2024年, 第0卷, 第3期　
刊出日期：2024-06-25

  

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  零碳及低碳燃料内燃机应用进展分析

  李心成，万军杰，吕亮，仲跻风，李守哲

  车用发动机. 2024, 0(3): 1-9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.001

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  随着“碳达峰，碳中和”目标稳步推进，世界各国对内燃机碳排放标准越来越严苛，如何突破常规化石燃料带来的高碳排放问题，对于未来交通发展尤为重要。目前，采用氢、氨、甲醇等零碳及低碳燃料替代传统化石燃料是必然的选择，零碳及低碳内燃机是现在和未来的研发热点。为助力零碳及低碳内燃机快速发展，阐述了氢、氨、甲醇、乙醇以及天然气等燃料的物化特性，同时分析它们在内燃机中最新应用进展，并对其未来发展所面临的问题给出相应参考建议。
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  选择性催化还原系统尿素分解研究进展

  张玉娇，黄豪中，张丽娜，陈雅娟

  车用发动机. 2024, 0(3): 10-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.002

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  选择性催化还原（selective catalytic reduction，SCR）技术是降低柴油机氮氧化物(NO_x)排放的有效手段，而在柴油机ureaSCR系统中，尿素分解在NO_x还原过程中起着重要作用。阐述了尿素分解的研究现状，重点讨论了副产物的反应路径和反应温度。分析了催化剂对尿素分解的催化作用，总结了减少沉积物的4种措施。提出了未来技术改进的3个方向:研究实际工况下的详细反应机理；使用详细分解机理进行数值模拟同时降低时间成本；使用催化剂提高中间体的反应速率。
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  增压器钛铝涡轮过盈连接结合强度研究

  陈光，彭前亮，刘烨，景国玺,陈升，刘晓昂

  车用发动机. 2024, 0(3): 18-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.003

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  轻质钛铝（TiAl）涡轮能够显著提高涡轮增压发动机的动力性能，而TiAl涡轮与K418过渡体之间的过盈连接失效问题对增压器安全运行有重要影响。考虑了TiAl涡轮和K418过渡体材料非线性、损伤准则，建立了TiAl涡轮过盈连接强度有限元模型，通过拉伸试验验证了该模型的准确性。在此基础上，构建了接触应力与摩擦系数的关系公式，并探索了温度和高温条件下转速对TiAl涡轮过盈连接强度的影响。结果表明：在400~700 ℃时，随着温度上升，结构过盈界面接触应力衰减呈上升趋势，过盈连接强度下降幅度增加；在高温条件下，转速越大，过盈连接强度下降幅度越大。
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  新型隔热涂层对发动机性能的影响

  王斌，贾德民，孙楠楠，齐少豹，石磊

  车用发动机. 2024, 0(3): 25-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.004

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  在发动机上采用隔热技术可以减少传热量，降低热损失，提高热效率，提高发动机的排气能量。对一种新型的隔热涂层——低导热系数、低热容隔热涂层进行了研究，研究发现，将该种新型隔热涂层喷涂于活塞壁面后，活塞壁面温度随缸内气体温度的变化而变化，即膨胀冲程随缸内温度升高而升高，进气冲程随缸内温度降低而降低，该属性有效减少了壁面传热且避免了进气加热。在一台重型发动机上使用新型涂层活塞对发动机的性能进行仿真试验研究，发现具有一定材料属性且合适厚度的新型隔热涂层可以减少活塞的传热量，提高发动机的热效率和排气能量。
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  LLC循环下重型车N₂O，PN₁₀排放研究

  刘志伟，李腾腾，钟祥麟，任烁今，黄鹏程，孟庆梁

  车用发动机. 2024, 0(3): 30-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.005

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  面向未来法规需求，基于低负荷循环（low-load cycle,LLC），对重型车不同负载条件下的氧化亚氮（N₂O）、10 nm以上颗粒物数量（PN₁₀）以及23 nm以上颗粒物数量（PN₂₃）的排放特征进行了试验研究，并使用v-VSP分块聚类模型进行了区域排放分析。结果表明：LLC工况下， N₂O排放量随载荷的增大而增加，与排温直接相关；低速区或负VSP区内，N₂O排放与载荷呈正相关关系，但在正VSP &中高速区域，过高的载荷反而降低了N₂O的排放； PN₁₀和PN₂₃排放均随载荷的增大而增加，且载荷越大，10~23 nm粒径粒子占比越高；中高速&VSP绝对值大的区域内， PN₁₀和PN₂₃有较高的浓度，但PN₁₀和PN₂₃的绝对排放量主要存在于VSP为正的区域；随着载荷的增大，低速&高VSP区域有更多比例10~23 nm粒径粒子。
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  国六自动挡乘用车GDI发动机高瞬态HC原排分析

  刘春涛，裴毅强，秦静

  车用发动机. 2024, 0(3): 36-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.006

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  针对GDI发动机在部分瞬态工况下HC排放较高的问题，对一辆装有GDI发动机的轻型车在底盘测功机上进行WLTC试验，通过采集单缸瞬态HC排放、缸内燃烧压力和ECU控制参数数据，研究了部分瞬态HC排放高的原因。试验结果表明：发动机冷却液升温过程对发动机的HC排放没有显著影响，在WLTC试验的各个驾驶速度段均出现了高HC排放；当发动机扭矩从高到低急剧变化时，可能出现缸内未断油但进气量急剧减少的情况，导致发生缸内失火或不完全燃烧，从而产生高HC排放；另外，当气缸内连续几个工作循环断油后再喷油时，会导致缸内过量空气系数偏离最佳范围，使缸内燃烧状况恶化，甚至发生失火或不完全燃烧，从而引起HC排放增加。
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  高压油管结构对喷油速率影响的试验研究

  贾义，贾德民，王晓艳，张海燕，王军粱

  车用发动机. 2024, 0(3): 42-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.007

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  为探究高压油管结构对喷油速率的影响，采用EFS喷油速率试验台进行了不同高压油管长度、折弯半径以及内径下的喷油速率试验。试验结果表明：高压油管内部的压力振荡对喷油速率影响显著，大喷油脉宽下会出现喷油速率上翘的现象，导致喷油量增加；高压油管的结构参数对喷油速率的影响形式不一，高压油管的长度主要影响喷油速率上翘的时刻，高压油管的内径主要影响喷油速率的数值和上翘的峰值，而高压油管的折弯半径对喷油速率几乎无影响。
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  TDI发动机润滑油挤压高频噪声影响因素试验研究

  刘亚奇，吴恢栋，赵国超，曹永伟，马瑞瑄

  车用发动机. 2024, 0(3): 46-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.008

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  针对涡轮增压柴油机的运行特点，在半消声试验室进行了发动机加速工况主轴承处润滑油挤压高频噪声的影响因素测试。研究过程基于发动机主轴承座振动测试和曲轴运动轨迹测试，重点分析了润滑系统特征和主轴承结构特征以及曲轴轴承支撑方式对高频挤压噪声的影响。结果表明：润滑油黏度、润滑油含气量、主轴承间隙、主轴颈形状和轴承支撑方式等均对主轴承座异常振动产生影响；当轴承载荷小，轴心偏心距较大，曲轴自转方向与公转方向相反时，主轴承润滑油压力升高，润滑油内的气泡被挤压产生高频的气泡破裂噪声，并伴随主轴承座异常振动；当曲轴运转稳定且轴心轨迹平顺时，主轴承座异常振动对应转速升高，高频噪声不易识别。
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  基于DBO-MPC的混合动力汽车能量管理策略

  毛星宇，蒙艳玫，许恩永，赵德平，陈远玲，刘鑫

  车用发动机. 2024, 0(3): 50-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.009

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  混合动力汽车（hybrid electrical vehicle,HEV）的能量管理策略直接决定了车辆的燃油经济性、驾驶性能和寿命，为解决HEV能量管理策略的最优性与实时行驶工况不确定性之间的矛盾，以混联式HEV为研究对象，提出一种基于模型预测控制（model predictive control,MPC）与蜣螂优化算法(dung beetle optimizer,DBO)的HEV能量管理策略。首先，该策略采用基于堆叠式长短时记忆神经网络（stacked longshort term memory neural network,Stacked LSTMNN）的车速预测模型预测未来行驶车速。其次，根据预测车速将混合动力汽车的功率分配问题描述为MPC预测范围内的滚动优化问题，提出考虑燃料消耗和电池保护的成本函数，利用DBO算法对预测时域内发动机功率进行优化求解。最后，在城市道路循环(urban dynamometer driving schedule,UDDS)工况下分别对所提策略的车速预测精度和经济性与其他策略进行仿真对比验证。结果表明：与传统LSTM速度预测模型相比，Stacked LSTM速度预测模型的RMSE降低了13.9%，每步平均预测时间减少1 ms；与基于规则的策略相比，基于DBO-MPC的策略模型节油率达到25.3%，同时SOC状态波动更为平稳，对电池的保护效果更好。
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  混合动力系统偏好强化学习能量管理策略研究

  唐香蕉，满兴家，罗少华，邵杰

  车用发动机. 2024, 0(3): 58-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.010

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  为实现混合动力系统在电池荷电状态（state of charge，SOC）平衡以及动力性约束下的经济性提升，提出了基于偏好强化学习的混合动力能量管理策略，该策略将能量管理问题建模为马尔科夫决策过程，采用深度神经网络建立输入状态值到最优动作控制输出的函数映射关系。与传统的强化学习控制算法相比，偏好强化学习算法无需设定回报函数，只需对多动作进行偏好判断即可实现网络训练收敛，克服了传统强化学习方法中回报函数加权归一化设计难题。通过仿真试验和硬件在环验证了所提出能量管理策略的有效性和可行性。结果表明，与传统强化学习能量管理策略相比，该策略能够在满足混合动力车辆SOC平衡和动力性约束下，提升经济性4.6%~10.6%。
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  基于动态遗忘因子递推最小二乘法和改进粒子滤波算法的锂电池SOC估计

  卢昊，李广军，张兰春

  车用发动机. 2024, 0(3): 66-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.0011

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  为了提高锂电池荷电状态 （SOC）估计的精度，提出了一种基于动态遗忘因子递推最小二乘法和改进粒子滤波算法相结合的锂电池SOC估计方法。针对固定遗忘因子递推最小二乘法在电池参数辨识中难以同时保持快速收敛和稳定性的问题，引入动态遗传因子，以模型辨识值和实际值的残差为变量构建修正公式，实现遗忘因子动态调整。为了改善粒子滤波（PF）的粒子多样性丧失问题，采用白鹭群优化算法（ESOA）对粒子滤波算法进行优化。仿真结果表明，基于动态遗忘因子递推最小二乘法和改进粒子滤波算法的锂电池SOC估计误差始终保持在0.3%以内，平均绝对误差和标准差为0.15%和0.17%，与其他算法相比具有更好的精度和稳定性。
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  车用锂离子电池快速均衡方法研究

  张宇，王军，常春

  车用发动机. 2024, 0(3): 74-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.012

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  为解决电动车电池在工作时出现的能量不一致的问题，设计了一种基于三绕组变压器的双层均衡拓扑结构，该拓扑可实现任意单体与单体、单体与部分单体、部分单体与单体、单体与整体之间的能量传输，并通过比较电池之间的荷电状态（SOC）、工作时的产热情况，确定分状态的均衡控制策略。使用 MATLAB/Simulink软件进行模型搭建并仿真，试验表明：该均衡方法能够有效缩短均衡时长，缓解电池间的不一致性问题，对比传统变压器均衡方法，静置、充电、放电所需均衡时间分别缩短67.7%，66.12%，30.05%。
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  基于GWO-LSTM的柴油机NO_x排放预测

  陆必伟，李捷辉

  车用发动机. 2024, 0(3): 80-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.013

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  柴油机NO_x是机动车主要的有害排放物质，精确测量NO_x排放有利于SCR尿素喷射的控制从而减少排放，而现有的氮氧传感器和通过标定获得的排放MAP均难以实现瞬态条件下NO_x的实时测量。使用主成分分析法（PCA）对全球统一瞬态试验循环（WHTC）的柴油机工况参数进行降维处理，基于长短期记忆神经网络（LSTM）搭建柴油机NO_x实时预测模型，并利用灰狼优化算法（GWO）对LSTM模型进行参数优化。结果显示：GWO-LSTM预测模型在未训练的数据集上的平均相对误差（MAPE）为3.23%，证明该模型能够精准实现柴油机NO_x排放的实时预测，并具有良好的泛化能力和可靠性，为以软件替代硬件实现柴油排放控制提供了参考。
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  柴油机台架漏气量测量自动修正方法

  刘杰，陈创，谢俊，董红霞，王宇，李闯

  车用发动机. 2024, 0(3): 88-92. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.014

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  柴油机在研发试验阶段都会通过活塞漏气量来评价活塞、活塞环和缸体的设计质量。通过研究AVL442活塞漏气仪测量机理，发现在台架漏气量的实际测量中，漏出气体的温度、压力与漏气仪测量的参考温度、压力有明显差别，会在一定程度上影响漏气量测量。为此提出一种漏气量测量自动修正方法，在漏出气体进入漏气仪前测量其温度和压力，并基于台架数据采集系统的Calculation、LAM模块配置漏气量修正计算，在漏气量采集过程中自动修正测量值，从而提高台架漏气量测量准确度，提升台架与测试设备的关联分析能力。