Volume 39,Issue 3,2018 Table of Contents
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    Contents
  • LAI Zheyuan, LI Tie, ZHOU Xinyi, WANG Bin
    摘要:
    基于相似理论,从基本控制方程出发,推导并分析了柴油机喷雾燃烧过程中重要的无量纲数,阐明了不同尺寸柴油机扩散燃烧过程、预混燃烧过程及喷雾过程存在相似性的理论依据。在满足几何相似的前提下,阐明了试验设计时实现不同尺寸柴油机燃烧相似的转速、喷油压力、喷油持续期等运行参数需满足的条件。当柴油机预混合燃烧过程不能被忽略时,应维持大、小柴油机转速相同以实现燃烧相似。
  • CHEN Rui,AN Shijia,WEI Haiqiao,SHAO Aifang,ZHOU Lei,SHU Gequn
    摘要:
    确定了柴油喷雾参数,确保该参数下模拟贯穿距与试验数据吻合较好;然后基于验证的喷雾模型,研究了不同喷油角度时涡流对喷雾形态、贯穿距、燃油蒸发质量和液滴平均粒径(SMD)的影响,以及不同燃油温度和环境温度在涡流作用下对柴油喷雾贯穿距、蒸发质量和液滴平均粒径(SMD)的影响;最终得出优化喷雾特性的策略。结果表明:涡流方向与喷雾方向相反或垂直时,涡流作用可以抑制喷雾轴向贯穿距发展;涡流与喷雾相切时,涡流可以促进喷雾轴向贯穿。涡流能够增强液滴与环境气体的相互作用,增加燃油蒸发质量,降低液滴平均直径。在涡流作用下不同燃油温度和环境温度对燃油贯穿距影响不大,提高两者可以使蒸发质量增加,两者对液滴平均直径的作用不同:燃油温度提高,喷油过程中SMD的峰值增加,最终SMD变化不大;环境温度提高,SMD的峰值和最终值都下降。当400 K燃油以涡流切向喷射到温度为900K的环境气体中时,能够实现最优的雾化特性。
  • WANG Jun, JIN Yi, ZHANG Youtong
    2018,39(3):16-22 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.003
    摘要:
    为说明高压流动燃油温度对喷油量的影响,进行了高压共轨系统中燃油温度变化及其影响研究,建立了燃油不同的发热和热交换数学模型,构建了高压泵、共轨管和喷油器的燃油温度模型,运用液压流体仿真软件AMESim构建高压共轨系统燃油热仿真计算模型;结合试验数据,验证了高压共轨系统燃油热模型的有效性,分析了不同燃油初始温度下不同部件出口燃油温度的变化。在高压泵转速分别为400r/min和1600r/min时,高压油泵出口温度增加幅度分别约为4.5℃和23.3℃;在共轨管压力从55MPa增大到140MPa时,共轨管出口的燃油温度仅在35℃~55℃之间变化;在共轨压力为140MPa时,喷孔出口温度变化范围在90℃~110℃之间。燃油温度20℃、40℃时的压力变化较小,燃油温度0℃、60℃时的压力变化较大;在低共轨压力时燃油温度引起的喷油量变化大,高共轨压力时燃油温度引起的喷油量变化小。
  • WANG Qiping,ZHENG Zunqing,WANG Hu,MAO Bin,LIU Jialin
    2018,39(3):23-29 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.004
    摘要:
    在一台多缸重型柴油机上研究了聚甲氧基二甲醚(PODE)替代部分柴油并结合废气再循环(EGR)策略对燃烧和排放的影响。试验结果表明聚甲氧基二甲醚具有较高的十六烷值和含氧量,可以有效地减少缸内的不均匀程度,降低污染物排放。聚甲氧基二甲醚可以提高扩散燃烧速率,缩短燃烧持续期,有利于热效率的提高。优化燃油喷射策略可以有效提高发动机的热效率和污染物排放。
  • YAO Lei,ZHU Changji,LIU Yu,ZHU Yanxin,JIA Jiangfeng
    2018,39(3):30-35 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.005
    摘要:
    利用GT-Power仿真软件建立某一型号发动机模型,研究点火时刻、转速和减压气门运行参数对发动机燃烧制动性能的影响。研究结果表明:随着点火时刻的提前,发动机制动功率呈线性增加;点火时刻一定时,发动机转速越高制动功率越大,减压气门升程越高制动功率也越大。当转速一定时,每个减压气门升程都对应一个最佳气门提前角使得制动功率的峰值最大,且最佳气门提前角随着气门升程的增大而减小;当升程一定时,每个转速都对应一个最佳气门提前角使得制动功率的峰值最大,且最佳气门提前角随着转速增大而增大。当气门升程为4mm、转速为2400r/min时,最大制动功率可达137kW,可达发动机标定功率的1.7倍。
  • YANG Yongzhong,SHEN Lizhong,BI Yuhua,LEI Jilin,WANG Jun
    2018,39(3):36-44 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.006
    摘要:
    为了研究可变喷嘴涡轮增压(VNT)技术、排气再循环(EGR)技术及大气压力三者共同作用对车用柴油机性能与排放的影响,利用大气压力模拟装置开展了相应的试验研究,基于响应曲面法以响应曲面图的形式分析研究VNT喷嘴环开度、EGR阀开度及大气压力3个参数交互作用对柴油机性能与排放的影响。结果表明:随着大气压力的降低及EGR阀开度的增大,柴油机动力性下降,经济性恶化。当VNT与EGR耦合时,在最大转矩工况,在EGR阀关闭及开度较小时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩呈现增大的趋势,有效燃油消耗率逐渐降低;而在EGR阀开度较大及全开时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩降低,油耗升高。在标定功率工况,无论EGR阀置于何种开度,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩均增大,油耗均降低。随着大气压力的升高,NOx比排放升高,烟度降低。当VNT与EGR耦合时,在不同的运行工况下,NOx比排放与烟度表现出不同的变化趋势。欲获得良好的整机性能,针对不同的运行工况,需要合理匹配VNT喷嘴环开度与EGR阀开度。
  • Contents
  • ZHANG Pengchao,SONG Chonglin,WU Zhaoyang,LÜ Gang
    2018,39(3):45-52 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.007
    摘要:
    在一台高压共轨柴油机上,研究了用于颗粒捕集器(DPF)再生的缸内远后喷策略对发动机排放、油耗率及柴油机氧化型催化器(DOC)升温特性的影响。结果表明,碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放浓度均随后喷油量的增加而升高,HC排放浓度随着后喷定时的延迟先升高后稳定,而CO排放浓度则先升高后降低;氮氧化物(NOx)和碳烟排放均随后喷定时的延迟呈现先降低后升高的趋势,远后喷的引入使NOx排放降低了9.8%~24.0%,NOx排放浓度随后喷油量的增加而降低,而碳烟排放浓度在后喷定时小于70°时随后喷油量的增加而降低,在70°后则相反;后喷油量为14、17mg,而后喷定时在上止点后80°~140°范围的远后喷工况下,DOC后排气温度均可达到DPF主动再生温度600℃;DOC能量利用率随后喷油量的增加而升高,随后喷定时的延迟先升高后保持稳定,后喷定时在80°~140°范围内的DOC能量利用率保持在62.73%~75.75%之间,且在上止点后100°时刻达到最大能量利用率。研究结果为缸内远后喷DPF再生及其控制策略的发展提供了有价值的理论依据。
  • MENG Zhongwei,CHEN Chao,QIN Yuan,JIN Zhaoxiang,WANG Gang,FANG Jia
    2018,39(3):53-57 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.008
    摘要:
    基于柴油机颗粒捕集器外加热源再生性能测试台架,对比研究了钛酸铝和碳化硅材料对柴油机颗粒捕集器(DPF)和催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)再生性能的影响规律。试验结果表明:随着来流温度的增加,不同材料载体的最高温度和最大温度梯度先缓慢增加后迅速增加,而再生效率逐渐呈线性增大,再生温度的陡增不能直接使再生效率陡增;在炭黑剧烈再生时,钛酸铝材料的最高温度和最大温度梯度远高于碳化硅材料载体;压降随来流温度、炭黑担载量的增加而增大,压降大小与材料孔隙率、孔径及载体本身的结构有关。
  • Contents
  • ZHENG Wei,BAI Minli,HU Chengzhi,LÜ Jizu
    2018,39(3):58-65 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.009
    摘要:
    利用分散法制备了不同质量分数的纳米SiO2润滑油,并考察其悬浮稳定性。通过四球摩擦磨损试验机对纳米润滑油进行极压试验和长摩试验,以此来模拟活塞靠近上止点附近时气缸套-活塞环摩擦副处于混合润滑的状态,以及活塞远离上止点时气缸套-活塞环摩擦副处于流体动压润滑的状态,分别考察纳米润滑油的极压性能和减摩性能;采用对置往复摩擦磨损试验机模拟内燃机上止点附近气缸套-活塞环的工作环境,以真实内燃机气缸套-活塞环材料作为摩擦副,进一步考察纳米SiO2润滑油在变工况条件下(变温度、变速度、变载荷)的润滑摩擦性能,利用场发射扫描电镜FE-SEM观测了气缸套磨损表面的形貌,并分析纳米SiO2润滑油改善润滑摩擦的机理。试验结果表明:应用纳米SiO2添加剂可以显著提高基础油在混合润滑状态时的抗磨能力及在流体动压润滑状态时的减摩效果,在最佳添加浓度下,磨斑直径和平均摩擦系数分别下降了51.9%、46.7%;在上止点附近,气缸套-活塞环摩擦副的润滑状态为混合润滑,纳米SiO2粒子的添加可以显著提高润滑油的抗磨减摩性能,在高温、低速、重载条件下摩擦系数分别下降10.5%、10.3%、5.9%;纳米SiO2粒子在摩擦过程中在摩擦副表面起到“滚珠轴承”和抛光的复合作用。
  • GAO Ji,WANG Tie,ZHANG Ruiliang,SUN Dandan,QIAO Jing,FENG Yizhuo
    2018,39(3):66-71 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.010
    摘要:
    通过CFD-Fluent对排气平板/波纹阻火器内部流场、压力场进行流体数值模拟。结果表明,对于降低排气背压,波纹阻火器效果优于平板阻火器,且能保证防爆效果。对防爆柴油机排气防爆系统进行台架试验,分析了TY4100QFB型防爆柴油机加装相等废气流通面积、不同规格平板/波纹阻火器时,外特性下不同转速排气背压对柴油机动力性、经济性和排放的影响规律。试验结果表明,波纹阻火器因其较大的空隙率对于降低排气阻力,优化燃烧,降低CO、NOx、PM排放效果显著,CO、NOx、PM平均降幅分别为8.5%、4.6%、11.45%,转矩、燃油消耗无显著变化。同时波纹阻火器有利于减小设计尺寸,降低质量。
  • HUANG Rong,WANG Qian,BAI Jin,YU Lili,ZHAO Yan,WU Licheng
    2018,39(3):72-80 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.011
    摘要:
    基于微自由活塞动力装置(micro-free piston engine, Micro-FPE)的单次压燃过程,建立考虑自由活塞与燃烧室壁面泄漏间隙的物理数值模型;比较试验与模拟结果,验证泄漏间隙模型的正确性。在此基础上通过数值计算,研究分析泄漏间隙对Micro-FPE做功能力的影响。数值模拟结果表明:与无泄漏间隙比较,合适的泄漏间隙能够提升Micro-FPE的做功能力;存在某一个特定的泄漏间隙能使Micro-FPE的做功达到最大值。针对输出功率为100W的Micro-FPE直径3mm的微小燃烧室,在文中的计算条件下,当径向间隙为2 μm时,Micro-FPE的指示功高于无泄漏间隙情况;但当径向间隙进一步增加,Micro-FPE燃烧压力升高率减小,做功能力下降;存在临界径向间隙δcrit,大于该临界径向间隙值时Micro-FPE无法着火燃烧及对外做功。
  • Contents
  • JIN Jiangshan,DONG Xiaolu,QIN Ciwei,SANG Xiaolin
    2018,39(3):81-87 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.012
    摘要:
    基于船用柴油机高压共轨系统工作原理分析限流阀失效模式,利用AMESim液力仿真平台搭建共轨系统模型,通过仿真分析得出限流阀在3种典型故障模式下的故障特征。建立概率神经网络对限流阀故障进行诊断,结合试验与仿真数据完成网络训练和验证。结果表明:采用概率神经网络可有效地实现限流阀故障诊断。
  • LIU Junjie,MA Junjun,PANG Ming,ZHU Xiaohui
    2018,39(3):88-92 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.013
    摘要:
    为了在抑制内燃机增压器喘振的同时达到降低增压器硬件质量与成本的目的,开发了一套基于取消进气旁通阀增压器硬件,通过控制节气门关闭速度抑制喘振的发动机控制策略,并在实车上进行了试验验证,对比了“统一节气门关闭速度”与“优化节气门关闭速度”控制策略对喘振的抑制效果。研究结果表明:取消进气旁通阀,通过优化发动机控制策略,可以有效抑制增压器喘振。
    Contents
  • LAI Zheyuan, LI Tie, ZHOU Xinyi, WANG Bin
    摘要:
    基于相似理论,从基本控制方程出发,推导并分析了柴油机喷雾燃烧过程中重要的无量纲数,阐明了不同尺寸柴油机扩散燃烧过程、预混燃烧过程及喷雾过程存在相似性的理论依据。在满足几何相似的前提下,阐明了试验设计时实现不同尺寸柴油机燃烧相似的转速、喷油压力、喷油持续期等运行参数需满足的条件。当柴油机预混合燃烧过程不能被忽略时,应维持大、小柴油机转速相同以实现燃烧相似。
  • CHEN Rui,AN Shijia,WEI Haiqiao,SHAO Aifang,ZHOU Lei,SHU Gequn
    摘要:
    确定了柴油喷雾参数,确保该参数下模拟贯穿距与试验数据吻合较好;然后基于验证的喷雾模型,研究了不同喷油角度时涡流对喷雾形态、贯穿距、燃油蒸发质量和液滴平均粒径(SMD)的影响,以及不同燃油温度和环境温度在涡流作用下对柴油喷雾贯穿距、蒸发质量和液滴平均粒径(SMD)的影响;最终得出优化喷雾特性的策略。结果表明:涡流方向与喷雾方向相反或垂直时,涡流作用可以抑制喷雾轴向贯穿距发展;涡流与喷雾相切时,涡流可以促进喷雾轴向贯穿。涡流能够增强液滴与环境气体的相互作用,增加燃油蒸发质量,降低液滴平均直径。在涡流作用下不同燃油温度和环境温度对燃油贯穿距影响不大,提高两者可以使蒸发质量增加,两者对液滴平均直径的作用不同:燃油温度提高,喷油过程中SMD的峰值增加,最终SMD变化不大;环境温度提高,SMD的峰值和最终值都下降。当400 K燃油以涡流切向喷射到温度为900K的环境气体中时,能够实现最优的雾化特性。
  • WANG Jun, JIN Yi, ZHANG Youtong
    2018,39(3):16-22 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.003
    摘要:
    为说明高压流动燃油温度对喷油量的影响,进行了高压共轨系统中燃油温度变化及其影响研究,建立了燃油不同的发热和热交换数学模型,构建了高压泵、共轨管和喷油器的燃油温度模型,运用液压流体仿真软件AMESim构建高压共轨系统燃油热仿真计算模型;结合试验数据,验证了高压共轨系统燃油热模型的有效性,分析了不同燃油初始温度下不同部件出口燃油温度的变化。在高压泵转速分别为400r/min和1600r/min时,高压油泵出口温度增加幅度分别约为4.5℃和23.3℃;在共轨管压力从55MPa增大到140MPa时,共轨管出口的燃油温度仅在35℃~55℃之间变化;在共轨压力为140MPa时,喷孔出口温度变化范围在90℃~110℃之间。燃油温度20℃、40℃时的压力变化较小,燃油温度0℃、60℃时的压力变化较大;在低共轨压力时燃油温度引起的喷油量变化大,高共轨压力时燃油温度引起的喷油量变化小。
  • WANG Qiping,ZHENG Zunqing,WANG Hu,MAO Bin,LIU Jialin
    2018,39(3):23-29 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.004
    摘要:
    在一台多缸重型柴油机上研究了聚甲氧基二甲醚(PODE)替代部分柴油并结合废气再循环(EGR)策略对燃烧和排放的影响。试验结果表明聚甲氧基二甲醚具有较高的十六烷值和含氧量,可以有效地减少缸内的不均匀程度,降低污染物排放。聚甲氧基二甲醚可以提高扩散燃烧速率,缩短燃烧持续期,有利于热效率的提高。优化燃油喷射策略可以有效提高发动机的热效率和污染物排放。
  • YAO Lei,ZHU Changji,LIU Yu,ZHU Yanxin,JIA Jiangfeng
    2018,39(3):30-35 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.005
    摘要:
    利用GT-Power仿真软件建立某一型号发动机模型,研究点火时刻、转速和减压气门运行参数对发动机燃烧制动性能的影响。研究结果表明:随着点火时刻的提前,发动机制动功率呈线性增加;点火时刻一定时,发动机转速越高制动功率越大,减压气门升程越高制动功率也越大。当转速一定时,每个减压气门升程都对应一个最佳气门提前角使得制动功率的峰值最大,且最佳气门提前角随着气门升程的增大而减小;当升程一定时,每个转速都对应一个最佳气门提前角使得制动功率的峰值最大,且最佳气门提前角随着转速增大而增大。当气门升程为4mm、转速为2400r/min时,最大制动功率可达137kW,可达发动机标定功率的1.7倍。
  • YANG Yongzhong,SHEN Lizhong,BI Yuhua,LEI Jilin,WANG Jun
    2018,39(3):36-44 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.006
    摘要:
    为了研究可变喷嘴涡轮增压(VNT)技术、排气再循环(EGR)技术及大气压力三者共同作用对车用柴油机性能与排放的影响,利用大气压力模拟装置开展了相应的试验研究,基于响应曲面法以响应曲面图的形式分析研究VNT喷嘴环开度、EGR阀开度及大气压力3个参数交互作用对柴油机性能与排放的影响。结果表明:随着大气压力的降低及EGR阀开度的增大,柴油机动力性下降,经济性恶化。当VNT与EGR耦合时,在最大转矩工况,在EGR阀关闭及开度较小时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩呈现增大的趋势,有效燃油消耗率逐渐降低;而在EGR阀开度较大及全开时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩降低,油耗升高。在标定功率工况,无论EGR阀置于何种开度,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩均增大,油耗均降低。随着大气压力的升高,NOx比排放升高,烟度降低。当VNT与EGR耦合时,在不同的运行工况下,NOx比排放与烟度表现出不同的变化趋势。欲获得良好的整机性能,针对不同的运行工况,需要合理匹配VNT喷嘴环开度与EGR阀开度。
  • Contents
  • ZHANG Pengchao,SONG Chonglin,WU Zhaoyang,LÜ Gang
    2018,39(3):45-52 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.007
    摘要:
    在一台高压共轨柴油机上,研究了用于颗粒捕集器(DPF)再生的缸内远后喷策略对发动机排放、油耗率及柴油机氧化型催化器(DOC)升温特性的影响。结果表明,碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放浓度均随后喷油量的增加而升高,HC排放浓度随着后喷定时的延迟先升高后稳定,而CO排放浓度则先升高后降低;氮氧化物(NOx)和碳烟排放均随后喷定时的延迟呈现先降低后升高的趋势,远后喷的引入使NOx排放降低了9.8%~24.0%,NOx排放浓度随后喷油量的增加而降低,而碳烟排放浓度在后喷定时小于70°时随后喷油量的增加而降低,在70°后则相反;后喷油量为14、17mg,而后喷定时在上止点后80°~140°范围的远后喷工况下,DOC后排气温度均可达到DPF主动再生温度600℃;DOC能量利用率随后喷油量的增加而升高,随后喷定时的延迟先升高后保持稳定,后喷定时在80°~140°范围内的DOC能量利用率保持在62.73%~75.75%之间,且在上止点后100°时刻达到最大能量利用率。研究结果为缸内远后喷DPF再生及其控制策略的发展提供了有价值的理论依据。
  • MENG Zhongwei,CHEN Chao,QIN Yuan,JIN Zhaoxiang,WANG Gang,FANG Jia
    2018,39(3):53-57 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.008
    摘要:
    基于柴油机颗粒捕集器外加热源再生性能测试台架,对比研究了钛酸铝和碳化硅材料对柴油机颗粒捕集器(DPF)和催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)再生性能的影响规律。试验结果表明:随着来流温度的增加,不同材料载体的最高温度和最大温度梯度先缓慢增加后迅速增加,而再生效率逐渐呈线性增大,再生温度的陡增不能直接使再生效率陡增;在炭黑剧烈再生时,钛酸铝材料的最高温度和最大温度梯度远高于碳化硅材料载体;压降随来流温度、炭黑担载量的增加而增大,压降大小与材料孔隙率、孔径及载体本身的结构有关。
  • Contents
  • ZHENG Wei,BAI Minli,HU Chengzhi,LÜ Jizu
    2018,39(3):58-65 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.009
    摘要:
    利用分散法制备了不同质量分数的纳米SiO2润滑油,并考察其悬浮稳定性。通过四球摩擦磨损试验机对纳米润滑油进行极压试验和长摩试验,以此来模拟活塞靠近上止点附近时气缸套-活塞环摩擦副处于混合润滑的状态,以及活塞远离上止点时气缸套-活塞环摩擦副处于流体动压润滑的状态,分别考察纳米润滑油的极压性能和减摩性能;采用对置往复摩擦磨损试验机模拟内燃机上止点附近气缸套-活塞环的工作环境,以真实内燃机气缸套-活塞环材料作为摩擦副,进一步考察纳米SiO2润滑油在变工况条件下(变温度、变速度、变载荷)的润滑摩擦性能,利用场发射扫描电镜FE-SEM观测了气缸套磨损表面的形貌,并分析纳米SiO2润滑油改善润滑摩擦的机理。试验结果表明:应用纳米SiO2添加剂可以显著提高基础油在混合润滑状态时的抗磨能力及在流体动压润滑状态时的减摩效果,在最佳添加浓度下,磨斑直径和平均摩擦系数分别下降了51.9%、46.7%;在上止点附近,气缸套-活塞环摩擦副的润滑状态为混合润滑,纳米SiO2粒子的添加可以显著提高润滑油的抗磨减摩性能,在高温、低速、重载条件下摩擦系数分别下降10.5%、10.3%、5.9%;纳米SiO2粒子在摩擦过程中在摩擦副表面起到“滚珠轴承”和抛光的复合作用。
  • GAO Ji,WANG Tie,ZHANG Ruiliang,SUN Dandan,QIAO Jing,FENG Yizhuo
    2018,39(3):66-71 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.010
    摘要:
    通过CFD-Fluent对排气平板/波纹阻火器内部流场、压力场进行流体数值模拟。结果表明,对于降低排气背压,波纹阻火器效果优于平板阻火器,且能保证防爆效果。对防爆柴油机排气防爆系统进行台架试验,分析了TY4100QFB型防爆柴油机加装相等废气流通面积、不同规格平板/波纹阻火器时,外特性下不同转速排气背压对柴油机动力性、经济性和排放的影响规律。试验结果表明,波纹阻火器因其较大的空隙率对于降低排气阻力,优化燃烧,降低CO、NOx、PM排放效果显著,CO、NOx、PM平均降幅分别为8.5%、4.6%、11.45%,转矩、燃油消耗无显著变化。同时波纹阻火器有利于减小设计尺寸,降低质量。
  • HUANG Rong,WANG Qian,BAI Jin,YU Lili,ZHAO Yan,WU Licheng
    2018,39(3):72-80 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.011
    摘要:
    基于微自由活塞动力装置(micro-free piston engine, Micro-FPE)的单次压燃过程,建立考虑自由活塞与燃烧室壁面泄漏间隙的物理数值模型;比较试验与模拟结果,验证泄漏间隙模型的正确性。在此基础上通过数值计算,研究分析泄漏间隙对Micro-FPE做功能力的影响。数值模拟结果表明:与无泄漏间隙比较,合适的泄漏间隙能够提升Micro-FPE的做功能力;存在某一个特定的泄漏间隙能使Micro-FPE的做功达到最大值。针对输出功率为100W的Micro-FPE直径3mm的微小燃烧室,在文中的计算条件下,当径向间隙为2 μm时,Micro-FPE的指示功高于无泄漏间隙情况;但当径向间隙进一步增加,Micro-FPE燃烧压力升高率减小,做功能力下降;存在临界径向间隙δcrit,大于该临界径向间隙值时Micro-FPE无法着火燃烧及对外做功。
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  • JIN Jiangshan,DONG Xiaolu,QIN Ciwei,SANG Xiaolin
    2018,39(3):81-87 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.012
    摘要:
    基于船用柴油机高压共轨系统工作原理分析限流阀失效模式,利用AMESim液力仿真平台搭建共轨系统模型,通过仿真分析得出限流阀在3种典型故障模式下的故障特征。建立概率神经网络对限流阀故障进行诊断,结合试验与仿真数据完成网络训练和验证。结果表明:采用概率神经网络可有效地实现限流阀故障诊断。
  • LIU Junjie,MA Junjun,PANG Ming,ZHU Xiaohui
    2018,39(3):88-92 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.013
    摘要:
    为了在抑制内燃机增压器喘振的同时达到降低增压器硬件质量与成本的目的,开发了一套基于取消进气旁通阀增压器硬件,通过控制节气门关闭速度抑制喘振的发动机控制策略,并在实车上进行了试验验证,对比了“统一节气门关闭速度”与“优化节气门关闭速度”控制策略对喘振的抑制效果。研究结果表明:取消进气旁通阀,通过优化发动机控制策略,可以有效抑制增压器喘振。
    Contents
  • LAI Zheyuan, LI Tie, ZHOU Xinyi, WANG Bin
    摘要:
    基于相似理论,从基本控制方程出发,推导并分析了柴油机喷雾燃烧过程中重要的无量纲数,阐明了不同尺寸柴油机扩散燃烧过程、预混燃烧过程及喷雾过程存在相似性的理论依据。在满足几何相似的前提下,阐明了试验设计时实现不同尺寸柴油机燃烧相似的转速、喷油压力、喷油持续期等运行参数需满足的条件。当柴油机预混合燃烧过程不能被忽略时,应维持大、小柴油机转速相同以实现燃烧相似。
  • CHEN Rui,AN Shijia,WEI Haiqiao,SHAO Aifang,ZHOU Lei,SHU Gequn
    摘要:
    确定了柴油喷雾参数,确保该参数下模拟贯穿距与试验数据吻合较好;然后基于验证的喷雾模型,研究了不同喷油角度时涡流对喷雾形态、贯穿距、燃油蒸发质量和液滴平均粒径(SMD)的影响,以及不同燃油温度和环境温度在涡流作用下对柴油喷雾贯穿距、蒸发质量和液滴平均粒径(SMD)的影响;最终得出优化喷雾特性的策略。结果表明:涡流方向与喷雾方向相反或垂直时,涡流作用可以抑制喷雾轴向贯穿距发展;涡流与喷雾相切时,涡流可以促进喷雾轴向贯穿。涡流能够增强液滴与环境气体的相互作用,增加燃油蒸发质量,降低液滴平均直径。在涡流作用下不同燃油温度和环境温度对燃油贯穿距影响不大,提高两者可以使蒸发质量增加,两者对液滴平均直径的作用不同:燃油温度提高,喷油过程中SMD的峰值增加,最终SMD变化不大;环境温度提高,SMD的峰值和最终值都下降。当400 K燃油以涡流切向喷射到温度为900K的环境气体中时,能够实现最优的雾化特性。
  • WANG Jun, JIN Yi, ZHANG Youtong
    2018,39(3):16-22 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.003
    摘要:
    为说明高压流动燃油温度对喷油量的影响,进行了高压共轨系统中燃油温度变化及其影响研究,建立了燃油不同的发热和热交换数学模型,构建了高压泵、共轨管和喷油器的燃油温度模型,运用液压流体仿真软件AMESim构建高压共轨系统燃油热仿真计算模型;结合试验数据,验证了高压共轨系统燃油热模型的有效性,分析了不同燃油初始温度下不同部件出口燃油温度的变化。在高压泵转速分别为400r/min和1600r/min时,高压油泵出口温度增加幅度分别约为4.5℃和23.3℃;在共轨管压力从55MPa增大到140MPa时,共轨管出口的燃油温度仅在35℃~55℃之间变化;在共轨压力为140MPa时,喷孔出口温度变化范围在90℃~110℃之间。燃油温度20℃、40℃时的压力变化较小,燃油温度0℃、60℃时的压力变化较大;在低共轨压力时燃油温度引起的喷油量变化大,高共轨压力时燃油温度引起的喷油量变化小。
  • WANG Qiping,ZHENG Zunqing,WANG Hu,MAO Bin,LIU Jialin
    2018,39(3):23-29 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.004
    摘要:
    在一台多缸重型柴油机上研究了聚甲氧基二甲醚(PODE)替代部分柴油并结合废气再循环(EGR)策略对燃烧和排放的影响。试验结果表明聚甲氧基二甲醚具有较高的十六烷值和含氧量,可以有效地减少缸内的不均匀程度,降低污染物排放。聚甲氧基二甲醚可以提高扩散燃烧速率,缩短燃烧持续期,有利于热效率的提高。优化燃油喷射策略可以有效提高发动机的热效率和污染物排放。
  • YAO Lei,ZHU Changji,LIU Yu,ZHU Yanxin,JIA Jiangfeng
    2018,39(3):30-35 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.005
    摘要:
    利用GT-Power仿真软件建立某一型号发动机模型,研究点火时刻、转速和减压气门运行参数对发动机燃烧制动性能的影响。研究结果表明:随着点火时刻的提前,发动机制动功率呈线性增加;点火时刻一定时,发动机转速越高制动功率越大,减压气门升程越高制动功率也越大。当转速一定时,每个减压气门升程都对应一个最佳气门提前角使得制动功率的峰值最大,且最佳气门提前角随着气门升程的增大而减小;当升程一定时,每个转速都对应一个最佳气门提前角使得制动功率的峰值最大,且最佳气门提前角随着转速增大而增大。当气门升程为4mm、转速为2400r/min时,最大制动功率可达137kW,可达发动机标定功率的1.7倍。
  • YANG Yongzhong,SHEN Lizhong,BI Yuhua,LEI Jilin,WANG Jun
    2018,39(3):36-44 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.006
    摘要:
    为了研究可变喷嘴涡轮增压(VNT)技术、排气再循环(EGR)技术及大气压力三者共同作用对车用柴油机性能与排放的影响,利用大气压力模拟装置开展了相应的试验研究,基于响应曲面法以响应曲面图的形式分析研究VNT喷嘴环开度、EGR阀开度及大气压力3个参数交互作用对柴油机性能与排放的影响。结果表明:随着大气压力的降低及EGR阀开度的增大,柴油机动力性下降,经济性恶化。当VNT与EGR耦合时,在最大转矩工况,在EGR阀关闭及开度较小时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩呈现增大的趋势,有效燃油消耗率逐渐降低;而在EGR阀开度较大及全开时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩降低,油耗升高。在标定功率工况,无论EGR阀置于何种开度,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩均增大,油耗均降低。随着大气压力的升高,NOx比排放升高,烟度降低。当VNT与EGR耦合时,在不同的运行工况下,NOx比排放与烟度表现出不同的变化趋势。欲获得良好的整机性能,针对不同的运行工况,需要合理匹配VNT喷嘴环开度与EGR阀开度。
  • Contents
  • ZHANG Pengchao,SONG Chonglin,WU Zhaoyang,LÜ Gang
    2018,39(3):45-52 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.007
    摘要:
    在一台高压共轨柴油机上,研究了用于颗粒捕集器(DPF)再生的缸内远后喷策略对发动机排放、油耗率及柴油机氧化型催化器(DOC)升温特性的影响。结果表明,碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放浓度均随后喷油量的增加而升高,HC排放浓度随着后喷定时的延迟先升高后稳定,而CO排放浓度则先升高后降低;氮氧化物(NOx)和碳烟排放均随后喷定时的延迟呈现先降低后升高的趋势,远后喷的引入使NOx排放降低了9.8%~24.0%,NOx排放浓度随后喷油量的增加而降低,而碳烟排放浓度在后喷定时小于70°时随后喷油量的增加而降低,在70°后则相反;后喷油量为14、17mg,而后喷定时在上止点后80°~140°范围的远后喷工况下,DOC后排气温度均可达到DPF主动再生温度600℃;DOC能量利用率随后喷油量的增加而升高,随后喷定时的延迟先升高后保持稳定,后喷定时在80°~140°范围内的DOC能量利用率保持在62.73%~75.75%之间,且在上止点后100°时刻达到最大能量利用率。研究结果为缸内远后喷DPF再生及其控制策略的发展提供了有价值的理论依据。
  • MENG Zhongwei,CHEN Chao,QIN Yuan,JIN Zhaoxiang,WANG Gang,FANG Jia
    2018,39(3):53-57 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.008
    摘要:
    基于柴油机颗粒捕集器外加热源再生性能测试台架,对比研究了钛酸铝和碳化硅材料对柴油机颗粒捕集器(DPF)和催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)再生性能的影响规律。试验结果表明:随着来流温度的增加,不同材料载体的最高温度和最大温度梯度先缓慢增加后迅速增加,而再生效率逐渐呈线性增大,再生温度的陡增不能直接使再生效率陡增;在炭黑剧烈再生时,钛酸铝材料的最高温度和最大温度梯度远高于碳化硅材料载体;压降随来流温度、炭黑担载量的增加而增大,压降大小与材料孔隙率、孔径及载体本身的结构有关。
  • Contents
  • ZHENG Wei,BAI Minli,HU Chengzhi,LÜ Jizu
    2018,39(3):58-65 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.009
    摘要:
    利用分散法制备了不同质量分数的纳米SiO2润滑油,并考察其悬浮稳定性。通过四球摩擦磨损试验机对纳米润滑油进行极压试验和长摩试验,以此来模拟活塞靠近上止点附近时气缸套-活塞环摩擦副处于混合润滑的状态,以及活塞远离上止点时气缸套-活塞环摩擦副处于流体动压润滑的状态,分别考察纳米润滑油的极压性能和减摩性能;采用对置往复摩擦磨损试验机模拟内燃机上止点附近气缸套-活塞环的工作环境,以真实内燃机气缸套-活塞环材料作为摩擦副,进一步考察纳米SiO2润滑油在变工况条件下(变温度、变速度、变载荷)的润滑摩擦性能,利用场发射扫描电镜FE-SEM观测了气缸套磨损表面的形貌,并分析纳米SiO2润滑油改善润滑摩擦的机理。试验结果表明:应用纳米SiO2添加剂可以显著提高基础油在混合润滑状态时的抗磨能力及在流体动压润滑状态时的减摩效果,在最佳添加浓度下,磨斑直径和平均摩擦系数分别下降了51.9%、46.7%;在上止点附近,气缸套-活塞环摩擦副的润滑状态为混合润滑,纳米SiO2粒子的添加可以显著提高润滑油的抗磨减摩性能,在高温、低速、重载条件下摩擦系数分别下降10.5%、10.3%、5.9%;纳米SiO2粒子在摩擦过程中在摩擦副表面起到“滚珠轴承”和抛光的复合作用。
  • GAO Ji,WANG Tie,ZHANG Ruiliang,SUN Dandan,QIAO Jing,FENG Yizhuo
    2018,39(3):66-71 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.010
    摘要:
    通过CFD-Fluent对排气平板/波纹阻火器内部流场、压力场进行流体数值模拟。结果表明,对于降低排气背压,波纹阻火器效果优于平板阻火器,且能保证防爆效果。对防爆柴油机排气防爆系统进行台架试验,分析了TY4100QFB型防爆柴油机加装相等废气流通面积、不同规格平板/波纹阻火器时,外特性下不同转速排气背压对柴油机动力性、经济性和排放的影响规律。试验结果表明,波纹阻火器因其较大的空隙率对于降低排气阻力,优化燃烧,降低CO、NOx、PM排放效果显著,CO、NOx、PM平均降幅分别为8.5%、4.6%、11.45%,转矩、燃油消耗无显著变化。同时波纹阻火器有利于减小设计尺寸,降低质量。
  • HUANG Rong,WANG Qian,BAI Jin,YU Lili,ZHAO Yan,WU Licheng
    2018,39(3):72-80 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.011
    摘要:
    基于微自由活塞动力装置(micro-free piston engine, Micro-FPE)的单次压燃过程,建立考虑自由活塞与燃烧室壁面泄漏间隙的物理数值模型;比较试验与模拟结果,验证泄漏间隙模型的正确性。在此基础上通过数值计算,研究分析泄漏间隙对Micro-FPE做功能力的影响。数值模拟结果表明:与无泄漏间隙比较,合适的泄漏间隙能够提升Micro-FPE的做功能力;存在某一个特定的泄漏间隙能使Micro-FPE的做功达到最大值。针对输出功率为100W的Micro-FPE直径3mm的微小燃烧室,在文中的计算条件下,当径向间隙为2 μm时,Micro-FPE的指示功高于无泄漏间隙情况;但当径向间隙进一步增加,Micro-FPE燃烧压力升高率减小,做功能力下降;存在临界径向间隙δcrit,大于该临界径向间隙值时Micro-FPE无法着火燃烧及对外做功。
  • Contents
  • JIN Jiangshan,DONG Xiaolu,QIN Ciwei,SANG Xiaolin
    2018,39(3):81-87 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.012
    摘要:
    基于船用柴油机高压共轨系统工作原理分析限流阀失效模式,利用AMESim液力仿真平台搭建共轨系统模型,通过仿真分析得出限流阀在3种典型故障模式下的故障特征。建立概率神经网络对限流阀故障进行诊断,结合试验与仿真数据完成网络训练和验证。结果表明:采用概率神经网络可有效地实现限流阀故障诊断。
  • LIU Junjie,MA Junjun,PANG Ming,ZHU Xiaohui
    2018,39(3):88-92 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2018.03.013
    摘要:
    为了在抑制内燃机增压器喘振的同时达到降低增压器硬件质量与成本的目的,开发了一套基于取消进气旁通阀增压器硬件,通过控制节气门关闭速度抑制喘振的发动机控制策略,并在实车上进行了试验验证,对比了“统一节气门关闭速度”与“优化节气门关闭速度”控制策略对喘振的抑制效果。研究结果表明:取消进气旁通阀,通过优化发动机控制策略,可以有效抑制增压器喘振。