2025年, 第0卷, 第6期　
刊出日期：2025-12-25

  

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  缸内直喷氢气发动机爆震抑制方法模拟研究

  黄海碧, 卢华林, 涂展飞, 覃玉峰, 林铁坚, 黄豪中

  车用发动机. 2025, 0(6): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.06.001

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  受爆震限制，氢气发动机的压缩比普遍低于柴油发动机，因此克服高压缩比下爆震燃烧限制对氢气发动机的应用具有重要意义。本研究通过数值模拟，研究了高压缩比条件下喷射策略结合点火时刻对缸内直喷氢气发动机爆震的抑制潜力。结果表明：压缩比为15时，随着喷射压力的增大，爆震强度（KI）先减小后增大；喷射压力为6 MPa时，KI最小，此时火花塞附近氢气分布更为富集，混合气较易点燃，火焰核心更为稳定；爆震强度随着喷射正时的变化呈非线性，当喷射正时为－100°时，缸内混合气分布更均匀，燃烧重心（CA50）更接近上止点，KI降到最低；仅通过调整喷射压力或喷射正时，最低KI值均未能降至1 MPa以下，需要延迟点火提前角以降低KI值。
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  高原环境下喷油夹角对甲醇-柴油发动机性能的影响

  包广元, 何超, 李加强, 陈彦林

  车用发动机. 2025, 0(6): 9-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.06.002

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  基于 CONVERGE 3.0 软件建立了柴油机燃烧室的三维计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）模型，并耦合 CHEMKIN 程序中包含 182 个反应和 52 个组分的化学动力学机理。采用该模型研究了喷油夹角对甲醇柴油混合燃料发动机缸内压力、温度及排放特性的影响。结果显示，当喷油夹角θ=60° 时，油束轴线更靠近燃烧室凸台，大量燃油在凸台表面聚集，混合气形成效果较差，导致Soot生成增加；而在 θ=75° 条件下，油气混合更为均匀，缸内峰值压力与温度均达到最大值。随着喷油夹角进一步增大，NOx与N2O排放先升高后降低，均出现明显拐点，HCHO排放则呈持续下降趋势。
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  柴油机缸内甲醇氛围对F-T柴油颗粒结构的影响研究

  吕辉, 李瑞娜, 杨大海

  车用发动机. 2025, 0(6): 17-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.06.003

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  为了探讨甲醇对柴油机排气颗粒的影响，通过加装进气道喷射甲醇系统，在一台四缸增压中冷柴油机上采集了柴油机在2 400 r/min转速，100%负荷工况下的颗粒，分析了进气道喷射甲醇对柴油机缸内可燃混合气的形成以及F-T柴油颗粒物微观结构影响。通过建立甲醇氛围柴油机燃烧过程模型，分析了甲醇氛围对碳烟前驱体生成的影响。结果表明，缸内甲醇氛围显著改善了碳烟颗粒的氧化程度与微观结构，当甲醇浓度达到30%时，与不掺烧甲醇相比，颗粒平均层面间距增大13.2%，微晶长度减小29.6%，曲率升高28.9%。随着甲醇浓度的增加，所有PAHs的峰值浓度显著降低，且峰值出现时间整体提前，甲醇的添加对高环PAHs的抑制效果更显著，且在M30下显著降低了碳烟浓度。
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  EGR与点火正时对Atkinson循环发动机缸内燃烧过程的影响

  舒俊, 何思越, 黄建湘

  车用发动机. 2025, 0(6): 22-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.06.004

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  基于一台直列三缸Atkinson循环混合动力专用汽油机的试验数据，针对混合动力发动机常用工况点（2 000 r/min，0.6 MPa）创建了二次喷射下的发动机缸内工作过程CFD仿真模型，并进行了有效性验证。在此基础上，开展了无EGR与7%EGR率条件下的点火提前角扫描仿真研究，分析不同EGR率对Atkinson循环发动机燃烧和排放的综合影响。结果表明：引入EGR可将平均涡流比提高0.05，降低燃烧过程的湍动能，使滞燃期平均延长5°，燃烧持续期平均延长10°；同时，EGR可将NOx排放降低超过80%，但导致CO升高2倍。点火正时对涡流比和湍动能的影响甚微；在7%EGR率工况下，随着点火提前角增加，NOx排放的增幅更小，CO排放下降更快。
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  对置活塞二冲程柴油机气缸套冷却性能优化

  张凯, 马富康, 朱岩, 宋一杰, 张晓峰

  车用发动机. 2025, 0(6): 29-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.06.005

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  针对对置活塞二冲程柴油机气缸套在标定工况下的传热过程，建立流固耦合模型并进行了验证。基于气缸套及冷却水腔的关键参数，确定合理的参数取值范围，并采用正交试验设计结合仿真计算进行优化分析。以冷却水流速、气缸套温度等关键特性作为评价指标，通过信噪比分析和极差分析，确保各项评价指标达到最优，最终获得最优参数组合方案，并对优化方案与初始方案进行了全面对比分析。优化模型显著改善了冷却水的流动特性，燃烧室区域入水口近端和远端的冷却水流速分别提升了170%和79%。同时，优化后冷却水腔入水口侧区域压力水平降低，压力损失降低了3.5%，且压力分布均匀性得到提升。优化设计有效降低了高热负荷区域的整体温度，燃烧室与排气口区域的最高温度分别降低了34.5 K和17.6 K。此外，关键热负荷区域的传热能力整体增强，燃烧室区域的传热系数提高了47%，排气口区域的传热系数较初始模型小幅下降了4%，但仍完全满足设计要求。研究结果表明优化方案具有有效性，为气缸套和冷却结构的设计与优化提供了重要依据。
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  柴油机可变排量机油泵节油潜力研究

  马超, 杜辉, 王楠, 况太椿, 夏俊楠, 涂宏海

  车用发动机. 2025, 0(6): 39-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.06.006

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  传统的定排量机油泵在大多数发动机工况下，其泵油能力高于实际需求，导致额外的能耗损失，而变排量机油泵可以调节有效排量，从而实现降低油泵驱动功率、节省燃油的目的。选取一款2.5 L排量的柴油机开展可变排量机油泵节油潜力试验研究。试验前统计了各个零部件对机油压力的需求，并进行变排量机油泵控制特性试验，根据上述两项结果制定了机油压力控制目标。在发动机性能台架上进行变排量机油泵与模拟定排量机油泵的比较测试，结果表明，变排量机油泵倒拖扭矩减小，尤其在城市工况下，倒拖扭矩减小约2.5 N·m；而发动机万有特性油耗全部降低，其中最低燃油消耗率减少4 g/(kW·h)。在整车转毂台架上进行了整车等速油耗和中国循环油耗测试，结果表明，相较于定排量机油泵，变排量机油泵在各车速下均具有明显的油耗优势，但随着车速增加优势逐渐减小。中国循环油耗测试中，在城市段变排量机油泵具有明显的油耗优势，而在城郊和高速段优势相对减小。综上所述，通过变排量机油泵精细化控制机油压力，可显著提升发动机燃油经济性，低负载和城市驾驶条件下节油效果尤为显著。
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  基于动态贝叶斯网络的曲轴疲劳可靠性研究

  陈扬, 刘新田

  车用发动机. 2025, 0(6): 45-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.06.007

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  为了快速评估曲轴的可靠性，并且考虑发动机转速对曲轴疲劳寿命的影响，提出了一种基于动态贝叶斯网络的曲轴可靠度预测方法。首先通过对曲轴连杆机构进行多体动力学仿真，获得不同载荷下曲轴的受力时域数据。其次利用疲劳损伤累积理论计算得到曲轴在不同转速下的疲劳寿命。最后根据曲轴在不同转速下的运行时间和失效概率等参数，采用动态贝叶斯网络模型对曲轴的可靠性水平进行动态估计，确定曲轴可靠性随时间变化规律。结果表明，曲轴在第10年时可靠度为61.78%。
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  轮背间隙泄漏流对径流涡轮特性和叶片振动的影响研究

  李延昭, 于效顺, 苏益龙, 寇海函, 谢凯, 姜卫国

  车用发动机. 2025, 0(6): 51-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.06.008

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  采用数值方法对某0.6 L二冲程汽油机涡轮增压器的径流涡轮进行研究，发现不同的涡轮轮盘结构对轮背间隙泄漏流影响较大。轮背泄漏流进入主流道后会形成大尺度通道涡，导致涡轮效率下降，其中开式轮盘结构的影响最大，涡轮效率最低，而扇形和闭式轮盘结构能够有效减弱甚至消除轮背间隙泄漏流，涡轮效率分别提高1.1%～1.6%和3.2%～3.5%。轮背泄漏流在径流涡轮叶片前缘叶根区域产生了高激振力，且不同轮盘结构在该区域都存在高激励区，但范围依次减小。对比分析发现，开式轮盘结构涡轮由于高激励区和高模态振幅区在叶片前缘位置叠加，导致广义压力大幅提升，而扇形轮盘和闭式轮盘涡轮的叶片前缘高激振力区未出现高模态振幅，其最大广义压力分别降低了74%和78%。不同涡轮轮盘结构的模态分析表明，扇形和闭式轮盘的一阶频率相比开式轮盘涡轮分别提高了44.5%和51.1%，使得共振工况更难激发，从而进一步提升其可靠性。扇形轮盘结构可以兼顾轮背间隙泄漏导致的涡轮效率下降和叶片高周疲劳失效问题。
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  柴油机非标准循环控制区拓宽可行性研究

  刘顺利, 滕帅, 纪少波, 张伟, 丁子文, 杨保华

  车用发动机. 2025, 0(6): 61-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.06.009

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  针对非道路柴油移动机械实际工况与标准循环测试条件差异显著的问题，通过便携式排放测量系统（PEMS）和台架试验，分析了3台代表性样机在控制区外工况点的排放特性，探讨了非标准循环控制区拓宽的可行性。试验结果表明：3台机械在实际作业时，处于控制区外的工况点占比较高，且低转速、低扭矩区域的NOx排放显著升高，其中样机2最高达9.278 g/(kW•h)；样机2和样机3分别有2个和1个工况点的NOx及HC排放超过法规限值，但通过标定优化可实现有效控制。研究表明，拓宽控制区可将更多高排放工况纳入监管范围，同时企业通过技术调整能够满足排放要求，为非道路机械动态排放控制策略的制定提供了理论依据。
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  柴油机钨合金平衡重碎裂机制分析

  柯庆航, 刘玉婷, 蒲博闻, 王延荣, 刘旭康, 贾立峻

  车用发动机. 2025, 0(6): 67-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.06.010

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  针对柴油机钨合金平衡重碎裂问题，通过对故障平衡重进行微观表征、成分检测和力学性能测试，分析故障发生机制。分析表明：故障平衡重烧结致密度差，基体材料中存在孔隙，且材料中钨颗粒与黏结相的冶金结合强度较弱，导致材料强度不足；通过断口形貌表征发现，材料断面表现为大面积沿晶断裂，碎裂机制主要为平衡重服役载荷超过材料强度极限时，沿钨钨界面和钨黏结相界面萌生裂纹并扩展，导致平衡重发生过载开裂。针对故障机理提出了防控措施，并验证了防控措施的有效性，为柴油机平衡重的设计及故障分析提供参考。
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  用户画像驱动的商用车发动机振动试验载荷谱分析

  刘海潮, 朱卫东, 寇传富, 张波, 曾庆龙, 王天灵

  车用发动机. 2025, 0(6): 72-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.06.011

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  为使商用车发动机及其附件产品在开发过程中满足用户实际使用环境下的载荷强度需求，避免出现过考核或欠考核的问题，进行了商用车发动机振动试验载荷谱研究。首先，对某型号发动机进行用户画像场景工况分析和载荷谱测试，获得模拟用户使用道路及试验场强化道路等工况下的振动数据；其次，对测试数据进行频谱分析和容差上限估计，采用工程截取法进行周期随机振动的信号分离；最后，基于载荷谱归纳理论和损伤等效理论得到发动机及其附件的实测加速验证载荷谱，并与ISO 16750标准进行对比分析。研究结果表明：实测归纳载荷谱与ISO标准谱在谱型上基本相似，但振动频率和量值上存在一定差异；按照实测谱进行台架验证时间为94 h、等效寿命120万 km的加速计算，得到其纵向、横向和垂向的振动能量有效值，分别为169.3 m/s²，171.3 m/s²和172.9 m/s²。实测加速谱将三个加载方向的振动水平分开归纳，更符合产品实际应用情况。本研究可为更加有效地制定发动机产品振动耐久试验规范、合理评价其可靠性与耐久性提供参考。
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  基于TLPSO-BP神经网络的锂电池SOC估计

  刘彦祺, 赵阳, 马蒙召, 张波, 赵毅

  车用发动机. 2025, 0(6): 78-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.06.012

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  锂电池荷电状态（SOC）估计具有非线性和时变性，利用传统BP神经网络进行SOC估计，存在收敛速度慢、准确度低的缺点，因此提出了一种基于TLPSO-BP神经网络算法的锂电池SOC估计方法。首先采用Tent混沌映射和莱维（Levy）飞行策略改进粒子群（PSO）算法，然后利用改进粒子群算法对传统BP神经网络的初始权值和阈值进行优化以提高SOC估计的精度，最后将所提算法在激烈驾驶工况（US06）下对锂电池进行SOC估计，并与PSO-BP算法和BP算法做对比。试验结果表明，利用TLPSO-BP算法估计锂电池SOC的均方根误差相比PSOBP算法和BP算法分别降低了14.5%和32.4%，表明该算法具有良好的泛化能力和较高的估计精度。
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  基于关联规则与1DCNN的柴油机燃油系统故障诊断方法

  艾熠, 桂承宇, 陈自强, 刘臻, 张国栋, 乔信起

  车用发动机. 2025, 0(6): 85-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.06.013

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  为提高柴油机燃油系统故障诊断准确率，解决故障数据量不足的问题，提出了一种结合关联规则和一维卷积神经网络（1DCNN）的故障诊断方法。通过建立SC7H型柴油机仿真模型，在6个工况下模拟燃油系统四类典型故障：喷油不足、喷油过量、喷油正时提前和喷油正时滞后，并生成相应故障数据。使用Apriori算法将故障数据转化为关联规则，实现1DCNN训练数据量扩增，利用粒子群优化算法优化最小支持度和最小置信度。结果表明，该方法的故障诊断准确率达91.67%，优于单一的关联规则分类模型和1DCNN模型。