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  • 内燃机工程
  • 2019年 第40卷 第2期
  • 出刊日期:2019-04-15
《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,目前为双月期刊。

2019年第40卷第2期

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    • 两次喷射模式下部分预混燃烧火焰发展模式的光学诊断研究
      房性会,郑尊清,刘海峰,崔雁清,丰雷,尧命发
      基于一台光学发动机,在1200r/min的转速下以正庚烷为燃料,应用高速摄像的方法研究了两次喷射模式下部分预混燃烧(partially premixed combustion,PPC)中的火焰发展模式,分析了两次喷射控制燃烧反应速率的机理。研究发现,在上止点之前单次喷射时,燃烧为典型的PPC燃烧,火焰发展模式被多点自燃主导。上止点之前两次喷射,火焰同样被多点自燃主导。相比于单次喷射,两次喷射没有改变火焰发展模式,对放热规律的影响较小。推迟第二次喷射的喷射时刻,可以增加扩散燃烧比例,降低放热率峰值,但是燃烧图像中碳烟信号明显增强。两次喷射都位于上止点之后时,火焰发展模式以火焰传播为主,放热率峰值降低,燃烧图像没有明显的碳烟信号。两次喷射可以改变火焰发展模式,有效地控制燃烧反应速率的同时保持较低的碳烟排放。
      2019  Vol.  40(2):    1-7    [摘要](175)    [PDF](126)
    • 点燃式液压自由活塞发动机高增压燃烧过程的试验与仿真研究
      付长来,汪洋,耿鹤鸣,李智勇,徐帅,甄旭东
      在快速压缩-膨胀机上进行试验,模拟液压自由活塞发动机(hydraulic free piston engine, HFPE)在不同缸内初始压力下的单次燃烧做功过程,并利用OpenFOAM和CONVERGE三维计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)仿真平台进行增压仿真研究。结果表明:液压自由活塞发动机随着缸内初始压力的增大,相同压缩比下发动机循环周期缩短,活塞在上止点附近停留时间缩短,爆震极限压缩比增大,抗爆能力增强。适当提高缸内初始压力有利于提高指示效率,当缸内初始压力提高至0.15 MPa时,发动机指示效率由0.30提高至0.31,但当初始压力达到0.20 MPa后,指示效率又降至0.30。针对缸内初始压力进一步增大后出现的效率降低问题,在仿真研究中发现采用多火花塞点火方案,即使在初始压力0.80 MPa的条件下也能得到较高的指示效率而不发生爆震。
      2019  Vol.  40(2):    8-14    [摘要](140)    [PDF](89)
    • 相同氧含量醇类混合燃料燃烧和排放特性差异研究
      毛东旭,张镇顺,沈照杰,崔文政
      对一台4缸发动机燃用相同氧浓度的不同醇类混合燃料进行了试验研究,以对比不同三元燃料柴油机在相同转速不同负荷情况下的燃烧特性和常规排放的差异。试验结果表明:甲醇混合燃料在醇类混合燃料中获得最高的燃烧压力,而丁醇混合燃料的热释放率最高。与普通柴油相比,戊醇混合燃料在不同混合物中具有相对最佳的CO和未燃碳氢排放,甲醇混合燃料可获得最优的氮氧化物排放;乙醇混合燃料减小颗粒物效果明显,最大可以减少22.4%~55.6%的颗粒物数量浓度和3.4%~12.8%的颗粒物粒径, 其中乙醇混合燃料的核态颗粒物和聚集态颗粒物排放量也最低,戊醇混合燃料达到最高(除高负荷外)。
      2019  Vol.  40(2):    15-21    [摘要](149)    [PDF](81)
    • 针阀升程对乙醇柴油的空化现象及近场喷雾特性的影响
      黄晓冬,袁银男,邓海鹏,王宇鹏
      基于等比例放大透明喷嘴搭建可视化试验台,以乙醇柴油为流动介质,通过控制燃油喷射压力改变孔内燃油流动速度,对比研究了不同燃油流速下3种针阀升程(3 mm、6 mm和8 mm)所对应的喷嘴孔内空化现象及近场喷雾形态。试验发现:喷嘴孔内空化现象随燃油流速升高依次历经无空化阶段、空化阶段(初生-发展-超空化)和柱塞流阶段;同等燃油流速下针阀升程越小,则喷嘴孔内越易发生空化,且空化现象更为强烈。喷孔流量系数随燃油流速升高呈先缓慢增大后急剧减小的变化趋势;同等燃油流速下针阀升程越大,则喷孔流量系数越大。近场喷雾锥角随燃油流速升高呈先增后减的变化趋势;在柱塞流发生之前,同等燃油流速下针阀升程越小,则近场喷雾锥角越大,且喷雾锥角峰值对应的燃油流速越小。
      2019  Vol.  40(2):    22-28    [摘要](136)    [PDF](85)
    • 喷孔直径对喷雾碰壁特性的影响研究
      杜巍,张乾坤,安一峰
      利用单孔喷嘴高压共轨喷油器,以喷油器油量标定数据及控制参数为基础,在定容燃烧弹上,采用纹影和高速相机成像技术,在等喷油量变喷孔直径的前提下,测量了液相碰壁喷雾的半径(liquid-phase impingement spray radius, RL)、高度(liquid-phase impingement spray height, HL)、面积(liquid-phase impingement spray area, AL)和气相碰壁喷雾的半径(vapor-phase impingement spray radius, RV)、高度(vapor-phase impingement spray height, HV)、面积(vapor-phase impingement spray area,AV)参数的变化规律,对比了喷油结束时刻及喷油结束之后的碰壁喷雾特性。结果表明:在定油量条件下,喷雾喷油结束之前的增长速率高于喷油结束之后。喷孔直径越大,喷雾扩散速率越大,喷油持续期越短,但喷油结束之后RV的扩散速率与孔径关系不大。喷油结束时刻,随着喷孔直径的增加,RL、RV、HV、AV、纯气相面积(pure vapor-phase impingement spray area, APV)不断降低,HL、AL不断增加。除此之外,RV与RL相近,而HV远大于HL。
      2019  Vol.  40(2):    29-35    [摘要](154)    [PDF](84)
    • 汽油压燃发动机中燃烧化学动力学特性的模拟
      尚冉,张帆,王洋,夏明涛,钟生辉,刘海峰
      利用PRF70掺混燃料作为汽油表征燃料进行仿真研究,将三维计算软件CONVERGE和Chemkin结合,研究了汽油压燃燃烧反应过程的主要放热反应并对其进行了相关的化学反应路径分析。结果表明:在汽油压燃燃烧反应过程中,不同反应对总放热率的贡献不同,由HCO+O2 ↔ CO+HO2、CH2O+OH ↔ HCO+H2O、CH2CCH2OH+O2 ↔ CH2OH+CO+CH2O是燃料燃烧过程中对放热贡献最大的3个反应,其放出的热量远大于其他反应;汽油压燃燃烧反应过程中参与夺氢反应的自由基主要有4种,分别是HO2、OH、H、O,在不同曲轴转角处上述4种自由基参与夺氢反应的重要性不同,HO2夺氢反应所占比例始终领先其他3种,H、O参与的夺氢反应所占比例随曲轴转角的增加而增加,相应的OH参与夺氢反应所占比例减少;汽油压燃燃烧反应过程中,随着曲轴转角的变化,缸内温度升高,异辛烷发生高温裂解的比例增加。
      2019  Vol.  40(2):    36-44    [摘要](155)    [PDF](93)
    • 天然气/柴油双燃料发动机不同天然气供给量计算方法及试验研究
      彭育辉,黄育鹏,汤家有,黄艺然
      基于试验的方法研究等热值法、理论等空气消耗量法和实际等空气消耗量法3种不同的计算方法对发动机动力性、经济性及排放特性的影响。试验结果表明:等热值法和理论等空气消耗量法对发动机的性能影响差异较小,各工况差异低于5%。实际等空气消耗量法确定的天然气供给量能明显提升发动机动力性,平均增加动力42.33%。不同天然气供给量计算方法在未对燃料供给进行优化时,未能有效降低发动机有效燃料消耗率,在大负荷工况有效燃料消耗率偏差平均为6.85%。双燃料模式下NOx 排放得到明显改善,HC+NOx 排放在中、高负荷工况时能满足排放限值要求,CO排放在低转速工况满足排放限值要求。
      2019  Vol.  40(2):    45-53    [摘要](143)    [PDF](76)
    • 机动车源大气颗粒物表面形貌及元素含量分析
      梅德纯,袁银男,梅丛蔚,肖政臻
      应用场发射扫描电镜及X射线能量光谱仪,基于分形理论,研究不同采集区域的机动车源大气颗粒物表面形貌盒维数及其元素构成特征。结果表明,柴油机原排颗粒物大多呈球状,主要元素为C和O,粒径级较小的颗粒物粘结严重,比表面积大,形貌盒维数较大。粒径级较大的机动车扩散区域大气颗粒物呈现棱块状,Ca和Si元素含量逐渐上升,表明大粒径级颗粒物中含较多的矿物和扬尘。对于不同源的颗粒物,随着粒径级减小,其表面形貌盒维数均逐渐增大。
      2019  Vol.  40(2):    54-58    [摘要](141)    [PDF](76)
    • 双螺纹凹槽织构对缸套活塞环摩擦磨损性能的影响
      麻凯,袁成清,郭智威,杨超振
      设计了一种双螺纹凹槽织构,通过数控精密机械加工技术在柴油机缸套内表面加工不同深度的双螺纹凹槽,槽深分别为50μm、100μm、150μm、200μm、250μm,槽宽均是3mm。在同一负荷、同一转速下通过TCLPR-1缸套-活塞环摩擦磨损试验机研究不同深度凹槽织构对缸套-活塞环摩擦磨损性能的影响。试验结果表明:不同深度双螺纹凹槽对缸套-活塞环的接触电阻阻值、表面粗糙度和表面性能有较大的影响;合适深度(150μm)的双螺纹凹槽能够增大油膜厚度,提高油膜润滑状态,降低磨损,减小粗糙度,同时提升缸套的储油能力和支承性能;不合适深度(50μm)的凹槽织构的性能却相反。
      2019  Vol.  40(2):    59-66    [摘要](165)    [PDF](84)
    • 基于卷积神经网络的内燃机声品质评价方法研究
      梁凯,赵海军,宋伟志
      为解决内燃机声品质评价中人工效率低、成本高的问题,引入卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)模型和声谱分析方法构建了CNN声品质预测模型;同时模型中设计了带通滤波器,可对噪声样本进行自动特征提取,并以此为输入数据,利用自适应时刻估计(adaptive moment estimation,Adam)算法优化网络中各层权重,并将模型用于声品质评价。为证明CNN模型预测的性能,构建了基于心理声学参量的后向传播算法(back propagation,BP)声品质评价模型,并用于对照试验,在样本标签值(人工评价值)处理时,分析了客观评价心理声学参数与评分值的相关性,选取与人工评价结果相关度最大的4个心理声学参量作为BP模型的输入值进行预测。试验结果表明,基于CNN的声品质评价模型能更精确地预测内燃机声品质,并且在CNN预测模型中基于听觉谱的输入评价值比基于时域的短时平均能量、频域的频谱通量输入评价值精度更高。
      2019  Vol.  40(2):    67-75    [摘要](135)    [PDF](78)
    • 基于变分模态分解和去趋势波动分析的柴油机振动信号去噪方法
      任刚,贾继德,梅检民,贾翔宇,韩佳佳
      为了解决柴油机工作时其振动信号的背景噪声对状态监测及故障诊断造成干扰这一问题,提出一种基于变分模态分解(VMD)和去趋势波动分析(DFA)的柴油机振动信号去噪方法。该方法首先利用变分模态分解将振动信号分解为若干分量,再利用去趋势波动分析分别计算各个分量的尺度指数,根据尺度指数的值选取具有长程相关性的分量进行信号的重构,以消除振动信号中噪声。将该方法应用于仿真信号和柴油机故障振动信号中,取得了良好的消噪效果。
      2019  Vol.  40(2):    76-81    [摘要](105)    [PDF](61)
    • 电液可变气门系统液压油路瞬时压力的分析
      韩志强,胡明艳,赵家辉,田维,周洲
      基于某型号船用柴油机电液可变气门系统的仿真模型,研究了回油电磁阀的开启斜率、最大开度限值、开启相位和供油压力对液压油路回油阶段瞬时压力的影响。研究结果表明:急降区的瞬时压力变化率几乎不受供油压力的影响,但随回油电磁阀开启斜率增加而增加,随开启相位的提前和最大开度限值的增加而减小;稳定区的波动方差随供油压力和开启斜率的增加而增加,随开启相位的提前和最大开度限值的增加而减小;自由下降区的瞬时压力变化率几乎不受回油电磁阀开启斜率、最大开度限值、开启相位和供油压力的影响。
      2019  Vol.  40(2):    82-91    [摘要](139)    [PDF](64)
    • 基于应力流概念的压差评价方法
      芦红宇,张卫正,原彦鹏,章磊
      为解决承力框架结构的应力集中问题,采用应力流概念,在理论基础上对二维带孔平板结构进行仿真分析,得出应力值越大压差越大的结果,并在二维平板结构的基础上探索是否三维结构具有同样的结论。最后提出一种运用压差的方式对承力结构进行评价的方法,并运用此方法评价了改进后的活塞结构,从另一种角度为降低承力结构的应力集中现象提供了新的依据,扩展了解决问题的途径。
      2019  Vol.  40(2):    92-96    [摘要](130)    [PDF](77)
    • 直喷汽油对反应活性控制压燃负荷拓展影响的数值模拟研究
      米姗,王浒,李彩云,尧命发
      基于三维计算流体力学软件CONVERGE,通过数值模拟的方法,基于不同的燃油总量、直喷汽油量、预混汽油油量和汽柴油喷射时刻等参数,展开了缸内直喷汽油对反应活性控制压燃(RCCI)燃烧模式高负荷拓展影响的研究。结果表明:进气压力及柴油喷射时刻会影响缸内浓度分层进而影响燃烧过程,而汽油喷射时刻影响不明显;在汽油采用进气道结合缸内直喷的混合喷射策略下,增加缸内直喷汽油量可以进一步增强缸内的混合气浓度分层,延长燃烧持续期,降低缸内的最高燃烧压力和压力升高率,实现更低的燃烧温度。仿真计算结果显示:若保证碳烟和NOx排放在限值内且油耗有所降低,可将平均有效指示压力(IMEP)拓展至1.6 MPa;将IMEP拓展到1.7 MPa后,增加汽油的预混比例并不能提高IMEP,但对排放略有改善,相应的压力升高率和燃烧压力提高。
      2019  Vol.  40(2):    97-103    [摘要](128)    [PDF](77)
    • 混合动力汽车发动机起动过程阻力矩研究
      金洪超,王博,倪培永,朱建新,向玉德,王晨
      为研究功率分流式混合动力汽车发动机起动过程,建立了动态阻力矩模型,在此基础上开展了发动机缸内压力试验,基于泵气阻力矩和往复惯性力矩公式,结合试验参数和数据,通过Matlab/Simulink对泵气阻力矩和往复惯性力矩进行了仿真计算。在30 ℃水温条件下开展了摩擦阻力矩试验,获取了静摩擦与动摩擦阻力矩数据。为研究节气门开度、初始曲轴转角和发动机水温对起动过程阻力矩的影响,开展了各转速下不同节气门开度缸内压力试验、不同初始曲轴转角静摩擦阻力矩试验和不同发动机水温动摩擦阻力矩试验,通过不同初始曲轴转角发动机拖转试验对动态阻力矩模型进行了验证。结果表明:通过对混合动力发动机起动过程阻力矩进行理论建模与试验,可以准确模拟混合动力发动机起动过程中的动态阻力矩特性。
      2019  Vol.  40(2):    104-110    [摘要](130)    [PDF](72)
    • 面向控制的连续可变凸轮相位调节系统建模
      殷嘉维,滕勤,钱叶剑
      建立了汽油机连续可变凸轮相位(CVCP)调节系统的Hammerstein模型,其中相位器的动态线性模型基于力矩平衡方程和动态流量连续性方程建立,机油控制阀(OCV)的静态非线性模型根据压力-流量特性图建立,并利用Matlab/Simulink工具构建面向控制的图形化模型。在可变气门正时(VVT)系统试验台上进行不同机油温度下的开环控制试验,利用不同幅值和方向的相位角阶跃响应测量数据对模型进行检验。结果表明,所有试验条件下模型拟合度高于98%,均方根误差小于±1°。
      2019  Vol.  40(2):    111-117    [摘要](130)    [PDF](74)
    • 二冲程液压自由活塞发动机换气过程影响因素的仿真研究
      胡耀辉,汪洋,耿鹤鸣,李智勇,李常铭,甄旭东
      利用CONVERGE软件建立了二冲程液压自由活塞发动机换气过程的三维计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)仿真模型,并且基于液压自由活塞发动机的独特结构,研究了气口比时面值、扫气箱压缩比、活塞顶倾角和活塞杆直径对换气过程的影响。结果表明:在未发生废气倒流时,扫气效率主要与扫气比时面值有关,增大扫气比时面值有利于提高扫气效率;捕获率主要与排气比时面值有关,减小排气比时面值有利于增大捕获率;提高扫气箱压缩比有利于提高扫气效率,扫气箱压缩比从1.2增加到2.1,扫气效率提升9.8%;适当增大活塞顶倾角有利于扫气效率和捕获率的提高;减小活塞杆直径有利于提升扫气效率,但同时会导致捕获率下降。
      2019  Vol.  40(2):    118-124    [摘要](139)    [PDF](76)

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