车用发动机杂志

车用发动机杂志2018年第2期

• 发动机活塞环-缸套低摩擦设计仿真分析

  李炯，王雅萌，龚金科，刘伟强

  以某直列3缸汽油机为研究对象，建立了仿真计算模型，验证了模型的正确性，利用该模型分析了活塞环结构对活塞环?缸套摩擦副润滑的影响。研究表明：过大或过小的活塞环径向桶面高度都会增加活塞环?缸套摩擦副的摩擦损失；在保证发动机平稳运行的基础上，应尽可能选择小的切向弹力；开口间隙对活塞环?缸套之间的窜气量影响很大，冷态时，该款发动机开口间隙为0.38~0.40 mm时最佳。

• GT-Suite的活塞环-缸套摩擦特性研究

  刘建敏，康琦，王普凯，刘艳斌，何盼攀

  以活塞环?缸套为研究对象，利用GT-Suite软件建立了活塞环?缸套摩擦模型，将摩擦、润滑和动力学三者耦合起来，同时考虑了活塞环和缸套的扭曲变形、接触表面粗糙度等因素，计算分析标定工况下活塞环?缸套的油膜厚度、油压分布、摩擦力和摩擦功耗。着重分析了不同润滑油温和不同转速条件下第一环油膜厚度和摩擦功耗，结果表明：第一道活塞环处润滑效果差、摩擦功耗高；随着油温升高，油膜厚度显著减少，同时摩擦功耗显著减少，综合考虑润滑和摩擦功耗，发现油温在80～90 ℃时摩擦特性较为理想；随着转速提高，油膜厚度增加，同时摩擦功耗增加，转速对油膜厚度影响较小，对摩擦功耗有显著影响。

• 发动机燃用生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的性能试验

  耿莉敏，李士杰，李慧梅，陈阳，程清波

  为了降低柴油机燃用中等比例生物柴油-柴油混合燃料的污染物排放，在1 400 r/min和2 000 r/min不同负荷条件下，首先对比分析了发动机燃用生物柴油?柴油混合燃料与纯柴油的性能差异，然后在中等比例的生物柴油?柴油混合燃料中分别掺混10%和20%（体积比）的无水乙醇，测定了乙醇掺混比对发动机经济性、动力性和排放特性的影响。结果表明：与纯柴油相比，生物柴油?柴油混合燃料的有效燃油消耗率上升，动力性略有下降，炭烟排放降低，而NOx排放升高。随着乙醇掺混比的增大，生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的有效燃油消耗率升高，小负荷时受乙醇汽化潜热的影响导致有效热效率下降，中等负荷时乙醇对有效热效率的影响不大，而大负荷时乙醇的高含氧量能够提高发动机的有效热效率。1 400 r/min和2 000 r/min全负荷条件下，发动机的最大功率随乙醇掺混比的增大而下降。在不同负荷条件下，随着生物柴油-柴油-乙醇混合燃料中乙醇掺混比的增大，发动机的炭烟、NOx和CO排放逐渐降低，小负荷时乙醇的高汽化潜热导致HC排放明显升高。

• 基于多因素神经网络模型的柴油机NOx排放预测及试验研究

  冀树德，高华伟，邬旭宏，刘志刚，张伟，郝冀雁，陈东峰，李全，梁玉明

  以发动机转速、进气量、循环油量、发动机出水温度、中冷后进气温度、进气湿度、排气背压、柴油温度作为输入，NOx排放质量流量为输出，优化隐层节点和迭代次数，并经过样本训练，构建了NOx排放预测模型。结合台架试验数据，验证了模型的泛化能力，其预测值与试验值间误差小于1.5%。在此基础上，利用模型进一步分析了试验因素的重要度和试验控制性。结果表明：发动机转速、循环油耗、中冷后进气温度、排气背压对柴油机NOx排放的影响相对较高；进气湿度控制范围过宽，对NOx排放测试结果影响高于其他因素。

• 车用发动机润滑系统最低润滑油供给量研究

  倪计民，金文华，李国庆，李佳琪，白炳仁

  以某1.8 VVT发动机为研究对象，建立了发动机润滑系统计算模型和轴承动力学模型，对主油道压力、轴承处润滑油流量、轴承轴心轨迹、最小油膜厚度等参数进行了计算分析。通过计算轴承、凸轮和VVT系统等润滑系统关键部件的润滑油压力需求，获得了润滑系统在不同发动机转速下的最低润滑油压力，该计算结果可为润滑系统设计提供理论依据和边界条件。仿真计算结果表明：发动机润滑系统进油压力对轴承润滑的最小油膜厚度基本没有影响；原润滑系统供给润滑油的液压功率实测值超出理论需求值，最高可达72%，原润滑系统存在发动机中高转速工况下供油过量的问题。

• 基于NEDC工况的发动机热管理系统匹配研究

  高干，倪计民，石秀勇，苏锦磊，李佳琪

  基于某国产1.5 L汽油机进行热管理系统台架试验，利用试验数据来获取仿真计算的边界条件；在 GT-Suite软件平台中，搭建发动机?冷却系统耦合仿真模型，并对应目标机型的台架试验进行仿真计算与验证；对不同散热器、风扇、水泵构建的18种匹配方案进行分析。结果表明，相对于原机方案，最优匹配方案在新欧洲行驶工况（NEDC）下节油3.36%。

• 基于虚拟样机的3缸机曲轴系扭振分析及优化研究

  董俊红，李伟，杨征睿，刘佳鑫,聂尔冰

  3缸发动机的结构特点使得其惯性力和力矩相对于4缸机难以平衡，其曲轴系的扭转振动更难控制，从而严重影响发动机运转过程中的NVH性能。为改善发动机曲轴系扭振及整机NVH性能，采用一维与三维多体系统仿真体系对某3缸发动机扭转振动进行了分析预测，并进行试验验证，而且对3缸机的扭振特性与扭转控制进行了深入解析与研究。结果显示，虚拟样机能够精确地复现发动机的实际工作状态，其曲轴系上采用的非承载式曲轴扭振减振器使该款发动机的扭振保持在较好水平。

• 含水乙醇汽油对发动机NOx排放的影响

  叶燕帅，凌华梅，牛彩云，谭艳，李春青

  通过发动机台架试验,研究了燃用不同掺比的含水乙醇汽油对发动机NOx排放及三元催化剂催化转化效率的影响。试验结果表明：发动机燃用含水乙醇汽油后怠速工况下催化器前NOx排放下降，相比汽油E10，E20，E30的NOx排放量分别降低64%，68%，69.5%；随着含水乙醇掺比的增加，NOx的催化转化率降低，E10，E20，E30的NOx催化转化率分别降低19%，24%，34%。含水乙醇汽油在低负荷时催化器前NOx排放低于93号汽油，负荷加大后，燃用含水乙醇汽油的NOx排放高于燃用汽油，NOx排放由大到小依次为E20，E30，E10，93号汽油；E20的NOx放在中高负荷比93号汽油上升6%。在中高负荷工况，燃用含水乙醇汽油时催化器后的NOx排放量要高于93号汽油，大负荷工况下，E10，E20，E30催化器后的NOx排放量分别比93号汽油高15%,6%,29%；NOx催化转化效率随着含水乙醇掺比的增大而降低，大负荷工况下E30的催化转化率约为93号汽油的92%。

• 阀升程规律对重型柴油机瞬态工况排放特性的影响

  楼狄明，文杰，孔德立，谭丕强，胡志远

  基于1台配备废气再循环系统（EGR）的重型柴油机，试验研究了瞬态工况下EGR阀升程规律对重型柴油机排放特性的影响。针对恒转速变扭矩与恒扭矩变转速过渡工况设计了5种EGR阀升程规律，根据升程走势可分为3种类型：线性升程，上凸型升程以及下凹型升程。结果表明：瞬变过程中，初始EGR阀开度变化速率对NOx 生成影响巨大，NO与NOx 排放规律基本吻合，EGR阀升程规律对NO2排放影响甚微。不同EGR阀升程规律下烟度变化规律相同，呈先增后减的趋势，但峰值明显不同。EGR阀升程规律对燃油经济性影响不大。

• 高原变海拔对柴油机缸压信号的影响分析

  甘庆良，刘震涛，张宇

  针对高原变海拔条件下，某重型柴油机缸盖火力面出现麻点这一故障，提出了随着海拔上升，缸内压力波动剧烈，进而导致对缸盖火力面冲击频次剧增的失效原因假设。为此，通过可模拟高原变海拔环境的单缸机台架试验，采集不同海拔下的缸内压力信号，并对其作集平均经验模态分解（Ensemble Empirical Modal Decomposition，EEMD），分离出缸压信号的不同频率成分，并对每个工况下的功率谱密度进行对比分析。结果表明：通过对分离出来的不同频率成分的能量进行分析，发现缸压高频分量的能量随海拔升高而增加，进而验证了缸盖麻点这一失效现象的假设成立。

• 基于柴油机排气热管理的喷油策略控制试验研究

  王建，曹政，张多军，刘胜吉

  为有效满足柴油机中低转速、中小负荷工况下颗粒捕集器（DPF）主动再生时的工作温度需求，利用发动机台架试验研究了中低负荷稳态工况下主喷正时、近后喷及次后喷参数等排气热管理主动控制措施对缸内燃烧过程、排气热状态及排放性能的影响规律。稳态试验结果表明：推迟主喷提前角缩短了滞燃期，燃烧持续期延长，缸内最高燃烧压力及峰值温度下降，瞬时放热率峰值减小且燃烧重心后移，同时燃油消耗率及烟度略有增加，DOC入口温度提升也不明显；引入近后喷使得缸内最高燃烧压力降低，但放热率第二峰值及后燃期有所增加，近后喷油量与主?近后喷间隔角的合理匹配能适当提高DOC入口温度，最高增幅可达19.3%，同时也能有效改善NOx排放和烟度；次后喷油量的增加能显著提升DPF入口温度，最大增幅达70%，但会导致燃油消耗率及HC逃逸量增加。依据样机全工况排温分布状态提出各区域升温喷油控制策略：低负荷区域采用“近后喷+次后喷”的喷油组合，并且采用较大喷油量；中大负荷区域逐渐减少近后喷，直至无近后喷，同时将主喷适当提前。

• 基于有限元法的热套凸轮轴冷却工艺研究

  赵蛟，邹宏，余超，唐斯琪，姚进

  基于有限元法研究热套凸轮轴装配工艺，分析采用不同流体以不同吹冷速度强制冷却凸轮轴时的冷却效率。结果表明，随着冷却流体流速的增大，冷却速度显著增大，但冷却速度对于流速增加的敏感性逐渐降低，缩短同样的冷却时间所需的流速增量越来越大。相比于吹冷速度，拥有不同物性参数的不同流体对于冷却效率的影响更加显著。冷却过程中凸轮轴轴体由于热传导产生的膨胀并不影响下一缸凸轮的装配。