2024年, 第0卷, 第5期　
刊出日期：2024-10-25

  

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  甲醇掺混富氢混合气在发动机缸内燃烧特性研究进展

  陈烨欣，蒋炎坤，张备东

  车用发动机. 2024, 0(5): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.05.001

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  甲醇是一种清洁可再生能源，也是一种常温常压下为液态的能量载体，在能源动力领域有着广阔的应用前景。利用发动机余热将甲醇裂解为富氢混合气，再掺入发动机缸内燃烧的技术可提高能源利用效率，减少污染物排放。基于燃料特点，从氧化机理、着火延迟时间、火焰传播速度等方面给出了掺混富氢气体对甲醇燃料基础燃烧特性的影响。考虑到富氢气体的掺混燃烧有利于加快火焰传播速度及扩展稀薄燃烧极限，给出了发动机缸内火焰传播、燃烧放热、循环效率、污染物排放等方面的变化规律。本研究为甲醇掺混富氢混合气燃烧过程调控及其在点燃式发动机中的应用提供了理论基础和应用支撑，在保能源安全及“双碳”绿色发展时代背景下具有重要意义。
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  基于活塞环-缸套边界润滑模型的表面织构摩擦学性能评估

  张利敏，袁晓帅，强慧，刘旭康，吕步高，沈岩

  车用发动机. 2024, 0(5): 12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.05.002

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  高强化柴油机活塞环-缸套在上止点处的工作环境恶劣，多处于边界润滑状态。表面微织构被证明是改善表面摩擦学性能的有效手段，然而目前仍缺少考虑表面织构的边界润滑数值模型。建立了考虑表面织构和摩擦膜影响的活塞环缸套边界润滑模型，并应用该模型开展了考虑表面织构影响的磨损量计算，计算结果与边界润滑试验结果规律一致，且优选的表面织构方案较无织构方案磨损深度降低了33.7%。
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  掺混含氧燃料对混合燃料喷射特性的影响研究

  罗福强，伍子旭，王楚翘，金天宇

  车用发动机. 2024, 0(5): 18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.05.003

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  为探究添加含氧燃料对燃料喷射特性的影响，将体积分数均为50%的聚甲氧基二甲醚（PODE）和正丁醇掺混于柴油制得PODE柴油混合燃料和正丁醇柴油混合燃料，标记为P50和B50。在高压共轨试验台上使用基于冲量法的喷射特性测试系统，研究了柴油、PODE柴油混合燃料、正丁醇柴油混合燃料三种燃料在多种工况下的喷射特性差异。结果表明，掺混含氧燃料对喷油速率有较大的影响：P50的体积流量小于柴油，而质量流量则相反；B50和柴油的喷油速率在低压下差异很小，但当压力升高至130 MPa时，二者的喷油速率差异明显；相同脉宽及喷射压力时与柴油相比，循环喷油量以体积计，B50大于柴油且差距随压力上升而增大，而P50则低于柴油且差距随压力上升而缩小；循环喷油量以质量计，P50和B50 均高于柴油且差异率随压力上升而增大，但B50和柴油差异率的上升幅度比P50小；以喷射能量计，除小脉宽工况外，B50和P50的喷射能量均小于柴油，喷射能量由大到小排序为柴油、B50、P50。
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  聚甲氧基二甲醚混合燃料喷雾特性试验研究

  周宇，熊亚鑫，林其钊

  车用发动机. 2024, 0(5): 25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.05.004

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  发展替代燃料是缓解石油能源短缺和环境污染的重要手段，在众多替代燃料中，含氧燃料因为其可再生、含碳量较低、能降低尾气排放等优势，得到了极大的发展。聚甲氧基二甲醚（PODE）、乙醇和生物柴油都是极具发展潜力的含氧替代燃料。在实际发动机中，替代燃料的喷雾行为直接影响后续的燃烧与排放过程。考虑到PODE可作为柴油-乙醇燃料的助溶剂，同时能弥补生物柴油高黏度和低挥发性的缺点，分别对柴油-乙醇-PODE和生物柴油-PODE混合燃料在定容燃烧室中的喷雾特性进行了研究。结果表明：在柴油中添加PODE对混合燃料的喷雾贯穿距（STP）影响不大，而在生物柴油中添加PODE，混合燃料的STP随着PODE比例的增加先增后减。在柴油中添加PODE和乙醇可以增加喷雾锥角（SCA），改善径向扩散，但对柴油的喷雾投影面积（SPA）影响不大，混合燃料对空气的卷吸能力与柴油相似。在生物柴油中添加PODE，混合燃料的喷雾锥角和喷雾投影面积均明显大于生物柴油，能够有效改善生物柴油的喷雾质量。
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  国六柴油机水热老化SCR催化剂的排放性能研究

  刘卫林，庞国民，郭亚辰，赵亮

  车用发动机. 2024, 0(5): 32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.05.005

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  为研究用于国六认证演示试验的选择性催化还原(SCR)催化剂的排放性能，通过发动机台架试验和整车试验，从氮氧化物(NO_x)转化效率、氨存储性能、瞬态循环排放和实际道路排放等方面对比分析了新鲜态SCR催化剂和老化后SCR催化剂的排放特征。结果表明：新鲜态SCR催化剂在850 ℃、含10%水蒸气的空气中老化30 h可以制备得到满足车载诊断系统（OBD）演示试验要求的老化态SCR催化剂，老化态SCR催化剂对NH₃的吸附能力大幅下降，瞬态循环测试中NO_x平均转化效率相比新鲜态催化剂下降21.1%，氨泄漏的体积浓度最高为304.98×10^-6，作为排放污染物的NH₃同样需要引起关注并加以限定；在整车实际道路排放方面，老化态催化剂在不同工况下的NO_x老化率相当，其中90%分位值的NO_x排放为1 982.67 mg/（kW·h），相比新鲜态催化剂增加近6.31倍，NO_x窗口比排放的通过率为0%，但体积浓度超过500×10^-6占比仅为0.2%，远低于国六限值5%的要求，后续排放法规升级需要针对NO_x的瞬态体积浓度重点加严。
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  柴油机后处理系统对细颗粒物排放特性的影响研究

  张旺，吴撼明，刘强，王懋譞，李振国，邵元凯

  车用发动机. 2024, 0(5): 42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.05.006

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  为研究柴油机细颗粒物排放特性，选取一台搭配SCR(selective catalytic reduction)后处理系统的国六重型柴油发动机进行世界统一瞬态循环WHTC(word harmonized transient cycle)测试。为获取对比数据，分别在原排、DPF(diesel particulate filter)后、尾排3个位置获取PN₁₀和PN₂₃细颗粒物数据。基于PN₁₀和PN₂₃排放特性，搭建紧耦合ccSCR(close coupling selective catalytic reduction)后处理系统，探究后处理系统对PN₁₀和PN₂₃颗粒物排放的影响。试验结果表明：尾排细颗粒物排放量随着尿素喷射量和SCR入口温度的提升而增加，其中PN₁₀增加趋势比PN₂₃更明显。粒径为10~23 nm细颗粒物占比与温度同样为正向关系，温度为200 ℃时占总粒径的55%，240~280 ℃时占比达到75%，280 ℃以上时占比超过80%。ccSCR与SCR相比，稳态工况下PN₁₀与PN₂₃排放均下降50%~80%；瞬态WHTC循环下，ccSCR的PN₁₀和PN₂₃排放分别为1.61×10¹¹，2.92×10¹⁰ 个/(kW·h)，对比SCR的PN₁₀和PN₂₃排放分别下降57.2%和62.3%。
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  喷射策略对氢内燃机性能的影响

  胡轲，万佳，马文中，袁爽，韦虹，赵福成

  车用发动机. 2024, 0(5): 49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.05.007

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  为了响应国家“碳达峰，碳中和”号召，实现“零碳排放”，选择氢气发动机作为碳中和的关键技术路线。为了快速实现内燃机燃烧氢气的相关试验研究，在汽油发动机的基础上，采用缸内直喷的氢气喷射方案，在1.5 L发动机上进行直喷氢气详细测试，对比了汽油和氢气燃料对发动机性能和油耗的影响；并在氢气直喷状态下，研究了不同氢气喷射参数，包括氢气喷射相位、氢气喷射压力和不同氢气喷嘴流量对氢气发动机热效率和NO_x排放的影响规律，为后续的氢气发动机开发奠定了基础。
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  柴油机复式油气分离器设计与试验验证

  孙秀秀，胡茂爽，景国玺，于会超，董长龙，黄立荣

  车用发动机. 2024, 0(5): 55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.05.008

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  设计了一款新型复式油气分离器，采用迷宫式结构作为粗滤组件、滤网作为精滤组件。设计开发了油气分离器部件性能试验台，通过正交试验设计方法设计多方案油气分离器，并基于部件试验台进行多方案性能试验测试。最终设计出满足要求的复式油气分离器，并通过整机试验验证其性能。结果表明，油气分离器综合性能影响因素由强到弱依次为滤网层数、滤网目数、过滤孔孔径、孔数、孔板间距。整机试验发现在300 L/min窜气量下分离效率达到了92.6%，压力损失小于3 kPa，满足发动机使用要求。
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  基于模型预测框架的燃料电池汽车混合动力系统能量管理

  王金环，宋占伟

  车用发动机. 2024, 0(5): 61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.05.009

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  混合动力系统作为燃料电池汽车的关键组成部分，系统的能耗与寿命优化是推动其进一步商业化发展的关键，而能量管理策略（EMS）在提高燃料电池汽车混合动力系统的效率和燃料经济性方面发挥着重要作用。为有效降低混合动力系统的内部损耗，进一步提高系统经济性，提出了一种基于模型预测框架的混合动力系统能耗优化能量管理控制方法。首先构建包含动力系统内部损耗与氢气消耗的目标函数，然后利用模型预测架构求解目标函数来控制燃料电池的输出电流，以实现合理的能量分配，最后在Matlab中进行仿真，验证所制定方法的合理性和有效性。与应用较为广泛的等效氢耗最小策略（ECMS）相比，结果表明所提方法可以显著降低动力系统的内部损耗和氢气消耗。此外，该策略还可以有效保持蓄电池的荷电状态（SOC），延长动力系统的使用寿命。
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  质子交换膜燃料电池引射器的设计及验证

  陆永卷，李剑铮，李昌煜，郭温文，吴广权，占文锋

  车用发动机. 2024, 0(5): 71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.05.010

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  为提高质子交换膜燃料电池系统引射器的引射性能，基于一款燃料电池系统的阳极氢气循环需求设计了一款引射器，并通过搭建CFD仿真模型，以引射器的5个关键参数为变量，结合燃料电池系统氢气子系统实际工况，分析引射器的关键尺寸参数变化对引射器性能的影响，获得了最优的引射器尺寸参数。以仿真优化结果为基础试制了一个样件，同时试制了4个对比样件进行对比测试。结果表明：混合段直径、喷嘴与混合段距离、混合段长度3个设计参数对引射器性能的影响最大，混合段直径、喷嘴与混合段的距离对应不同工况都有一个最优值；引射器二次侧入口氢气中含有的大量氮气和水蒸气，对引射器的计量比有很大的影响；相比之下，仿真优化后的引射器在不同工况都具有最优引射性能。
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  基于CGOA-MAM-TCN算法的车用锂电池荷电状态估计

  王鸿彬

  车用发动机. 2024, 0(5): 78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.05.011

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  针对数据驱动的锂电池荷电状态估计方法仍然存在对大量标定数据的依赖、同时应对动态变化和复杂运行状况时表现不佳等问题，提出了改进蝗虫算法优化结合时域卷积网络和多头注意力机制的锂电池荷电状态估计方法。首先利用时域卷积网络对锂电池荷电时间序列数据中的长期依赖关系进行建模，同时采用多头注意力机制学习数据特征长期依赖关系，利用每个注意力头去计算序列中不同张量的依赖关系，辅助时域卷积神经网络增强对依赖关系的捕获，降低其对大量标定数据的依赖；另外为使模型发挥出最佳性能，改进了混沌蝗虫算法优化模型的超参数。试验结果表明：在不同温度条件下，相较于其他方法，优化模型在锂电池荷电状态估计任务中表现出更好的准确率和稳定性。
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  基于工况识别与预测的纯电动汽车剩余里程估算研究

  李方舟，钟勇，邱煌乐，范周慧，李少伟

  车用发动机. 2024, 0(5): 86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2024.05.012

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  为了提升纯电动汽车剩余里程估算方法的准确度，在汽车行驶工况识别与预测的基础上，提出了一种新的剩余里程估算模型。通过采集实际汽车行驶工况数据，利用模糊聚类等方法对工况进行状态识别和分析，并建立了车辆能耗与工况特征参数之间的模糊规则库。同时，应用隐马尔可夫模型对行驶工况进行预测，通过将工况识别与工况预测相结合的方法，构建了基于工况识别与预测的纯电动汽车剩余里程估算方法。在AVL CRUISE中对纯电动汽车进行整车剩余里程仿真，选取了综合CLTC与WLTC的混合工况，以更贴近实际汽车行驶情况，详细比较了工况识别和工况识别与预测两种估算方法。研究结果表明，对于基于工况识别的剩余里程方法，其估算值随着时间的增加与仿真值间的误差逐渐增大，而工况预测方法的引入能有效减小误差。通过对比发现，工况识别与预测方法的最大绝对误差和绝对误差平均值相比仅采用工况识别的方法分别降低了34.04%和55.79%，标准偏差也减小至1.44 km，表明其具有更好的估算精度，为纯电动汽车续驶里程的预测提供了一种新途径。