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  • 内燃机工程
  • 2025年 第46卷 第2期
  • 出刊日期：2025-04-15
《内燃机工程》创刊于1979年，由中国内燃机学会主办，主管单位为中国科学技术协会。 《内燃机工程》是中文核心期刊、中国科技核心期刊、中国核心学术期刊，国内外公开发行，目前为双月刊。

2025年第46卷第2期

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      目次
    • 直喷氢气发动机分层稀薄燃烧的大涡模拟研究
      韦虹,马瑞博,姬费帆,孟硕,马文中,马俊杰,韩志玉
      为探究直喷氢气发动机分层稀薄混合气的形成过程及其对燃烧过程的影响，基于大涡模拟（large eddy simulation， LES）方法对两款不同尺寸的氢气喷射器在相同发动机工况下的氢气射流、混合过程和燃烧过程进行了三维计算流体力学（computational fluid dynamics， CFD）数值模拟研究。为了降低计算时间并保持较高计算精度，采用了一种喷射器简化方案。喷射器简化方案的有效性分别通过定容弹和发动机模拟进行了验证。在定容弹模拟中，两款氢气喷射器在不同定容弹背压下的射流贯穿距与试验数据的均方根误差均在5.0%以内。在发动机模拟中，分别装有两款氢气喷射器的发动机在燃烧阶段的缸压与试验数据基本相符。发动机模拟结果表明：两款喷射器的发动机混合气形成过程在基本特征上没有实质性区别，但小流量喷射器发动机在点火前的混合气分层效果较好，且燃烧循环变动更小。喷射结束时刻（end of injection， EOI）显著影响氢气分层稀薄燃烧稳定性，过度推迟EOI会造成火花塞附近混合气过稀，从而导致起燃缓慢甚至失火。
      2025  Vol.  46(2):    1-10    [摘要](242)    [PDF](132)
    • 过量空气系数和点火时刻对缸内直喷氢内燃机燃烧与排放特性的影响研究
      贾滨,黄泽远,胡祯,周磊,钟力嘉,卫海桥
      基于一台缸内直喷氢内燃机三维模型，开展了过量空气系数和点火时刻对缸内直喷氢内燃机燃烧与排放的影响研究。研究结果表明：随着过量空气系数从2.5降低至2.1，缸压峰值从6.9 MPa增加到10.5 MPa，缸压峰值相位从压缩上止点后18.0°提前到了上止点后12.5°。降低的过量空气系数增大了浓混合气区域，积聚在火花塞附近及气缸壁面附近。此外，过量空气系数的降低加快燃烧速度并升高燃烧温度，导致NOx排放增加。随着点火时刻从上止点前5°提前至上止点前9°，缸压峰值从7.9 MPa 增加到9.3 MPa，缸压峰值相位从上止点后18.5°提前到上止点后14.0°。点火时刻的提前使缸内平均温度从1 900 K上升到2 050 K，导致了NOx排放增加。
      2025  Vol.  46(2):    11-18    [摘要](168)    [PDF](116)
    • 燃油喷射参数对混动柴油机低温起动燃烧与性能影响研究
      刘雨龙,任正敏,梁永森,程江华,石磊,邓康耀
      针对柴–电混合模式下低温冷起动特性影响因素复杂、起动总能耗高的问题，开展了混合动力柴油机低温冷起动试验研究，搭建了混合动力柴油机低温环境试验平台，探明柴油机喷油控制参数对燃烧特性和起动瞬态特性规律。结果表明，随着循环喷油量增大，燃烧始点前移，平均指示压力增大，但增速放缓，起动总时长下降明显，起动总能耗先降低后增加，在循环喷油量为36 mg时达到较优的起动性能和能耗经济性。随着喷油正时推迟，着火延迟期逐渐缩短，燃烧重心后移，最高燃烧压力先增大后减小，在喷油正时为压缩上止点后-12°和上止点后-8°时燃烧放热更集中，燃油能量得到有效利用。综合起动阶段燃烧特性分析和能耗平衡，循环喷油量为36 mg、喷油正时为上止点后-8°时，燃烧更加集中，起动过程的油耗和辅助电耗的总能耗降低8.4 %，起动时间缩短7.7%。
      2025  Vol.  46(2):    19-26    [摘要](178)    [PDF](108)
    • 多种工况下醇类燃料喷雾特性试验研究
      杨涵惠,甄旭东,刘大明,耿杰,鄢仁彬,田智
      利用定容喷雾试验装置，采用阴影法研究甲醇、乙醇、正丁醇在不同工况下的喷雾特性，喷射压力范围为10~30 MPa，背压范围为0.1~0.7 MPa，环境温度范围为20~120 ℃，再经MATLAB软件进行图像处理，分析了不同工况对醇类燃料喷雾特性的影响。结果表明：三种燃料的喷雾贯穿距和喷雾面积受喷射压力和背压影响明显，喷雾锥角与环境条件的关系较大；喷射压力和环境温度的增加会加快液滴分裂和蒸发，对提高雾化质量及改善喷雾特性有重要的促进作用。同种工况下，燃料自身的特性造成了喷雾形态的差异，正丁醇动力黏度和表面张力较大，在低温环境中喷雾发展较慢，但在高温高压环境中液滴蒸发和破碎程度较小，能保持较好的喷雾形态和发展速度。
      2025  Vol.  46(2):    27-35    [摘要](141)    [PDF](103)
    • 氨气–柴油双燃料发动机燃烧与排放特性研究
      崔健,聂学选,毕玉华,申立忠,雷基林,万明定,张凯
      以一台排量为3.0 L的4缸高压共轨柴油机为研究对象，设计了进气道喷氨系统，并利用自主开发的双燃料发动机电子控制单元（engine control unit， ECU）来控制进气歧管中的4个氨气喷嘴的喷射。通过调节喷射脉宽来改变氨气喷嘴的开启时刻与氨的喷射量，在模拟平原环境下进行了不同替代率下的氨柴油双燃料发动机性能试验。研究分析不同氨替代率对缸压、燃烧放热率、燃烧温度、滞燃期、燃烧重心和燃烧持续期的影响，同时还研究了不同氨替代率对HC、CO、NOx、NH3、CO2及PN等排放的影响。研究结果表明，氨替代率由0增加到30%时，缸压、燃烧放热率与燃烧温度分别下降了0.42 MPa、9 J/（°）与34.9 K，且滞燃期与燃烧持续期分别延长了0.9°与4.5°，燃烧重心推迟了1.5°。随着氨替代率增加，HC与CO排放小幅度增加，CO2和NOx排放显著减少，未燃NH3排放显著增加。替代率每增加10%，CO2与NOx排放分别降低3 343×10-6与65×10-6；HC与CO分别增加6×10-6与8×10-6，未燃NH3排放增加87.3×10-6。尽管氨替代燃料有助于减少碳排放，但同时也导致燃油经济性下降。在30%的氨替代率下，当量燃油消耗率上升至37.9 g/（kW·h），热效率降低至35.9%。
      2025  Vol.  46(2):    36-43    [摘要](170)    [PDF](106)
    • 预燃室湍流射流点火增压直喷发动机稀薄燃烧试验研究
      赵校伟,孙跃东,张振东,尹丛勃,秦文瑾
      基于一台高压缩比四缸增压直喷（gasoline direct injection， GDI）发动机和预燃室湍流射流点火（turbulent jet ignition， TJI）系统，开展中低负荷稀燃特性试验研究。研究结果表明：预燃室射流点火的燃烧稳定性存在着明显的负荷边界；在平均指示压力（indicated mean effective pressure， IMEP）为0.4 MPa的低负荷，预燃室射流点火的缸压和瞬时放热率峰值较常规火花点火（spark ignition， SI）下降明显，峰值相位后移，滞燃期长；在平均指示压力为0.7 MPa时其平均指示压力循环波动率（coefficient of variation， COV）达5%；在平均指示压力为1.1 MPa的最佳指示燃油消耗率工况，预燃室射流点火的稀燃边界、指示燃油消耗率、排放等可以达到和常规火花点火相当的水平。中低负荷下，随着负荷增加，预燃室射流点火的滞燃期缩短，燃烧重心提前，燃烧稳定性改善，全碳氢（total hydrocarbon， THC）和CO排放降低。高能点火可以缩短预燃室射流点火的滞燃期，加快燃烧速度，提高燃烧稳定性，改善排放。
      2025  Vol.  46(2):    44-51    [摘要](147)    [PDF](104)
    • 气缸镜像对置汽油机缸内燃烧特性仿真分析
      刘春涛,杨林,马巡医,邓中圆,秦静,王膺博,裴毅强
      利用苏格兰轭机构代替曲柄连杆机构实现了汽油机的气缸镜像对置布置，为了分析缸内燃烧特性，基于一台符合国六b排放标准的气缸镜像对置汽油机构建了一维和三维仿真模型，并以此为基础对比分析了苏格兰轭机构与曲柄机构对汽油机缸内燃烧过程的影响。研究发现，苏格兰轭机构在活塞动力学上更具优势，其活塞运动加速度呈现平衡波动特性，运行更为平稳，且上止点附近等容度提升。在进气阶段，苏格兰轭机构由于缸内气体压缩程度更高，导致进气驱动压差减小，使得标定点的进气量相比曲柄机构减少了约5%，证实了通过技术改进以弥补进气量损失的必要性。在相同进气量的条件下，苏格兰轭机构凭借其压缩上止点等容度的提升，显著加速了混合气燃烧的中后期进程，使标定点的燃烧持续期缩短了25%。相比之下，曲柄机构连杆长度对换气及燃烧过程影响有限，短连杆设计在特定条件下表现出一定优势。
      2025  Vol.  46(2):    52-58    [摘要](151)    [PDF](99)
    • 电控单体泵多泵供油系统压力波动和一致性研究
      刘晓鹏,王伟,王字满,王统诚
      为解决柴油机电控单体泵供油系统低压油管压力波动导致供油一致性差的问题，利用AMESim建立了某电控单体泵单泵和多泵供油系统的仿真模型并探究了进回油管直径、节流孔结构参数和阻尼阀结构参数对进回油管压力波动的影响。结果表明：油管直径越大，油管对内部燃油的包容性越强，管内的压力波动越小。确定了最佳主、分油道直径分别为12 mm和8 mm。增设节流孔通过增加燃油流动的阻力从而降低压力波动，但孔径过小会导致供油不足，而过大又会降低节流作用，因此设置最佳节流孔孔径为2.5 mm。安装阻尼阀一方面可以起到节流作用，另一方面可以将燃油的动能和压力势能转化为弹簧的弹性势能，最终减小油管内的压力波动。确定了阻尼阀最佳孔径和弹簧刚度分别为2.5 mm和25 N/mm。采用上述优化方案后，压力波动的幅值由0.47 MPa降为0.18 MPa，同时多泵供油系统的供油特性和一致性也得到了改善。
      2025  Vol.  46(2):    59-71    [摘要](129)    [PDF](112)
    • 甲醇/柴油双燃料发动机催化型颗粒捕集器主动再生特性研究
      黄粉莲,王永佳,万明定,周正伟,雷基林
      基于GT-Power构建了甲醇/柴油双燃料发动机匹配后处理系统的仿真模型，系统研究了不同甲醇替代率、再生目标温度和初始炭载量对双燃料发动机催化型颗粒捕集器（catalytic diesel particulate filter， CDPF）主动再生时压降特性、温度特性、完全再生持续时间及累计柴油消耗量的影响规律。结果表明：再生目标温度、甲醇替代率和初始炭载量均对CDPF主动再生具有显著影响。随着再生目标温度升高，CDPF压降下降速率加快，较高的再生目标温度易导致CDPF内出现温度值“尖峰”现象，650 ℃再生时CDPF峰值温度较目标温度高85 ℃。随甲醇替代率增加，再生过程压降略微增加，载体峰值温度降低。随初始炭载量增加，CDPF主动再生反应速率加快，载体峰值温度升高，CDPF压降下降速率增大，载体内部温度的均匀性提高。提高再生目标温度可缩短完全再生持续时间，减少累计柴油消耗量。甲醇替代率对完全再生持续时间的影响较小，甲醇替代率从0%增至30%，累计柴油消耗量减少27.8%。600 ℃再生目标温度、30%甲醇替代率、20 g初始炭载量条件下可实现高效安全再生的同时降低再生能耗。
      2025  Vol.  46(2):    72-81    [摘要](158)    [PDF](108)
    • 基于高阶模型与扩展卡尔曼滤波的柴油机选择性催化还原系统输出状态观测
      刘文龙,高莹,尤岳林,姜长文,华韬轶,夏博聪
      简化选择性催化还原（selective catalytic reduction， SCR）高阶模型方程并优化了化学反应参数，并结合SCR高阶模型设计了可变时间步长扩展卡尔曼滤波（variable time-step extended Kalman filter， VTS-EKF）观测器。假设两种观测情况：情况1为下游NOx传感器故障时，观测储氨覆盖率和下游NOx体积分数；情况2为下游NH3传感器故障的情况下，观测储氨覆盖率和下游NH3体积分数。通过动态工况台架试验验证了这两种情况的观测效果。结果显示：情况1中储氨覆盖率观测值与模型计算值的决定系数为0.99，下游NOx体积分数模型计算值和试验值的平均绝对误差（mean absolute error， MAE）为；情况2中储氨覆盖率观测值与模型计算值的为0.99，下游NH3体积分数VTS-EKF观测值和试验值的MAE为。结果表明，SCR高阶模型结合VTS-EKF，可实现SCR输出状态的精准观测。
      2025  Vol.  46(2):    82-93    [摘要](135)    [PDF](107)
    • 核电站应急柴油机冗余式控制系统自主设计及国产化研究
      张金柱,杨永文,王昌庆,闫宇,韩琳,张玲琪
      为了解决中国核电应急柴油机控制系统长期依赖进口的问题，自主研制了智能数字控制单元（smart digital control-nuclear， SDC-N）冗余式控制系统。该控制系统分别针对硬件和软件进行了双冗余设计，具备起动控制、调速控制、相继增压控制、故障诊断及冗余切换控制等功能。在核电站应急柴油机上进行了调速、冗余切换等试验验证，在硬件在环测试平台上进行了极端的故障切换试验验证。试验结果表明调速时转速波动率小于±1%，冗余切换时转速波动小于标定转速的7%，冗余切换稳定时间小于2 s。试验结果满足各项功能和指标要求，提高了容错能力和可靠性。
      2025  Vol.  46(2):    94-102    [摘要](113)    [PDF](68)
    • 高速船用柴油机曲轴–轴瓦摩擦学和动力学耦合分析
      伍勇,马炳杰,王志刚,谢亦晨
      针对柴油机曲轴动力特性和轴瓦摩擦特性强耦合问题，基于润滑、多体动力学仿真技术，建立了柴油机曲轴–轴瓦摩擦学和动力学耦合计算模型。通过耦合计算，对比分析了润滑和无润滑状态下曲轴扭振和纵振位移、主轴承载荷及轴心轨迹差异，同时计算分析了轴承宽度和间隙、轴瓦油槽宽度和轴颈油孔直径对轴瓦摩擦损失功和曲轴自由端扭角的影响。结果表明：在油膜润滑作用下，曲轴自由端最大扭角降低2.12%，轴心轨迹重合度更高，偏心更小；当轴瓦间隙由0.100 mm增加至0.150 mm时，摩擦损失降低12.56%，曲轴自由端扭角增加0.92%。当轴瓦油槽宽度由10 mm增加至15 mm时，摩擦损失减少1.01%，自由端扭角几乎不变；当轴颈油孔直径由10 mm增加至30 mm时，摩擦损失增加1.53%，曲轴自由端扭角几乎不变。
      2025  Vol.  46(2):    103-110    [摘要](117)    [PDF](78)
    • 内燃机气门机构滚轮–销轴副摩擦性能试验研究
      许磊宇,高园杰,刘妍,郭峰,晁珅
      为探究滚轮–销轴副的摩擦学性能，设计搭建了全凸轮周期内滚轮–销轴副摩擦力矩测量试验台，研究凸轮转速、弹簧初始载荷和机油黏度对滚轮–销轴副摩擦力矩的影响，并计算出滚轮–销轴副接触区法向载荷和摩擦系数。结果表明：滚轮–销轴副的摩擦力矩在凸轮鼻部区域较大，在凸轮基圆处较小且稳定。滚轮–销轴副接触区法向载荷受惯性力影响，凸轮转速越大，惯性力的影响越明显。滚轮–销轴副的平均摩擦力矩随着弹簧初始载荷的增加而增大，随着润滑机油黏度的下降而增大，在使用低黏度机油润滑时随着凸轮转速的增加先减小后增大，在使用较高黏度机油润滑时随着凸轮转速的增加逐渐增大。
      2025  Vol.  46(2):    111-120    [摘要](139)    [PDF](89)
    • 燃气轮机轴承腔处刷式密封设计与优化
      尹易,朱维兵,胡峻瑞,颜招强,王和顺
      针对燃气轮机轴承腔处密封问题，设计了一种二级错列式刷式密封结构。运用多孔介质模型，分析该种密封装置在特定工况条件下的压力与速度分布。利用有限元分析方法研究刷式密封的刷丝直径、刷丝束厚度、刷丝倾斜角等结构参数对密封性能的影响情况。采用正交试验法，分析不同结构参数组合下的泄漏情况，得到结构参数对密封性能的影响由强至弱依次为：刷丝直径、后挡板间隙、刷丝厚度、刷丝倾斜角、前挡板间隙。结合实际加工能力，对结构参数进行优选。优选结构参数为：刷丝直径0.005 mm，刷丝厚度3 mm，刷丝倾斜角20°，前挡板间隙1.6 mm，后挡板间隙0.6 mm。该结构参数下泄漏率为11.24 g/s，封严性能较优化前提高62.51%。
      2025  Vol.  46(2):    121-128    [摘要](132)    [PDF](78)

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