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  • 内燃机工程
  • 2024年 第45卷 第3期
  • 出刊日期：2024-06-15
《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。

2024年第45卷第3期

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      目次
    • 氨–柴油双燃料发动机燃烧的光学诊断研究
      郭博田,王谦,钟汶君,刘旭,徐敏
      为了解决氨燃料在发动机中燃烧不稳定的问题，通过开展氨–柴油双燃料发动机燃烧过程的光学诊断研究，以获得柴油引燃氨的燃烧及火焰发展特性，研究了不同氨替代率及不同柴油喷射时刻对氨–柴油双燃料缸内燃烧和火焰发展特性的影响。结果表明：随着氨替代率的增加，缸压和放热率峰值先增加后减小，燃烧相位不断后移，滞燃期和燃烧持续期延长，70%和80%氨替代率下放热率峰值相比40%氨替代率降低了41.7%和58.8%。随氨替代率增加，火焰光强和火焰面积均逐渐减小，氨替代率为80%时，火焰向燃烧室中心的扩散燃烧速度变慢，火焰面积峰值为612.5 mm2，占燃烧室总面积约19%，燃烧表现较差；随着柴油喷射时刻的不断推迟，缸压和放热率峰值先增加后减小，燃烧相位不断后移，燃烧持续期先减小后增加，火焰光强和火焰面积均先增加后减小。-25°喷射时刻缸压和放热率峰值分别为4.28 MPa和115.4 J/（°），相比其他时刻具有较好的放热性能。与-20°喷射时刻相比火焰光强和火焰面积分别增加了15%和42.5%，此时燃烧室中心未燃区域最小，对氨有较好的引燃效果。
      2024  Vol.  45(3):    1-10    [摘要](376)    [PDF](238)
    • 聚甲氧基二甲醚和汽油双燃料火花辅助压燃燃烧及排放试验研究
      闫鑫,朱天奎,仇钰啸,管斌,黄震
      试验平台基于汽油缸内直喷（gasoline direct injection， GDI）发动机改造，缸内直喷聚甲氧基二甲醚（polyoxymethylene dimethyl ether， PODE），进气道喷射汽油，并将压缩比从10提升至15以利于压燃，以点火和直喷策略作为控制参数，获取双燃料火花辅助压燃（dual-fuel spark-assisted compression ignition， DF-SACI）发动机的运行特征。试验结果表明：DF-SACI呈现多阶段放热，直喷正时提前可提高混合气均匀性，减小不同燃烧阶段的界限，放热率明显提高；直喷比例可以更为有效地调节CA50和等容燃烧的比例，对热效率影响明显；同时放热率受点火正时提前的影响最小。试验中有效热效率最高可达37.5%。排放方面，DF-SACI模式在合适的点火和喷射策略下，可在一定程度上降低HC和CO的排放，HC体积分数可降低至3 00010-6以下，CO体积分数可降低至1 50010-6以下，同时将NOx排放控制在较低水平。通过对燃烧策略的合理调整，PODE/汽油双燃料发动机借助火花辅助压燃可实现高效清洁燃烧。
      2024  Vol.  45(3):    11-20    [摘要](295)    [PDF](198)
    • 掺混策略对聚甲氧基二甲醚/甲醇双燃料燃烧影响的可视化研究
      王长通,张韧,李卫,杨鹏辉,潘家营,卫海桥
      基于一台单缸光学发动机，采用高速摄影和瞬态压力同步测量方法，开展了不同掺混策略对聚甲氧基二甲醚（polyoxymethylene dimethyl ethers， PODE）/甲醇双燃料燃烧及火焰发展特性的影响研究，其中掺混策略包括P/M20（甲醇和PODE以2∶8的体积比掺混）燃料双喷射模式和缸内直喷PODE引燃预混甲醇混合气的反应活性控制压燃（reactivity-controlled compression ignition， RCCI）模式。结果表明，对于P/M20燃料双喷射模式，随着气道喷射比例增加，低温反应增强，滞燃期缩短，着火时刻显著提前，进而显著改善了燃烧稳定性；对于RCCI模式，随着气道喷射甲醇占比的增加，滞燃期延长，燃烧相位推迟，峰值压力和放热率均降低，并伴随着燃烧稳定性变差。燃烧可视化显示，两种掺混策略下，随着气道喷射比例的增加，蓝色预混火焰占比增大，最大火焰传播速度降低，由于末端未燃混合气浓度增加，火焰发展由明显的扩散燃烧逐渐转变为末端混合气不断出现新自燃点的顺序自燃模式。对比两种掺混策略可以发现，推迟缸内直喷时刻均能在一定程度上优化燃烧相位，显著改善指示热效率，然而其原因侧重点不同：对于P/M20燃料双喷射模式，提高气道喷射比例可以增强低温放热，促进着火，显著改善燃烧稳定性；对于RCCI模式，其燃烧过程主要位于上止点之后，燃烧相位更接近最佳燃烧相位，进一步减小了传热损失和循环负功，因此其具有更高的指示热效率，也更适合PODE/甲醇双燃料燃烧模式。
      2024  Vol.  45(3):    21-29    [摘要](264)    [PDF](196)
    • 高涡流比对低速双燃料船舶发动机天然气/空气混合及燃烧性能的影响
      李大保,刘世海,刘龙
      以X92DF超大缸径低速二冲程双燃料船用发动机为研究对象，基于三维数值计算分析了天然气和空气混合过程及燃烧特性，并研究了扫气和燃烧过程中缸内涡流强度对混合质量和火焰传播的影响。结果表明：由于上止点前缸内天然气和空气的混合气浓度分布不均，造成局部高浓度区域出现燃烧异常现象，导致缸内压力振荡幅度增大。通过分析不同涡流强度对缸内天然气/空气的混合质量的影响可以得出，随着扫气过程中涡流强度的增大，上止点前缸内天然气高浓度区域面积明显减小，表明天然气和空气的混合质量得到明显提高。同时，随着缸内涡流比的增加，加快了预燃室射流火焰在主燃烧室内的传播速度和缸内天然气的燃烧速度。进一步研究得出缸内混合质量的提高可以有效地避免局部异常燃烧现象和降低压力振荡。最后，提出一种改善缸内混合质量和减小压力振荡的策略，为液态天然气在船机上的普及提供了一定了理论基础。
      2024  Vol.  45(3):    30-38    [摘要](299)    [PDF](249)
    • 点燃式氨氢燃料发动机燃烧与排放模拟研究
      沈娟亚,霍金禄,潘耕龙,李相超,周超,韩东
      通过三维数值仿真方法研究了化学当量比下掺氢比和点火时刻对点燃式氨氢燃料发动机燃烧与排放的影响。结果表明，增加掺氢比可加速火焰传播，缩短燃烧持续期，提高缸内压力和温度峰值。随着掺氢比增加，未燃氨和N2O排放减少，燃料型和热力型NO生成增多。点火时刻的适当提前可有效改善燃烧特性，平衡NO、N2O和未燃氨的排放。随着点火时刻的推迟，NO排放减少，N2O和未燃氨排放呈相反趋势。然而，过于推迟点火会造成较多未燃氨排放，导致放热不完全，指示热效率下降。
      2024  Vol.  45(3):    39-49    [摘要](340)    [PDF](349)
    • 点火位置对X型转子发动机燃烧过程的影响
      邹润,杨伟,张磊,苏铁熊,张翼,李良钰
      为探究X型转子发动机独特燃烧室内复杂湍流场与点火位置的耦合作用对混合气燃烧过程的影响，建立了X型转子发动机的三维计算流体动力学模型，并与试验结果进行对比验证，数值研究了不同点火位置下X型转子发动机缸内燃烧过程，揭示了点火位置对火焰传播、燃烧特性及污染物形成的影响规律。结果表明，在压缩末期，X型转子发动机燃烧室内形成了包括涡流和单向流的复杂湍流场，这与点火位置的耦合作用显著影响火焰传播过程。为了获得较高火焰传播速度，点火位置不宜布置在漩涡区处。点火位置位于凹坑中部时，可以充分利用四周空间和涡团与单向流场过渡处形成的较高速度场加速火焰传播，从而提前燃烧重心，增加放热速率，而且峰值压力提高了25%，指示热效率超过30%；同时其也具有较低的HC和CO排放量；但是由于其缸内峰值温度较大，导致NO排放量增加。
      2024  Vol.  45(3):    50-58    [摘要](292)    [PDF](208)
    • 国六柴油机轨压和喷油正时对柴油机性能的影响
      毕玉华,张凯,黄粉莲,万明定,聂学选,严杰
      为优化柴油机性能，基于一台配备了完整国Ⅵ后处理系统的高压共轨直列4缸柴油机，开展了柴油机负荷特性研究，在此基础上研究轨压和喷油正时对柴油机性能的影响。研究结果表明：以适当较小的轨压配合较为提前的喷油正时可以达到较为理想的柴油机油耗及排放；轨压和喷油正时对HC排放的影响较小；轨压对柴油机油耗、排温、NOx排放、CO排放的影响较大，且在中等偏高负荷时更为敏感，随着轨压增加了57 MPa，柴油机油耗、排温分别下降了16.1 g/（kW·h）、63 ℃，NOx排放上升了663×10-6，CO排放下降了785×10-6；喷油正时对烟度及柴油机氧化催化器前端温度T4、柴油机颗粒捕集器前端温度T5、选择性催化还原系统前端温度T6的影响较大，且在低负荷时更为敏感。随着喷油正时提前6.0°，烟度下降了0.43%，T4、T5、T6峰值出现在轨压为76 MPa且喷油正时为上止点前7.5°时，温度分别为315.3、338.4、329.3 ℃。
      2024  Vol.  45(3):    59-69    [摘要](288)    [PDF](236)
    • 泵气损失对柴油机性能影响分析
      朱涛,朱娜,高磊
      基于某款船用中速柴油机，在当前配置状态的基础上，利用试验数据测试和GT-Power一维仿真计算手段，研究了不同配气凸轮型线、排气管直径、增压器配置对柴油机泵气损失和燃油消耗率的影响。选取部分优化方案来制作样件，并通过开发试验对比验证。结果表明，通过优化匹配可以分别将高转速高负荷工况、低转速低负荷工况的泵气损失和燃油消耗率降低到最佳水平。
      2024  Vol.  45(3):    70-76    [摘要](283)    [PDF](202)
    • 分循环膨胀发动机换气参数影响规律研究
      王哲,陈自强,陈天宇,石磊,邓康耀
      以分循环膨胀发动机（split cycle expansion engine， SCEE）为研究对象开展了膨胀缸换气参数影响规律的研究，为高效率发动机的设计与优化提供指导。结果表明：膨胀缸进气门升程降低使得膨胀缸进气压力增大，同时燃烧缸泵气损失增大，进气门升程由6 mm降到1 mm时，系统指示热效率最多降低5.83%。膨胀缸排气门升程降低将使得高压气罐压力上升，同时膨胀缸压缩过程耗功增加，压缩过程耗功占主导，排气门升程由8 mm降到3 mm时，系统指示热效率最大降低2.80%。膨胀缸排气门关闭角的提前将增大膨胀缸进气压力及膨胀缸入口处压力损失，当膨胀缸排气门关闭角为10°时二者可获得较好折中，系统指示热效率为47.78%。膨胀缸排气门开启角的推迟可以减少由过度膨胀导致的排气门处的倒流现象。
      2024  Vol.  45(3):    77-85    [摘要](265)    [PDF](212)
    • 船用柴油机缸盖缩尺试样的热失效研究
      梁刚,张华兵,张国勇,李丽婷,崔毅
      为研究船用柴油机缸盖在低周热循环载荷下的渐进失效问题，开展了“四孔平板”缩尺试样的热失效模拟试验，建立了基于温度依赖的Chaboche组合硬化材料模型和改进Ostergren塑性能量损伤模型的仿真方法，研究了塑性变形演化、疲劳开裂的热失效行为和机理。研究表明：仿真预测具有较高精度，圆孔失圆变形预测最大偏差不超过10.5%，准确预测了裂纹的萌生位置，预测寿命与实际失效循环数目接近；缩尺试样受到循环变化的温度梯度影响，整体结构表现为热弯曲变形失配，产生的局部非对称拉压应力引发了塑性变形；随着循环次数增加发生应力松弛，塑性变形呈现先快后慢的非线性减少趋势；冷却阶段的拉伸塑性应变能和应力三轴度增加，引发了圆孔鼻梁高应力区开裂损坏。
      2024  Vol.  45(3):    86-94    [摘要](227)    [PDF](186)
    • 低硫柴油用纳米氧化铈抗磨助燃添加剂的性能研究
      陈智超,张晟卯,张玉娟,余来贵
      为了解决深度脱硫工艺导致的柴油摩擦学性能差引起的喷油器磨损失效问题及纳米添加剂粒径大分散性差等问题，制备了超小粒径（1~2 nm）CeO2纳米微粒，其拥有优异的分散性。将其作为0号柴油添加剂，采用四球摩擦磨损试验机和自动量热仪测试了其摩擦学性能和助燃性能，采用热重分析仪在氧气气氛下分析柴油的氧化燃烧过程。结果表明，向柴油中添加CeO2纳米微粒能够增强其减摩抗磨性能，与柴油相比磨斑直径减小约13%，摩擦系数降低约27%，燃烧热值提高约16%。
      2024  Vol.  45(3):    95-101    [摘要](220)    [PDF](182)
    • 柴油/天然气船用双燃料低速机甲烷逃逸浓度软测量
      赵国旭,胡磊,余永华,侍晓冬
      为消除甲烷逃逸浓度软测量过程中测试参数之间延迟对软测量实时性和精度的影响，提出一种基于长短时记忆（long short-term memory， LSTM）神经网络和互信息（mutual information， MI）的船用双燃料低速机甲烷逃逸浓度软测量方法。首先，利用互信息进行辅助变量筛选和变量时间延迟的计算；将预处理后的数据导入LSTM模型来预测甲烷逃逸浓度；最后使用某低速双燃料机甲烷逃逸治理系统的历史数据进行模型性能的验证。结果表明：基于LSTM和互信息的软测量模型具有较好的预测能力，为船舶双燃料低速机甲烷逃逸浓度的监测提供了一种有效参考方法。
      2024  Vol.  45(3):    102-108    [摘要](2009)    [PDF](210)

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