车用发动机杂志

车用发动机杂志2019年第1期

• 机电复合增压技术研究进展综述

  胡超，杨名洋，邓康耀，邢卫东，张俊跃

  传统内燃机近30%的燃油能量被排气带走而浪费，因而高效的余热利用技术是实现内燃机节能减排的核心举措。机电复合增压是基于涡轮增压技术、具有较高潜力的内燃机余热回收技术之一，针对机电复合增压技术的国内外研究进展进行了详细分析。阐述了现有机电复合增压技术的方案布局及其特点、适用范围，讨论分析了该技术与内燃机的匹配方法及控制策略研究进展，介绍了机电复合增压的主要部件（涡轮、压气机和电动机/发电机）研究概况，综述了机电复合增压技术在内燃机节能减排中的优势、发展趋势和须要重点关注的技术难点。

• 缸内高压直喷天然气发动机燃烧过程数值研究

  李孟涵，田洪建，张强，刘晓日

  以直喷天然气发动机为研究对象，基于正庚烷?甲烷化学动力学机理对发动机的燃烧过程进行了三维数值模拟，并对NOx，CO和炭烟的排放趋势进行了预测。结果表明：对于缩口燃烧室，随着燃烧室凹坑深度的减小和燃烧室喉口直径的增大，天然气扩散燃烧火焰的传播速度越快，指示热效率越高。在燃烧室总深度相当的情况下，直口燃烧室形成的气流运动对天然气扩散火焰传播的促进作用小于缩口燃烧室，且对于直口燃烧室，采用较小的凹坑深度和较大的喉口直径不利于天然气在前期预混燃烧阶段的火焰传播，从而导致指示热效率的降低。采用缩口设计，减小燃烧室凹坑总深度和增大燃烧室凹坑的直径会导致NOx排放的增加，但有利于CO和炭烟的控制。因此，对于高压直喷天然气发动机，采用缩口燃烧室设计有利于热效率和排放的兼顾，但是需要各个燃烧室尺寸的合理配合。

• 喷射时刻对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响

  宫宝利，崔连波，彭泽高，马毅，秦振华，姚实聪，彭乐高

  针对甲醇发动机低温冷起动困难，在一台由1130单缸柴油机改造的直喷火花点火甲醇发动机上，利用商用CFD模拟软件AVL?Fire耦合甲醇氧化反应机理，通过电热塞将进气温度加热到283 K，研究了喷射时刻对甲醇发动机低温（266 K）冷起动燃烧及非法规排放的影响。结果表明：推迟喷射时刻能够改善缸内燃烧，使得缸内混合气能够得到较为充分燃烧，减小未燃甲醇排放，当喷射时刻由53°BTDC推迟到49°BTDC时，未燃甲醇排放显著减少；喷射时刻由57°BTDC推迟到49°BTDC时，甲醛排放增大，但当喷射时刻继续推迟到45°BTDC时，缸内最高燃烧温度超过1 200 K，使得甲醛快速氧化，甲醛排放显著减少。

• 基于较详细机理的氢燃料内燃机排放特性研究

  段俊法，张宇,秦高林,吴排霞,何一鸣

  基于Converge软件建立了包含简化化学反应机理的氢燃料内燃机CFD仿真模型，研究了氢燃料内燃机缸内燃烧和NO生成机理。仿真结果表明，氢燃料内燃机缸内燃烧经历了椭球型火焰稳定传播和快速湍流燃烧两个阶段。氢气的燃烧非常迅速，在快速湍流燃烧结束时OH浓度迅速降低，出现温度和NO质量峰值，其后缸内温度逐渐降低,NO质量逐步减小。最终的排放取决于高温区域的峰值温度和NO分解时间。最高温度越高NO的质量峰值越大，降温越快则NO分解越少。采用EGR能降低最高缸内温度，低转速时NO分解充分，因而NO的排放较低。

• 甲醇影响柴油着火的作用机理分析

  李瑞娜，王忠，瞿磊，刘帅

  通过AVL Fire软件建立了4B26柴油机的燃烧模型，并耦合甲醇?正庚烷的化学反应机理文件，研究了柴油机燃用甲醇?柴油混合燃料着火过程中，缸内温度、燃料浓度和中间产物的变化规律，并分别依据放热率、中间产物、温度的变化对滞燃期进行了计算。研究结果表明，在甲醇?正庚烷着火之前，与甲醇分解有关的中间产物中，CH2O，H2 O2，OH变化最显著，且中间产物浓度呈双峰走势；－7°~－5°范围内，与甲醇相比，正庚烷发生了明显的脱氢反应。正庚烷低温分解相关的主要基元反应中，生成CH4，C2H4，C3H6的基元反应更容易发生。根据瞬时放热率、正庚烷脱氢、OH浓度、缸内温度场变化等方法确定的甲醇?正庚烷着火时刻分别为－7.2°，－7°~－5°，－2.4°，－5.8°。几种判断方法中，依据OH浓度变化判断的着火时刻较晚。

• 基于神经网络的汽油车三效催化器老化诊断

  刘洋，潘金冲，张云龙，帅石金

  随着汽油车后处理系统复杂程度的提高，三效催化器的故障诊断需要解决建模难度大、标定成本高等问题。结合神经网络在处理非线性问题上的优势，提出一种基于神经网络的汽油车三效催化器老化诊断算法。算法以三效催化器的老化机理为基础，采集催化器前后氧传感器信号作为特征输入，结合不同故障进行编码，构成网络训练和测试所需的数据集；分别应用反向传播神经网络（Back Propagation Neural Network，BPNN）和深度置信网络（Deep Belief Network，DBN）的模型架构，对训练过程各参数进行调优，并对诊断结果进行测试。试验结果表明：基于神经网络的诊断算法建模简便，具有较高的诊断精度和泛化能力;诊断架构上，DBN相对于BPNN简化了特征提取过程，拥有更高的诊断精度。

• DPF孔道结构参数优化设计

  彭美春，林俊彦，谢焕宁，李继龙

  以降低流动阻力为目的开展DPF孔道结构参数优化设计，运用GT-Power建立DPF仿真模型，研究非对称孔道边长比、孔密度和过滤壁厚对颗粒物捕集过程中DPF压降和捕集效率的影响，并以非对称孔道边长比、孔密度和过滤壁厚为设计参数，二次序列规划算法为优化算法，DPF捕集效率为约束，优化DPF孔道结构参数。结果表明：DPF采用进口孔道边长大于出口孔道边长的非对称孔道结构可以降低颗粒物饼层捕集过程中DPF的压降，但同时降低了DPF的捕集效率；采用提高孔密度的方法可以在一定范围内降低DPF的压降，同时提高DPF的捕集效率；降低DPF过滤壁厚可以有效降低DPF压降，但也会降低DPF的捕集效率。综合优化结果，DPF进出口孔道边长比值为1.024 8、孔密度为62 孔/cm?2、过滤壁厚为0.333 mm时，DPF压降降低26%以上，饼层捕集效率保持98%以上。

• 重型发动机氨排放特性的台架试验研究

  张凡，李昂，于津涛

  在发动机台架上进行了ESC、ETC和WHTC循环的排放测试，使用可调谐激光二极管气体分析仪测量了10台重型发动机催化器后的氨排放水平。研究结果表明，以理论空燃比燃烧的气体机在WHTC循环三效催化器达到起燃温度后有氨排放产生，市郊工况中的高速加浓工况有助于氨排放的产生。对于使用SCR技术的柴油机，其氨排放与NOx排放是互逆的，柴油机的氨排放水平远低于NOx排放。柴油机在冷态WHTC循环的氨排放低于热态，氨排放峰值出现在市郊工况。

• 柴油车固体SCR系统运行及NOx排放特性研究

  刘明，何超，李加强，刘学渊，彭琪凯，邹浪

  利用汽车尾气实时监控平台获得了装有固体SCR系统柴油环卫车运行38天共135万条有效实时工况数据和排放数据，分析了固体SCR对柴油车NOx排放的影响规律。研究结果表明：柴油车城市中行驶平均速度13.45 km/h，90%以上加速度点在±1.5 m/s?2范围内波动。该柴油车NOx平均质量浓度为0.023 g/s，NOx平均排放因子为4.17 g/km。随着速度升高，NOx转化率逐渐升高。随着排气温度升高，NOx转化率逐渐升高，后逐渐趋于平稳，在平均排气温度低于150 ℃时，NOx平均转化率为61%，表明其能较大程度改善柴油车在排气温度低时的NOx排放。

• 双对置二冲程柴油机高原环境燃烧过程的模拟研究

  张磊，苏铁熊，冯云鹏，马富康，张艳岗，曹斯琦

  为研究高原环境对对置活塞对置气缸（OPOC）二冲程柴油机性能的影响，采用三维数值仿真的方法对不同海拔条件下OPOC二冲程柴油机燃烧过程进行研究。通过混合气特征参数定量分析高原环境对OPOC二冲程柴油机缸内油气混合过程的影响。通过对燃烧特征参数的分析，研究高原环境对OPOC二冲程柴油机燃烧过程的影响以及对OPOC二冲程柴油机性能的影响。结果表明：高原环境下，OPOC二冲程柴油机缸内平均压力下降，平均温度升高，燃烧过程恶化，燃油消耗率增加，Soot排放显著增加，而NOx排放下降不明显。

• 喷油器精密偶件结构参数对喷油及泄漏特性的影响

  郭世龙，梅卫江，倪向东，王蒙，徐国杰

  针对喷油器在使用过程中由于精密偶件结构参数的变化引起喷油量及泄油量发生变化的问题，以博世CRIN2/3喷油器为研究对象，基于喷油器精密偶件磨损对喷油及泄漏影响的理论分析，利用AMESim软件构建喷油器仿真模型。采用Box?Behnken设计方法，以柱塞偶件间隙、针阀偶件间隙、针阀升程为试验因子，以喷油量与泄油量为试验指标，建立了各试验因子与试验指标间的回归模型，分析了各因子对试验指标的影响规律。采用多目标优化法得出如下结论：当柱塞偶件间隙范围为3.00~3.07 μm，针阀偶件间隙范围为1.50~1.77 μm，针阀升程范围为0.32~0.38 mm时，能够实现在喷油量变化率满足国标的要求下，泄漏量达到最小。

• 弧面衬套式活塞销优化分析

  何畏，夏飞杨，陈洋，黄帅

  为了提高弧面衬套式活塞销的寿命，降低活塞销座应力集中，利用有限元法与正交试验法相结合的方式对弧面衬套式活塞销进行优化。建立以活塞销台阶孔圆柱内径d以及两端圆柱孔长度l为变量，活塞销最大应力值为目标的正交试验，同时考虑接触应力与热应力，求得弧面衬套式活塞销结构优化最佳参数：d=14.5 mm，l=8 mm。对常见活塞销材料进行研究，运用有限元仿真分析方法对优化结果进行检验，结果表明，材料对弧面衬套式活塞的影响较小。优化后的弧面衬套式活塞销降低了活塞销座与活塞销的应力，极大地提高了弧面衬套式活塞的寿命。

• 非同步排气门正时对GDI汽油机缸内流场和工作性能的影响

  钱叶剑，邵小威，齐景晶，龚震，赵鹏，胡前城

  利用三维CFD软件建立了某1.5T缸内直喷汽油机的模型，分析比较了在2 000 r/min全负荷时非同步排气门正时策略下缸内流场、燃油雾化和燃烧过程变化的规律。结果表明：采用非同步排气门正时，缸内流场与原机有明显不同。湍流动能呈现“三峰”变化，缸内的平均湍流动能均大于原机（排气门1提前20°开启时变化最大）；相比原机，缸内气体的平均流速有所增加，提高了燃油蒸发速率，上止点时缸内混合气更加均匀，但也会使得缸内的残余废气质量增大。排气门1提前20°开启时，缸内的燃烧速度比原机略快，缸内最高燃烧压力增加了0.3 MPa，但温度比原机略低，因此氮氧化物的排放低于原机，CO与原机持平。排气门1延迟20°开启效果不明显。综合考虑，排气门1提前20°开启能提升原机的动力性和排放性能。

• 装甲车辆动力舱空气流动与传热仿真研究

  康琦，刘建敏，王普凯，刘艳斌，董意

  利用Pro/E软件建立了装甲车辆动力舱三维模型，并将其导入到GT?Cool 3D软件中转化为障碍物。利用GT?Cool 3D软件建立散热器和风扇模型并建立动力舱流动区域，然后将三维模型离散得到一维仿真模型。对标定工况下动力舱空气流动和散热器传热进行了分析，并分析了散热器位置高度对动力舱空气流动与传热的影响。结果显示：动力舱内空气流动不均匀，进气百叶窗、散热器、变速箱等部件对空气流动影响较大；散热器冷却散热能力分布不均匀，前两个流程冷却散热效果较好，第3个流程冷却散热效果较差；散热器高度每增加20 mm，流进散热器的空气流量平均增加0.523 m3/s，平均增幅为7.32%，散热器的散热量平均增加11.43 kW，平均增幅为3.69%?。