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  • 内燃机工程
  • 2023年 第44卷 第5期
  • 出刊日期：2023-10-15
《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。

2023年第44卷第5期

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      目次
    • 喷油策略对柴油机高原起动过程性能影响研究
      卢康博,任正敏,杨凯,孙滔,石磊,邓康耀
      基于高原环境模拟装置，以单缸柴油机为试验对象，进行了0~4 000 m海拔起动性能试验，研究了喷油策略对柴油机变海拔起动性能的影响。结果表明，海拔从0增至4 000 m的过程中，起动升速期和过渡期时间分别延长14.2%、15.8%。平原工况下，随着轨压的提高，过渡期先增加后降低，但升速期逐渐降低，起动总时间缩短。海拔4 000 m时，过渡期与升速期均随轨压先增加后降低。在平原工况下，采用阶梯型喷油策略能够有效缩短过渡期，减少起动时间， 起动时间较原机策略缩短6.1%，提高过渡转速能够抑制转速上冲，缩短起动时间。当海拔为4 000 m时，增加初始阶段循环喷油量及过渡转速均能缩短过渡时间，改善起动性能。
      2023  Vol.  44(5):    1-7    [摘要](419)    [PDF](313)
    • -43 ℃下多次喷射对柴油机冷起动特性的影响
      董文龙,万明定,王正江,王晓宇,申立中
      为了改善极寒条件下柴油机的起动性能和怠速稳定性，基于起动/发电一体式电机拖动柴油机进行-43 ℃下的冷起动试验，研究了单次、两次（预喷1+主喷）和三次喷射（预喷2+预喷1+主喷）3种喷射方式对柴油机冷起动过程及燃烧特性的影响，分析了不同喷射组合对极寒条件下柴油机冷起动过程的影响规律。研究表明：在-43 ℃环境温度下，柴油机采用三次喷射时，冷起动性能明显优于单次和两次喷射。随着喷射次数的增加，起动燃烧首循环的缸内压力峰值升高，峰值相位提前，压力升高率和瞬时放热率峰值显著降低，滞燃期缩短；在冷起动过程中，相比单次喷射，两次和三次喷射时倒拖阶段和升速阶段所需时间分别减少9个循环和22个循环，最高燃烧压力升高，循环变动率分别降低37.7%和46.8%，使得起动时间分别缩短0.88 s和2.58 s，起动累积油量分别减少511 mg和1 290 mg；在起动后的怠速过程，怠速转速波动率分别降低54.2%和82.2%，随着喷射次数的增加，怠速稳定性显著提高。研究结果可为柴油机极寒条件下冷起动过程的控制和参数标定提供理论依据。
      2023  Vol.  44(5):    8-15    [摘要](417)    [PDF](251)
    • 湍流射流点火甲醇发动机负荷拓展和性能优化研究
      左俊杰,王志刚,车胜楠,刘宗宽,薛亮,蒋盛,周磊,卫海桥
      基于一台湍流射流点火（turbulent jet ignition， TJI）甲醇发动机开展发动机负荷拓展和性能优化试验研究。结果表明，稀燃工况下（过量空气系数大于1.4），采用进气增压技术可有效提升TJI甲醇发动机在高负荷工况下的燃烧稳定性和动力性，同时降低指示油耗率，提升排放性能；此外，基于进气增压技术提出了TJI甲醇发动机宽负荷工况下的最佳油耗运行策略。低负荷运行工况下，相较于质调节方式，采用量调节方式改变发动机负荷可使指示油耗率最高降低5.2%（平均指示压力为0.30 MPa时），一氧化碳（carbon monoxide， CO）、甲醛（methanal， HCHO）及碳氢化合物（hydrocarbon， HC）等污染物排放均有所降低，同时可提升燃烧稳定性，避免过于稀薄而造成的燃烧恶化现象。
      2023  Vol.  44(5):    16-23    [摘要](342)    [PDF](315)
    • 预燃室氢射流火焰引燃氨预混气火焰发展及着火特性数值研究
      王罗玺,任飞,李卓航,程小钢,李金泽,高展,朱磊,黄震
      基于计算流体平台CONVERGE，对化学当量比下H2射流火焰引燃NH3、空气预混气过程中射流火焰的发展历程、射流特性及主/预燃室物质场分布进行了数值仿真。结果表明：射流火焰发展历程可分为射流阶段、过渡阶段和热射流阶段三个阶段；射流火焰的前锋面移动距离的增长率受NH3火焰传播速度的制约而逐渐下降；随着射流引燃的进行，射流火焰温度场和物质浓度场呈现明显分层现象，NH2高浓度区经分离后分布在射流头部的NH3燃烧区及射流尾部的H2射流火焰区。
      2023  Vol.  44(5):    24-32    [摘要](381)    [PDF](303)
    • 高压缩比汽油压燃低负荷燃烧优化控制策略试验研究
      李元昊,张守振,王浒,陈勇,李冰,尧命发
      基于6缸柴油发动机的汽油压燃发动机试验台架，系统研究了喷油策略对采用高压缩比燃烧室的汽油压燃低负荷燃烧和排放特性的影响。结果表明：提高压缩比可有效改善汽油压燃低负荷燃烧稳定性、燃烧效率和指示热效率，同时降低CO和HC排放，但存在最大压力升高率过大的问题。采用两次喷射策略可有效控制最大压力升高率；预喷油量为3 mg、喷射间隔为10°时可将最大压力升高率从1.174 MPa/（°）降低为0.380 MPa/（°），压力循环波动率为0.97%，同时获得较高的指示热效率和较低的排放。采用高压缩比耦合优化喷油策略，可在平均有效压力为0.2 MPa工况下实现高效稳定燃烧，有效改善汽油压燃在低负荷下燃烧稳定性差的问题。
      2023  Vol.  44(5):    33-40    [摘要](295)    [PDF](290)
    • 内部废气再循环对低负荷火花辅助汽油压燃影响试验研究
      张凡,郑尊清,陈鹏,王梦凯,王浒,尧命发
      在一台装有电液可变气门的单缸发动机上研究了内部废气再循环（internal exhaust gas recirculation， iEGR）对火花辅助汽油压燃（spark-assisted gasoline compression ignition， SAGCI）的影响，并对SAGCI+iEGR、SAGCI（无iEGR）、汽油压燃（gasoline compression ignition， GCI）结合iEGR（GCI+iEGR）3种策略进行了对比。结果表明，随着iEGR率的升高，SAGCI策略自燃燃烧速度加快，稳定燃烧的喷油和点火区域变宽，CO和碳氢化合物总量（total hydrocarbon， THC）排放得到有效改善，但传热损失增加，热效率降低。比较SAGCI+iEGR、SAGCI、GCI+iEGR策略发现，三者均能将低负荷稳定燃烧的界限拓展至循环喷油量15 mg（0.15 MPa 平均指示压力），其中SAGCI+iEGR策略能降低进气条件的限制，同时避免高iEGR率的后燃现象，在循环喷油量15 mg的负荷下有最高38.5%的指示热效率，并且排放效果能有效改善。为达到最高热效率，在SAGCI+iEGR策略需要设置iEGR率为29%。
      2023  Vol.  44(5):    41-49    [摘要](296)    [PDF](265)
    • 油压调控系统在挖机瞬变工况下的适应性研究
      崔永,申加伟,刘洋,王超,张玉娟
      针对挖机机油滤清器异常受载问题，借助自主高频压力测试系统采集典型路谱并利用频域分析解读了低频高能脉动现象。根据主油道压力和低频脉动的强相关性浅析论证了低频波的产生机理，其来源于信号调节需求下的阀芯受迫位移变化引起的泄流不均衡，且阀芯的轴向振动频率由弹簧刚度与液动力刚度共同决定。在对比分析几种典型调压控制方式的基础上，验证了不同优化方案及竞品的油压脉动情况，结果表明：减小机油泵流量及采用主油道直泄调压等方式可有效消除低频脉动，相对而言，主油道直泄调压因其对机油泵流量不敏感而具有更强的适应性。
      2023  Vol.  44(5):    50-56    [摘要](276)    [PDF](256)
    • 基于多目标遗传算法的行驶工况构建优化
      俞叶锋,张宸,高展,伍晨波,朱磊,黄震
      在利用短行程法构建行驶工况的过程中，为综合考虑短行程的典型性和行驶工况的代表性，将二者量化并作为多目标优化过程中的两个目标函数，引入非支配排序遗传算法Ⅱ（non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ， NSGA-Ⅱ）对短行程的选择进行优化。将NSGA-Ⅱ优化方法与常用的短行程选择方法进行对比，在相同时间内，随机选择法、相关性法、距离法和NSGA-Ⅱ分别构建了7 582、7 209、9 615和20个候选行驶工况。结果显示，4种方法中，在整体上，NSGA-Ⅱ产生的行驶工况集中在代表性较高的区域同时使得构成行驶工况的短行程整体上典型性较高；在最优工况的比较中，NSGA-Ⅱ的最优工况与原始数据的特征参数相对误差最小，包含的短行程到离簇中心的平均距离最短，表明采用NSGA-Ⅱ算法对短行程选择过程进行优化有助于从多个角度提升行驶工况的构建质量。
      2023  Vol.  44(5):    57-65    [摘要](286)    [PDF](246)
    • 基于改进残差卷积网络的柴油机故障诊断方法
      宋凯,黄盟,尤健,张琳琳,陈昌毅,毕晓阳
      针对基于卷积神经网络（convolutional neural network， CNN）的柴油机故障诊断方法在训练样本匮乏时易过拟合、诊断准确率低的问题，提出一种基于改进残差卷积网络的“端到端”柴油机故障诊断方法。该方法采用连续可微指数线性单元（continuously differentiable exponential linear units， CELU）作为CNN激活函数并采取小批次训练方法，提高模型提取特征能力的同时加速其收敛；在模型中加入残差结构将深层网络提取到的抽象特征与表层特征相融合，避免深层网络导致的特征信息丢失与梯度消失问题。经柴油机故障模拟试验验证，该方法在仅使用20个样本进行训练时，能实现95.5%的故障诊断准确率；与CNN相比，该方法在不同类型及规模的训练集下，故障诊断准确率均有显著提升。
      2023  Vol.  44(5):    66-73    [摘要](272)    [PDF](233)
    • 基于神经网络的柴油机润滑油稀释率预测方法研究
      韩荣港,梁兴雨,吕旭,王昆,刘军,王意宝
      为了实现柴油机润滑油稀释程度的准确、快速检测，基于试验建立了润滑油稀释率与理化参数指标的数据集。利用果蝇优化算法（fruit fly optimization algorithm， FOA）搜寻最优解更新广义回归神经网络（generalized regression neural network， GRNN）的光滑因子，提出了一种多理化指标参数融合的润滑油稀释程度预测方法。仿真结果表明：该模型的拟合优度为99.9%，均方根误差为0.106。通过将4种模型进行对比，证明了FOA–GRNN模型在预测精度、收敛速度及稳定性上的优越性。在实际柴油机远后喷试验中，将该预测方法与气相色谱（gas chromatograph， GC）法进行对比，二者的绝对误差在0.5%之内。该预测方法在保证检测精度的同时大大缩短了检测时间，为柴油机实现按质换油提供了理论和技术指导。
      2023  Vol.  44(5):    74-81    [摘要](293)    [PDF](242)
    • Ce改性对Cu/SSZ-13催化剂抗钾中毒的影响机理研究
      彭嘉琪,王攀,李飞祥,朱增赞,敖成成,雷利利
      采用等体积浸渍法制备了Ce–Cu/SSZ-13、Ce–K–Cu/SSZ-13和K–Cu/SSZ-13催化剂，通过模拟气试验平台研究了Ce–Cu/SSZ-13、K–Cu/SSZ-13和Ce–K–Cu/SSZ-13催化剂的氨气选择性催化还原（NH3 selective catalytic reduction， NH3-SCR）性能，并且利用X射线衍射（X-ray diffraction， XRD）、比表面积（brunauer emmett teller， BET）、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectrometer， XPS）和NH3程序升温脱附（NH3 temperature programmed desorp-tion， NH3-TPD）等表征手段评价碱金属钾（K）对Ce–Cu/SSZ-13催化剂理化性质的影响规律。结果表明，碱金属K的引入使得Cu/SSZ-13催化剂的NH3-SCR性能下降，导致催化剂出现中毒失活现象。与K–Cu/SSZ-13催化剂相比，Ce–K–Cu/SSZ-13催化剂的NOx脱除效率显著提高，T80（NOx转化率达到80%的温度区间）温度窗口扩宽到220 ℃~580 ℃，催化剂表面酸性位点和活性中心Cu2+物种数量增加，表明Ce对Cu/SSZ-13催化剂的改性可以提高NH3-SCR性能，且对催化剂K中毒失活具有一定的抑制作用。
      2023  Vol.  44(5):    82-87    [摘要](252)    [PDF](226)
    • 船用大功率低速机重油颗粒物排放的物理和化学特性研究
      吴刚,李姣秀,马千里,陈晓东
      为了深入探究大功率低速机重油（heavy fuel oil， HFO）的颗粒物排放的理化特性，通过扫描电子显微镜（scanning electron microscopy， SEM）、傅里叶变换红外光谱仪（Fourier transforms infrared spectroscopy， FTIR）和能量色散X射线光谱（energy dispersive X-ray spectroscopy， EDS）对低速机重油颗粒的微观形态、表面官能团及表面元素等理化学特性进行分析，并与车用高速机的柴油颗粒特性进行对比。结果表明，大功率船用低速机重油颗粒中，发现了不同于车用柴油颗粒的团聚态的单独大尺寸球形颗粒形态，尺寸约3 μm。重油颗粒表面吸附的元素除大量C、O元素外，还发现一定量的Si、Ca、Cu、Al、Na、Zn、Ba、Cl、K、S等其他元素。这些元素与燃料本身及气缸润滑有关，使重油颗粒具有更高的毒性。在重油颗粒中，没有明显发现1 750 cm-1~1 630 cm-1谱范围内的C=O键。
      2023  Vol.  44(5):    88-94    [摘要](265)    [PDF](249)
    • 小型通用汽油机颗粒物排放与汽油机颗粒捕集器净化研究
      彭美春,肖过黄,阳晨,王海龙
      以一台小型发电机用汽油机为样机开展颗粒物排放特性研究，探究汽油机颗粒捕集器（gasoline particulate filter， GPF）对排气颗粒物的净化特性。设计六工况排放试验循环，测试汽油机在匹配与未匹配GPF两种状态下的颗粒物排放。研究发现原机颗粒物数量（particle number， PN）比排放为3.71012个/（kW‧h），颗粒物质量（particulate mass， PM）比排放为2.2 mg/（kW‧h）。PN、PM排放均随负荷升高呈先下降再上升趋势，低负荷时排放浓度最高，中等负荷最低。粒径小于312.7 nm的PN之和占总PN的99.5%以上，大于312.7 nm的PM之和占总PM的91.4%~98.7%，表明超细微粒子数多，但质量占比小。PN排放浓度随颗粒物粒径增大而降低，而PM排放浓度在低负荷时随粒径增大先增加后降低再增加，中高负荷时则随粒径增大而增大。安装GPF对PN的综合净化率为73.7%，对PM的综合净化率为59.7%。GPF对粒径在50 nm以下的核态粒子的捕集效率高于粒径更粗的积聚态和粗糙态粒子。
      2023  Vol.  44(5):    95-100    [摘要](254)    [PDF](218)
    • 排气氧浓度对柴油机颗粒捕集器主动再生特性的影响
      马玉亭,万明定,杨仕臣,申立中
      采用进气节流降低排气氧浓度的方式，试验研究了柴油机氧化催化器（diesel oxidation catalyst， DOC）入口氧浓度对柴油机颗粒捕集器（diesel particulate filter， DPF）主动再生时的入口温升特性、载体峰值温度、有效再生时间和再生过程燃油消耗的影响。结果表明：随着排气氧浓度降低，DPF温升速率增大，入口温度上升时间缩短；在所有氧浓度下，载体峰值温度均出现在DPF轴线后端位置。随着氧浓度降低，载体峰值温度先增后减，最大径向温度梯度先减后增，有效再生时间先缩短后延长，再生过程燃油消耗先减后增。在恒定DPF碳烟负载量和再生温度的前提下，当排气氧体积分数为11.0%时DPF主动再生时间最短，再生过程燃油消耗最少。
      2023  Vol.  44(5):    101-108    [摘要](248)    [PDF](278)

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