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  • 内燃机工程
  • 2022年 第43卷 第2期
  • 出刊日期:2022-04-15
《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。

2022年第43卷第2期

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    • 目次
    • 不同进气氛围耦合废气再循环对双燃料发动机工作过程的影响
      陈贵升,魏峰,李冰,王震江,黄震,罗赢
      基于正庚烷、甲烷、乙烷、丙烷多组分混合物简化动力学机理耦合三维计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模型,模拟研究高替代率时不同进气氛围(H2、O2组分)耦合废气再循环(exhaust gas recirculation, EGR)对天然气/柴油双燃料发动机低负荷工作过程的影响机理。研究表明:在不同EGR率下,进气掺氢会使缸内燃烧速率显著加快,OH活性基浓度明显升高,CH4排放显著降低,但CO排放升高;进气掺氧后,缸压及瞬时放热率峰值、最大压力升高率、最高燃烧温度及OH活性基浓度均升高,碳烟、CO和CH4后期氧化作用增强使其最终排放降低,但NOx排放升高。在EGR率小于29%,掺氢比小于2.5%时,在实现较低CO、碳烟排放的同时能显著降低CH4排放和NO2/NOx比例;高EGR率时,进气掺氧能降低CO、碳烟排放,并改善CH4与NOx排放之间的折中关系。
      2022  Vol.  43(2):    1-11    [摘要](569)    [PDF](114)
    • 掺氢对汽油预混燃烧特性的影响
      徐一博,暴秀超,左子农,孔令安,邓浪,胡波
      为研究掺氢比和初始压力对汽油层流燃烧特性的影响,在定容燃烧试验系统内对初始温度为400 K,初始压力为0.10 MPa、0.15 MPa和0.20 MPa,掺氢比为0%、5%、25%、50%、75%、100%,当量比在0.7~1.6范围的汽油/H2混合气进行预混层流燃烧特性的试验研究,通过高速纹影图像采集系统记录了混合气火焰发展过程并对试验数据进行了分析计算。研究结果表明:相同当量比情况下,随着氢气的加入层流燃烧速度提高;纯汽油的层流燃烧速度峰值出现在当量比1.2处,随着掺氢比的提高层流燃烧速度峰值逐渐向浓混合气区移动;在低当量比时氢气的加入使火焰不稳定性增强,高当量比下则相反,氢气的加入改变了混合燃料的火焰不稳定性变化趋势;压力升高伴随着层流燃烧速度降低,且火焰不稳定性加剧。
      2022  Vol.  43(2):    12-19    [摘要](254)    [PDF](77)
    • 戊醇/正十二烷二元燃料碳烟生成特性试验研究
      钟汶君,袁起飞,相启龙,颜飞斌,何志霞,王谦
      针对戊醇/正十二烷二元燃料,在定容燃烧弹系统中,采用高频背景光消光法和OH*化学荧光发光法开展了二元燃料碳烟生成特性和燃烧特性可视化研究,探究了戊醇掺混于高活性燃料后对碳烟生成的影响。研究表明,戊醇的加入可以有效降低燃油碳烟的整体浓度,且添加戊醇会小幅延长碳烟的初始生成时刻和生成位置,戊醇的含氧特性相对于低活性对碳烟生成的影响更大。环境温度的提升会显著增大燃油的碳烟生成区域和生成质量,在较低环境温度时戊醇的掺混可以有效降低碳烟生成量,而在较高环境温度时采用戊醇掺混的同时需配合高喷射压力才可以有效降低碳烟浓度。
      2022  Vol.  43(2):    20-29    [摘要](186)    [PDF](145)
    • 过量空气系数对甲醇/柴油反应活性控制压燃发动机性能的影响
      黄粉莲,周长登,申立忠,万明定,姚国仲,彭溢源
      对某高压共轨柴油机进气歧管进行改造,搭建了甲醇/柴油二元燃料反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition, RCCI)发动机专用试验台架,系统地研究了最大转矩转速(1 600 r/min)、不同负荷下甲醇替代率和过量空气系数对发动机经济性与排放性能的影响规律。结果表明:中、低负荷下,随着甲醇替代率增大,有效当量燃油消耗率先降低后略微升高,有效热效率先增加后略微降低,排气温度降低;中高、高负荷时,随甲醇替代率增大,有效当量燃油消耗率和排气温度降低,有效热效率升高;负荷率75%下,甲醇替代率为30%时,有效当量燃油消耗率较纯柴油模式平均降低3.8%,有效热效率则平均升高6.7%。不同负荷工况下,随甲醇替代率增大,NOx排放和烟度大幅降低,CO2排放量减少,CO、甲醇和甲醛排放量增加。中、低负荷下,烯烃排放量随甲醇替代率升高而增加,中高、高负荷下则随替代率升高而降低。不同负荷、不同甲醇替代率下,随着过量空气系数减小,CO2排放量和烟度增加,NOx和CO排放变化不明显,甲醇排放量减少;高负荷下,随过量空气系数的减小,烯烃排放升高,甲醛排放降低;低负荷下,随过量空气系数减小,烯烃排放降低,甲醛排放变化不明显。采用甲醇/柴油RCCI燃烧策略有助于降低CO2、NOx排放和烟度,双燃料模式下适当关小节气门开度,减小过量空气系数,对降低甲醇、甲醛非常规污染物排放有利。
      2022  Vol.  43(2):    30-40    [摘要](228)    [PDF](132)
    • 喷油嘴内流特性与喷雾特性研究及结构优化
      张俊红,李晨阳,裴国斌,李哲华,王西博,林杰威
      结合柴油机喷油嘴内部流动和喷雾数值计算模型,基于支持向量机构建了喷油嘴性能代理模型,研究了喷油嘴结构参数对内部流动和空化现象及喷雾特性的影响,并通过多目标遗传算法NSGA—Ⅱ对喷油嘴结构进行了多目标优化。结果表明:喷孔直径从0.10 mm增大到0.20 mm,喷孔出口质量流量增大336.31%,孔内产生剧烈空化现象,喷雾贯穿距和索特平均直径(Sauter mean diameter, SMD)分别增大74.04%和46.19%。减小喷孔长度会改善喷雾性能,但同时使孔内空化现象加剧,影响流动性能。入口圆角半径的存在能有效减弱孔内的空化现象,提高雾化性能,当入口圆角半径从0增大到0.016 mm时,出口质量流量和喷雾贯穿距分别增大22.50%、17.76%,SMD减小12.22%。喷孔倾斜角越小,空化现象越弱,其对喷雾特性影响较小。优化后的喷油嘴出口质量流量和喷雾贯穿距分别增大了21.19%和11.91%,燃油蒸气体积和SMD分别减小了81.38%和1.37%,流动性能和喷雾性能均得到改善。
      2022  Vol.  43(2):    41-48    [摘要](164)    [PDF](91)
    • 船用柴油机选择性催化还原混合器结构优化及验证
      李江飞,朱海艳,牛雨飞,徐谦,乔宝英,张强
      针对船用柴油机选择性催化还原(selective catalytic reduction, SCR)后处理系统,设计了6种不同的混合器方案,利用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)技术对混合器方案进行了仿真分析,对比背压、均匀性、尿素碰壁量、尿素轨迹和流速,选择最优方案,最后通过发动机台架验证排放性能。CFD及试验结果表明:文丘里管在上游、叶片板左右交错的方案既能满足背压和NH3均匀性要求,同时尿素结晶风险最小,E3循环NOx排放为0.66 g/(kW·h),满足国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)Tier Ⅲ排放标准要求,平均NOx转化效率为91.4%。
      2022  Vol.  43(2):    49-55    [摘要](192)    [PDF](90)
    • 汽油机活塞冷却喷射两相流及传热分析
      丁宁,徐政,陈明,张小矛,王艳军,许睿
      为了深入研究活塞冷却喷射的油束运动发展规律及不同活塞冷却方式对传热的影响,对比研究了3种活塞冷却方案。首先,在稳定的流场环境里对油束进行了验证,保证了后续瞬态强气流条件下喷射计算的准确度。通过曲轴箱内的仿真计算,得到了活塞冷却喷射图像、内冷油道与活塞底面的平均传热系数分布、活塞的温度分布。针对模型A(内冷油道强制冷却+活塞冷却喷射)活塞进行了温度测量,对比了各测点的试验温度与仿真温度,并研究了各方案的活塞温度场。结果表明:该算法可以比较准确地模拟活塞冷却喷射现象,准确反映机油在内冷油道和活塞底部的流动和传热规律,活塞温度场分布比较合理,监测点温度与试验比较吻合,最大偏差仅为5.24%。
      2022  Vol.  43(2):    56-63    [摘要](192)    [PDF](89)
    • 运行参数对燃油稀释机油影响的研究
      段伟,牛贝妮,孔峻青,解方喜,洪伟
      基于某混合动力车型,通过发动机台架和整车转鼓进行燃油稀释机油试验分析了冷却液温度、喷油起始相位、电池荷电状态(state of charge, SOC)和车辆运行循环对燃油稀释机油的影响。结果表明:冷却液温度为影响燃油稀释机油水平的主要因素,喷油起始相位为次要因素。冷却液温度低于50 ℃时,机油稀释率较高;喷油起始相位约为上止点前325°时,机油稀释率较低。在环境温度低于0 ℃时,发动机单次运行时间较短或者车辆单次短距离行驶有可能恶化燃油稀释机油水平,其中电池SOC约为37%时机油稀释率较高,电池SOC约为15%时机油稀释率较低。提出了一种机油稀释的监控模型,经过车辆转鼓和实际道路验证,该模型可较准确地预估机油稀释率。
      2022  Vol.  43(2):    64-70    [摘要](207)    [PDF](78)
    • 基于遗传算法优化支持向量机的船用柴油机气门漏气故障智能诊断方法
      蔡一杰,陈俊杰,王君,张云东,杨建国
      针对船用柴油机气阀漏气故障的问题,提出一种结合遗传算法(genetic algorithm, GA)与支持向量机(support vector machine, SVM)的船舶柴油机气阀漏气振动诊断方法,称之为遗传算法优化支持向量机(GA-SVM)。通过分析静态与动态工况下的缸盖振动信号,提取训练SVM特征参数,利用GA-SVM的惩罚因子与核函数参数对故障进行识别。试验结果表明,GA-SVM方法完善了SVM参数选取方法,可有效识别柴油机气门漏气故障。优化后的整体故障诊断准确率为99.333%,相比于未优化前的测试集,故障诊断正确率提高了约2%。
      2022  Vol.  43(2):    71-76    [摘要](223)    [PDF](79)
    • 分体式涡轮增压对船舶柴油机工作特性影响的数值模拟
      刘瑞,黄立,沈刚,张文正,陈晓轩,李新瑞
      为提升传统废气涡轮增压柴油机低负荷工况性能及瞬态响应特性,以某船舶推进柴油机为研究对象,建立并试验校准其一维数值仿真模型。提出了以系统综合油耗量最优为目标的分体式涡轮增压器运行策略确定方法,对比分析了采用分体式涡轮增压后柴油机各主要性能及排放参数的变化。结果表明:以柴油机各限值参数为约束,采用离散网格法可有效确定柴油机各工况下压气机及涡轮最佳运行转速,使系统综合能耗达到最优水平。由于分体式涡轮增压系统能量转化环节较多,采用该增压方式后,柴油机推进特性50%、75%、100%负荷下,系统综合油耗量呈上升趋势。但在推进特性25%负荷下,系统综合油耗量较传统废气涡轮增压可降低3%。低转速下柴油机最大允许运行功率可显著升高,在400 r/min~600 r/min范围内可提升100%。瞬态特性方面,采用分体式涡轮增压后,柴油机转速由450 r/min加载至1 000 r/min所需时间可从70 s降低至12 s。
      2022  Vol.  43(2):    77-84    [摘要](141)    [PDF](90)
    • 发动机连杆轴承摩擦润滑过程动态仿真研究
      佟德辉,杨康博,徐菁菁,朱桂香,郭灵燕,黄钰期
      以某重型柴油机的连杆轴承为研究对象,通过仿真计算发现 Singhal、Schnerr and Sauer 及 Zwart-Gerber-Belamri这3种空化模型中,Singhal模型对峰值压力更敏感,用该空化模型探究了进油口位置对空化范围的影响及轴颈和轴瓦之间径向相对运动对油膜空化的影响。结果表明:对于稳态计算模型,沿着轴颈转动方向,最小油膜厚度下游侧出现显著的空化现象,且空化范围受到最小油膜厚度和进油口之间范围的影响;而在动态仿真过程中,当轴间隙减小时,峰值压力逐步增加,在最小轴间隙(1 μm)处达到最大(187 MPa);当轴间隙增大时,峰值压力突降,此时在最小油膜厚度下游处将发生显著空化;空化主要发生和消失的过程均发生在轴颈远离轴瓦的过程中,其中当轴间隙约为40 μm时空化最为剧烈;随着轴间隙进一步增加,空化程度逐渐减弱,在轴间隙约为110 μm时空化消失。
      2022  Vol.  43(2):    85-91    [摘要](153)    [PDF](88)
    • 考虑摩擦化学反应的活塞环-缸套摩擦力计算模型修正及验证
      吕修颐,王永强,焦博文,马旋,卢熙群,邹德全
      通过MFT—3000往复摩擦磨损试验机进行了活塞环—缸套摩擦副边界润滑状态下摩擦化学膜摩擦系数的测量。首先,通过适用于试验机的润滑仿真模型得到了能够出现边界润滑状态的工况范围,完成了试验工况的初步筛选,并通过试验对此范围的合理性进行了验证。然后,设置空白对照试验保证试验过程中能够生成摩擦化学膜。最后,通过多因素(载荷、频率及添加剂质量分数)试验测量了活塞环—缸套边界润滑状态下摩擦化学膜的摩擦系数。基于试验结果,在原有摩擦力计算模型的基础上,考虑了摩擦化学膜的影响,补充了边界润滑状态下摩擦化学膜的摩擦系数。结果表明,修正后的摩擦力计算结果更接近试验结果,其平均摩擦力的计算精度提高了9.17%。
      2022  Vol.  43(2):    92-99    [摘要](139)    [PDF](61)
    • 汽油机燃油管道水击振动噪声分析
      田绍军,黎谦,常光宝,倪小波,李海平
      运用平面波理论分析了燃油管道水击振动产生的机理,计算了3缸机和4缸机不同压力和温度下水击波频率、共轨管声腔模态频率;利用有限元方法计算了燃油管总成声腔模态频率和振型、管道结构模态频率和振型;利用格子波尔兹曼方法(lattice Boltzmann method, LBM)模拟分析了第1缸喷油器针阀关闭后共轨管内水击波压力分布规律和第1缸~第4缸喷油器针阀分别关闭引起的共轨管轴向力变化规律。结合测量数据分析了共轨管水击振动噪声随发动机运行工况、管道结构、流场结构、声腔模态变化的规律。分析结果表明:喷油器针阀关闭产生的水击波压力引起的轴向冲击力冲击共轨管端产生振动噪声。振动噪声主要发生在靠近共轨管端部(即3缸机第1缸、第3缸,4缸机第1缸、第4缸)的喷油器针阀关闭后,与燃油管道声腔模态声压分布有关。水击振动噪声频率与管道结构模态振型和频率有关,水击振动噪声随发动机工况变化而变化,在共轨管与喷油器针阀之间的流道上设计合适的阻尼孔能有效衰减水击波能量,降低或消除共轨管端水击振动及其引起的敲击声。
      2022  Vol.  43(2):    100-108    [摘要](148)    [PDF](81)

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