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- 内燃机工程
- 2023年 第44卷 第2期
- 出刊日期：2023-04-15
《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。
- 氢气缸内直喷发动机燃烧优化及热效率提升研究
- 吴威龙,陈泓,杜家坤,李钰怀,吴广权,江枭枭
- 2023.44(2):1-7[摘要](558)[PDF](210)[HTML]
- 喷油策略对柴油机燃用正丁醇、聚甲氧基二甲醚、柴油混合燃料燃烧和排放特性的影响
- 段旭东,曾东建,袁慧彬,潘锁柱,韩伟强
- 2023.44(2):8-16[摘要](338)[PDF](144)[HTML]
- 基于喷孔布置及喷射参数协调控制的双直喷发动机燃烧及碳烟排放特性研究
- 陈淼钰,龚航,黄粉莲,杨杰,陈贵升,魏峰
- 2023.44(2):17-25[摘要](352)[PDF](157)[HTML]
- 不同水热老化条件对Cu—SSZ-13分子筛催化剂理化特性的影响
- 钱叶剑,谢兆辉,潘涛,孙豫,位晓飞,孙泽,胡帅,孟顺
- 2023.44(2):26-33[摘要](262)[PDF](141)[HTML]
- 船用低速双燃料发动机预燃室引燃火焰的模拟研究
- 刘龙,吴錾,谭富升,王洋
- 2023.44(2):34-42[摘要](283)[PDF](148)[HTML]
- 裙部刚度对内燃机活塞二阶运动的影响研究
- 韩梦瑜,景国玺,刘茜,刘义朋,曾小春,陈光
- 2023.44(2):43-50[摘要](223)[PDF](142)[HTML]
- 纳米陶瓷涂层对ω型活塞的热结构影响
- 季锐,姚志敏,张洋洋,王荣胜
- 2023.44(2):51-57[摘要](269)[PDF](146)[HTML]
- 内燃机凸轮滚轮转速测量系统及滑差特性研究
- 黄积松,郭峰,栗心明,李书义
- 2023.44(2):58-63[摘要](238)[PDF](136)[HTML]
- 低压空气辅助喷射甲醇发动机冷起动试验研究
- 胡春明,马建义,何永辉,刘娜,宋玺娟,杜春媛
- 2023.44(2):64-72[摘要](246)[PDF](164)[HTML]
- 柴油机活塞环组动力学特性分析及多目标优化设计
- 唐佳桃,雷基林,雷启铭,邓晰文,文均,蒋相森
- 2023.44(2):73-80[摘要](246)[PDF](146)[HTML]
- 低比转速离心压气机子午型线多目标优化设计
- 侯康,田红艳,佟鼎
- 2023.44(2):81-91[摘要](211)[PDF](141)[HTML]
- 48 V轻混汽车的燃油经济性优化分析及验证
- 李敏,雍安姣,李琤
- 2023.44(2):92-99[摘要](227)[PDF](133)[HTML]
- 某型柴油机凸轮轴断裂故障监测预警技术研究
- 辛博,高志龙,江志农,智海峰,雷建新
- 2023.44(2):100-108[摘要](268)[PDF](156)[HTML]
目次
- 氢气缸内直喷发动机燃烧优化及热效率提升研究
- 吴威龙,陈泓,杜家坤,李钰怀,吴广权,江枭枭
- 基于一台1.5 L氢气缸内直喷发动机，通过试验研究了氢气燃料的燃烧特性，分析了深度增压和喷氢时刻对燃烧及热效率的影响。研究表明：稀燃模式下，随着过量空气系数增加，缸内最高燃烧压力越来越高且对应曲轴转角提前，放热率峰值逐渐下降同时放热始点提前，放热时长变长，缸内燃烧温度和压升率下降。深度增压后，有效热效率可提升3%。靠近上止点喷射时，缸内喷射背压增加，喷射流量减小，提前喷射容易出现早燃，优化喷射策略后的有效热效率达43.5%。
- 2023 Vol. 44(2): 1-7
[摘要](558) [PDF](210) - 喷油策略对柴油机燃用正丁醇、聚甲氧基二甲醚、柴油混合燃料燃烧和排放特性的影响
- 段旭东,曾东建,袁慧彬,潘锁柱,韩伟强
- 以柴油（B0）为基础燃料，分别配制掺混体积比20%的正丁醇（B20）及掺混体积比20%的正丁醇+20%的聚甲氧基二甲醚（polyoxymethylene dimethyl ethers， PODE）（BP20）的混合燃料。对比研究不同喷油策略下柴油机燃用B0、B20、BP20的燃烧和排放特性。结果表明：单次喷射策略下，随喷油定时的延迟，燃用B0、B20、BP20时的放热率先升高后降低，氮氧化物（nitrogen oxides， NOx）排放减少，碳氢化合物（hydrocarbon， HC）和CO排放增加，燃用B0、BP20的颗粒物总质量浓度先增加后减小，燃用B0、B20、BP20的颗粒物几何平均直径（geometric mean diameter， GMD）先增加后减少。两次喷射策略下，随预喷定时的延迟，NOx排放增加，HC和CO排放减少，颗粒物总质量浓度和GMD增加。柴油中加入正丁醇后，NOx排放降低，HC和CO排放增加，颗粒物总质量浓度和GMD减小。正丁醇/柴油燃料添加PODE后HC和CO排放降低，但NOx排放、颗粒物总质量浓度和GMD略微增加。
- 2023 Vol. 44(2): 8-16
[摘要](338) [PDF](144) - 基于喷孔布置及喷射参数协调控制的双直喷发动机燃烧及碳烟排放特性研究
- 陈淼钰,龚航,黄粉莲,杨杰,陈贵升,魏峰
- 通过建立三维计算流体力学（computational fluid dynamic， CFD）柴油/天然气双直喷模型耦合多组分混合物简化化学动力学机理及现象学碳烟模型，模拟研究了天然气射流中心轴线与水平方向夹角α、天然气喷射持续期（natural gas injection duration， NID）的协调作用对柴油微引高压直喷天然气发动机燃烧过程及碳烟生成、氧化过程的影响。结果表明：缩短NID可提高扩散火焰的传播速度，增加燃烧区域的化学反应速率，且最高燃烧压力、峰值放热率、最大压力升高率（maximum pressure rise rate， MPRR）、指示热效率（indicated thermal efficiency， ITE）升高；随NID缩短，A4、C2H2消耗反应速率增加，OH生成峰值增加，碳烟生成降低而氧化增强。增大α促进了大尺度涡旋结构的生成，降低了进入挤气区域的燃料比例，同时利于ITE的改善；较短的NID下，增大α后最高燃烧压力、峰值放热率提升明显；α增大至20°可显著降低A4、C2H2生成峰值，抑制碳烟成核及表面生长反应，降低碳烟生成。综合考虑最高燃烧压力、ITE、MPRR及碳烟排放，确定两个优化方案分别为：α=15° & NID=16.5°及α=20° & NID=21.5°。
- 2023 Vol. 44(2): 17-25
[摘要](352) [PDF](157) - 不同水热老化条件对Cu—SSZ-13分子筛催化剂理化特性的影响
- 钱叶剑,谢兆辉,潘涛,孙豫,位晓飞,孙泽,胡帅,孟顺
- 使用催化剂小样老化装置对Cu–SSZ-13催化剂样品进行不同条件的水热老化处理，利用X射线衍射（X-ray diffraction， XRD）、N2吸脱附、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy， XPS）等表征测试评价了水热老化处理中温度和水含量对于催化剂的晶体结构、气体吸附特性等理化的影响。结果表明，随水热老化温度的升高，由于表面分子筛结构出现坍塌，造成菱沸石（CHA）特征峰峰强降低，比表面积、孔容减小，总的NH3脱附量降低，表面Cu2+比例增加。在5%水蒸气体积分数下，水热老化会在一定程度上破坏分子筛结构的完整性，造成比表面积的减小和CuO比例的升高；在10%及更高水蒸气体积分数下水热处理后，比表面积劣化减弱，表面Cu2+比例增加。
- 2023 Vol. 44(2): 26-33
[摘要](262) [PDF](141) - 船用低速双燃料发动机预燃室引燃火焰的模拟研究
- 刘龙,吴錾,谭富升,王洋
- 以RT-flex50DF船用低速二冲程双燃料发动机为研究对象，通过对模型的仿真计算分析了引燃火焰的流速及火焰面积在燃烧过程中的影响，总结了该低压喷射双燃料发动机引燃火焰的特点及燃烧过程。通过对比预燃室通道直径的方案发现，增大通道直径可以增加缸内的着火面积，加速燃料燃烧；减小通道直径可以达到增强缸内涡流的效果，提高火焰传播速度，但通道直径过大或过小都会对缸内燃烧产生不利影响。预燃室出口结构的方案通过保持出口截面积不变而增大火焰射流的表面积来加快缸内燃烧，避免孔径对缸内的湍流等参数产生影响，结果表明在该方案中合适的小孔尺寸可以提高缸内放热率的峰值，并缩短燃烧持续时间。
- 2023 Vol. 44(2): 34-42
[摘要](283) [PDF](148) - 裙部刚度对内燃机活塞二阶运动的影响研究
- 韩梦瑜,景国玺,刘茜,刘义朋,曾小春,陈光
- 针对裙部刚度对活塞运动的影响，设计了活塞刚度测试试验工装，测量裙部子午线刚度，并与有限元计算相结合得到了准确的活塞刚度矩阵。在考虑活塞、缸套热变形的基础上，建立活塞动力学仿真模型，进行了不同活塞裙部结构的二阶运动分析。分析结果表明：裙部刚度增大后，活塞运动过程中的径向位移、摆动角度及敲击能都有所减小，在一定范围内减轻了二阶运动的幅度；适度减小裙部次推力侧（antithrust side， ATS）刚度可以有效降低活塞与缸套之间的摩擦损失，实现活塞的轻量化和低摩擦设计。
- 2023 Vol. 44(2): 43-50
[摘要](223) [PDF](142) - 纳米陶瓷涂层对ω型活塞的热结构影响
- 季锐,姚志敏,张洋洋,王荣胜
- 研究了热障涂层厚度对活塞温度、热应力及热变形分布的影响，结合硬度塞法测试无涂层活塞特征点的温度值，采用有限元法与涂层活塞仿真结果进行比较。对不同厚度的涂层进行温度和热应力分析。研究结果表明，在涂层厚度0.3 mm~0.6 mm范围内，厚度每增加0.1 mm，活塞顶面温度提高10 ℃~17 ℃，活塞基体温度下降19 ℃~27 ℃。与无涂层活塞相比，0.6 mm厚的涂层活塞基体温度最大降幅为10.8%。涂层表面的热应力随着涂层厚度的增加而减小，涂层活塞基体的热应力变化不大。最大热变形处在陶瓷涂层，最大热变形量在活塞与气缸套允许范围之内。
- 2023 Vol. 44(2): 51-57
[摘要](269) [PDF](146) - 内燃机凸轮滚轮转速测量系统及滑差特性研究
- 黄积松,郭峰,栗心明,李书义
- 搭建了基于某型号内燃机凸轮–滚轮机构的滚轮转速测量系统，初步研究了滚轮打滑特性。该系统采用巨磁阻（giant magneto resistance， GMR）传感器测量滚轮转速，得到实际运动下凸轮与滚轮间的平均滑差值。试验结果表明：真实工况下凸轮与滚轮间确实存在打滑，而且打滑受到工况条件的影响。试验发现，随凸轮转速增大，滚轮打滑总体增加，增大凸轮-滚轮接触副压力可以抑制凸轮与滚轮间打滑，低黏度润滑油也能够削弱打滑。
- 2023 Vol. 44(2): 58-63
[摘要](238) [PDF](136) - 低压空气辅助喷射甲醇发动机冷起动试验研究
- 胡春明,马建义,何永辉,刘娜,宋玺娟,杜春媛
- 针对甲醇发动机难以形成浓度合适的混合气而造成冷起动困难的问题，以一台应用自主开发的进气道低压空气辅助喷射系统（air assisted port injection， AAPI）的单缸甲醇发动机为研究对象开展试验研究，探究不采用辅助措施通过AAPI喷射实现甲醇高雾化对甲醇发动机冷起动的影响及规律。试验表明AAPI明显加快了甲醇发动机冷起动前可燃混合气的形成速率。AAPI甲醇发动机着火前过量空气系数λ的平均变化率值和峰值变化率分别是普通喷射方式的3.2倍和2.26倍。点火时刻对AAPI甲醇发动机冷起动影响较大，为使AAPI甲醇发动机的冷起动性能最优，需配合合适的点火时刻，试验条件下最佳点火时刻为活塞压缩上止点前20°。AAPI甲醇发动机的冷起动性能受环境温度影响较大，随着环境温度的降低，甲醇发动机冷起动时间增长；不采用辅助措施，AAPI甲醇发动机在5 ℃时能实现可靠冷起动。
- 2023 Vol. 44(2): 64-72
[摘要](246) [PDF](164) - 柴油机活塞环组动力学特性分析及多目标优化设计
- 唐佳桃,雷基林,雷启铭,邓晰文,文均,蒋相森
- 以一款非道路柴油机为研究对象，结合实测活塞温度场建立了活塞环组动力学仿真模型，并通过漏气量和机油耗试验研究验证了模型的准确性。通过正交试验设计进行析因分析，选定顶环开口间隙、二环侧隙、顶环和二环切向弹力作为决策变量，引入支持向量机的帕累托多目标优化算法，以降低柴油机漏气量和机油耗为优化目标，通过K-means聚类算法得到3种优化方案。与原机相比，方案A的漏气量降低了3.69 L/min，降幅达23.50%，而机油耗只减少了0.27 g/h；方案B的漏气量和机油耗分别降低了2.55 L/min和0.49 g/h；方案C的漏气量只减小了1.39 L/min，但机油耗降低了0.44 g/h，降幅达12.05%。研究结果表明适当减小顶环开口间隙和二环侧隙和合理的切向弹力可以有效减小漏气量和机油耗，优化结果可为高效清洁的柴油机活塞环组设计提供理论依据。
- 2023 Vol. 44(2): 73-80
[摘要](246) [PDF](146) - 低比转速离心压气机子午型线多目标优化设计
- 侯康,田红艳,佟鼎
- 以某前/尾缘组合掠型低比转速离心压气机叶轮为研究对象，选取叶轮子午流道型线控制点坐标作为优化变量，结合拉丁超立方试验设计方法构建样本数据库。通过样本数据的训练，建立探索优化变量与气动性能之间非线性关系的Kriging预测模型。基于预测模型，采用SPEA–Ⅱ多目标优化算法进行多变量寻优，以实现设计工况和非设计工况下等熵效率最大化，并对叶轮流场进行整级计算和分析。优化结果表明：设计工况和非设计工况下，压气机等熵效率分别提高了2.69和0.45个百分点；整级压比在大流量工况有所提升，而在小流量工况略有降低；堵塞流量增大，稳定运行范围拓宽。从叶轮流场可以看出，优化后叶轮子午流道前段曲率减小，流道间隙泄漏和流动分离受到抑制；后端流道高度降低，流道扩压度减小，增加了出口处气流速度，低速流团的流动损失降低。
- 2023 Vol. 44(2): 81-91
[摘要](211) [PDF](141) - 48 V轻混汽车的燃油经济性优化分析及验证
- 李敏,雍安姣,李琤
- 为了进一步降低某48 V轻混车辆油耗，采用软件模拟仿真和台架试验结合的研究方法，分析了整车运行过程，搭建了48 V轻混系统的整车经济性仿真模型，进行了仿真与试验相关性研究。基于精度较高的相关性模型，分析了优化运行工况点、液力变矩器锁止离合器策略、制动回收策略等因素对节油的贡献，并在实车上完成了优化方案的验证。结果表明：燃油经济性明显改善，优化后该48 V轻混车辆新欧洲行驶循环（new European driving cycle， NEDC）工况下综合燃油消耗量降低约12%。
- 2023 Vol. 44(2): 92-99
[摘要](227) [PDF](133) - 某型柴油机凸轮轴断裂故障监测预警技术研究
- 辛博,高志龙,江志农,智海峰,雷建新
- 基于动力学模型仿真分析揭示凸轮轴断裂故障的发生机理，并且借助振动数据的挖掘分析故障的特征信号，开展基于模型和数据驱动的柴油机凸轮轴断裂故障监测预警技术研究，并通过实际工程案例验证了结论的正确性。研究结果表明：柴油机的凸轮轴第1轴肩与第2缸、第4缸、第6缸缸盖附近为薄弱位置，凸轮轴在满功率高转速的工况下易在这些位置发生断裂。凸轮轴断裂故障发生前，柴油机正时异常，位于前端盖的振动加速度信号轴向明显大于径向，故障临近处的缸盖振动加速度明显大于其他位置。
- 2023 Vol. 44(2): 100-108
[摘要](268) [PDF](156)
