，以计算DPF中的炭烟累计量，从而提高主动再生触发时间的精度。该模型基于发动机炭烟排放和DPF内的炭烟氧化平衡，由炭烟排放模型、NO₂被动再生模型和炭烟高温氧化模型3个子模型组成。测试验证是基于全球统一瞬态试验循环(WHTC)进行的。试验结果表明，在载碳形成过程中，碳载量计算值与实测值的平均误差为4.6%。随着排气温度和NO₂浓度增加，被动再生加快，主动再生间隔延长。