Volume 43,Issue 4,2022 Table of Contents
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  • REN Zhe,LU Kangbo,SUN Tao,YANG Kai,SHI Lei and HAN Dong
    摘要:
    基于一台单缸压燃式发动机,研究了正丁醚(di-n-butyl ether, DnBE)/柴油混合燃料的燃烧与排放特性,并与纯柴油的试验结果进行了对比。分别采用平均指示有效压力(indicated mean effective pressure, IMEP)即发动机负荷0.55 MPa、0.65 MPa、0.75 MPa,废气再循环(exhaust gas recirculation, EGR)率0%、15%、30%,喷油正时上止点后-15°、-10°、-5°、0°及正丁醚掺混体积比20%、40%,综合评估了正丁醚/柴油混合燃料在不同发动机运行工况下的特性。台架试验结果表明:相比于纯柴油,正丁醚的添加使得缸内压力上升相位及放热开始时刻提前,并且在30% EGR率工况下更加明显。在所有测试工况下,正丁醚/柴油混合燃料的预混燃烧比例均小于纯柴油,且第一阶段放热率峰值更低。由于十六烷值的差异,40%正丁醚/柴油混合燃料的着火延迟时间与燃烧持续期更短且燃烧重心更早,表明其具有更快的燃烧速率。试验发现大比例正丁醚/柴油混合燃料的燃烧等容度更高,指示热效率高于纯柴油。此外,添加正丁醚后尾气中的NOx与碳烟排放都会降低,而提高EGR率或推迟喷油均能有效减少NOx的生成。综合而言,添加正丁醚可以有效缓解柴油机中NOx排放、碳烟排放与指示热效率之间的权衡关系。
  • ZHENG Zunqing,WANG Mengkai,CHEN Peng,ZHANG Fan and YAO Mingfa
    2022,43(4):12-21 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.002
    摘要:
    在一台由6缸重型柴油机改造而成的单缸试验机上,研究了进气压力及进气温度对低负荷火花辅助汽油压燃的影响。研究结果表明,各进气压力下喷油与点火正时都需保持合理间隔才能实现稳定燃烧,提高进气压力后稳定燃烧的喷油正时范围变窄而点火正时范围略有扩大;随进气压力提高,火焰传播放热速率降低,自燃放热比例增加,最大压升率减小;提高进气压力后指示热效率提高,在35 mg循环油量下,最大指示热效率从自然吸气下的41.8%提高至140 kPa进气压力的44.4%。适当提高进气温度可以提高缸内热氛围和燃烧稳定性,在保持最大指示热效率基本不变的同时拓宽稳定燃烧的喷油正时区域,但高的进气温度加快了火焰传播速度,在点火正时较早时会导致压升率过高。
  • SHI Lei,LEI Yan,LIANG Xiaojie,LIN Chen,WANG Lei,WANG Xiaoyan and ZHOU Dingwu
    2022,43(4):22-30 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.003
    摘要:
    基于定容弹开展了高压天然气(甲烷)射流燃烧光学测试,并分别运用深度学习方法和边缘检测算法进行了图像处理。对比结果表明,由于图像中存在射流、火焰差异大的图像识别目标,边缘检测算法无法较好识别射流和火焰,该算法适合于单一目标的火焰图像处理。深度学习方法可识别射流湍流燃烧火焰轮廓,有效地获得射流湍流燃烧火焰前锋面发展位移及火焰传播速度,该方法适用于多个目标的火焰图像处理。根据深度学习图像处理结果表明:当高压甲烷射流接触预燃球形火焰时,火焰由稳定层流速度(<3 m/s)快速上升,最大火焰传播速度高达300 m/s,形成湍流火焰,火焰沿射流方向快速向前发展,火焰面积增加。随着射流和点火时间间隔的增加,最大火焰传播速度线性下降。
  • CAO Yang,ZHU Qitian,ZHOU Yifan,WEI Zhenhong,LIU Rui and ZHANG Yuyin
    2022,43(4):31-39 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.004
    摘要:
    针对船用天然气发动机预燃室内的混合气形成及射流点火特性进行了研究。基于试验标定和验证的喷雾燃烧模型,对预燃室内的柴油雾化–混合–着火过程进行了仿真计算,获得了混合气形成对点火射流特性的影响规律。结果表明,在同时考虑预燃室内燃油湿壁量与雾化质量时,存在一个最佳喷射压力匹配区间,且在相同喷射压力下采用两段喷射可以减少预燃室的燃油湿壁量;增大预燃室内混合气浓度分层并缩短初始着火点与射流孔的距离,可减小燃料损失,增长放热持续期,提高点火能力。
  • ZHU Guoqiang,QI Kunpeng,WANG Jisong,CHEN Chaofan and ALI Hasni
    2022,43(4):40-47 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.005
    摘要:
    利用GT-Power进行建模,探究独立式与一体式两种电增压方式对米勒循环柴油机性能的影响。仿真结果表明:两种电增压都可以拓宽米勒循环的应用范围,一体式电增压适用于过量空气系数高的工况,独立式电增压适用于过量空气系数低的工况。与高转速大进气量工况相比,低转速小进气量工况使用电增压能获得更好的增压效果。
  • CHEN Daxin,CHEN Tao and QIN Tang
    2022,43(4):48-56 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.006
    摘要:
    利用GT-SUITE软件建立了基于详细机理的发动机模型,用MATLAB/Simulink建立了三相永磁同步电机数学模型及其弱磁控制系统。通过解决跨平台转矩传递及步长协调等问题,建立二者耦合的混合动力车辆瞬态仿真平台。研究了发动机初始喷油转速对起动过程整车能耗、起动时间和平顺性的影响,分析了整车需求功率与经济性初始喷油转速的关系。研究结果表明:发动机倒拖至800 r/min以上开始喷油可以缩短起动时间;冲击度与发动机转矩建立时间呈负相关关系;发动机倒拖起动时最低综合能耗所对应的初始喷油转速与起动时被分配到的需求功率成正比,与固定800 r/min开始喷油的策略相比能耗可降低20%~31%。
  • SONG Enzhe,SONG Tikang,MA Cheng,YAO Chong and LIU Zhaolu
    2022,43(4):57-64 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.007
    摘要:
    为了更好地调节柴油机转速,采用模型参考自适应控制(model reference adaptive control, MRAC)策略扩展的离散时间积分最小控制综合(discrete-time minimum control synthesize integration, DTMCSI)算法,来达到转速动态快速跟踪和闭环控制稳定的效果。将自适应算法在已完成精度验证的柴油机转速模型上进行仿真验证后,与传统的比例积分微分(proportion integration differentiation, PID)控制策略进行比较,并将该算法在快速控制原型系统搭建的试验平台上进行试验验证。试验结果表明该算法具有快速跟踪转速变化和抗干扰能力,控制性能达到国家二级电站标准,可以实际应用。
  • ZHENG Yuhang,TANG Qingru,AN Siqi and CHEN Sicheng
    2022,43(4):65-73 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.008
    摘要:
    针对活塞发动机应用到油电混合动力无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)系统中燃油经济性的不确定性,基于Arduino平台开发了一套轻微型无人机活塞发动机测控试验台,给出了试验台总体设计方案,介绍了测控系统的总体架构和功能。基于多元线性回归数据处理方法,对测控试验台采集到的数据进行处理,在MATLAB中将发动机等燃油消耗率曲线和等功率曲线拟合成三维模型,获得了活塞发动机万有特性曲线,在此基础上建立了活塞发动机稳态模型。此外,采用实验建模法在Simulink软件中建立了轻微型无人机活塞发动机动态模型,通过模型数据与实物数据进行对比,验证了建模方法的有效性。结果表明,测控试验台具有较高的稳定性与良好的精度,所建立的活塞发动机数值模型能够较好地表征发动机稳态与动态响应过程,该建模方法能够寻找到轻微型无人机活塞发动机工作高效区间。
  • HU Chunming,YAN Dingyang,LIU Na and SONG Xijuan
    2022,43(4):74-83 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.009
    摘要:
    针对固定飞行任务的油电混合动力无人机,降低混合动力系统瞬时燃油消耗率,增加续航里程的工作需求,设计了可以应用于固定飞行任务油电混合动力无人机的不同能量管理策略,主要包括固定规则、模糊逻辑和动态规划算法的能量管理策略。根据油电混合动力无人机动力源特性,通过理论和试验建模相结合的方法,在MATLAB中建立油电混合动力系统的数学模型、飞行任务相对应的仿真工况及不同能量管理策略的控制程序。重点对比了基于优化的动态规划算法能量管理策略相比固定规则和模糊逻辑策略在燃油经济性和运行稳定性方面的表现。仿真结果表明:动态规划算法策略的累积燃油消耗量相比固定规则、模糊逻辑策略分别下降了4.6%和6.5%,平均瞬时燃油消耗率分别下降了5.1%和5.9%;在应对外部突风扰动时,动态规划能量管理策略的航空发动机最大转速波动相比固定规则的能量管理策略下降了59.7%,应对随机紊流扰动时,动态规划策略航空发动机的最大转速波动相比固定规则和模糊逻辑分别下降了33.9%、25.6%。动态算法作为一种全局最优算法,应用在固定飞行任务的油电混合动力无人机能量管理策略中时,可在提高混合动力系统燃油经济性的同时保证系统运行的稳定性。
  • WANG Zhihong,PANG Bo,ZHANG Yuanjun,DU Hongyun,DONG Menglong and HU Jie
    2022,43(4):84-90 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.010
    摘要:
    应用便携式排放测试系统(portable emission measurement system, PEMS),对3辆不同类型的城市类重型柴油车分别进行实际道路行驶排放测试。试验车辆包括:邮政车、垃圾自卸车、小学专用校车。对于处在不同负荷段的数据进行分类整理,分析车辆在低负荷工况下不同负荷段的CO、NOx、颗粒物数量(particulate number, PN)的排放占比和比排放结果,并结合功基窗口法分析NOx的排放特性。试验结果表明:在低负荷工况时,尤其是负荷率处于0~20%的阶段,CO、NOx、PN的排放量占比分别达到72%~86%、60%~87%、52%~88%,且CO、NOx、PN在低负荷阶段的比排放高于或接近国六排放限值。
  • WANG Pei,XU Chao,ZHAO Wensheng and FAN Liyun
    2022,43(4):91-99 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.011
    摘要:
    基于压差—流量特性建立汽油机颗粒捕集器(gasoline particulate filter, GPF)压差模型,提出了以压差测量值—模型值为基础的GPF载体特征因子算法,该特征因子能够准确地表征测压管路连接状态与GPF载体状态;考虑到GPF本身的载体特点、压差传感器测量偏差及GPF出口弯管所带来的流阻,将GPF载体特征因子算法改进为压差梯度修正方式,并通过对全球轻型车测试循环(world-harmonized light-duty vehicle test cycle, WLTC)工况分析得到适宜条件下的诊断窗口。实车验证结果表明,WLTC工况下可以准确诊断GPF移除故障,车载诊断系统(on-board diagnostics system, OBD)GPF监控组在用实际监测频率(in-use performance ratio, IUPR)分子计数器成功增加,且对车辆道路试验结果进行的统计学分析表明诊断阈值的设置满足3σ标准,由此实现了诊断策略准确性与实时性兼顾的需求。
  • WEI Yanfei,GUAN Bin,WU Xingze,LIU Ziqian,LIN He and HUANG Zhen
    2022,43(4):100-108 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.012
    摘要:
    通过离子交换法合成具有优异催化活性的Cu-SSZ-13分子筛催化剂,分别在不同的温度和时长条件下对其进行水热老化处理。比较了数个不同老化条件下的催化剂的NOx催化性能、NH3吸附性能,同时通过Brunauer–Emmett–Teller(BET)方法、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)和H2程序升温还原(temperature programmed reduction, TPR)方法对这些催化剂的孔特性、晶体结构和铜位点的数量分布等进行探究。测试结果发现水热老化会引起催化剂催化活性、催化温度窗口范围的全面下降,并导致气体吸附性能的下降和氧化还原性能的大幅改变。进一步研究发现水热老化引起晶体结构和孔结构的破坏,并导致大量活性位点的转变和流失。制备的Cu-SSZ-13分子筛催化剂总体上具有良好的耐久性,对老化温度的敏感性比老化时间更高。
    目次
  • REN Zhe,LU Kangbo,SUN Tao,YANG Kai,SHI Lei and HAN Dong
    摘要:
    基于一台单缸压燃式发动机,研究了正丁醚(di-n-butyl ether, DnBE)/柴油混合燃料的燃烧与排放特性,并与纯柴油的试验结果进行了对比。分别采用平均指示有效压力(indicated mean effective pressure, IMEP)即发动机负荷0.55 MPa、0.65 MPa、0.75 MPa,废气再循环(exhaust gas recirculation, EGR)率0%、15%、30%,喷油正时上止点后-15°、-10°、-5°、0°及正丁醚掺混体积比20%、40%,综合评估了正丁醚/柴油混合燃料在不同发动机运行工况下的特性。台架试验结果表明:相比于纯柴油,正丁醚的添加使得缸内压力上升相位及放热开始时刻提前,并且在30% EGR率工况下更加明显。在所有测试工况下,正丁醚/柴油混合燃料的预混燃烧比例均小于纯柴油,且第一阶段放热率峰值更低。由于十六烷值的差异,40%正丁醚/柴油混合燃料的着火延迟时间与燃烧持续期更短且燃烧重心更早,表明其具有更快的燃烧速率。试验发现大比例正丁醚/柴油混合燃料的燃烧等容度更高,指示热效率高于纯柴油。此外,添加正丁醚后尾气中的NOx与碳烟排放都会降低,而提高EGR率或推迟喷油均能有效减少NOx的生成。综合而言,添加正丁醚可以有效缓解柴油机中NOx排放、碳烟排放与指示热效率之间的权衡关系。
  • ZHENG Zunqing,WANG Mengkai,CHEN Peng,ZHANG Fan and YAO Mingfa
    2022,43(4):12-21 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.002
    摘要:
    在一台由6缸重型柴油机改造而成的单缸试验机上,研究了进气压力及进气温度对低负荷火花辅助汽油压燃的影响。研究结果表明,各进气压力下喷油与点火正时都需保持合理间隔才能实现稳定燃烧,提高进气压力后稳定燃烧的喷油正时范围变窄而点火正时范围略有扩大;随进气压力提高,火焰传播放热速率降低,自燃放热比例增加,最大压升率减小;提高进气压力后指示热效率提高,在35 mg循环油量下,最大指示热效率从自然吸气下的41.8%提高至140 kPa进气压力的44.4%。适当提高进气温度可以提高缸内热氛围和燃烧稳定性,在保持最大指示热效率基本不变的同时拓宽稳定燃烧的喷油正时区域,但高的进气温度加快了火焰传播速度,在点火正时较早时会导致压升率过高。
  • SHI Lei,LEI Yan,LIANG Xiaojie,LIN Chen,WANG Lei,WANG Xiaoyan and ZHOU Dingwu
    2022,43(4):22-30 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.003
    摘要:
    基于定容弹开展了高压天然气(甲烷)射流燃烧光学测试,并分别运用深度学习方法和边缘检测算法进行了图像处理。对比结果表明,由于图像中存在射流、火焰差异大的图像识别目标,边缘检测算法无法较好识别射流和火焰,该算法适合于单一目标的火焰图像处理。深度学习方法可识别射流湍流燃烧火焰轮廓,有效地获得射流湍流燃烧火焰前锋面发展位移及火焰传播速度,该方法适用于多个目标的火焰图像处理。根据深度学习图像处理结果表明:当高压甲烷射流接触预燃球形火焰时,火焰由稳定层流速度(<3 m/s)快速上升,最大火焰传播速度高达300 m/s,形成湍流火焰,火焰沿射流方向快速向前发展,火焰面积增加。随着射流和点火时间间隔的增加,最大火焰传播速度线性下降。
  • CAO Yang,ZHU Qitian,ZHOU Yifan,WEI Zhenhong,LIU Rui and ZHANG Yuyin
    2022,43(4):31-39 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.004
    摘要:
    针对船用天然气发动机预燃室内的混合气形成及射流点火特性进行了研究。基于试验标定和验证的喷雾燃烧模型,对预燃室内的柴油雾化–混合–着火过程进行了仿真计算,获得了混合气形成对点火射流特性的影响规律。结果表明,在同时考虑预燃室内燃油湿壁量与雾化质量时,存在一个最佳喷射压力匹配区间,且在相同喷射压力下采用两段喷射可以减少预燃室的燃油湿壁量;增大预燃室内混合气浓度分层并缩短初始着火点与射流孔的距离,可减小燃料损失,增长放热持续期,提高点火能力。
  • ZHU Guoqiang,QI Kunpeng,WANG Jisong,CHEN Chaofan and ALI Hasni
    2022,43(4):40-47 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.005
    摘要:
    利用GT-Power进行建模,探究独立式与一体式两种电增压方式对米勒循环柴油机性能的影响。仿真结果表明:两种电增压都可以拓宽米勒循环的应用范围,一体式电增压适用于过量空气系数高的工况,独立式电增压适用于过量空气系数低的工况。与高转速大进气量工况相比,低转速小进气量工况使用电增压能获得更好的增压效果。
  • CHEN Daxin,CHEN Tao and QIN Tang
    2022,43(4):48-56 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.006
    摘要:
    利用GT-SUITE软件建立了基于详细机理的发动机模型,用MATLAB/Simulink建立了三相永磁同步电机数学模型及其弱磁控制系统。通过解决跨平台转矩传递及步长协调等问题,建立二者耦合的混合动力车辆瞬态仿真平台。研究了发动机初始喷油转速对起动过程整车能耗、起动时间和平顺性的影响,分析了整车需求功率与经济性初始喷油转速的关系。研究结果表明:发动机倒拖至800 r/min以上开始喷油可以缩短起动时间;冲击度与发动机转矩建立时间呈负相关关系;发动机倒拖起动时最低综合能耗所对应的初始喷油转速与起动时被分配到的需求功率成正比,与固定800 r/min开始喷油的策略相比能耗可降低20%~31%。
  • SONG Enzhe,SONG Tikang,MA Cheng,YAO Chong and LIU Zhaolu
    2022,43(4):57-64 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.007
    摘要:
    为了更好地调节柴油机转速,采用模型参考自适应控制(model reference adaptive control, MRAC)策略扩展的离散时间积分最小控制综合(discrete-time minimum control synthesize integration, DTMCSI)算法,来达到转速动态快速跟踪和闭环控制稳定的效果。将自适应算法在已完成精度验证的柴油机转速模型上进行仿真验证后,与传统的比例积分微分(proportion integration differentiation, PID)控制策略进行比较,并将该算法在快速控制原型系统搭建的试验平台上进行试验验证。试验结果表明该算法具有快速跟踪转速变化和抗干扰能力,控制性能达到国家二级电站标准,可以实际应用。
  • ZHENG Yuhang,TANG Qingru,AN Siqi and CHEN Sicheng
    2022,43(4):65-73 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.008
    摘要:
    针对活塞发动机应用到油电混合动力无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)系统中燃油经济性的不确定性,基于Arduino平台开发了一套轻微型无人机活塞发动机测控试验台,给出了试验台总体设计方案,介绍了测控系统的总体架构和功能。基于多元线性回归数据处理方法,对测控试验台采集到的数据进行处理,在MATLAB中将发动机等燃油消耗率曲线和等功率曲线拟合成三维模型,获得了活塞发动机万有特性曲线,在此基础上建立了活塞发动机稳态模型。此外,采用实验建模法在Simulink软件中建立了轻微型无人机活塞发动机动态模型,通过模型数据与实物数据进行对比,验证了建模方法的有效性。结果表明,测控试验台具有较高的稳定性与良好的精度,所建立的活塞发动机数值模型能够较好地表征发动机稳态与动态响应过程,该建模方法能够寻找到轻微型无人机活塞发动机工作高效区间。
  • HU Chunming,YAN Dingyang,LIU Na and SONG Xijuan
    2022,43(4):74-83 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.009
    摘要:
    针对固定飞行任务的油电混合动力无人机,降低混合动力系统瞬时燃油消耗率,增加续航里程的工作需求,设计了可以应用于固定飞行任务油电混合动力无人机的不同能量管理策略,主要包括固定规则、模糊逻辑和动态规划算法的能量管理策略。根据油电混合动力无人机动力源特性,通过理论和试验建模相结合的方法,在MATLAB中建立油电混合动力系统的数学模型、飞行任务相对应的仿真工况及不同能量管理策略的控制程序。重点对比了基于优化的动态规划算法能量管理策略相比固定规则和模糊逻辑策略在燃油经济性和运行稳定性方面的表现。仿真结果表明:动态规划算法策略的累积燃油消耗量相比固定规则、模糊逻辑策略分别下降了4.6%和6.5%,平均瞬时燃油消耗率分别下降了5.1%和5.9%;在应对外部突风扰动时,动态规划能量管理策略的航空发动机最大转速波动相比固定规则的能量管理策略下降了59.7%,应对随机紊流扰动时,动态规划策略航空发动机的最大转速波动相比固定规则和模糊逻辑分别下降了33.9%、25.6%。动态算法作为一种全局最优算法,应用在固定飞行任务的油电混合动力无人机能量管理策略中时,可在提高混合动力系统燃油经济性的同时保证系统运行的稳定性。
  • WANG Zhihong,PANG Bo,ZHANG Yuanjun,DU Hongyun,DONG Menglong and HU Jie
    2022,43(4):84-90 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.010
    摘要:
    应用便携式排放测试系统(portable emission measurement system, PEMS),对3辆不同类型的城市类重型柴油车分别进行实际道路行驶排放测试。试验车辆包括:邮政车、垃圾自卸车、小学专用校车。对于处在不同负荷段的数据进行分类整理,分析车辆在低负荷工况下不同负荷段的CO、NOx、颗粒物数量(particulate number, PN)的排放占比和比排放结果,并结合功基窗口法分析NOx的排放特性。试验结果表明:在低负荷工况时,尤其是负荷率处于0~20%的阶段,CO、NOx、PN的排放量占比分别达到72%~86%、60%~87%、52%~88%,且CO、NOx、PN在低负荷阶段的比排放高于或接近国六排放限值。
  • WANG Pei,XU Chao,ZHAO Wensheng and FAN Liyun
    2022,43(4):91-99 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.011
    摘要:
    基于压差—流量特性建立汽油机颗粒捕集器(gasoline particulate filter, GPF)压差模型,提出了以压差测量值—模型值为基础的GPF载体特征因子算法,该特征因子能够准确地表征测压管路连接状态与GPF载体状态;考虑到GPF本身的载体特点、压差传感器测量偏差及GPF出口弯管所带来的流阻,将GPF载体特征因子算法改进为压差梯度修正方式,并通过对全球轻型车测试循环(world-harmonized light-duty vehicle test cycle, WLTC)工况分析得到适宜条件下的诊断窗口。实车验证结果表明,WLTC工况下可以准确诊断GPF移除故障,车载诊断系统(on-board diagnostics system, OBD)GPF监控组在用实际监测频率(in-use performance ratio, IUPR)分子计数器成功增加,且对车辆道路试验结果进行的统计学分析表明诊断阈值的设置满足3σ标准,由此实现了诊断策略准确性与实时性兼顾的需求。
  • WEI Yanfei,GUAN Bin,WU Xingze,LIU Ziqian,LIN He and HUANG Zhen
    2022,43(4):100-108 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.012
    摘要:
    通过离子交换法合成具有优异催化活性的Cu-SSZ-13分子筛催化剂,分别在不同的温度和时长条件下对其进行水热老化处理。比较了数个不同老化条件下的催化剂的NOx催化性能、NH3吸附性能,同时通过Brunauer–Emmett–Teller(BET)方法、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)和H2程序升温还原(temperature programmed reduction, TPR)方法对这些催化剂的孔特性、晶体结构和铜位点的数量分布等进行探究。测试结果发现水热老化会引起催化剂催化活性、催化温度窗口范围的全面下降,并导致气体吸附性能的下降和氧化还原性能的大幅改变。进一步研究发现水热老化引起晶体结构和孔结构的破坏,并导致大量活性位点的转变和流失。制备的Cu-SSZ-13分子筛催化剂总体上具有良好的耐久性,对老化温度的敏感性比老化时间更高。
    目次
  • REN Zhe,LU Kangbo,SUN Tao,YANG Kai,SHI Lei and HAN Dong
    摘要:
    基于一台单缸压燃式发动机,研究了正丁醚(di-n-butyl ether, DnBE)/柴油混合燃料的燃烧与排放特性,并与纯柴油的试验结果进行了对比。分别采用平均指示有效压力(indicated mean effective pressure, IMEP)即发动机负荷0.55 MPa、0.65 MPa、0.75 MPa,废气再循环(exhaust gas recirculation, EGR)率0%、15%、30%,喷油正时上止点后-15°、-10°、-5°、0°及正丁醚掺混体积比20%、40%,综合评估了正丁醚/柴油混合燃料在不同发动机运行工况下的特性。台架试验结果表明:相比于纯柴油,正丁醚的添加使得缸内压力上升相位及放热开始时刻提前,并且在30% EGR率工况下更加明显。在所有测试工况下,正丁醚/柴油混合燃料的预混燃烧比例均小于纯柴油,且第一阶段放热率峰值更低。由于十六烷值的差异,40%正丁醚/柴油混合燃料的着火延迟时间与燃烧持续期更短且燃烧重心更早,表明其具有更快的燃烧速率。试验发现大比例正丁醚/柴油混合燃料的燃烧等容度更高,指示热效率高于纯柴油。此外,添加正丁醚后尾气中的NOx与碳烟排放都会降低,而提高EGR率或推迟喷油均能有效减少NOx的生成。综合而言,添加正丁醚可以有效缓解柴油机中NOx排放、碳烟排放与指示热效率之间的权衡关系。
  • ZHENG Zunqing,WANG Mengkai,CHEN Peng,ZHANG Fan and YAO Mingfa
    2022,43(4):12-21 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.002
    摘要:
    在一台由6缸重型柴油机改造而成的单缸试验机上,研究了进气压力及进气温度对低负荷火花辅助汽油压燃的影响。研究结果表明,各进气压力下喷油与点火正时都需保持合理间隔才能实现稳定燃烧,提高进气压力后稳定燃烧的喷油正时范围变窄而点火正时范围略有扩大;随进气压力提高,火焰传播放热速率降低,自燃放热比例增加,最大压升率减小;提高进气压力后指示热效率提高,在35 mg循环油量下,最大指示热效率从自然吸气下的41.8%提高至140 kPa进气压力的44.4%。适当提高进气温度可以提高缸内热氛围和燃烧稳定性,在保持最大指示热效率基本不变的同时拓宽稳定燃烧的喷油正时区域,但高的进气温度加快了火焰传播速度,在点火正时较早时会导致压升率过高。
  • SHI Lei,LEI Yan,LIANG Xiaojie,LIN Chen,WANG Lei,WANG Xiaoyan and ZHOU Dingwu
    2022,43(4):22-30 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.003
    摘要:
    基于定容弹开展了高压天然气(甲烷)射流燃烧光学测试,并分别运用深度学习方法和边缘检测算法进行了图像处理。对比结果表明,由于图像中存在射流、火焰差异大的图像识别目标,边缘检测算法无法较好识别射流和火焰,该算法适合于单一目标的火焰图像处理。深度学习方法可识别射流湍流燃烧火焰轮廓,有效地获得射流湍流燃烧火焰前锋面发展位移及火焰传播速度,该方法适用于多个目标的火焰图像处理。根据深度学习图像处理结果表明:当高压甲烷射流接触预燃球形火焰时,火焰由稳定层流速度(<3 m/s)快速上升,最大火焰传播速度高达300 m/s,形成湍流火焰,火焰沿射流方向快速向前发展,火焰面积增加。随着射流和点火时间间隔的增加,最大火焰传播速度线性下降。
  • CAO Yang,ZHU Qitian,ZHOU Yifan,WEI Zhenhong,LIU Rui and ZHANG Yuyin
    2022,43(4):31-39 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.004
    摘要:
    针对船用天然气发动机预燃室内的混合气形成及射流点火特性进行了研究。基于试验标定和验证的喷雾燃烧模型,对预燃室内的柴油雾化–混合–着火过程进行了仿真计算,获得了混合气形成对点火射流特性的影响规律。结果表明,在同时考虑预燃室内燃油湿壁量与雾化质量时,存在一个最佳喷射压力匹配区间,且在相同喷射压力下采用两段喷射可以减少预燃室的燃油湿壁量;增大预燃室内混合气浓度分层并缩短初始着火点与射流孔的距离,可减小燃料损失,增长放热持续期,提高点火能力。
  • ZHU Guoqiang,QI Kunpeng,WANG Jisong,CHEN Chaofan and ALI Hasni
    2022,43(4):40-47 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.005
    摘要:
    利用GT-Power进行建模,探究独立式与一体式两种电增压方式对米勒循环柴油机性能的影响。仿真结果表明:两种电增压都可以拓宽米勒循环的应用范围,一体式电增压适用于过量空气系数高的工况,独立式电增压适用于过量空气系数低的工况。与高转速大进气量工况相比,低转速小进气量工况使用电增压能获得更好的增压效果。
  • CHEN Daxin,CHEN Tao and QIN Tang
    2022,43(4):48-56 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.006
    摘要:
    利用GT-SUITE软件建立了基于详细机理的发动机模型,用MATLAB/Simulink建立了三相永磁同步电机数学模型及其弱磁控制系统。通过解决跨平台转矩传递及步长协调等问题,建立二者耦合的混合动力车辆瞬态仿真平台。研究了发动机初始喷油转速对起动过程整车能耗、起动时间和平顺性的影响,分析了整车需求功率与经济性初始喷油转速的关系。研究结果表明:发动机倒拖至800 r/min以上开始喷油可以缩短起动时间;冲击度与发动机转矩建立时间呈负相关关系;发动机倒拖起动时最低综合能耗所对应的初始喷油转速与起动时被分配到的需求功率成正比,与固定800 r/min开始喷油的策略相比能耗可降低20%~31%。
  • SONG Enzhe,SONG Tikang,MA Cheng,YAO Chong and LIU Zhaolu
    2022,43(4):57-64 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.007
    摘要:
    为了更好地调节柴油机转速,采用模型参考自适应控制(model reference adaptive control, MRAC)策略扩展的离散时间积分最小控制综合(discrete-time minimum control synthesize integration, DTMCSI)算法,来达到转速动态快速跟踪和闭环控制稳定的效果。将自适应算法在已完成精度验证的柴油机转速模型上进行仿真验证后,与传统的比例积分微分(proportion integration differentiation, PID)控制策略进行比较,并将该算法在快速控制原型系统搭建的试验平台上进行试验验证。试验结果表明该算法具有快速跟踪转速变化和抗干扰能力,控制性能达到国家二级电站标准,可以实际应用。
  • ZHENG Yuhang,TANG Qingru,AN Siqi and CHEN Sicheng
    2022,43(4):65-73 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.008
    摘要:
    针对活塞发动机应用到油电混合动力无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)系统中燃油经济性的不确定性,基于Arduino平台开发了一套轻微型无人机活塞发动机测控试验台,给出了试验台总体设计方案,介绍了测控系统的总体架构和功能。基于多元线性回归数据处理方法,对测控试验台采集到的数据进行处理,在MATLAB中将发动机等燃油消耗率曲线和等功率曲线拟合成三维模型,获得了活塞发动机万有特性曲线,在此基础上建立了活塞发动机稳态模型。此外,采用实验建模法在Simulink软件中建立了轻微型无人机活塞发动机动态模型,通过模型数据与实物数据进行对比,验证了建模方法的有效性。结果表明,测控试验台具有较高的稳定性与良好的精度,所建立的活塞发动机数值模型能够较好地表征发动机稳态与动态响应过程,该建模方法能够寻找到轻微型无人机活塞发动机工作高效区间。
  • HU Chunming,YAN Dingyang,LIU Na and SONG Xijuan
    2022,43(4):74-83 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.009
    摘要:
    针对固定飞行任务的油电混合动力无人机,降低混合动力系统瞬时燃油消耗率,增加续航里程的工作需求,设计了可以应用于固定飞行任务油电混合动力无人机的不同能量管理策略,主要包括固定规则、模糊逻辑和动态规划算法的能量管理策略。根据油电混合动力无人机动力源特性,通过理论和试验建模相结合的方法,在MATLAB中建立油电混合动力系统的数学模型、飞行任务相对应的仿真工况及不同能量管理策略的控制程序。重点对比了基于优化的动态规划算法能量管理策略相比固定规则和模糊逻辑策略在燃油经济性和运行稳定性方面的表现。仿真结果表明:动态规划算法策略的累积燃油消耗量相比固定规则、模糊逻辑策略分别下降了4.6%和6.5%,平均瞬时燃油消耗率分别下降了5.1%和5.9%;在应对外部突风扰动时,动态规划能量管理策略的航空发动机最大转速波动相比固定规则的能量管理策略下降了59.7%,应对随机紊流扰动时,动态规划策略航空发动机的最大转速波动相比固定规则和模糊逻辑分别下降了33.9%、25.6%。动态算法作为一种全局最优算法,应用在固定飞行任务的油电混合动力无人机能量管理策略中时,可在提高混合动力系统燃油经济性的同时保证系统运行的稳定性。
  • WANG Zhihong,PANG Bo,ZHANG Yuanjun,DU Hongyun,DONG Menglong and HU Jie
    2022,43(4):84-90 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.010
    摘要:
    应用便携式排放测试系统(portable emission measurement system, PEMS),对3辆不同类型的城市类重型柴油车分别进行实际道路行驶排放测试。试验车辆包括:邮政车、垃圾自卸车、小学专用校车。对于处在不同负荷段的数据进行分类整理,分析车辆在低负荷工况下不同负荷段的CO、NOx、颗粒物数量(particulate number, PN)的排放占比和比排放结果,并结合功基窗口法分析NOx的排放特性。试验结果表明:在低负荷工况时,尤其是负荷率处于0~20%的阶段,CO、NOx、PN的排放量占比分别达到72%~86%、60%~87%、52%~88%,且CO、NOx、PN在低负荷阶段的比排放高于或接近国六排放限值。
  • WANG Pei,XU Chao,ZHAO Wensheng and FAN Liyun
    2022,43(4):91-99 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.011
    摘要:
    基于压差—流量特性建立汽油机颗粒捕集器(gasoline particulate filter, GPF)压差模型,提出了以压差测量值—模型值为基础的GPF载体特征因子算法,该特征因子能够准确地表征测压管路连接状态与GPF载体状态;考虑到GPF本身的载体特点、压差传感器测量偏差及GPF出口弯管所带来的流阻,将GPF载体特征因子算法改进为压差梯度修正方式,并通过对全球轻型车测试循环(world-harmonized light-duty vehicle test cycle, WLTC)工况分析得到适宜条件下的诊断窗口。实车验证结果表明,WLTC工况下可以准确诊断GPF移除故障,车载诊断系统(on-board diagnostics system, OBD)GPF监控组在用实际监测频率(in-use performance ratio, IUPR)分子计数器成功增加,且对车辆道路试验结果进行的统计学分析表明诊断阈值的设置满足3σ标准,由此实现了诊断策略准确性与实时性兼顾的需求。
  • WEI Yanfei,GUAN Bin,WU Xingze,LIU Ziqian,LIN He and HUANG Zhen
    2022,43(4):100-108 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2022.04.012
    摘要:
    通过离子交换法合成具有优异催化活性的Cu-SSZ-13分子筛催化剂,分别在不同的温度和时长条件下对其进行水热老化处理。比较了数个不同老化条件下的催化剂的NOx催化性能、NH3吸附性能,同时通过Brunauer–Emmett–Teller(BET)方法、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)和H2程序升温还原(temperature programmed reduction, TPR)方法对这些催化剂的孔特性、晶体结构和铜位点的数量分布等进行探究。测试结果发现水热老化会引起催化剂催化活性、催化温度窗口范围的全面下降,并导致气体吸附性能的下降和氧化还原性能的大幅改变。进一步研究发现水热老化引起晶体结构和孔结构的破坏,并导致大量活性位点的转变和流失。制备的Cu-SSZ-13分子筛催化剂总体上具有良好的耐久性,对老化温度的敏感性比老化时间更高。