2024年, 第0卷, 第2期　
刊出日期：2024-04-25

  

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  内燃机燃烧氨燃料的研究综述

  马超坤，何宏舟

  车用发动机. 2024, 0(2): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.02.001

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  在全球碳减排的大趋势下，发展氨燃烧技术十分必要。综述了国内外对氨氧化化学动力学机理、层流燃烧速度和着火延迟时间的研究成果，并针对氨燃烧时燃烧速度慢和NO_x排放量大等问题介绍了掺混燃烧、富氧燃烧和等离子体辅助燃烧3种氨增强燃烧技术，详细阐述了压力和水分对氨燃烧中NO_x排放量的影响。重点介绍了氨燃料在内燃机中燃烧的研究现状，指出在内燃机燃料中掺烧氨燃料会造成内燃机功率下降和氮氧化物排放量过高等问题，而提高压缩比、调节氨掺混比例和调整燃料喷射策略等可以有效改善掺氨燃烧内燃机的功率和排放量。
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  考虑空穴效应的连杆小头摩擦副润滑特性与冲击影响研究

  毕玉华，杨钊乾，马雄，刘少华，唐明超

  车用发动机. 2024, 0(2): 9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.02.002

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  为改善连杆小头轴承润滑及活塞销冲击特性，基于粗糙峰接触理论、平均流量模型及弹流润滑理论，以某高压共轨4缸柴油机为研究对象，运用AVL EXCITE Power Unit软件搭建混合润滑活塞连杆组多体动力学模型，研究了考虑空穴条件下不同转速对连杆小头摩擦副润滑及冲击特性的影响规律。研究结果表明：标定功率转速2 400 r/min下，在做功时刻1 080°后峰值油膜压力达到最大值197.1 MPa，最小油膜厚度达到最小值1.8 μm，而润滑油填充率在整个发动机循环过程中均低于0.12。在怠速800 r/min、最大扭矩转速1 600 r/min、标定功率转速2 400 r/min下，进气、压缩、做功、排气4个冲程过程中，空穴区域由连杆小头轴承下半区转移至上半区、再转移至下半区。转速升高会导致峰值油膜压力增大，最小油膜厚度减小，粗糙接触压力增大，活塞销Z向速度峰值加大，对连杆小头轴承冲击加重，在缸内最高燃烧压力时刻，800 r/min，1 600 r/min，2 400 r/min下的平均润滑油填充率均值为0.84，0.70，0.69，因润滑油填充率随转速的升高而降低，空穴程度加重。
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  重型柴油机WHTC循环低温冷起动排放特性研究

  廖清睿，王凤滨，车金涛，覃庆孔

  车用发动机. 2024, 0(2): 19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.02.003

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  基于满足国Ⅵb阶段排放标准的柴油发动机，在配备低温环境仓的发动机台架上开展WHTC循环排放测试。设置多个环境温度，对比CO，HC，NO_x，PN及PM的比排放结果。分析环境温度、中冷后温度、排气温度与排气污染物的关系以及WHTC循环3个阶段不同环境温度下CO，HC，NO_x和PN排放特性的差异。结果发现：环境温度降低，NO_x，CO和HC比排放值逐渐增加，PN比排放值总体减少，PM比排放值先减少后升高；环境温度分别为-10 ℃和-15 ℃，且尿素冻结的状态下，NO_x比排放是尿素未冻结状态的1.2倍和3.3倍；阶段1、阶段2工况下，NO_x排放控制主要以DOC和EGR为主，阶段3的大扭矩、大负荷工况则更依赖SCR；CO和HC比排放结果中环境温度引起的差异主要发生于阶段1工况。环境温度-15 ℃和-20 ℃条件下，阶段1至阶段3的PN平均浓度均低于100 个/cm³。
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  DPF炭烟和灰分加载对不同增压系统柴油机性能的影响

  谢振, 张江红, 胡昌宁

  车用发动机. 2024, 0(2): 26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.02.004

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  基于某直列6缸增压柴油机试验台架，构建了柴油机+DPF的一维热力学仿真模型，研究了DPF炭烟和灰分加载对不同增压系统柴油机性能的影响。研究结果表明，DPF炭烟和灰分加载会导致单级增压（1TC）和二级增压（2TC）柴油机排气背压升高，进气充量降低，从而导致动力性下降，有效燃油消耗量升高，NO_x排放量下降，soot排放量增加。炭烟因其深床炭烟层和较低的渗透率有利于捕集颗粒，提高了DPF捕集效率；而灰分由于其存在灰分堵头降低了孔道有效过滤长度，导致DPF捕集效率下降。DPF炭烟和灰分加载导致1TC柴油机扭矩和燃油消耗率在1 000 r/min分别下降22.8%和29.6%，在2 200 r/min分别下降2.1%和2.2%；而2TC柴油机扭矩和燃油消耗率在1 000 r/min分别下降6.7%和7.1%，在2 200 r/min分别下降10.7%和11.9%。二级增压可以降低DPF炭烟和灰分加载对柴油机性能的影响。
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  机械挺柱与液压挺柱配气机构动力学分析及评价

  韩佩良，王延荣，张丽，孙亚奇，刘旭康

  车用发动机. 2024, 0(2): 33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.02.005

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  以某型柴油机配气机构为研究对象，将原机械挺柱改为液压挺柱，设计新状态凸轮型线，改良配气机构结构，基于AVL EXCITE Timing Drive软件建立液压挺柱配气机构运动学与动力学模型，对液压挺柱配气机构进行动力学分析。在全转速范围内开展液压挺柱与机械挺柱配气机构动态特性测试，动态特性测试与动力学性能仿真均表明，液压挺柱配气机构落座冲击载荷与落座速度小于机械挺柱配气机构，且预测值与实测值误差小于6.7%，验证了配气机构动力学测试方法的合理性与分析评价方法的准确性。
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  拧紧工艺对压气机轴端预紧力的影响研究

  何宇，王增全，景国玺，刘烨，刘欣源，史鑫钰

  车用发动机. 2024, 0(2): 39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.02.006

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  增压器是一种高速旋转机械，工作环境十分复杂。在装配过程中，压气机轴端螺母的拧紧工艺会影响所获得预紧力的均匀程度，如果轴端螺母松动，会导致增压器故障。针对这一问题，首先，采用压气机轴端螺母预紧力范围评价模型，结合压气机热力计算结果，确定预紧力范围；然后，根据设计值确定扭矩法及扭矩转角法拧紧试验规范；最后，基于自主开发的紧固试验装置，开展压气机轴端连接结构模拟样件拧紧试验，研究了不同拧紧工艺对轴端预紧力的影响。结果表明：保证压气机轴端结构正常工作所需轴端预紧力范围为18.16~31.03 kN；采用扭矩转角法拧紧得到的预紧力标准差约为扭矩法的25%，使用扭矩转角法有利于降低预紧力分散程度，且采用扭矩转角法拧紧更接近设计中值，有利于提高预紧力控制精度。
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  融合主动减振的增程混动系统动力域控制器开发

  方成，郭圣刚，胡耀东，刘思源，徐可鹏，杨福源

  车用发动机. 2024, 0(2): 47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.02.007

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  针对增程混动系统的扭转振动问题，开发了一种基于多核单片机的动力域控制器，集成了整车控制、APU系统控制、发动机控制和电机控制的软硬件，在多核任务分配和核间协调的基础上，通过电机相位和发动机相位同步算法，利用矩形波进行扭矩补偿，实现了主动减振功能。试验结果表明：利用该控制器，恒转速倒拖工况发动机转速波动范围可以减少79.7%；倒拖起动工况和自由停机工况共振时，第一阶次频率分量的幅值降幅约42.9%。
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  不同尾气热管理策略对当量天然气发动机WHTC循环排放的影响

  邓远海，宁德忠，蒋继，潘恒斌，付长城，官维

  车用发动机. 2024, 0(2): 53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.02.008

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  国六天然气发动机采用等当量燃烧结合外部冷却EGR及TWC的排放控制技术路线，TWC的转化效率是保证发动机排放达标的重要因素，而催化器的入口温度是决定TWC转化效率高低的最重要影响参数之一。然而，在冷起动阶段及排气管路温降较大的情况下，存在TWC入口尾气温度难以满足发动机及整车排放高效转化需求的问题。针对该问题，在一台4.5 L排量的发动机和一辆搭载该发动机的城市环卫车上探究不同尾气热管理策略对发动机WHTC循环排放及整车作业循环排放的影响。研究结果表明：采用起动快速温升的尾气热管理策略，能有效提高冷起动阶段发动机尾气温度，WHTC循环的TWC入口温度达到300 ℃所需时间缩短了300 s，显著降低了NO_x，CH₄和CO循环排放，降幅分别达到38.5%，38.5%和5.8%；采取在TWC上增加金属载体前级方案的尾气控制策略，WHTC循环的NO_x，CH₄和CO循环排放分别降低了62.2%，42.8%和15.7%；采用对整车排气尾管包裹的尾气热管理策略，在整车作业循环工况下，TWC入口温度相比采用普通石棉包裹的方案提高了近200 ℃，使得NO_x瞬时排放值30 s平均值的最大值降低了60.9%，能更好地满足北京第六阶段的排放法规要求。
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  基于优化功率跟随控制的E-REV能量管理策略研究

  刘凯，李捷辉，章舒韬

  车用发动机. 2024, 0(2): 60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.02.009

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  基于功率跟随控制的增程式电动汽车能量管理策略具有减缓电池寿命衰减与提高车辆NVH性能等优势，但存在阈值参数依赖性强、增程器启停频繁等问题，为此提出了一种基于优化功率跟随控制的E-REV能量管理策略。依据车速、SOC状态与驾驶员的加速踏板力度等信息特征，制定基于功率跟随控制的能量管理策略。在此基础上，针对固定规则参数的局限性，以车辆行驶总成本与SOC变化梯度为目标函数，结合灰狼优化算法对增程器启停功率阈值参数进行优化，减少发动机频繁启停现象。运用Matlab/Simulink搭建控制策略模型，并联合基于Simcenter/AMESIM搭建的整车物理模型进行仿真试验，结果表明：CHTC-LT循环工况下，优化功率跟随控制策略与功率跟随控制策略相比，SOC最大波动值降低了28%，增程器启停次数减少了28.5%，整车燃油经济性提升了6.89%。
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  基于模糊控制的增程式电动汽车能量管理控制研究

  钟勇，邱煌乐，李方舟，范周慧，易思敏

  车用发动机. 2024, 0(2): 68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.02.010

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  为了提升增程式电动汽车的燃油经济性并使其能够适应更加复杂的行驶工况，在保证汽车动力性的前提下，以控制电池SOC在工作范围内和等效百公里燃油消耗量较小为目标，以某增程式电动汽车为参考对象进行动力参数匹配，分别建立功率跟随控制策略模型、模糊功率跟随控制策略模型和加速度模糊功率跟随控制策略模型。在AVL_Cruise软件上完成整车模型的搭建并验证其动力性，运用Matlab/Simulink软件搭建控制策略模型，在WLTC和CLTC工况下进行联合仿真分析。试验表明：在满足动力性要求的基础上，功率跟随控制策略在WLTC和CLTC工况下的等效百公里燃油消耗量较其他两种控制策略较低，但是对CLTC较复杂的工况适应性差，具体表现在电池SOC的范围低于给定的电池工作范围，影响电池寿命；模糊功率跟随控制策略引入电池SOC状态，有效地改进了功率跟随对复杂工况适应性差的缺陷，但存在等效百公里燃油消耗量较大问题，且自身对复杂工况的适应性依旧存在缺陷；加速度模糊功率跟随控制策略综合考虑前二者控制策略的优劣性，引入加速度这一影响因素，解决了前二者对复杂工况适应性差的缺陷，与模糊功率跟随控制策略相比燃油经济性得到了提升。
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  小排量国Ⅵ柴油机涡轮增压器喘振优化设计

  周成尧，马超，周马兰，张舰，杨娇

  车用发动机. 2024, 0(2): 75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.02.011

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  匹配某小排量国Ⅵ柴油机时，增压器压气机出现了喘振现象，导致发动机扭矩明显降低，需要设计一款新型压气机。通过加大压气机叶片θ角、叶片出口β角、叶片弦长、叶轮进口尺寸、叶轮出口宽度，减小扩压器出口与叶轮出口直径的比值，设计了优化方案。进行了优化方案和原方案的压气机性能仿真计算、增压器台架压气机性能试验、发动机台架增压器性能匹配试验，结果表明：优化方案改善了压气机小流量区域的稳定性，提高了堵塞流量；在发动机全转速范围内，流量减小时压比特性曲线斜率始终为负，压气机运行稳定，未发生喘振；发动机可以加载到最大设计扭矩，提升了发动机的动力性能。
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  基于车速预测的PHEV预测能量管理策略

  魏丽青，强永军

  车用发动机. 2024, 0(2): 83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.02.012

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  为解决插电式混合动力汽车预测能量管理策略中车速预测不准确导致车辆燃油经济性降低问题，提出了一种基于麻雀搜索算法优化变分模态分解和长短时神经网络的车速组合预测模型。在模型预测控制架构下采用该预测模型对未来车速进行预测，将全局优化问题转换为预测时域内动力源扭矩优化分配问题，以发动机油耗最小为优化目标，采用动态规划算法对预测时域内的优化问题进行求解。通过仿真表明，所提出的组合预测模型较之于LSTM预测模型预测精度提升了59.57%。同时，基于组合预测模型的预测能量管理策略相较于基于LSTM预测模型的预测控制策略燃油消耗降低了4.58%，相较于基于规则的策略燃油消耗降低了15.1%。