Volume 38,Issue 2,2017 Table of Contents
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  • XIE Hui,NIE Erbing
    2017,38(2):1-7 doi:
    摘要:
    为了研究热电发电装置在电控冷却系统车辆上回收废气余热的节能潜力及其影响规律,在GT-Suite软件中建立了使用集成式电控冷却系统的发动机及热电发电装置模型,并基于全历程能流回路提出了总能效率评价指标,探究了在不同发动机工况、冷却水温度的情况下,热电发电装置的加入对总能效率的影响规律。研究结果表明:基于集成式电控冷却系统,在发动机低转速区域,负荷增加导致的热电发电功率上升起主导作用,热电发电装置带来的总能效率改善随负荷的增加而上升;而在发动机中高转速区域,冷却能耗代价问题凸显,高负荷工况冷却能耗代价过高,热电发电装置带来的额外冷却能耗会使得总能效率恶化,在中低负荷工况才稍有改善;同时存在最佳冷却水温,使得系统总能效率最大。
  • LIU Yue,SHI Xiuyong,NI Jimin,TU Xiaoliang,WANG Qiwei
    2017,38(2):8-14 doi:
    摘要:
    为测量和改进温差发电装置的性能,建立了试验台架进行测试。通过台架试验及计算流体动力学软件分析,确定了温差发电装置内部流场的优化方向。利用ANSYS Fluent软件对不同肋片数目和肋片高度、不同肋片前后端高度、不同装置端口长度等诸多方案进行仿真计算,以热端表面平均温度和流场均匀性为依据,确定了相对较优的方案。根据所选方案进行装置改进和台架试验,在测试工况范围内相比原始方案,冷热端平均温差提高了8.8%,系统输出功率提高了5.8%。
  • WANG Zezhong
    2017,38(2):15-16 doi:
    摘要:
    针对发动机台架试验中发动机水温波动大、电涡流测功机供水不足等问题,设计了一套两级冷却系统,即在发动机小车上加装热交换器以解决发动机冷却问题。结合发动机功率、台架供水流量等条件,利用Flowmaster进行仿真,实际安装后进行台架试验。研究结果表明:发动机水温稳定在±3 ℃内,电涡流测功机冷却水较方案修改前增加4 m3/h。
  • FANG Cheng,YANG Fuyuan,OUYANG Minggao,GAO Qingwen,BAI Sichun
    2017,38(2):19-23 doi:
    摘要:
    基于开发的燃烧分析工具,利用以太网通信技术,构建了柴油机燃烧分析与控制系统:缸压采集系统每0.2°的曲轴转角采集一次缸压信号,通过以太网的用户报文协议把缸压信息传递给燃烧分析软件;燃烧分析软件计算出燃烧状态指标,通过控制器局域网传递给发动机电控单元;发动机电控单元利用燃烧状态指标进行燃烧闭环控制。在一台1.9 L高压共轨柴油机上进行的试验结果表明:该系统能够实时采集缸压并计算燃烧状态指标,能够实现指示平均有效压力和燃烧放热中心的闭环控制。
  • LI Kunying,XIAO Bing
    2017,38(2):24-29 doi:
    摘要:
    基于自主研发的第三代并行式柴油/天然气双燃料发动机电控系统,利用FIRE软件建立柴油/天然气双燃料发动机柴油喷射系统的多次喷射模型。同时,通过进气压力控制过量空气系数,实现柴油/天然气双燃料发动机稀薄燃烧方式。针对高负荷工况,研究了多次喷射策略和稀薄燃烧方式对双燃料发动机最大压力升高率及NOx 排放的影响。结果表明:发动机工作在高负荷及柴油替代率为80%时,采用双燃料稀薄燃烧方式能使NOx 排放降低,但最大压力升高率仍可能超过安全临界值1 MPa/(°)。采用合适的预喷射量与预喷射时刻能降低最大压力升高率。通过多次喷射和稀薄燃烧方式相结合的燃烧策略对缸内燃烧方式进行组织,可以实现双燃料发动机高替代率燃烧,并使高负荷时NOx 排放达到或者低于国Ⅴ标准限值。
  • LIU Qinfei,JIANG Liqiao,YANG Weibin,SU Hang,ZHAO Daiqing
    2017,38(2):30-35 doi:
    摘要:
    为了试验研究微摆发动机燃烧室内的间歇着火和火焰传播特性,设计了一套电机驱动倒拖运行的两冲程微型摆动式发动机单缸燃烧可视化试验系统,倒拖运动摆臂模拟了真实发动机自由摆臂的运动特性,并建立了对应摆臂位置的电火花正时点火系统。在微摆发动机单缸内实现了正丁烷/空气的稳定间歇着火,用高速相机拍摄火焰传播图像,并用Matlab程序分析图像中火焰面积变化特征。考察了摆臂频率f和预混气流量Q对着火和火焰传播的影响。研究结果表明:随预混气流量的增加,火焰传播越快;单次扫气量Q/f不变,随摆臂频率的增加,火焰传播变快。
  • SU Zhiwei,ZHU Jianjun,AN Qiaoqiao,GAO Conghui,HAN Wei,WANG Le
    2017,38(2):36-41 doi:
    摘要:
    为了提高甲醇在能量转化效率方面的优势,在一台CY25TQ型柴油机上,利用F-T柴油和煤基甲醇研究了甲醇占能比、F-T柴油喷油时刻对甲醇预混合气F-T柴油引燃燃烧方式下发动机燃烧特性的影响。试验结果表明:甲醇占能比增加,此燃烧方式滞燃期、持续期波动较大。在平均有效压力为0.45 MPa下,缸内最大压力、瞬时放热率峰值、最大压力升率明显降低,最大降幅分别为26.40%、59.25%和58.00%。高负荷时,不同甲醇占能比下F-T柴油喷射时刻调整,能促进压升率进一步降低。与原柴油机扩散燃烧方式相比,虽然采用引燃喷射的双燃料发动机在中低负荷时的有效热效率有所降低,但是随着负荷增加,高负荷下的热效率比原柴油机高,最大提高了17.14%。
  • TAN Xiaoqiang,WANG Qian,HE Zhixia,ZHANG Zhourong,DAI Liming,HAN Dan
    2017,38(2):42-47 doi:
    摘要:
    基于AVL FIRE软件,模拟了缸内直喷引燃天然气和柴油喷射混合过程,对湍流模型进行了校核和验证,分析了不同喷孔高度、喷孔倾斜角及喷孔交角下柴油和天然气射流的混合情况。研究表明:k-ε湍流模型更适用于天然气/柴油双燃料的模拟;喷孔高度、倾斜角及交角越大,索特平均值经(SMD)越小,其中喷孔交角大的获得的雾化效果最好;喷孔之间的相对位置决定了油气射流之间能量传递,从而影响了油气贯穿距及雾化效果。
  • HU Jie,OU Wenzhong,WANG Tiantian,YAN Fuwu
    2017,38(2):48-53 doi:
    摘要:
    根据发动机稳态工况下的氮氧化物(NOx)转化率试验发现了NOx 转化效率峰值现象,通过分析从理论上解释了该现象。根据NOx 转化效率峰值现象,提出了尿素选择性催化还原(urea-SCR)系统周期性喷射设想。设计试验,通过对比自主urea-SCR系统周期性喷射策略与商业urea-SCR喷射策略的试验结果,发现urea-SCR系统周期性喷射在NOx 转化效率、尿素喷射量、氨泄漏及尿素能效比等方面均有显著改善,对优化urea-SCR系统尿素喷射控制策略有重要意义。
  • DAI Jiawei,WU Feng,YAO Dongwei,GAN Xubo,WEI Lai,LI Xingwen
    2017,38(2):54-58 doi:
    摘要:
    建立NH3在选择性催化还原(selective catalytic reduction, SCR)催化剂上的单活性位和双活性位吸附脱附反应动力学模型。通过粉末状SCR催化剂的NH3吸附脱附试验对模型参数进行辨识。试验结果表明:双活性位反应动力学模型能更好地描述NH3在SCR催化剂上的吸附脱附过程。在双活性位反应动力学模型的基础上,研究了温度和入口NH3浓度对SCR催化剂氨存储量的影响。仿真结果表明:温度越高,SCR催化剂氨存储量越少;入口NH3浓度越高,弱吸附位的氨存储量越高而强吸附位的氨存储量基本保持不变。
  • CAO Dongxiao,ZHANG Jun,GUO Hengjie,SHUAI Shijin
    2017,38(2):59-66 doi:
    摘要:
    综合可视化试验和数值模拟手段,研究分析了柴油机颗粒捕集器(DPF)主动再生时柴油氧化催化器(DOC)上游柴油喷雾特性及柴油在DOC内的氧化过程。利用高速摄影装置拍摄了柴油喷雾图像,分析了喷雾贯穿距和喷雾锥角,并利用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对喷雾粒径进行了测量。标定了DOC内的柴油氧化模型和喷雾模型,在此基础上对柴油喷雾及燃油在DOC内的氧化过程进行了模拟。试验结果表明:柴油喷射速率越高,喷雾贯穿距和喷雾锥角越大;喷射速率对喷嘴出口处喷雾粒径分布有较大影响,沿喷雾轴线方向液滴的索特平均直径(SMD)随大粒径液滴数的变化而变化。模拟结果表明:柴油喷雾特性决定了排气管路和DOC入口处的碳氢(HC)分布;DOC出口处温度分布与DOC入口处HC分布具有密切的对应关系;碰壁及重力作用使得HC向排气管路底部集中,HC质量浓度接近2%;管路底部柴油过浓使得DOC出口截面底部的对应区域温度较低,低于450 ℃;增加排气管路长度可促进喷雾与气体的混合均匀性,缓解管路底部的柴油过度集中现象。
  • MENG Zhongwei,ZHANG Chuan,LI Lu,ZHANG Wenqiang,CHEN Chao
    2017,38(2):67-72 doi:
    摘要:
    基于柴油机台架试验,在一款柴油机上加装了DOC装置,研究了DOC前后颗粒数量浓度、DOC前后颗粒SOF含量和活化能变化趋势。研究结果表明: DOC能降低核模态颗粒数量浓度和积聚态颗粒数量浓度,但随着转矩增加,DOC反而会使积聚态颗粒数量浓度增加。DOC对颗粒总数量浓度的影响随柴油机转矩的增加呈现先降低后增加的趋势。在转矩为50 N·m和100 N·m工况下,DOC能使颗粒SOF组分含量降低,使颗粒的表观氧化活化能升高。此外,排气颗粒的表观氧化活化能随SOF含量的增加整体上呈下降趋势。
  • HUANG Kaisheng,ZHANG Yao,LIU Gang,LIU Sheng,JIA Zhen,ZHANG Yangjun
    2017,38(2):73-78 doi:
    摘要:
    在一台3.8 L涡轮增压中冷4缸柴油机上通过试验和仿真研究了进气压力对柴油机燃烧和性能的影响。试验中拆除了原机增压器及中冷器,通过自制压力调节装置直接控制柴油机进、排气压力。试验及仿真结果表明:在排气压力维持不变的条件下,最高燃烧压力与进气压力具有明显的线性关系,进气压力每增加100 kPa,最高燃烧压力增加约4.8 MPa~7.0 MPa;进气压力对最高燃烧压力相位的影响不明显;空气质量流量与进气压力具有明显的线性关系,进气压力每增加10 kPa,空气质量流量增加约13~37 kg/h;柴油机排气温度与空燃比具有明显的线性关系,空燃比每增加1,柴油机排气温度降低约4.2 ℃;随进气压力增加,柴油机缸内燃烧滞燃期缩短,燃烧始点提前,但进气压力对燃烧持续期没有明显影响;进气压力每增加10 kPa,发动机转矩增加约0.8~2.5 N·m。
  • ZHANG Jian,HU Tiegang,ZHAN Zhangsong,HE Jianhua,ZHANG Caigan
    2017,38(2):79-83 doi:
    摘要:
    在一台自然吸气直喷汽油发动机上进行运行工况内的进、排气可变气门正时(VVT)相位扫点试验,根据不同排气VVT相位下的发动机动力性和燃油经济性,结合进气流量、最高燃烧温度、指示热效率和泵气损失等因素,分析了发动机性能变化的原因。研究结果表明,外特性工况排气VVT推迟15°曲轴转角时,进气量增加,动力性提高;继续推迟排气VVT相位,泵气损失增加,动力性降低。在转速低于2 400 r/min的中、高负荷区域,开启排气VVT使得指示热效率增大,泵气损失减少,发动机油耗降低;在排气VVT相位大于-15°曲轴转角、转速高于2 800 r/min的中、高负荷区域,发动机经济性变差。
  • ZHANG Jian,LIU Shiying,LI Hui,XIONG Peiyou,CHEN Yanpeng
    2017,38(2):84-90 doi:
    摘要:
    用矩阵来描述活塞的径向刚度,并在试验台架上对不同位置加载,测得规定点处的变形量,从而确定活塞整体刚度的分布情况。利用建立的动力学模型分析活塞刚度变化对二阶运动、敲击动能及摩擦功损失等的影响,为确保活塞温度场、热变形及缸套安装变形等边界条件的准确性,使用硬度塞测温试验、缸孔轮廓仪等得到的实测数据对模拟过程进行标定和验证。计算结果表明:活塞动力学分析要同时考虑缸套和活塞刚度的影响,否则计算得到的活塞摆角偏小,摩擦损失偏大,而敲击动能则随着曲轴转角的不同而与实际情况产生周期性偏差,有些偏差值甚至会达到70%;改变活塞结构会改变活塞的刚度,通常当裙部刚度增大后,活塞在每个换向时刻的最大摆角会减小,同时在每个敲击时刻的敲击能量峰值也会减小。
  • ZHU Xiaoming ,LIU Shenghua ,CHEN Wei,WANG Yu
    2017,38(2):91-95 doi:
    摘要:
    基于SAEJ1839—1997标准,采用向油液中添加ISO 12103-A3粉尘的方式来模拟实际工况下油液的颗粒污染状态,开展颗粒物对油水分离器油水分离效果和使用寿命影响的试验研究。在测试流量为5 L/min、上游基准质量浓度为30 mg/L、水流量为燃油流量的0.25% 时,油水分离器工作125 min后,压差值升高1.5 kPa,水分离效率下降到88%以下。试验结果表明:油水分离器工作不到建议行驶里程的一半时,水分离效率就已无法达到技术指标要求。为切实保护共轨系统要求,应采取缩短油水分离器的更换周期,或在油水分离器的上游添加颗粒过滤器,对颗粒进行初步过滤,以延长油水分离器使用寿命。
  • XU Guangju,LI Mingdi,ZHAO Yang,CHEN Qingzhang,LI Xuezhi
    2017,38(2):96-100 doi:
    摘要:
    通过建立活塞裙部型线、活塞优化后的燃烧室及内冷油道等的有限元模型,采用PERMAS软件计算了优化后的活塞在标定工况下的温度场和热机耦合应力,分析了活塞的疲劳寿命,并测量了800 h热冲击试验后,活塞环槽、活塞外圆尺寸等尺寸和型线的变化情况。结果表明:活塞高温区域主要分布在活塞顶部,最高温度约为301 ℃,在活塞材料许用范围内;第一环槽的表面平均温度为194 ℃,低于润滑油结焦温度230 ℃;增加了20%喷油量时,活塞的表面温度仍可满足设计要求。在活塞受到热机耦合作用时,活塞向主推力面方向倾斜,主推力面受力较大,约为44 N/mm2,活塞销座表面最大应力值区域主要分布在后端销孔上侧,约为98 N/mm2,应力值均在许用范围内。活塞疲劳寿命最低的部位在活塞燃烧室底部及燃烧室喉口,理论寿命分别为6.9和7.7,800 h热冲击试验后,活塞环槽、销孔、活塞环槽底径、活塞外援尺寸等尺寸变化均较小,活塞外圆型线和椭圆型线变化不大,能够满足使用要求。
  • MA Youfu,YUE Rong,GUO Xueyan,WANG Zhiyun,YANG Bin,YANG Lijuan
    2017,38(2):101-106 doi:
    摘要:
    为防止水下排气柴油机发生海水倒灌事故,对水下排气管内发生水倒流的条件及影响因素进行了试验和分析。由水平管内气液逆向流动特性研究现状分析,指出气相惯性力与液相重力的相对大小是排气管内水倒流发生的主要物理机制。由内径90 mm水平管在3 m水深下排气的试验结果发现:防止水下排气管内水倒流发生的界限气速存在一个与管内滞留水长相关的范围,随管内滞留水长由0.3 m增至1.8 m,界限表观气速由13.0 m/s降至7.8 m/s,界限气相Wallis数由0.72降至0.55。最后以某柴油机排气参数为基础,按界限气相Wallis数等于0.60计算分析了排气管管径、排气口水位深度及排气温度等因素对管内倒流界限气速的影响,结果表明:水平管的倒流界限气速随管径增大而增大;排气口水位深度和排气温度的变化影响排气密度大小,也对排气管倒流界限气速有影响。
  • LIU Erxi,GUO Shuman,CHEN Liyong,WU Xueshun,PEI Yiqiang,SU Wanhua
    2017,38(2):107-113 doi:
    摘要:
    基于提升&保持(Peak & Hold)驱动方式不同电流释放阶段对下降速率的需求,进行了可变续流喷油器驱动电路设计与性能研究。电路设计采用高、低边及单电源驱动,在高边MOS源极设置反向二极管及电容接地,在低边MOS漏极设置二极管接驱动电源。通过改变不同阶段高低边MOS开关逻辑,使用不同有效续流回路决定电流下降快慢以满足Peak & Hold需求。试验表明:与通过匹配阻抗而折中电流下降速率的RD续流(R=10 Ω)相比,可变续流驱动电路喷油量控制精度提高,喷油器关闭阶段时间缩短了30 μs,喷油量循环变动率在大油量时下降了0.36%,在小油量时降低了2.86%;此外,可变续流驱动电路在电流关闭阶段利用喷油器线圈释放电磁能向驱动电源充电,使喷油器电磁铁驱动能耗降低。在大油量时,可变续流驱动电路驱动电源电压下降幅度减少了1.5 V,其恢复时间缩短了0.5 ms。由于能耗降低,电路发热量减少,可变续流驱动电路最高温度仅37 ℃,比RD续流下降了127 ℃。
  • WANG Hongrong, DENG Pengyi ,ZHANG Heng
    2017,38(2):114-117 doi:
    摘要:
    基于自主研发的高压共轨柴油机电控系统和轨压控制模型,研究发动机在动态工况下目标共轨压力阶跃响应时的设定值控制策略。引入轨压变化率和变化梯度来跟踪控制MAP查询得到的目标轨压的变化及变化趋势,在目标压力值有阶跃响应时,不直接应用MAP查询得到的值作为目标控制值,而是采用步长逐步增大,多步逐渐逼近MAP查询得到的目标轨压值的控制方式,并在发动机台架上进行了测试验证。测试结果表明:该方法可有效滤除因抖动或外界扰动引起的目标值突变,减少轨压控制超调量,并加快达到稳定目标轨压,改善发动机动态工况下的轨压控制响应性和稳定性。
  • ZHANG Jing,HE Haiwen,LUO Tao,HU Qun
    2017,38(2):118-122 doi:
    摘要:
    针对某装甲车辆动力系统,基于实车进/排气状态、热负荷及使用工况测试,分析了其高原环境适应性。试验结果表明,发动机与涡轮增压匹配向低转速区偏移,将有利于加速和起步时的进气补偿;热负荷制约了车辆的挡位,导致车辆平均速度降低;排气温度应作为监测及控制的关键参数。
  • LIU Ying,GE We,ZHANG Jizhong, TONG Ding,MA Guoling ,YANG Lei
    2017,38(2):123-127 doi:
    摘要:
    针对某款需要进行高原适应性改进的发动机,研究了二级非可调和二级可调增压对发动机平原和高原工况的性能影响。通过对二级非可调增压方案的匹配试验分析提出了增压器的优化改进措施,并最终确定了二级可调方案。试验结果表明:在平原工况下,可调二级增压方案可以实现平原工况功率不下降的指标,并且在高原工况下标定点的相对功率达到315 kW,相比平原下降了21%;转矩点相对功率达到228 kW,比平原下降了10.8%,满足发动机对高原性能的要求。
  • WANG Haiyan, HE Weijian ,ZHANG Xusheng, LIU Chong
    2017,38(2):128-134 doi:
    摘要:
    建立了一种基于热力学定律的离心式压气机动态模型,该模型仅使用压气机的基本结构参数而不需要试验图谱。压气机模型与涡轮模型一起构成涡轮增压器动态模型,并与柴油机模型进行了联合匹配仿真。研究结果表明:该模型准确可信,扩大了压气机模型的工作范围,可有效改善柴油机模型在低负荷、低转速时的动态性能。模型计算速度快,实时性好,可用于柴油机性能优化、控制系统开发等多个领域。
  • LI Heng,HAO Zhiyong,ZHENG Xu,LIU Lianyun
    2017,38(2):135-140 doi:
    摘要:
    基于计算流体动力学(CFD)的矩形脉冲法计算消声结构的声学特性。首先,计算单腔穿孔结构的静态传递损失(TL),并研究各结构参数对声学特性的影响规律;之后,采用矩形脉冲法计算无流条件穿孔引气管的传递损失,并与有限元法计算结果相对比,验证其正确性;然后,研究平均流对穿孔引气管传递损失的影响,发现逆向气流使TL峰值略往低频移动,而在幅值上无明显的变化规律;最后,安装穿孔引气管进行整车道路试验。结果表明:无论加速、急加-减速工况下,优化后进气管口噪声均得到明显的衰减;尤其在500~1 600 Hz 1/3倍频程带内,“泄气声”成分声压级值降低达18 dB(A)左右,总值降低达10.3 dB(A)以上,特定频率处消声效果显著。
  • JING Yabing, LIU Changwen, BI Fengrong
    2017,38(2):141-145 doi:
    摘要:
    具有独立分量的经验模态分解算法结合了独立成分分析算法和经验模态分解算法的优点,可通过单个观测信号将噪声源分解成一系列独立分量,保证了分离出的声源的独立性,同时利用小波变换技术对各个独立分量进行了分析,通过时频分析结果确定了各独立分量与发电机组各噪声源的对应关系,并通过试验进行了验证。研究结果表明:这些独立分量分别对应着配气机构噪声、平衡轴驱动齿轮噪声、正时齿轮噪声和进气噪声。
  • ZHANG Xiaobing,LIU Haijiang,HE Yanni,TANG Da
    2017,38(2):146-150 doi:
    摘要:
    以Shapix表面侦测仪获取的发动机缸盖结合面表面轮廓的高精度测量数据为基础,对缸盖结合面的密封性能进行评价。首先在缸盖结合面上设定一条沿缸口的密封路径,并提取其表面轮廓的测量数据;再分别利用基于逼近样条的高斯滤波和基于Motif合并的形态学滤波拟合出了装配后密封路径上缸盖结合面的表面轮廓及垫片的轮廓;最后通过计算密封路径上的垫片表面轮廓与缸盖表面轮廓之间的空隙面积,评价该路径的密封性能。研究结果表明:利用基于逼近样条的高斯滤波法获取表面轮廓既能得到与高斯滤波法一致的表面轮廓,又能克服其边缘失真的问题;基于表面轮廓测量数据既可以对发动机缸盖上密封路径的密封性进行评价,又可以确定失效的位置。
  • HUANG Yongjun,CHEN Guohua,LANG Jing,WEI Bing
    2017,38(2):151-156 doi:
    摘要:
    为了消除进气道喷射汽油机油膜动态效应对瞬态空燃比控制精度的影响,满足更严格的排放法规要求,提出一种新颖实用的长/短时油膜组合模型及瞬态油膜补偿策略,对加、减速时油膜变化进行快速准确补偿。通过油膜分配系数对长/短时油膜初始补偿量进行分配,根据衰减系数计算长/短时油膜实时补偿量并控制油膜补偿的作用时间。台架试验结果表明:该策略可以有效抑制瞬态空燃比偏移,最大动态偏差小于5%,稳定时间小于1 s。
    Contents
  • XIE Hui,NIE Erbing
    2017,38(2):1-7 doi:
    摘要:
    为了研究热电发电装置在电控冷却系统车辆上回收废气余热的节能潜力及其影响规律,在GT-Suite软件中建立了使用集成式电控冷却系统的发动机及热电发电装置模型,并基于全历程能流回路提出了总能效率评价指标,探究了在不同发动机工况、冷却水温度的情况下,热电发电装置的加入对总能效率的影响规律。研究结果表明:基于集成式电控冷却系统,在发动机低转速区域,负荷增加导致的热电发电功率上升起主导作用,热电发电装置带来的总能效率改善随负荷的增加而上升;而在发动机中高转速区域,冷却能耗代价问题凸显,高负荷工况冷却能耗代价过高,热电发电装置带来的额外冷却能耗会使得总能效率恶化,在中低负荷工况才稍有改善;同时存在最佳冷却水温,使得系统总能效率最大。
  • LIU Yue,SHI Xiuyong,NI Jimin,TU Xiaoliang,WANG Qiwei
    2017,38(2):8-14 doi:
    摘要:
    为测量和改进温差发电装置的性能,建立了试验台架进行测试。通过台架试验及计算流体动力学软件分析,确定了温差发电装置内部流场的优化方向。利用ANSYS Fluent软件对不同肋片数目和肋片高度、不同肋片前后端高度、不同装置端口长度等诸多方案进行仿真计算,以热端表面平均温度和流场均匀性为依据,确定了相对较优的方案。根据所选方案进行装置改进和台架试验,在测试工况范围内相比原始方案,冷热端平均温差提高了8.8%,系统输出功率提高了5.8%。
  • WANG Zezhong
    2017,38(2):15-16 doi:
    摘要:
    针对发动机台架试验中发动机水温波动大、电涡流测功机供水不足等问题,设计了一套两级冷却系统,即在发动机小车上加装热交换器以解决发动机冷却问题。结合发动机功率、台架供水流量等条件,利用Flowmaster进行仿真,实际安装后进行台架试验。研究结果表明:发动机水温稳定在±3 ℃内,电涡流测功机冷却水较方案修改前增加4 m3/h。
  • FANG Cheng,YANG Fuyuan,OUYANG Minggao,GAO Qingwen,BAI Sichun
    2017,38(2):19-23 doi:
    摘要:
    基于开发的燃烧分析工具,利用以太网通信技术,构建了柴油机燃烧分析与控制系统:缸压采集系统每0.2°的曲轴转角采集一次缸压信号,通过以太网的用户报文协议把缸压信息传递给燃烧分析软件;燃烧分析软件计算出燃烧状态指标,通过控制器局域网传递给发动机电控单元;发动机电控单元利用燃烧状态指标进行燃烧闭环控制。在一台1.9 L高压共轨柴油机上进行的试验结果表明:该系统能够实时采集缸压并计算燃烧状态指标,能够实现指示平均有效压力和燃烧放热中心的闭环控制。
  • LI Kunying,XIAO Bing
    2017,38(2):24-29 doi:
    摘要:
    基于自主研发的第三代并行式柴油/天然气双燃料发动机电控系统,利用FIRE软件建立柴油/天然气双燃料发动机柴油喷射系统的多次喷射模型。同时,通过进气压力控制过量空气系数,实现柴油/天然气双燃料发动机稀薄燃烧方式。针对高负荷工况,研究了多次喷射策略和稀薄燃烧方式对双燃料发动机最大压力升高率及NOx 排放的影响。结果表明:发动机工作在高负荷及柴油替代率为80%时,采用双燃料稀薄燃烧方式能使NOx 排放降低,但最大压力升高率仍可能超过安全临界值1 MPa/(°)。采用合适的预喷射量与预喷射时刻能降低最大压力升高率。通过多次喷射和稀薄燃烧方式相结合的燃烧策略对缸内燃烧方式进行组织,可以实现双燃料发动机高替代率燃烧,并使高负荷时NOx 排放达到或者低于国Ⅴ标准限值。
  • LIU Qinfei,JIANG Liqiao,YANG Weibin,SU Hang,ZHAO Daiqing
    2017,38(2):30-35 doi:
    摘要:
    为了试验研究微摆发动机燃烧室内的间歇着火和火焰传播特性,设计了一套电机驱动倒拖运行的两冲程微型摆动式发动机单缸燃烧可视化试验系统,倒拖运动摆臂模拟了真实发动机自由摆臂的运动特性,并建立了对应摆臂位置的电火花正时点火系统。在微摆发动机单缸内实现了正丁烷/空气的稳定间歇着火,用高速相机拍摄火焰传播图像,并用Matlab程序分析图像中火焰面积变化特征。考察了摆臂频率f和预混气流量Q对着火和火焰传播的影响。研究结果表明:随预混气流量的增加,火焰传播越快;单次扫气量Q/f不变,随摆臂频率的增加,火焰传播变快。
  • SU Zhiwei,ZHU Jianjun,AN Qiaoqiao,GAO Conghui,HAN Wei,WANG Le
    2017,38(2):36-41 doi:
    摘要:
    为了提高甲醇在能量转化效率方面的优势,在一台CY25TQ型柴油机上,利用F-T柴油和煤基甲醇研究了甲醇占能比、F-T柴油喷油时刻对甲醇预混合气F-T柴油引燃燃烧方式下发动机燃烧特性的影响。试验结果表明:甲醇占能比增加,此燃烧方式滞燃期、持续期波动较大。在平均有效压力为0.45 MPa下,缸内最大压力、瞬时放热率峰值、最大压力升率明显降低,最大降幅分别为26.40%、59.25%和58.00%。高负荷时,不同甲醇占能比下F-T柴油喷射时刻调整,能促进压升率进一步降低。与原柴油机扩散燃烧方式相比,虽然采用引燃喷射的双燃料发动机在中低负荷时的有效热效率有所降低,但是随着负荷增加,高负荷下的热效率比原柴油机高,最大提高了17.14%。
  • TAN Xiaoqiang,WANG Qian,HE Zhixia,ZHANG Zhourong,DAI Liming,HAN Dan
    2017,38(2):42-47 doi:
    摘要:
    基于AVL FIRE软件,模拟了缸内直喷引燃天然气和柴油喷射混合过程,对湍流模型进行了校核和验证,分析了不同喷孔高度、喷孔倾斜角及喷孔交角下柴油和天然气射流的混合情况。研究表明:k-ε湍流模型更适用于天然气/柴油双燃料的模拟;喷孔高度、倾斜角及交角越大,索特平均值经(SMD)越小,其中喷孔交角大的获得的雾化效果最好;喷孔之间的相对位置决定了油气射流之间能量传递,从而影响了油气贯穿距及雾化效果。
  • HU Jie,OU Wenzhong,WANG Tiantian,YAN Fuwu
    2017,38(2):48-53 doi:
    摘要:
    根据发动机稳态工况下的氮氧化物(NOx)转化率试验发现了NOx 转化效率峰值现象,通过分析从理论上解释了该现象。根据NOx 转化效率峰值现象,提出了尿素选择性催化还原(urea-SCR)系统周期性喷射设想。设计试验,通过对比自主urea-SCR系统周期性喷射策略与商业urea-SCR喷射策略的试验结果,发现urea-SCR系统周期性喷射在NOx 转化效率、尿素喷射量、氨泄漏及尿素能效比等方面均有显著改善,对优化urea-SCR系统尿素喷射控制策略有重要意义。
  • DAI Jiawei,WU Feng,YAO Dongwei,GAN Xubo,WEI Lai,LI Xingwen
    2017,38(2):54-58 doi:
    摘要:
    建立NH3在选择性催化还原(selective catalytic reduction, SCR)催化剂上的单活性位和双活性位吸附脱附反应动力学模型。通过粉末状SCR催化剂的NH3吸附脱附试验对模型参数进行辨识。试验结果表明:双活性位反应动力学模型能更好地描述NH3在SCR催化剂上的吸附脱附过程。在双活性位反应动力学模型的基础上,研究了温度和入口NH3浓度对SCR催化剂氨存储量的影响。仿真结果表明:温度越高,SCR催化剂氨存储量越少;入口NH3浓度越高,弱吸附位的氨存储量越高而强吸附位的氨存储量基本保持不变。
  • CAO Dongxiao,ZHANG Jun,GUO Hengjie,SHUAI Shijin
    2017,38(2):59-66 doi:
    摘要:
    综合可视化试验和数值模拟手段,研究分析了柴油机颗粒捕集器(DPF)主动再生时柴油氧化催化器(DOC)上游柴油喷雾特性及柴油在DOC内的氧化过程。利用高速摄影装置拍摄了柴油喷雾图像,分析了喷雾贯穿距和喷雾锥角,并利用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对喷雾粒径进行了测量。标定了DOC内的柴油氧化模型和喷雾模型,在此基础上对柴油喷雾及燃油在DOC内的氧化过程进行了模拟。试验结果表明:柴油喷射速率越高,喷雾贯穿距和喷雾锥角越大;喷射速率对喷嘴出口处喷雾粒径分布有较大影响,沿喷雾轴线方向液滴的索特平均直径(SMD)随大粒径液滴数的变化而变化。模拟结果表明:柴油喷雾特性决定了排气管路和DOC入口处的碳氢(HC)分布;DOC出口处温度分布与DOC入口处HC分布具有密切的对应关系;碰壁及重力作用使得HC向排气管路底部集中,HC质量浓度接近2%;管路底部柴油过浓使得DOC出口截面底部的对应区域温度较低,低于450 ℃;增加排气管路长度可促进喷雾与气体的混合均匀性,缓解管路底部的柴油过度集中现象。
  • MENG Zhongwei,ZHANG Chuan,LI Lu,ZHANG Wenqiang,CHEN Chao
    2017,38(2):67-72 doi:
    摘要:
    基于柴油机台架试验,在一款柴油机上加装了DOC装置,研究了DOC前后颗粒数量浓度、DOC前后颗粒SOF含量和活化能变化趋势。研究结果表明: DOC能降低核模态颗粒数量浓度和积聚态颗粒数量浓度,但随着转矩增加,DOC反而会使积聚态颗粒数量浓度增加。DOC对颗粒总数量浓度的影响随柴油机转矩的增加呈现先降低后增加的趋势。在转矩为50 N·m和100 N·m工况下,DOC能使颗粒SOF组分含量降低,使颗粒的表观氧化活化能升高。此外,排气颗粒的表观氧化活化能随SOF含量的增加整体上呈下降趋势。
  • HUANG Kaisheng,ZHANG Yao,LIU Gang,LIU Sheng,JIA Zhen,ZHANG Yangjun
    2017,38(2):73-78 doi:
    摘要:
    在一台3.8 L涡轮增压中冷4缸柴油机上通过试验和仿真研究了进气压力对柴油机燃烧和性能的影响。试验中拆除了原机增压器及中冷器,通过自制压力调节装置直接控制柴油机进、排气压力。试验及仿真结果表明:在排气压力维持不变的条件下,最高燃烧压力与进气压力具有明显的线性关系,进气压力每增加100 kPa,最高燃烧压力增加约4.8 MPa~7.0 MPa;进气压力对最高燃烧压力相位的影响不明显;空气质量流量与进气压力具有明显的线性关系,进气压力每增加10 kPa,空气质量流量增加约13~37 kg/h;柴油机排气温度与空燃比具有明显的线性关系,空燃比每增加1,柴油机排气温度降低约4.2 ℃;随进气压力增加,柴油机缸内燃烧滞燃期缩短,燃烧始点提前,但进气压力对燃烧持续期没有明显影响;进气压力每增加10 kPa,发动机转矩增加约0.8~2.5 N·m。
  • ZHANG Jian,HU Tiegang,ZHAN Zhangsong,HE Jianhua,ZHANG Caigan
    2017,38(2):79-83 doi:
    摘要:
    在一台自然吸气直喷汽油发动机上进行运行工况内的进、排气可变气门正时(VVT)相位扫点试验,根据不同排气VVT相位下的发动机动力性和燃油经济性,结合进气流量、最高燃烧温度、指示热效率和泵气损失等因素,分析了发动机性能变化的原因。研究结果表明,外特性工况排气VVT推迟15°曲轴转角时,进气量增加,动力性提高;继续推迟排气VVT相位,泵气损失增加,动力性降低。在转速低于2 400 r/min的中、高负荷区域,开启排气VVT使得指示热效率增大,泵气损失减少,发动机油耗降低;在排气VVT相位大于-15°曲轴转角、转速高于2 800 r/min的中、高负荷区域,发动机经济性变差。
  • ZHANG Jian,LIU Shiying,LI Hui,XIONG Peiyou,CHEN Yanpeng
    2017,38(2):84-90 doi:
    摘要:
    用矩阵来描述活塞的径向刚度,并在试验台架上对不同位置加载,测得规定点处的变形量,从而确定活塞整体刚度的分布情况。利用建立的动力学模型分析活塞刚度变化对二阶运动、敲击动能及摩擦功损失等的影响,为确保活塞温度场、热变形及缸套安装变形等边界条件的准确性,使用硬度塞测温试验、缸孔轮廓仪等得到的实测数据对模拟过程进行标定和验证。计算结果表明:活塞动力学分析要同时考虑缸套和活塞刚度的影响,否则计算得到的活塞摆角偏小,摩擦损失偏大,而敲击动能则随着曲轴转角的不同而与实际情况产生周期性偏差,有些偏差值甚至会达到70%;改变活塞结构会改变活塞的刚度,通常当裙部刚度增大后,活塞在每个换向时刻的最大摆角会减小,同时在每个敲击时刻的敲击能量峰值也会减小。
  • ZHU Xiaoming ,LIU Shenghua ,CHEN Wei,WANG Yu
    2017,38(2):91-95 doi:
    摘要:
    基于SAEJ1839—1997标准,采用向油液中添加ISO 12103-A3粉尘的方式来模拟实际工况下油液的颗粒污染状态,开展颗粒物对油水分离器油水分离效果和使用寿命影响的试验研究。在测试流量为5 L/min、上游基准质量浓度为30 mg/L、水流量为燃油流量的0.25% 时,油水分离器工作125 min后,压差值升高1.5 kPa,水分离效率下降到88%以下。试验结果表明:油水分离器工作不到建议行驶里程的一半时,水分离效率就已无法达到技术指标要求。为切实保护共轨系统要求,应采取缩短油水分离器的更换周期,或在油水分离器的上游添加颗粒过滤器,对颗粒进行初步过滤,以延长油水分离器使用寿命。
  • XU Guangju,LI Mingdi,ZHAO Yang,CHEN Qingzhang,LI Xuezhi
    2017,38(2):96-100 doi:
    摘要:
    通过建立活塞裙部型线、活塞优化后的燃烧室及内冷油道等的有限元模型,采用PERMAS软件计算了优化后的活塞在标定工况下的温度场和热机耦合应力,分析了活塞的疲劳寿命,并测量了800 h热冲击试验后,活塞环槽、活塞外圆尺寸等尺寸和型线的变化情况。结果表明:活塞高温区域主要分布在活塞顶部,最高温度约为301 ℃,在活塞材料许用范围内;第一环槽的表面平均温度为194 ℃,低于润滑油结焦温度230 ℃;增加了20%喷油量时,活塞的表面温度仍可满足设计要求。在活塞受到热机耦合作用时,活塞向主推力面方向倾斜,主推力面受力较大,约为44 N/mm2,活塞销座表面最大应力值区域主要分布在后端销孔上侧,约为98 N/mm2,应力值均在许用范围内。活塞疲劳寿命最低的部位在活塞燃烧室底部及燃烧室喉口,理论寿命分别为6.9和7.7,800 h热冲击试验后,活塞环槽、销孔、活塞环槽底径、活塞外援尺寸等尺寸变化均较小,活塞外圆型线和椭圆型线变化不大,能够满足使用要求。
  • MA Youfu,YUE Rong,GUO Xueyan,WANG Zhiyun,YANG Bin,YANG Lijuan
    2017,38(2):101-106 doi:
    摘要:
    为防止水下排气柴油机发生海水倒灌事故,对水下排气管内发生水倒流的条件及影响因素进行了试验和分析。由水平管内气液逆向流动特性研究现状分析,指出气相惯性力与液相重力的相对大小是排气管内水倒流发生的主要物理机制。由内径90 mm水平管在3 m水深下排气的试验结果发现:防止水下排气管内水倒流发生的界限气速存在一个与管内滞留水长相关的范围,随管内滞留水长由0.3 m增至1.8 m,界限表观气速由13.0 m/s降至7.8 m/s,界限气相Wallis数由0.72降至0.55。最后以某柴油机排气参数为基础,按界限气相Wallis数等于0.60计算分析了排气管管径、排气口水位深度及排气温度等因素对管内倒流界限气速的影响,结果表明:水平管的倒流界限气速随管径增大而增大;排气口水位深度和排气温度的变化影响排气密度大小,也对排气管倒流界限气速有影响。
  • LIU Erxi,GUO Shuman,CHEN Liyong,WU Xueshun,PEI Yiqiang,SU Wanhua
    2017,38(2):107-113 doi:
    摘要:
    基于提升&保持(Peak & Hold)驱动方式不同电流释放阶段对下降速率的需求,进行了可变续流喷油器驱动电路设计与性能研究。电路设计采用高、低边及单电源驱动,在高边MOS源极设置反向二极管及电容接地,在低边MOS漏极设置二极管接驱动电源。通过改变不同阶段高低边MOS开关逻辑,使用不同有效续流回路决定电流下降快慢以满足Peak & Hold需求。试验表明:与通过匹配阻抗而折中电流下降速率的RD续流(R=10 Ω)相比,可变续流驱动电路喷油量控制精度提高,喷油器关闭阶段时间缩短了30 μs,喷油量循环变动率在大油量时下降了0.36%,在小油量时降低了2.86%;此外,可变续流驱动电路在电流关闭阶段利用喷油器线圈释放电磁能向驱动电源充电,使喷油器电磁铁驱动能耗降低。在大油量时,可变续流驱动电路驱动电源电压下降幅度减少了1.5 V,其恢复时间缩短了0.5 ms。由于能耗降低,电路发热量减少,可变续流驱动电路最高温度仅37 ℃,比RD续流下降了127 ℃。
  • WANG Hongrong, DENG Pengyi ,ZHANG Heng
    2017,38(2):114-117 doi:
    摘要:
    基于自主研发的高压共轨柴油机电控系统和轨压控制模型,研究发动机在动态工况下目标共轨压力阶跃响应时的设定值控制策略。引入轨压变化率和变化梯度来跟踪控制MAP查询得到的目标轨压的变化及变化趋势,在目标压力值有阶跃响应时,不直接应用MAP查询得到的值作为目标控制值,而是采用步长逐步增大,多步逐渐逼近MAP查询得到的目标轨压值的控制方式,并在发动机台架上进行了测试验证。测试结果表明:该方法可有效滤除因抖动或外界扰动引起的目标值突变,减少轨压控制超调量,并加快达到稳定目标轨压,改善发动机动态工况下的轨压控制响应性和稳定性。
  • ZHANG Jing,HE Haiwen,LUO Tao,HU Qun
    2017,38(2):118-122 doi:
    摘要:
    针对某装甲车辆动力系统,基于实车进/排气状态、热负荷及使用工况测试,分析了其高原环境适应性。试验结果表明,发动机与涡轮增压匹配向低转速区偏移,将有利于加速和起步时的进气补偿;热负荷制约了车辆的挡位,导致车辆平均速度降低;排气温度应作为监测及控制的关键参数。
  • LIU Ying,GE We,ZHANG Jizhong, TONG Ding,MA Guoling ,YANG Lei
    2017,38(2):123-127 doi:
    摘要:
    针对某款需要进行高原适应性改进的发动机,研究了二级非可调和二级可调增压对发动机平原和高原工况的性能影响。通过对二级非可调增压方案的匹配试验分析提出了增压器的优化改进措施,并最终确定了二级可调方案。试验结果表明:在平原工况下,可调二级增压方案可以实现平原工况功率不下降的指标,并且在高原工况下标定点的相对功率达到315 kW,相比平原下降了21%;转矩点相对功率达到228 kW,比平原下降了10.8%,满足发动机对高原性能的要求。
  • WANG Haiyan, HE Weijian ,ZHANG Xusheng, LIU Chong
    2017,38(2):128-134 doi:
    摘要:
    建立了一种基于热力学定律的离心式压气机动态模型,该模型仅使用压气机的基本结构参数而不需要试验图谱。压气机模型与涡轮模型一起构成涡轮增压器动态模型,并与柴油机模型进行了联合匹配仿真。研究结果表明:该模型准确可信,扩大了压气机模型的工作范围,可有效改善柴油机模型在低负荷、低转速时的动态性能。模型计算速度快,实时性好,可用于柴油机性能优化、控制系统开发等多个领域。
  • LI Heng,HAO Zhiyong,ZHENG Xu,LIU Lianyun
    2017,38(2):135-140 doi:
    摘要:
    基于计算流体动力学(CFD)的矩形脉冲法计算消声结构的声学特性。首先,计算单腔穿孔结构的静态传递损失(TL),并研究各结构参数对声学特性的影响规律;之后,采用矩形脉冲法计算无流条件穿孔引气管的传递损失,并与有限元法计算结果相对比,验证其正确性;然后,研究平均流对穿孔引气管传递损失的影响,发现逆向气流使TL峰值略往低频移动,而在幅值上无明显的变化规律;最后,安装穿孔引气管进行整车道路试验。结果表明:无论加速、急加-减速工况下,优化后进气管口噪声均得到明显的衰减;尤其在500~1 600 Hz 1/3倍频程带内,“泄气声”成分声压级值降低达18 dB(A)左右,总值降低达10.3 dB(A)以上,特定频率处消声效果显著。
  • JING Yabing, LIU Changwen, BI Fengrong
    2017,38(2):141-145 doi:
    摘要:
    具有独立分量的经验模态分解算法结合了独立成分分析算法和经验模态分解算法的优点,可通过单个观测信号将噪声源分解成一系列独立分量,保证了分离出的声源的独立性,同时利用小波变换技术对各个独立分量进行了分析,通过时频分析结果确定了各独立分量与发电机组各噪声源的对应关系,并通过试验进行了验证。研究结果表明:这些独立分量分别对应着配气机构噪声、平衡轴驱动齿轮噪声、正时齿轮噪声和进气噪声。
  • ZHANG Xiaobing,LIU Haijiang,HE Yanni,TANG Da
    2017,38(2):146-150 doi:
    摘要:
    以Shapix表面侦测仪获取的发动机缸盖结合面表面轮廓的高精度测量数据为基础,对缸盖结合面的密封性能进行评价。首先在缸盖结合面上设定一条沿缸口的密封路径,并提取其表面轮廓的测量数据;再分别利用基于逼近样条的高斯滤波和基于Motif合并的形态学滤波拟合出了装配后密封路径上缸盖结合面的表面轮廓及垫片的轮廓;最后通过计算密封路径上的垫片表面轮廓与缸盖表面轮廓之间的空隙面积,评价该路径的密封性能。研究结果表明:利用基于逼近样条的高斯滤波法获取表面轮廓既能得到与高斯滤波法一致的表面轮廓,又能克服其边缘失真的问题;基于表面轮廓测量数据既可以对发动机缸盖上密封路径的密封性进行评价,又可以确定失效的位置。
  • HUANG Yongjun,CHEN Guohua,LANG Jing,WEI Bing
    2017,38(2):151-156 doi:
    摘要:
    为了消除进气道喷射汽油机油膜动态效应对瞬态空燃比控制精度的影响,满足更严格的排放法规要求,提出一种新颖实用的长/短时油膜组合模型及瞬态油膜补偿策略,对加、减速时油膜变化进行快速准确补偿。通过油膜分配系数对长/短时油膜初始补偿量进行分配,根据衰减系数计算长/短时油膜实时补偿量并控制油膜补偿的作用时间。台架试验结果表明:该策略可以有效抑制瞬态空燃比偏移,最大动态偏差小于5%,稳定时间小于1 s。
    Contents
  • XIE Hui,NIE Erbing
    2017,38(2):1-7 doi:
    摘要:
    为了研究热电发电装置在电控冷却系统车辆上回收废气余热的节能潜力及其影响规律,在GT-Suite软件中建立了使用集成式电控冷却系统的发动机及热电发电装置模型,并基于全历程能流回路提出了总能效率评价指标,探究了在不同发动机工况、冷却水温度的情况下,热电发电装置的加入对总能效率的影响规律。研究结果表明:基于集成式电控冷却系统,在发动机低转速区域,负荷增加导致的热电发电功率上升起主导作用,热电发电装置带来的总能效率改善随负荷的增加而上升;而在发动机中高转速区域,冷却能耗代价问题凸显,高负荷工况冷却能耗代价过高,热电发电装置带来的额外冷却能耗会使得总能效率恶化,在中低负荷工况才稍有改善;同时存在最佳冷却水温,使得系统总能效率最大。
  • LIU Yue,SHI Xiuyong,NI Jimin,TU Xiaoliang,WANG Qiwei
    2017,38(2):8-14 doi:
    摘要:
    为测量和改进温差发电装置的性能,建立了试验台架进行测试。通过台架试验及计算流体动力学软件分析,确定了温差发电装置内部流场的优化方向。利用ANSYS Fluent软件对不同肋片数目和肋片高度、不同肋片前后端高度、不同装置端口长度等诸多方案进行仿真计算,以热端表面平均温度和流场均匀性为依据,确定了相对较优的方案。根据所选方案进行装置改进和台架试验,在测试工况范围内相比原始方案,冷热端平均温差提高了8.8%,系统输出功率提高了5.8%。
  • WANG Zezhong
    2017,38(2):15-16 doi:
    摘要:
    针对发动机台架试验中发动机水温波动大、电涡流测功机供水不足等问题,设计了一套两级冷却系统,即在发动机小车上加装热交换器以解决发动机冷却问题。结合发动机功率、台架供水流量等条件,利用Flowmaster进行仿真,实际安装后进行台架试验。研究结果表明:发动机水温稳定在±3 ℃内,电涡流测功机冷却水较方案修改前增加4 m3/h。
  • FANG Cheng,YANG Fuyuan,OUYANG Minggao,GAO Qingwen,BAI Sichun
    2017,38(2):19-23 doi:
    摘要:
    基于开发的燃烧分析工具,利用以太网通信技术,构建了柴油机燃烧分析与控制系统:缸压采集系统每0.2°的曲轴转角采集一次缸压信号,通过以太网的用户报文协议把缸压信息传递给燃烧分析软件;燃烧分析软件计算出燃烧状态指标,通过控制器局域网传递给发动机电控单元;发动机电控单元利用燃烧状态指标进行燃烧闭环控制。在一台1.9 L高压共轨柴油机上进行的试验结果表明:该系统能够实时采集缸压并计算燃烧状态指标,能够实现指示平均有效压力和燃烧放热中心的闭环控制。
  • LI Kunying,XIAO Bing
    2017,38(2):24-29 doi:
    摘要:
    基于自主研发的第三代并行式柴油/天然气双燃料发动机电控系统,利用FIRE软件建立柴油/天然气双燃料发动机柴油喷射系统的多次喷射模型。同时,通过进气压力控制过量空气系数,实现柴油/天然气双燃料发动机稀薄燃烧方式。针对高负荷工况,研究了多次喷射策略和稀薄燃烧方式对双燃料发动机最大压力升高率及NOx 排放的影响。结果表明:发动机工作在高负荷及柴油替代率为80%时,采用双燃料稀薄燃烧方式能使NOx 排放降低,但最大压力升高率仍可能超过安全临界值1 MPa/(°)。采用合适的预喷射量与预喷射时刻能降低最大压力升高率。通过多次喷射和稀薄燃烧方式相结合的燃烧策略对缸内燃烧方式进行组织,可以实现双燃料发动机高替代率燃烧,并使高负荷时NOx 排放达到或者低于国Ⅴ标准限值。
  • LIU Qinfei,JIANG Liqiao,YANG Weibin,SU Hang,ZHAO Daiqing
    2017,38(2):30-35 doi:
    摘要:
    为了试验研究微摆发动机燃烧室内的间歇着火和火焰传播特性,设计了一套电机驱动倒拖运行的两冲程微型摆动式发动机单缸燃烧可视化试验系统,倒拖运动摆臂模拟了真实发动机自由摆臂的运动特性,并建立了对应摆臂位置的电火花正时点火系统。在微摆发动机单缸内实现了正丁烷/空气的稳定间歇着火,用高速相机拍摄火焰传播图像,并用Matlab程序分析图像中火焰面积变化特征。考察了摆臂频率f和预混气流量Q对着火和火焰传播的影响。研究结果表明:随预混气流量的增加,火焰传播越快;单次扫气量Q/f不变,随摆臂频率的增加,火焰传播变快。
  • SU Zhiwei,ZHU Jianjun,AN Qiaoqiao,GAO Conghui,HAN Wei,WANG Le
    2017,38(2):36-41 doi:
    摘要:
    为了提高甲醇在能量转化效率方面的优势,在一台CY25TQ型柴油机上,利用F-T柴油和煤基甲醇研究了甲醇占能比、F-T柴油喷油时刻对甲醇预混合气F-T柴油引燃燃烧方式下发动机燃烧特性的影响。试验结果表明:甲醇占能比增加,此燃烧方式滞燃期、持续期波动较大。在平均有效压力为0.45 MPa下,缸内最大压力、瞬时放热率峰值、最大压力升率明显降低,最大降幅分别为26.40%、59.25%和58.00%。高负荷时,不同甲醇占能比下F-T柴油喷射时刻调整,能促进压升率进一步降低。与原柴油机扩散燃烧方式相比,虽然采用引燃喷射的双燃料发动机在中低负荷时的有效热效率有所降低,但是随着负荷增加,高负荷下的热效率比原柴油机高,最大提高了17.14%。
  • TAN Xiaoqiang,WANG Qian,HE Zhixia,ZHANG Zhourong,DAI Liming,HAN Dan
    2017,38(2):42-47 doi:
    摘要:
    基于AVL FIRE软件,模拟了缸内直喷引燃天然气和柴油喷射混合过程,对湍流模型进行了校核和验证,分析了不同喷孔高度、喷孔倾斜角及喷孔交角下柴油和天然气射流的混合情况。研究表明:k-ε湍流模型更适用于天然气/柴油双燃料的模拟;喷孔高度、倾斜角及交角越大,索特平均值经(SMD)越小,其中喷孔交角大的获得的雾化效果最好;喷孔之间的相对位置决定了油气射流之间能量传递,从而影响了油气贯穿距及雾化效果。
  • HU Jie,OU Wenzhong,WANG Tiantian,YAN Fuwu
    2017,38(2):48-53 doi:
    摘要:
    根据发动机稳态工况下的氮氧化物(NOx)转化率试验发现了NOx 转化效率峰值现象,通过分析从理论上解释了该现象。根据NOx 转化效率峰值现象,提出了尿素选择性催化还原(urea-SCR)系统周期性喷射设想。设计试验,通过对比自主urea-SCR系统周期性喷射策略与商业urea-SCR喷射策略的试验结果,发现urea-SCR系统周期性喷射在NOx 转化效率、尿素喷射量、氨泄漏及尿素能效比等方面均有显著改善,对优化urea-SCR系统尿素喷射控制策略有重要意义。
  • DAI Jiawei,WU Feng,YAO Dongwei,GAN Xubo,WEI Lai,LI Xingwen
    2017,38(2):54-58 doi:
    摘要:
    建立NH3在选择性催化还原(selective catalytic reduction, SCR)催化剂上的单活性位和双活性位吸附脱附反应动力学模型。通过粉末状SCR催化剂的NH3吸附脱附试验对模型参数进行辨识。试验结果表明:双活性位反应动力学模型能更好地描述NH3在SCR催化剂上的吸附脱附过程。在双活性位反应动力学模型的基础上,研究了温度和入口NH3浓度对SCR催化剂氨存储量的影响。仿真结果表明:温度越高,SCR催化剂氨存储量越少;入口NH3浓度越高,弱吸附位的氨存储量越高而强吸附位的氨存储量基本保持不变。
  • CAO Dongxiao,ZHANG Jun,GUO Hengjie,SHUAI Shijin
    2017,38(2):59-66 doi:
    摘要:
    综合可视化试验和数值模拟手段,研究分析了柴油机颗粒捕集器(DPF)主动再生时柴油氧化催化器(DOC)上游柴油喷雾特性及柴油在DOC内的氧化过程。利用高速摄影装置拍摄了柴油喷雾图像,分析了喷雾贯穿距和喷雾锥角,并利用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对喷雾粒径进行了测量。标定了DOC内的柴油氧化模型和喷雾模型,在此基础上对柴油喷雾及燃油在DOC内的氧化过程进行了模拟。试验结果表明:柴油喷射速率越高,喷雾贯穿距和喷雾锥角越大;喷射速率对喷嘴出口处喷雾粒径分布有较大影响,沿喷雾轴线方向液滴的索特平均直径(SMD)随大粒径液滴数的变化而变化。模拟结果表明:柴油喷雾特性决定了排气管路和DOC入口处的碳氢(HC)分布;DOC出口处温度分布与DOC入口处HC分布具有密切的对应关系;碰壁及重力作用使得HC向排气管路底部集中,HC质量浓度接近2%;管路底部柴油过浓使得DOC出口截面底部的对应区域温度较低,低于450 ℃;增加排气管路长度可促进喷雾与气体的混合均匀性,缓解管路底部的柴油过度集中现象。
  • MENG Zhongwei,ZHANG Chuan,LI Lu,ZHANG Wenqiang,CHEN Chao
    2017,38(2):67-72 doi:
    摘要:
    基于柴油机台架试验,在一款柴油机上加装了DOC装置,研究了DOC前后颗粒数量浓度、DOC前后颗粒SOF含量和活化能变化趋势。研究结果表明: DOC能降低核模态颗粒数量浓度和积聚态颗粒数量浓度,但随着转矩增加,DOC反而会使积聚态颗粒数量浓度增加。DOC对颗粒总数量浓度的影响随柴油机转矩的增加呈现先降低后增加的趋势。在转矩为50 N·m和100 N·m工况下,DOC能使颗粒SOF组分含量降低,使颗粒的表观氧化活化能升高。此外,排气颗粒的表观氧化活化能随SOF含量的增加整体上呈下降趋势。
  • HUANG Kaisheng,ZHANG Yao,LIU Gang,LIU Sheng,JIA Zhen,ZHANG Yangjun
    2017,38(2):73-78 doi:
    摘要:
    在一台3.8 L涡轮增压中冷4缸柴油机上通过试验和仿真研究了进气压力对柴油机燃烧和性能的影响。试验中拆除了原机增压器及中冷器,通过自制压力调节装置直接控制柴油机进、排气压力。试验及仿真结果表明:在排气压力维持不变的条件下,最高燃烧压力与进气压力具有明显的线性关系,进气压力每增加100 kPa,最高燃烧压力增加约4.8 MPa~7.0 MPa;进气压力对最高燃烧压力相位的影响不明显;空气质量流量与进气压力具有明显的线性关系,进气压力每增加10 kPa,空气质量流量增加约13~37 kg/h;柴油机排气温度与空燃比具有明显的线性关系,空燃比每增加1,柴油机排气温度降低约4.2 ℃;随进气压力增加,柴油机缸内燃烧滞燃期缩短,燃烧始点提前,但进气压力对燃烧持续期没有明显影响;进气压力每增加10 kPa,发动机转矩增加约0.8~2.5 N·m。
  • ZHANG Jian,HU Tiegang,ZHAN Zhangsong,HE Jianhua,ZHANG Caigan
    2017,38(2):79-83 doi:
    摘要:
    在一台自然吸气直喷汽油发动机上进行运行工况内的进、排气可变气门正时(VVT)相位扫点试验,根据不同排气VVT相位下的发动机动力性和燃油经济性,结合进气流量、最高燃烧温度、指示热效率和泵气损失等因素,分析了发动机性能变化的原因。研究结果表明,外特性工况排气VVT推迟15°曲轴转角时,进气量增加,动力性提高;继续推迟排气VVT相位,泵气损失增加,动力性降低。在转速低于2 400 r/min的中、高负荷区域,开启排气VVT使得指示热效率增大,泵气损失减少,发动机油耗降低;在排气VVT相位大于-15°曲轴转角、转速高于2 800 r/min的中、高负荷区域,发动机经济性变差。
  • ZHANG Jian,LIU Shiying,LI Hui,XIONG Peiyou,CHEN Yanpeng
    2017,38(2):84-90 doi:
    摘要:
    用矩阵来描述活塞的径向刚度,并在试验台架上对不同位置加载,测得规定点处的变形量,从而确定活塞整体刚度的分布情况。利用建立的动力学模型分析活塞刚度变化对二阶运动、敲击动能及摩擦功损失等的影响,为确保活塞温度场、热变形及缸套安装变形等边界条件的准确性,使用硬度塞测温试验、缸孔轮廓仪等得到的实测数据对模拟过程进行标定和验证。计算结果表明:活塞动力学分析要同时考虑缸套和活塞刚度的影响,否则计算得到的活塞摆角偏小,摩擦损失偏大,而敲击动能则随着曲轴转角的不同而与实际情况产生周期性偏差,有些偏差值甚至会达到70%;改变活塞结构会改变活塞的刚度,通常当裙部刚度增大后,活塞在每个换向时刻的最大摆角会减小,同时在每个敲击时刻的敲击能量峰值也会减小。
  • ZHU Xiaoming ,LIU Shenghua ,CHEN Wei,WANG Yu
    2017,38(2):91-95 doi:
    摘要:
    基于SAEJ1839—1997标准,采用向油液中添加ISO 12103-A3粉尘的方式来模拟实际工况下油液的颗粒污染状态,开展颗粒物对油水分离器油水分离效果和使用寿命影响的试验研究。在测试流量为5 L/min、上游基准质量浓度为30 mg/L、水流量为燃油流量的0.25% 时,油水分离器工作125 min后,压差值升高1.5 kPa,水分离效率下降到88%以下。试验结果表明:油水分离器工作不到建议行驶里程的一半时,水分离效率就已无法达到技术指标要求。为切实保护共轨系统要求,应采取缩短油水分离器的更换周期,或在油水分离器的上游添加颗粒过滤器,对颗粒进行初步过滤,以延长油水分离器使用寿命。
  • XU Guangju,LI Mingdi,ZHAO Yang,CHEN Qingzhang,LI Xuezhi
    2017,38(2):96-100 doi:
    摘要:
    通过建立活塞裙部型线、活塞优化后的燃烧室及内冷油道等的有限元模型,采用PERMAS软件计算了优化后的活塞在标定工况下的温度场和热机耦合应力,分析了活塞的疲劳寿命,并测量了800 h热冲击试验后,活塞环槽、活塞外圆尺寸等尺寸和型线的变化情况。结果表明:活塞高温区域主要分布在活塞顶部,最高温度约为301 ℃,在活塞材料许用范围内;第一环槽的表面平均温度为194 ℃,低于润滑油结焦温度230 ℃;增加了20%喷油量时,活塞的表面温度仍可满足设计要求。在活塞受到热机耦合作用时,活塞向主推力面方向倾斜,主推力面受力较大,约为44 N/mm2,活塞销座表面最大应力值区域主要分布在后端销孔上侧,约为98 N/mm2,应力值均在许用范围内。活塞疲劳寿命最低的部位在活塞燃烧室底部及燃烧室喉口,理论寿命分别为6.9和7.7,800 h热冲击试验后,活塞环槽、销孔、活塞环槽底径、活塞外援尺寸等尺寸变化均较小,活塞外圆型线和椭圆型线变化不大,能够满足使用要求。
  • MA Youfu,YUE Rong,GUO Xueyan,WANG Zhiyun,YANG Bin,YANG Lijuan
    2017,38(2):101-106 doi:
    摘要:
    为防止水下排气柴油机发生海水倒灌事故,对水下排气管内发生水倒流的条件及影响因素进行了试验和分析。由水平管内气液逆向流动特性研究现状分析,指出气相惯性力与液相重力的相对大小是排气管内水倒流发生的主要物理机制。由内径90 mm水平管在3 m水深下排气的试验结果发现:防止水下排气管内水倒流发生的界限气速存在一个与管内滞留水长相关的范围,随管内滞留水长由0.3 m增至1.8 m,界限表观气速由13.0 m/s降至7.8 m/s,界限气相Wallis数由0.72降至0.55。最后以某柴油机排气参数为基础,按界限气相Wallis数等于0.60计算分析了排气管管径、排气口水位深度及排气温度等因素对管内倒流界限气速的影响,结果表明:水平管的倒流界限气速随管径增大而增大;排气口水位深度和排气温度的变化影响排气密度大小,也对排气管倒流界限气速有影响。
  • LIU Erxi,GUO Shuman,CHEN Liyong,WU Xueshun,PEI Yiqiang,SU Wanhua
    2017,38(2):107-113 doi:
    摘要:
    基于提升&保持(Peak & Hold)驱动方式不同电流释放阶段对下降速率的需求,进行了可变续流喷油器驱动电路设计与性能研究。电路设计采用高、低边及单电源驱动,在高边MOS源极设置反向二极管及电容接地,在低边MOS漏极设置二极管接驱动电源。通过改变不同阶段高低边MOS开关逻辑,使用不同有效续流回路决定电流下降快慢以满足Peak & Hold需求。试验表明:与通过匹配阻抗而折中电流下降速率的RD续流(R=10 Ω)相比,可变续流驱动电路喷油量控制精度提高,喷油器关闭阶段时间缩短了30 μs,喷油量循环变动率在大油量时下降了0.36%,在小油量时降低了2.86%;此外,可变续流驱动电路在电流关闭阶段利用喷油器线圈释放电磁能向驱动电源充电,使喷油器电磁铁驱动能耗降低。在大油量时,可变续流驱动电路驱动电源电压下降幅度减少了1.5 V,其恢复时间缩短了0.5 ms。由于能耗降低,电路发热量减少,可变续流驱动电路最高温度仅37 ℃,比RD续流下降了127 ℃。
  • WANG Hongrong, DENG Pengyi ,ZHANG Heng
    2017,38(2):114-117 doi:
    摘要:
    基于自主研发的高压共轨柴油机电控系统和轨压控制模型,研究发动机在动态工况下目标共轨压力阶跃响应时的设定值控制策略。引入轨压变化率和变化梯度来跟踪控制MAP查询得到的目标轨压的变化及变化趋势,在目标压力值有阶跃响应时,不直接应用MAP查询得到的值作为目标控制值,而是采用步长逐步增大,多步逐渐逼近MAP查询得到的目标轨压值的控制方式,并在发动机台架上进行了测试验证。测试结果表明:该方法可有效滤除因抖动或外界扰动引起的目标值突变,减少轨压控制超调量,并加快达到稳定目标轨压,改善发动机动态工况下的轨压控制响应性和稳定性。
  • ZHANG Jing,HE Haiwen,LUO Tao,HU Qun
    2017,38(2):118-122 doi:
    摘要:
    针对某装甲车辆动力系统,基于实车进/排气状态、热负荷及使用工况测试,分析了其高原环境适应性。试验结果表明,发动机与涡轮增压匹配向低转速区偏移,将有利于加速和起步时的进气补偿;热负荷制约了车辆的挡位,导致车辆平均速度降低;排气温度应作为监测及控制的关键参数。
  • LIU Ying,GE We,ZHANG Jizhong, TONG Ding,MA Guoling ,YANG Lei
    2017,38(2):123-127 doi:
    摘要:
    针对某款需要进行高原适应性改进的发动机,研究了二级非可调和二级可调增压对发动机平原和高原工况的性能影响。通过对二级非可调增压方案的匹配试验分析提出了增压器的优化改进措施,并最终确定了二级可调方案。试验结果表明:在平原工况下,可调二级增压方案可以实现平原工况功率不下降的指标,并且在高原工况下标定点的相对功率达到315 kW,相比平原下降了21%;转矩点相对功率达到228 kW,比平原下降了10.8%,满足发动机对高原性能的要求。
  • WANG Haiyan, HE Weijian ,ZHANG Xusheng, LIU Chong
    2017,38(2):128-134 doi:
    摘要:
    建立了一种基于热力学定律的离心式压气机动态模型,该模型仅使用压气机的基本结构参数而不需要试验图谱。压气机模型与涡轮模型一起构成涡轮增压器动态模型,并与柴油机模型进行了联合匹配仿真。研究结果表明:该模型准确可信,扩大了压气机模型的工作范围,可有效改善柴油机模型在低负荷、低转速时的动态性能。模型计算速度快,实时性好,可用于柴油机性能优化、控制系统开发等多个领域。
  • LI Heng,HAO Zhiyong,ZHENG Xu,LIU Lianyun
    2017,38(2):135-140 doi:
    摘要:
    基于计算流体动力学(CFD)的矩形脉冲法计算消声结构的声学特性。首先,计算单腔穿孔结构的静态传递损失(TL),并研究各结构参数对声学特性的影响规律;之后,采用矩形脉冲法计算无流条件穿孔引气管的传递损失,并与有限元法计算结果相对比,验证其正确性;然后,研究平均流对穿孔引气管传递损失的影响,发现逆向气流使TL峰值略往低频移动,而在幅值上无明显的变化规律;最后,安装穿孔引气管进行整车道路试验。结果表明:无论加速、急加-减速工况下,优化后进气管口噪声均得到明显的衰减;尤其在500~1 600 Hz 1/3倍频程带内,“泄气声”成分声压级值降低达18 dB(A)左右,总值降低达10.3 dB(A)以上,特定频率处消声效果显著。
  • JING Yabing, LIU Changwen, BI Fengrong
    2017,38(2):141-145 doi:
    摘要:
    具有独立分量的经验模态分解算法结合了独立成分分析算法和经验模态分解算法的优点,可通过单个观测信号将噪声源分解成一系列独立分量,保证了分离出的声源的独立性,同时利用小波变换技术对各个独立分量进行了分析,通过时频分析结果确定了各独立分量与发电机组各噪声源的对应关系,并通过试验进行了验证。研究结果表明:这些独立分量分别对应着配气机构噪声、平衡轴驱动齿轮噪声、正时齿轮噪声和进气噪声。
  • ZHANG Xiaobing,LIU Haijiang,HE Yanni,TANG Da
    2017,38(2):146-150 doi:
    摘要:
    以Shapix表面侦测仪获取的发动机缸盖结合面表面轮廓的高精度测量数据为基础,对缸盖结合面的密封性能进行评价。首先在缸盖结合面上设定一条沿缸口的密封路径,并提取其表面轮廓的测量数据;再分别利用基于逼近样条的高斯滤波和基于Motif合并的形态学滤波拟合出了装配后密封路径上缸盖结合面的表面轮廓及垫片的轮廓;最后通过计算密封路径上的垫片表面轮廓与缸盖表面轮廓之间的空隙面积,评价该路径的密封性能。研究结果表明:利用基于逼近样条的高斯滤波法获取表面轮廓既能得到与高斯滤波法一致的表面轮廓,又能克服其边缘失真的问题;基于表面轮廓测量数据既可以对发动机缸盖上密封路径的密封性进行评价,又可以确定失效的位置。
  • HUANG Yongjun,CHEN Guohua,LANG Jing,WEI Bing
    2017,38(2):151-156 doi:
    摘要:
    为了消除进气道喷射汽油机油膜动态效应对瞬态空燃比控制精度的影响,满足更严格的排放法规要求,提出一种新颖实用的长/短时油膜组合模型及瞬态油膜补偿策略,对加、减速时油膜变化进行快速准确补偿。通过油膜分配系数对长/短时油膜初始补偿量进行分配,根据衰减系数计算长/短时油膜实时补偿量并控制油膜补偿的作用时间。台架试验结果表明:该策略可以有效抑制瞬态空燃比偏移,最大动态偏差小于5%,稳定时间小于1 s。