2023年, 第0卷, 第6期　
刊出日期：2023-12-25

  

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  低转速工况下喷油量对柴油机缸内压力振荡和排放特性的影响

  黎一锴，薛泽峰，王东方，史中杰，谢勇，李耀宗

  车用发动机. 2023, 0(6): 1-9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2023.06.001

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  缸内压力高频振荡现象对发动机低速、低负荷起动过程的燃烧稳定性、运行可靠性和排放物水平有着重要影响。为探明在柴油机低转速工况下喷油量对缸内压力振荡和排放特性的影响规律，基于单缸柴油机试验平台获取了低转速工况（800 r/min）下，喷油压力为40 MPa，喷油脉宽为3 500~6 000 μs 时的缸内燃烧压力、放热率、平均指示压力以及NO_x和Soot排放量。试验结果表明：在低转速工况下，随着喷油量的增大，缸内压力峰值逐渐增大；压力高频振荡的幅值呈现先增大后减小的非单调变化规律，当喷油脉宽为5 000 μs时，缸内压力高频振荡幅值达到最大值0.84 MPa。缸内燃烧放热各指标如压力升高率、放热率、滞燃期和平均指示压力与缸压振荡的变化规律呈现高度一致性，缸内压力振荡最大值大致对应上述指标的最佳值。适当强度的缸压振荡有利于缸内燃烧效率的提高。此外，随着喷油量的增大，Soot的排放量呈现两阶段非线性增加的变化规律，NO_x的排放量呈现先增大后减小的非单调变化规律，增加喷油量与缸内压力振荡导致的缸内当量比浓度转变造成了上述变化。
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  EGR和稀燃对甲醇发动机燃烧及排放特性的影响

  孟雨航，孙楠楠，张明泽，贾德民，张海燕，朱建军

  车用发动机. 2023, 0(6): 10-18. https://doi.org/1001-2222.2023.06.00

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  在废气再循环（EGR）和稀燃策略下，以一台进气道喷射点燃式大功率甲醇发动机为试验对象，研究了两种稀释策略及复合稀释对甲醇发动机性能、燃烧及排放特性的影响。试验结果表明：在相同的稀释率下，稀燃比EGR能拥有更高的缸压峰值、更短的燃烧持续期、更低的燃油消耗率和更高的有效热效率。稀燃策略在降低HC和CO排放方面效果较为显著，而EGR策略能更为有效地降低NO_x排放。在未燃甲醇和甲醛排放方面，稀燃策略效果都较好。与EGR单独稀释相比，复合稀释能显著提高甲醇发动机的有效热效率。复合稀释对HC排放的影响较小，在降低CO排放方面和过量空气稀释效果相似，优于EGR稀释，最大降低幅度高达80.3%；拥有更好的抑制NO_x 排放的效果，最大降低幅度为97%。复合稀释时，未燃甲醇排放与EGR单独稀释时相当，高于过量空气单独稀释；高稀释程度复合稀释时，甲醛排放有所下降。
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  降怠速工况DPF再生温度及排放特性研究

  吴撼明，李振国，邵元凯，王懋譞，张旺，蔡之洲

  车用发动机. 2023, 0(6): 19-25. https://doi.org/1001-2222.2023.06.003

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  基于某国六柴油机搭建后处理系统试验台架，研究了堇青石DPF在急降怠速（DTI）过程中的主动再生特性，探究了碳载量对DTI再生温度特性的影响以及DTI试验后的DPF瞬态排放特性。结果表明：DTI再生过程中载体内部温度分布极不均匀，峰值温度出现在DPF后端的中环处；碳载量对DTI再生温度及PM和PN排放有显著影响，当碳载量达到7 g/L时，峰值温度达到1 394.1 ℃，最大温度梯度达到139.0 ℃/cm，PN排放超过国六限值10倍以上，而PM排放虽有明显升高，仍在较大裕量内满足国六限值。当超过堇青石陶瓷材料的耐受温度和温度梯度极限时，DPF具有很大的熔化和开裂风险，需要合理选取再生极限碳载量以保证可靠性。
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  高温下掺氢燃气层流燃烧速度和稳定性研究

  朱源，姜根柱，王筱蓉，苏傲成

  车用发动机. 2023, 0(6): 26-32. https://doi.org/1001-2222.2023.06.004

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  基于定容燃烧弹系统结合高速纹影技术，研究了初始温度为450 K，初始压力为0.2 MPa，氢气含量为50%,70%和80%，当量比为0.7~1.4时的氢气乙醇空气混合燃气的层流火焰燃烧特性。对掺氢燃气的层流燃烧速度(LBV)以及火焰不稳定性进行研究。结果表明：扩大燃料中氢气的占比能提高混合燃气的LBV；氢气掺混含量为50%，70%和80%预混燃气的层流燃烧速度均在当量比为1.3下达到峰值，随后呈下降趋势。当氢气掺混含量为50%，70%和80%时，随着当量比的上升，Lb逐渐减小，在当量比为1.4左右变成负值，火焰表面出现裂纹并发展出细胞结构，火焰呈现不稳定状态。
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  甲醇柴油微乳化液滴蒸发微爆特性研究

  胡佳康，许俊峰，杨伟，马富康，邹润，李峰

  车用发动机. 2023, 0(6): 33-38. https://doi.org/1001-2222.2023.06.005

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  采用挂滴法分别研究了环境温度和初始液滴体积对微乳化甲醇柴油液滴蒸发特性的影响。结果表明：随着环境温度的升高，微爆发生时刻提前，液滴寿命减小；随着初始液滴体积增大，微爆次数增多，微爆强度逐渐减小。在同等甲醇含量条件下，随着环境温度升高，小液滴（0.8 μL）微爆强度逐渐减弱，液滴蒸发过程逐渐平缓，而大液滴（1.6 μL）首次微爆强度逐渐增强，微爆次数逐渐增多，液滴波动蒸发逐渐显著。温度较低时小液滴更容易发生微爆，温度高时大液滴更容易发生微爆。双组分液滴蒸发过程中内部成核速率与液滴表面蒸发速率共同影响液滴微爆。
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  喷射比对汽-柴油双燃料压燃发动机燃烧及微粒排放特性的影响研究

  段加全，梁镇东，韩令海，宫艳峰，解方喜，李小平

  车用发动机. 2023, 0(6): 39-46. https://doi.org/1001-2222.2023.06.006

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  在一台车用高压共轨增压柴油机上，基于均质混合气引燃（HCII）燃烧模式,采用进气道喷射汽油、缸内两段直喷柴油的双燃料部分预混的燃烧策略，探究了喷射比对不同负荷下汽柴油双燃料发动机的燃烧及排放的影响。结果表明：小负荷时，随着喷射比增加缸内压力和温度下降，燃烧恶化；中高负荷下较高的喷射比可以改善缸内燃烧过程，小幅度提高动力性和经济性；试验负荷下，随着喷射比的增加，NO_x排放降低；双燃料发动机较原机拥有更优的微粒排放特性，且随着喷射比的增加效果更加明显。
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  关键参数对电液可变气门升程规律影响的试验研究

  刘杰，刘智，田维，韩志强

  车用发动机. 2023, 0(6): 47-53. https://doi.org/1001-2222.2023.06.007

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  基于自主研制的电液式可变气门系统研究了关键参数对气门升程曲线瞬时变化的影响，通过采用特征点来描述气门升程曲线的特征变化，为参数选取提供理论支撑。研究表明：进油相位对特征相位β_d和β_g的影响都存在临界值，且特征相位β_d和β_g随供油压力增大而提前；特征相位β_d不受泄油相位的影响，而泄油相位对特征相位β_g的影响存在拐点；特征相位β_d和β_g都随凸轮转速的增加而延迟。
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  基于灰狼算法的柴油机高海拔油气参数优化

  田宇，张付军，崔涛，巴建栋

  车用发动机. 2023, 0(6): 54-60. https://doi.org/1001-2222.2023.06.008

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  针对高原环境柴油机工作恶化的问题，利用灰狼算法对柴油机可调增压参数和喷油参数进行协同优化，得到了满足柴油机状态约束条件的最优参数组合。建立某V8可调两级增压柴油机GT-Power仿真模型，利用其生成不同输入参数下的样本数据训练神经网络，生成面向优化的MLP神经网络模型。通过灰狼算法获取不同转速下的最优高低压级涡轮旁通阀开度和循环喷油量组合，在海拔4 000 m（环境压力57.6 kPa）条件下，对于最大扭矩点2 000 r/min最高转速点3 000 r/min，可以在油耗上升5.73%和5.90%时使功率分别达到平原环境的94.88%和77.42%。
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  基于LIEF的喷雾数值仿真模型验证

  李岩松，崔明利，李雪松，许敏

  车用发动机. 2023, 0(6): 61-67. https://doi.org/1001-2222.2023.06.009

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  为了进一步探索发动机内部的空气燃料混合特性，基于Converge软件的O’Rourke湍流扩散模型与Frossling蒸发模型建立了喷雾蒸发的数值仿真模型，并使用复合激光诱导荧光（LIEF）技术对相同工况下定容弹内喷雾的液气两相浓度进行了同步测量，以对仿真进行验证。验证结果表明，仿真中的液相贯穿距与试验吻合较好，证明了仿真模型的正确性。仿真结果在气相部分出现了较明显的偏差，通过对模型方程进行分析得知，这是由于仿真模型所使用的Frossling单液滴蒸发模型无法考虑多组分与多相流情况的传质与传热，并针对如何提高模型精度给出了修正建议。
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  共轨喷油器高速电磁阀结构参数与响应时间耦合关系仿真研究及优化

  徐丹，徐春龙，杨贵春，赵建辉，刘永旺，赵志帅

  车用发动机. 2023, 0(6): 68-75. https://doi.org/1001-2222.2023.06.010

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  为研究共轨喷油器高速电磁阀结构参数与响应时间的耦合关系，并通过结构参数优化设计提高高速电磁阀动态响应速度，首先采用Ansoft软件与Simplorer软件进行联合仿真，建立了耦合驱动电路的高速电磁阀动态响应计算模型，并利用试验数据校核验证了计算模型的准确性。其次，为减少探究优化参数与优化目标耦合关系时的计算工作量，以计算模型提供的样本矩阵为基础，结合D-optimal设计与最小二乘法，采用RSM数学近似模型建立了高速电磁阀响应时间的响应面预测模型，以预测模型为研究工具，选取线圈匝数、衔铁升程、外磁极面积、内磁极面积及衔铁半径5个参数为拟优化结构参数，开展拟优化结构参数元效应敏感性分析研究，确定了衔铁升程为开启响应时间的较敏感参数。最后通过NBI-AFSQP优化算法，以提高高速电磁阀响应速度为优化目标，对高速电磁阀结构参数进行了优化设计。结果表明：经优化设计后，高速电磁阀开启响应时间降低了6.25%，关闭响应时间降低了9.56%，总响应时间降低了7.64%，高速电磁阀动态响应速度得到提高。
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  基于典型工况的混动汽车能量流测评与优化

  侯建军,王奉双，杨建军，王宝森，武玉琪

  车用发动机. 2023, 0(6): 76-83. https://doi.org/1001-2222.2023.06.011

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  基于典型循环工况，开展了混动汽车能量流测评与分析，研究了针对实际道路运行工况降低能耗的优化方法。首先，对比了循环工况下的整车能量流各效率特征参数；其次，按照不同的运行工况分段区间，得到了WLTC循环工况下发动机、发电机、驱动电机的输入输出功率和运行模式特征；最后，提出了基于工况特征参数挑选代表实际道路运行的典型循环工况实现能耗优化的方法。结果表明：发动机循环综合热效率最高达到了36.79%，市区循环的制动能量回收效率达到了87.04%；高速工况下整车综合效率29.72%，是车辆最节能的工况；针对代表实际道路运行的WLTCLM典型循环工况进行了全局优化，基于仿真验证，整车百公里能耗降低了3.98%。
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  高强化柴油机活塞环-气缸套边界润滑模型研究

  张利敏，袁晓帅，吕步高，王延荣，强慧，刘旭康

  车用发动机. 2023, 0(6): 84-89. https://doi.org/1001-2222.2023.06.012

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  高强化柴油机活塞环-气缸套在上止点处的工作环境恶劣，多处于边界润滑状态，该润滑状态对摩擦副的摩擦磨损性能具有较大影响，然而目前仍缺少相应的数值模型。本研究建立了考虑摩擦膜影响的活塞环-气缸套边界润滑模型，并对其关键参数进行了试验标定，在此基础上，对典型工况下该摩擦副摩擦系数及磨损量进行预测，并与往复摩擦磨损试验机试验结果进行对比，二者偏差小于10%，验证了该模型用于工程评价的有效性。