2025年, 第0卷, 第5期　
刊出日期：2025-10-25

  

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  发动机凸轮-滚轮磨损演化预测与试验验证

  李乐, 吕步高, 高洪雷, 桃春生, 孟祥慧

  车用发动机. 2025, 0(5): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.05.001

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  商用车发动机配气机构中的凸轮-滚轮摩擦副属于高副接触，工作中经常发生表面磨损失效。一方面，在弹流润滑状态下，凸轮-滚轮表面承受极高的油膜压力和交变载荷，容易产生疲劳磨损；另一方面，由于局部微凸体接触和滑动摩擦的存在，凸轮-滚轮之间会发生磨粒磨损，尤其是在打滑状态下。传统研究中一般通过发动机耐久试验来考察凸轮-滚轮副的磨损可靠性，但时间和经济成本非常高。本研究基于凸轮-滚轮副的混合热弹流润滑和磨损过程耦合建模，提出了凸轮-滚轮副的磨损演化预测方法，实现了在累计工况历程下的凸轮-滚轮磨损量预测。通过2 000 h发动机台架耐久试验发现，凸轮-滚轮的磨损演化预测结果与试验结果高度吻合，证明提出的方法具有替代高成本的耐久试验并预测凸轮滚轮磨损寿命的潜力。
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  基于光学发动机的缸内流场、喷雾及燃烧分析

  石国勇, 黄勇, 杨丽, 王国栋, 姚博炜, 莫煜

  车用发动机. 2025, 0(5): 13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.05.002

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  为了研究缸内直喷汽油机缸内流场、喷雾及燃烧的情况，为后续汽油机的设计开发优化提供依据，基于一台单缸光学发动机，利用粒子图像测速法、米氏散射法及高速摄影法分别测量了缸内流场、喷雾及燃烧情况。结果表明：随着转速的升高，缸内流场逐渐形成了更完整的滚流；随着活塞上行，缸内流场高速区向右侧转移；在压缩过程中，活塞顶对于缸内流场的影响较为明显，速度损失以及流场破坏较为严重。在低速低负荷，由于环境压力较低，喷射的燃料气化坍塌化为雾状，没有明显的多束油束，整体油束雾状明显；随着转速和负荷的增加，在流场的作用下，喷油结束之后在右侧壁面有大量的油滴集聚，可能会导致机油稀释以及池火现象的发生。通过调整喷油器的油束位置，燃烧持续期有了明显的缩短，而平均指示压力（IMEP）保持稳定一致，提升了燃烧的稳定性。
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  环境温度对重型柴油车排放影响的试验研究

  高建宾, 周至愚, 何冠璋, 朱敏霖, 李军成, 王晓辉

  车用发动机. 2025, 0(5): 21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.05.003

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  以一款满足国六b排放标准的重型柴油车为研究对象，研究了加装电加热装置的双级SCR系统在不同环境温度下的整车排放特性。研究表明，冷起动阶段的NO_x排放是控制关键。通过发动机本体的热管理（燃烧模式切换）与后处理系统的热管理（电加热使能）协同作用，整车在不同环境温度下的CHTC-HT循环排放结果显示：相比－10 ℃，在10 ℃和40 ℃时，NH₃排放分别降低76.74%和83.97%。N₂O排放分别降低48.71%和66.94%，而NO_x排放则均上升了约19%，PN₁₀排放分别增加到3.91倍和10.79倍，PN₂₃排放分别增加到5.52倍和15.05倍。CHTC-HT测试循环的前400 s是NO_x和PN₁₀排放产生的高峰期，NO_x产生的原因主要是温度的影响，PN₁₀产生的原因主要是尿素喷射产生的颗粒物和冷凝水对颗粒物的作用。前后级尿素喷射比例调整对NH₃和N₂O排放有较大的影响，在催化剂处于高温区间时，后级尿素喷射量的增加使得NH₃与N₂O排放增加。
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  燃料电池发动机用增湿器参数敏感性试验研究

  张胜雷, 马明辉, 郝冬, 郭志军

  车用发动机. 2025, 0(5): 28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.05.004

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  增湿器作为质子交换膜燃料电池发动机空气子系统的关键部件，起着为电堆阴极入口气体增湿的作用，其性能直接决定了燃料电池系统的性能。通过设计增湿器参数敏感性试验，探究了干、湿两侧入口流量、压力、温度和湿侧入口湿度变化对增湿器性能的影响，并以干侧出口相对湿度、露点接近温度、水转移速率、水回收率作为性能指标进行评价。试验结果表明：提高两侧入口流量会增加水转移速率，干侧出口的湿度降低，露点接近温度升高，水回收率降低；提高两侧入口压力会减小水转移速率，干侧出口的湿度升高，露点接近温度降低，水回收率升高；提高两侧入口温度会增加水转移速率，干侧出口的湿度稳定，露点接近温度升高，水回收率降低；提高湿侧入口湿度会增加水转移速率，干侧出口的湿度升高，露点接近温度和水回收率稳定。
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  不同海拔下重型天然气发动机WHTC循环试验研究

  张腾, 杨兆山, 田茂军, 史祥东, 王友明, 殷治梅

  车用发动机. 2025, 0(5): 35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.05.005

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  基于满足国Ⅵ b排放标准的重型天然气发动机，在潍坊地区和昆明地区进行了发动机台架WHTC循环排放测试，研究天然气发动机在高海拔地区的性能表现。研究发现：天然气发动机在昆明地区运行时， WHTC循环功降低，扭矩响应回归性较差，过量空气系数较小且波动较大，排气温度较高，EGR率设定值大于实际值。在两种不同海拔地区运行时，发动机污染物排放均满足国Ⅵ排放限值，相较于潍坊地区，昆明地区NO_x的排放低22.6%，THC排放高53.2%，CO排放高32.3%。研究表明，发动机在开发标定过程中需要兼顾不同海拔环境，为排放留出更宽裕度。
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  柴油机动力装置履带安装环境建模及不平路行驶振动特征分析

  冀树德, 冯辅周, 吴志强, 朱俊臻, 孔祥鑫

  车用发动机. 2025, 0(5): 42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.05.006

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  基于多体动力仿真软件构建了柴油机动力装置的安装运行环境模型，并结合实际使用场景，基于FFT方法建立了等效于D级路面的不平路面模型。基于所建模型，分析了车速、车体质量、悬置刚度三种因素对柴油机动力装置振动的影响。研究发现：在履带车辆不平路面行驶条件下，柴油机动力装置的振动呈连续频率分布；车速变化会使振动强度小幅增加；车体质量会影响小幅度振动的幅值和频次，车体质量增加时，小幅度振动的幅值和频次减少；另外，悬置刚度的增加会导致柴油机动力装置振动幅值和频次成倍增加，在三种因素中影响最大。
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  停缸对四缸汽油机油耗和振动的影响

  张海波

  车用发动机. 2025, 0(5): 47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.05.007

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  基于一款1.5 L四缸汽油发动机，将进排气凸轮轴上第2、第3缸凸轮型线改制成基圆实现进排气门关闭，采用软件控制第2和第3缸停止喷油，在发动机台架上试验研究了两个气缸停缸后相对于原四缸汽油机的油耗和振动特性变化。研究结果表明：在转速1 000~4 000 r/min下，四缸汽油机停用两缸后，发动机倒拖机械损失功率降低了1.1%~10.4%，在试验工况点停缸发动机油耗改善了0.3%~6.4%，然而曲轴扭转振动幅度增大了5倍，发动机3个悬置点在3个方向上的直线振动也明显恶化。
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  基于物理信息神经网络的柴油机机体疲劳安全系数预测模型研究

  蒲博闻, 廖挥亚, 孙兴悦, 王根全, 刁占英, 陈旭

  车用发动机. 2025, 0(5): 52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.05.008

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  针对柴油机机体结构疲劳安全系数的高效预测问题，选取机体主轴承隔板典型关注部位，结合现代采样方法与随机有限元仿真计算，提出了一种基于梯度约束的物理信息神经网络（GC-PINN）作为疲劳安全系数预测的代理模型。该模型在机器学习模型中融入螺栓预紧力与安全系数间的物理梯度关系，以引导并约束代理模型的训练过程，从而提升模型的泛化能力和预测精度。将GC-PINN代理模型与基于人工神经网络、随机森林和支持向量回归的代理模型进行预测精度对比，结果表明，该代理模型在小样本条件下表现出较好的预测效果，其均方根误差值（RMSE）中位数最低，仅为0.294。
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  基于生成对抗网络和机器学习的柴油机性能预测方法

  李想, 邓中航, 郭志坤, 石清珏, 张帆, 卢莉莉

  车用发动机. 2025, 0(5): 61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.05.009

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  针对柴油机性能预测中高维特征筛选困难与小样本数据分布不均衡问题，提出结合数据增强与机器学习的联合预测框架。首先，采用BorutaShap算法从48个特征中筛选关键参数，缓解因主观特征选择导致的模型泛化能力不足问题；其次，针对燃油消耗率和最高燃烧压力数据的小样本缺陷，使用WGAN-GP模型，通过动态梯度惩罚增强样本的分布合理性；最后，对比WGAN-GP、SMOTE和VQ-VAE模型生成数据在XGBoost、SVR、RF、GBDT 4种模型中的预测性能，以验证方法的有效性。结果表明，WGAN-GP生成数据使XGBoost对燃油消耗率预测的决定系数R²提升至0.985（MAE=1.659 g/(kW·h)），对最高燃烧压力预测的决定系数R²达0.943（MAE=0.006 MPa），较SMOTE/VQ-VAE方法，R²提升了5%～8%。综合而言，本研究通过特征选择和数据增强结合的方式，有效解决了在多样本特征和小数据样本下的柴油机性能预测问题。
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  考虑温度与老化效应的锂电池荷电状态在线估计

  莫蝶, 肖仁鑫, 解维锋

  车用发动机. 2025, 0(5): 69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.05.010

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  随着锂离子电池在电动汽车中的广泛应用，准确估计其荷电状态（SOC）已成为保障电池管理系统（BMS）安全稳定运行并优化性能的关键因素。针对宽温度范围和全服役周期内动力电池内部状态难以精确估计的问题，提出了一种基于自适应最小二乘法（AFFRLS）和多新息无迹卡尔曼滤波（MIUKF）的锂离子电池SOC估算方法，实现了不同温度和老化状态下的精确估算。该方法采用二阶RC等效电路模型，通过自适应最小二乘法实现动力电池内部状态的实时监测和模型参数的在线辨识，并与传统最小二乘法（RLS）、卡尔曼滤波（EKF）和带遗忘因子的最小二乘法（FFRLS）进行对比分析。为提升估算精度，提出了多新息无迹卡尔曼滤波（MIUKF）算法，以解决传统无迹卡尔曼滤波（UKF）对历史数据利用率低的问题，并通过不同温度和老化状态下的SOC估算对比试验，验证了该方法的有效性。此外，在UDDS、LA92和HWFEF典型电池测试工况下进行了鲁棒性试验。试验结果表明，AFFRLSMIUKF方法有效提升了历史数据利用率，能够在不同温度和老化条件下准确反映动力电池内部状态，SOC估计误差控制在2%范围内，显示出良好的鲁棒性。
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  燃料电池氢循环回路控制策略探索及优化

  魏小童, 芦宇航, 孔红兵, 刘煜, 胡军

  车用发动机. 2025, 0(5): 81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.05.011

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  精确控制燃料电池系统中供氢系统的气体流量、压力及湿度等运行参数,对保障质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统长期稳定运行至关重要。针对供氢系统中氢循环回路组分的复杂性及多变性，研究了不同运行参数及运行工况对循环组分的影响，并基于燃料电池堆实际氢气计量比需求和阳极氮气浓度的耐受值，对控制策略进行了优化和试验验证。研究结果表明，提高电堆入口氢气压力和氢泵转速可以提高氢气计量比，而增加排气频次则有助于降低电堆阳极氮气浓度。变载速率对循环回路中氢气和氮气的流量及浓度的影响较小。研究结果为优化供氢系统控制策略、提高燃料电池系统的运行效率和稳定性提供了理论依据和实践指导。
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  基于自适应等效油耗最小的PHEV能量管理策略

  魏莉鸿, 强永军

  车用发动机. 2025, 0(5): 89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.05.012

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  为降低插电式混合动力汽车（PHEV）的油耗，提出了一种基于等效因子自适应的等效油耗最小策略(ECMS)。首先，采用动态规划算法求解不同标准工况下SOC在不同里程下的最优变化轨迹；其次，利用对数函数对等效因子进行实时修正和更新，使SOC能够跟随理论参考轨迹，进而构建自适应等效油耗最小能量管理策略(A-ECMS)。仿真结果表明，本研究提出的AECMS策略油耗相较于传统ECMS策略减少了2.41%，且其控制效果与DP算法更接近。