Volume 38,Issue 5,2017 Table of Contents
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  • ZHANG Guanke,ZHANG Yuyin,QI Wenyuan,XU Bin
    2017,38(5):1-8 doi:
    摘要:
    在高温高压定容弹内基于紫外/可见光两波长激光吸收与散射法测得的柴油模拟燃料碰壁喷雾的气液两相浓度分布、贯穿距、平均粒径等数据,并由此研究碰壁喷雾蒸发模型的准确性,提出了碰壁喷雾的标定方法,最后用标定好的模型对不同喷油量条件下的喷雾进行预测并用实测数据进行验证。由此揭示了主要标定参数对蒸发特性的影响规律,如回弹韦伯数越大蒸发量及蒸发速率下降越明显等,并提出了蒸发碰壁模型的主要标定参数的确定方法。
  • ZHANG Xiaoqing,LI Tie,GUO Tao,WANG Bin,SHI Qi,HE Pengfei
    2017,38(5):9-14 doi:
    摘要:
    试验使用不同配比的柴油含水乙醇乳化燃料,对其理化、喷雾和燃烧特性进行了研究。随着柴油含水乙醇乳化燃料中含水乙醇含量的增加,乳化燃料的密度和运动黏度上升,表面张力略微下降,初始蒸馏温度下降,含氧量升高,十六烷值和低热值降低。试验使用定容燃烧弹,在常温高压和高温高压环境下,对乳化燃料非蒸发喷雾、蒸发喷雾及喷雾燃烧的特性进行了测试。研究结果表明:随着乳化燃料中含水乙醇比例升高,非蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角变化不大;蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角略微减小,但无明显规律,而蒸发喷雾中液相贯穿距离明显增加;燃烧火焰自发光亮度逐渐降低,表征碳烟生成量逐渐减少;在900 K环境温度、21%氧体积分数条件下着火滞燃期变化不大。
  • LOU Lin,SONG Ye,LIU Sheng,SHI Le,YANG Zhenhuan,DENG Kangyao
    2017,38(5):15-21 doi:
    摘要:
    基于两段燃油喷射,利用主喷射产生均质混合气,并利用触发喷射来引燃,实现了低温燃烧(low temperature combustion, LTC)。针对两段燃油喷射LTC燃烧模式,研究了主喷射和触发喷射的喷油量比例及主喷射提前角对LTC燃烧的影响。试验结果表明:触发喷射可以有效地控制LTC的燃烧相位,并可以有效拓宽主喷射提前角范围。主喷射提前角对LTC燃烧有很大影响,喷射过早会导致过多的燃油附壁,且缸内的温度压力较低不利于混合气形成;喷射过迟会导致主喷射与触发喷射间隔太小,主喷燃油没有足够的时间形成均质混合气,排放增加。针对不同的喷油比例优化主喷提前角可以实现燃烧相位的有效控制,并能够降低排放。
  • YANG Wulin,WANG Chunhai,HUANG Zhen
    2017,38(5):22-28 doi:
    摘要:
    在一台6缸增压电控共轨二甲醚发动机上进行试验,研究了预喷时刻、预喷燃料量、喷射压力、主喷时刻等喷射参数对二甲醚部分预混合充量压缩燃烧(PPCCI)发动机燃烧与排放特性的影响。试验结果表明:随预喷时刻提前,缸内压力峰值降低,二甲醚发动机缸内燃烧由两阶段放热转变为PPCCI三阶段放热,氮氧化物(NOx)排放显著降低,HC和CO排放升高;随预喷射燃料量增加,缸内压力峰值及预混合燃烧的冷焰反应和热焰反应速率明显增大,NOx排放逐渐降低,HC和CO排放显著升高;随喷射压力降低,预混合燃烧热焰反应速率增加,主喷扩散燃烧始点推迟,扩散燃烧放热率峰值和NOx排放明显降低,HC和CO排放升高;随主喷时刻推迟,预喷预混合燃烧几乎没有变化,主喷扩散燃烧延后,缸内压力峰值和放热率峰值降低,NOx排放显著降低,HC和CO排放升高。
  • LI Guotian,WANG Yang,XU Shuaiqing,XIAO Huan,TIAN Xianglong,LI Jihui
    2017,38(5):28-33 doi:
    摘要:
    使用快速压缩-膨胀机改装的多火花塞点火试验台架,研究了火花塞数目对指示功大小、最高燃烧压力和最大压升率、燃料放热速率及爆震特性的影响。得到结果如下:液压源压力及混合气浓度相同,点火相位从上止点前5~35mm逐渐增大时,指示功先增大后减少,即存在最佳点火相位;随着火花数目的增加,最佳点火时刻后移;多火花塞点火的放热速率、最高燃烧压力和压升率、指示功均比单火花塞点火有明显提升,提升幅度和火花塞数目并不成线性关系;在混合气稀薄时,多火花塞点火对燃烧速率及指示功的提升作用更加明显;随着液压源压力的增大,相同点火相位时,多火花塞比单火花塞点火爆震倾向更加严重。
  • ZHANG Zhongbo,LI Lifu
    2017,38(5):34-40 doi:
    摘要:
    为减少发动机在实际工况中的污染物排放量,以广州市城市公交客车用典型(LPG)发动机为研究对象,结合广州市实际道路工况特点,通过台架试验分析了该发动机的排放性;根据发动机工况、排放控制参数与排放性之间的关系,通过试验设计,建立了该发动机统计学数学模型,结合多目标优化算法,对其主要排放控制参数进行了优化;将优化前后的控制参数分别导入LPG发动机一维仿真模型中,进行了广州市典型道路工况下的性能仿真试验。仿真试验结果对比表明:试验工况下,排放控制参数优化后,LPG发动机HC、CO累计排放量分别减少9.5%、21.0%,转矩最大增加22.6%,但NO累计排放量增加2.7%。
  • LI Jun,SHEN Boxi,LI Zhijun,TAO Hanguo,LIU Yue
    2017,38(5):41-46 doi:
    摘要:
    在研究选择性催化还原(SCR)反应的气态氨平衡关系及催化剂动态转化效率〖CD*2〗储氨量关系的基础上,提出了一种基于催化剂台架试验〖CD*2〗性能模拟计算结果对比的台架试验条件下SCR催化反应体系中气态氨供给速率、尿素存积速率的定量计算方法。使用该方法针对特定SCR台架试验数据进行的计算,结果表明:在催化剂入口排气温度300℃、空速40000h-1时,尿素水溶液分解存在一定程度滞后,但最终分解较为完全。这为研究SCR台架评价中尿素水溶液的分解条件及其对评价结果的影响提供了工具。
  • MA Junyan,LI Jun,QU Dawei
    2017,38(5):47-51 doi:
    摘要:
    试验研究了柴油机固态选择性催化还原系统(SSCR)铵盐——氨基甲酸铵和碳酸铵在系统喷射管路重结晶的对应温度。通过SSCR喷射系统试验装置,调节系统管路温度使气体在固定位置产生结晶,使激光穿过结晶部位到达光敏电阻模块,根据光敏电阻模块输出电压的变化测定铵盐重结晶所对应的温度。结果表明,氨基甲酸铵的重结晶温度高于碳酸铵,同时分别测得了不同喷射压力下氨基甲酸铵和碳酸铵的重结晶温度。
  • CHENG Dongkang,ZHENG Qingping,JIAO Yunjing,JIA Xinying,LIU Jiaxin
    2017,38(5):52-58 doi:
    摘要:
    针对催化器前端3种不同结构的多孔管建立CFD数值计算模型,进行柴油机尿素选择性催化还原(ureaSCR)系统的流动和净化效果的模拟,分析了A25工况和标定工况下不同多孔管结构对压力分布及压力损失、流场分布、氨气分布均匀性、NOx转化率的影响。结果表明:添加多孔管前后及不同多孔管结构对流场和催化特性的影响均不同,其中多孔管2对流场分布、压力损失、氨气均匀性和NOx转化率的影响最明显,压力损失达到了1.2kPa,NOx 转化率提升了8%左右。试验结果与模拟计算的数值误差在合理范围,验证了模拟计算的准确性和结构设计的合理性。
  • ZHENG Guicong,LU Guodong
    2017,38(5):59-63 doi:
    摘要:
    针对重型柴油机选择性催化还原(SCR)控制系统,基于质量和能量守恒,推导出SCR策略中的排气流量数学表达公式,并应用开发软件D2P MotoHawk建立排气流量模型,通过发动机稳态工况和瞬态工况试验对比排气流量模型计算结果、脉谱控制插值结果与实际排气流量结果。结果表明,稳态过程中排气流量模型计算值与发动机台架测量值最大误差为5%,而脉谱控制模式脉谱插值的排气流量与发动机台架排气流量计测量值最大误差为10%;1000r/min瞬态加载过程中排气流量计算模型的精度更高,与实际排气流量相比误差在8%以内,而脉谱插值的误差高达18%,WHTC排放循环在满足排放法规的前提下,应用模型控制氨泄漏大幅度降低(50%),平均值仅为8×10-6,尿素喷射总量也降低了2%。
  • LI Xiangrong,QIAO Zhenyang,SU Liwang,LI Xiaolun,LIU Fushui
    2017,38(5):64-70 doi:
    摘要:
    基于双卷流燃烧系统(DSCS)及侧卷流燃烧系统(LSCS)利用燃烧室形状使燃油分别在纵向和横向空间形成卷流运动的结构特点,提出了能够在燃烧室横向和纵向空间依次形成卷流运动的复合卷流燃烧系统(MSCS)。为探究MSCS的试验性能,在单缸机试验台架上对不同燃油喷射角度下复合卷流(MS)燃烧室的速度特性进行了研究。研究结果表明,当燃油喷射方向正对分流造型尖端时,MSCS油耗及碳烟排放最低。为合理评价MSCS的燃烧及排放性能,与DSCS速度特性研究的试验结果进行对比。对比结果显示,相同工况下MS燃烧室的油耗较双卷流(DS)燃烧室降低4~5 g/(kW•h),碳烟排放低于DS燃烧室60%左右,表明MSCS可有效地降低柴油机油耗及碳烟排放,提高柴油机综合性能。
  • XIANG Shouzhi,LIU Hui,WANG Zhi,LONG Yan,WANG Jianxin
    2017,38(5):71-75 doi:
    摘要:
    基于一台由缸内直喷汽油机改装而成的高压缩比双燃料汽油机,研究了甲醇-汽油双燃料喷射方式(M-G,是指进气道喷射甲醇,缸内直喷汽油)和汽油-甲醇双燃料喷射方式(G-M,是指进气道喷汽油,缸内直接喷甲醇)两种双燃料双喷方式对火花点火发动机燃烧排放特性、热效率和爆震抑制的影响。在试验过程中甲醇的喷射比例范围为0~100%。试验结果表明:相比于汽油单燃料发动机,两种双燃料喷射方式(M-G和G-M)都能够显著提高经济性、抑制爆震同时降低微粒排放;G-M双燃料喷射方式相比M-G双燃料喷射方式在抑制爆震、降低微粒排放上效果更加显著。
  • HUANG Yongjun,LI Dinggen,CHEN Guohua
    2017,38(5):76-83 doi:
    摘要:
    针对三元催化器前后都配置了开关型氧传感器的汽油发动机,提出了一种新型的双闭环λ自适应控制策略。前氧传感器用于对闭环控制因子进行PI反馈控制,后氧传感器用于实时监测并通过冻结PI控制修正λ偏差。如果前氧传感器老化或中毒,电压输出特性会发生明显漂移,传统PI闭环控制无法准确控制λ为1左右,导致三元催化器转换效率下降。根据后氧传感器电压偏差计算冻结模式和冻结时间,在前氧传感器信号跳变时刻冻结PI控制,使闭环控制因子延时反跳。在冻结时间内闭环控制因子维持在极大/极小值状态,利用单边时〖HJ5.1p〗间延迟效应构成不对称PI控制模式精确补偿λ漂移,确保λ被控制在理想运行范围,保证最优的三元催化器转换效率。利用先进的ASCET开发环境进行图形化建模并自动生成C代码,与底层驱动代码集成后,下载到32位MPC5634硬件平台安装到发动机台架上进行试验。研究结果表明:当前氧传感器失常时,λ 仍然可以被精确控制在0.99~1.01的理想范围内。
  • XU Yuliang,QU Wei,ZU Bingfeng,WANG Zhen,Li Desheng,LIU Li’na
    2017,38(5):84-89 doi:
    摘要:
    针对一款3缸增压气道喷射汽油机,采用三维仿真与台架试验相结合的方式,研究了中、高滚流比燃烧系统在外特性工况下对缸内燃烧、整机动力性、经济性的影响。结果表明:滚流比数值大小直接影响湍动能峰值出现时刻及湍动能中心位置,进而影响火焰传播及发展;过高滚流比会导致湍动能中心偏心,影响火焰传播。采用中等滚流比的燃烧系统A有利于火核形成及火焰传播,缩短总燃烧持续期,进而提高热效率。在中低转速时,中等滚流燃烧系统A燃烧50%燃料所对应的曲轴转角比高滚流燃烧系统B提前,最多可提前3.4°,指示平均压力循环波动率可维持在3%左右。
  • WANG Long,CHEN Zhanming,YANG Bo,ZENG Ke,JIN Zebing
    2017,38(5):90-96 doi:
    摘要:
    介绍了一种基于原机循环油量的柴油机-天然气发动机调节原则,根据此燃料调节原则可以确定引燃柴油和天然气的控制策略:首先将加速踏板位置按照原机油泵油量解释为总油量需求;然后按替代率确定出与总油量需求等热值的两种燃料的量;最后根据标定的数据得到目标油门位置和天然气喷射脉宽。在Matlab/Simulink环境下配置硬件资源,编写带有信号输入/输出、控制参数计算、工作模式确定与切换等完整可靠功能的控制程序,生成可执行文件并下载到MotoTron硬件内,然后在一台潍柴机械泵柴油机改装的双燃料发动机上对控制程序中的MAP进行了标定。最终的验证试验结果表明:按上述循环油量调节方法开发出的双燃料发动机工作稳定,能够实现准确快速的控制;其动力性与原机水平一致,虽然有效效率普遍低于原机,但得益于天然气的低价,其具有诱人的成本优势。
  • MA Chaochen,GAO Jianbing,ZHONG Lei,XING Shikai
    2017,38(5):97-103 doi:
    摘要:
    以热重试验结果为基础,研究了被捕集到低温等离子体发生装置极板上的柴油机颗粒物的氧化反应机理函数。采用Malek法,将试验结果与常用的固体反应机理函数获得的曲线、经验公式(empirical formula,EF)拟合的曲线进行对比。研究结果表明:常用的固体机理函数获得的标准曲线、反应速率曲线与试验结果一致性较差;加热速率分别为5、10、20 K/min时,通过EF经验公式拟合得到的反应速率曲线与试验得到的反应速率曲线基本重合,且相关系数分别为0.9681、0.9924、0.9904。以加热速率为10 K/min得到的幂指数确定的颗粒物氧化反应机理函数为f(α)=α-0.29(1-α)1.54[1-ln(1-α)]3.93。三种不同的加热速率条件下,由该机理函数获得的标准曲线与试验曲线变化趋势十分相似,可以较为准确地反映柴油机颗粒物的氧化反映机理。在不同加热速率条件下得到的指前因子lnA与活化能E保持了很好的线性关系,满足公式lnA=0.136E-7.015,相关系数为0.994。
  • ZHANG Guangpan ,LU Haifeng ,LI Chao ,CHAO Yuedong ,LI Liguang
    2017,38(5):104-107 doi:
    摘要:
    基于一台带有低压废气再循环(EGR)回路的小排量增压进气道喷射(PFI)发动机,研究了进气正时(VVT)对低压EGR汽油机油耗与燃烧特性的影响。结果表明:EGR率越小,泵气损失越大,EGR率较小时泵气损失随EGR率的变化程度较小,EGR率较大时泵气损失随EGR率变化程度较大;进气门开启时刻相对于上止点提前或滞后均会使泵气损失减小。在1850 r/min、0.45 MPa工况下,进气门在上止点前10°、28°曲轴转角和上止点后24°曲轴转角开启可使泵气损失依次减小2.3%、11.9%和18.8%;进气门开启时刻越提前或迟后,EGR率越大,对应的燃烧持续期和滞燃期越大,燃油消耗率越小;与原机相比(燃油消耗率为294.49 g/(kW•h)),综合优化EGR率和进气门开启时刻后(EGR率为10%、进气门开启时刻为上止点后25°曲轴转角)的最佳燃油消耗率为283.44 g/(kW•h),可使燃油消耗率提高3.8%。
  • HUANG Kaisheng ,ZHANG Yao ,LIU Gang ,LIU Sheng ,JIA Zhen,ZHANG Yangjun
    2017,38(5):108-112 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研究了排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。试验结果表明:排气压力对柴油机缸内压力的影响较小,最高燃烧压力及相位变化不明显;空气质量流量与排气压力具有一定的线性关系,排气压力每增加10 kPa,空气质量流量减少约1.2~2.0 kg/h,减小百分比为0.4%~0.7%;柴油机排气温度与排气压力具有一定的线性关系,排气压力每增加10 kPa,排气温度增加约4.0~4.7 ℃;排气压力增加使柴油机的动力性和经济性恶化,排气压力每增加10 kPa,转矩减小约2.3~3.1 N•m,减小百分比为1.0%~1.9%,比油耗增加约2.8~7.1 g/(kW•h),增加百分比为1.4%~3.3%。仿真计算表明:排气压力增加使泵气过程负功增加,排气压力每增加10kPa,泵气过程平均指示压力减小约9.8~10.7 kPa,减小百分比约13%。
  • GUO Shengchang,ZHU Yu,CHEN Dan,GAO Xiaorui,CHENG Tao,LIN Zhihong
    2017,38(5):113-119 doi:
    摘要:
    针对4190ZLC船用中速柴油机燃油系统电控化改造项目,以该机排气系统为研究对象,以优化排气系统性能为目标,采用气道稳流试验和数值模拟相结合的方法对排气流动进行分析,发现结构不合理之处并进行优化。研究结果表明:原机排气道、排气阀座紧靠气缸的位置、气阀座和气阀等多处存在不合理的流动损失,其中排气道结构和排气阀座相对缸盖位置对流通性能影响较大;排气系统整体结构优化后,流量系数大幅提高,平均流量系数提高了16.71%,流动性能得到改善。
  • FU Yu,WANG Zhe,ZANG Pengfei,SUN Chenle
    2017,38(5):120-126 doi:
    摘要:
    针对直线起动发电一体机(ISG)/发动机系统中的二冲程直线发动机,搭建了GT-Power 一维简化模型,并对其换气系统关键结构参数包括扫气比时面值、排气比时面值和扫气箱容积进行仿真优化研究,从而改善换气品质,提高直线发动机性能。研究结果表明:经参数优化后的直线发动机扫气效率为88.15%,提高了1.58%;捕获率为59.38%,提高了28.81%;动力性和经济性也显著提升。
  • DING Ning ,XU Zheng,CHEN Ming,ZHANG Xiaomao,WANG Lingfang,WU Wenru
    2017,38(5):127-132 doi:
    摘要:
    为了提高发动机缸盖、缸体金属温度场分析的准确度,提出了一种基于缸内燃烧分析的发动机金属温度场分析方法。首先,基于发动机的标定信息,进行了缸内的燃烧分析,研究了各部分边界上的对流传热量;其次,进行了水套的流动分析,对其传热系数进行了评估;再次,考虑了活塞环与缸壁的摩擦换热及活塞与缸壁的热传导;最后,基于上述的热边界条件进行了金属温度场的计算,并与试验进行了验证。结果表明:采用该算法,缸盖、缸体金属温度场分布比较合理,监测点温度与试验比较吻合。
  • HUANG Yuqi,MEI Pan,YU Xiaoli,HUANG Ru, LIU Zhentao, GU Xuhuan
    2017,38(5):133-141 doi:
    摘要:
    为深入了解振荡条件下的两相流运动过程与流动换热特性,采用数值仿真研究方法,摒弃活塞复杂的结构因素,以简化模型为研究对象,从基础问题出发探索各因素对两相流振荡换热过程的影响。通过一系列的数值模拟,直观地展现了油腔内两相流运动过程是高度紊乱的不对称流动。研究结果表明:除活塞二阶运动产生偏离外,油腔上下运动引起的压力变化也将引起油柱倾斜,造成喷油与油腔入口偏离;活塞运动产生的强制振荡是影响腔内流动换热波动的决定性因素,油腔表面传热系数、填充率等的波动频率都与活塞运动频率完全吻合。此外,研究还发现喷油速率、活塞转速等参数对填充率和传热系数都会产生显著的影响,但这些影响因素可能并不是单一作用而是相互耦合的。喷油油柱在进入油腔时的速度与活塞的最大运动速度之间的匹配度可能是影响油腔填充率及传热系数的一个关键因素;当喷油的绝对速度与活塞最大速度接近或大于活塞最大速度时,将达到较为理想的填充率和传热系数。
  • LIANG Hongbo,LIU Sheng,HUANG Shuhe,REN Qingshuang,YIN Yuen, ZHANG Mingliang
    2017,38(5):142-147 doi:
    摘要:
    为提高整机紧凑性,通过计算流体动力学方法设计了集成水-空中冷器进气管,并对比分析了采用集成中冷器进气管方案与原机状态在外特性试验条件下的整机综合性能、进气压力波及瞬态响应特性。试验结果显示,采用集成中冷器进气管方案后,标定工况功率提高了2.1%,燃油消耗率降低了4.3g/(kW•h),涡轮前排气温度降低12 ℃,高速工况充气效率提高,低速工况充气效率降低,柴油机瞬态响应性能提高。
  • ZHENG Wei
    2017,38(5):148-156 doi:
    摘要:
    提出了采用纳米流冷却液雾化冲击冷却提升缸盖鼻梁区高热密度区换热能力的方案,利用计算机仿真计算、高速摄影及内燃机台架系统研究了纳米流雾化冲击对缸盖高热密度区换热效果及不同冷却方案对柴油机工作性能的影响。研究结果显示,采用雾化冲击方式能实现缸盖高热密度区的良好冷却且温度一致性较好,温度值相差幅度不高于6 ℃。原因在于纳米流冷却液沸腾换热以核态沸腾为主,且雾化冲击冷却方式可以提升柴油机缸盖的进气质量流量,相比传统冷却方式最大可以提升9.7%的质量流量。在中高转速下NOx 排放量和烟度值的最大降幅分别为2.7%和4.0%,在中低转速下HC及CO排放量的最大降幅分别为10.2%和5.3%。
    Contents
  • ZHANG Guanke,ZHANG Yuyin,QI Wenyuan,XU Bin
    2017,38(5):1-8 doi:
    摘要:
    在高温高压定容弹内基于紫外/可见光两波长激光吸收与散射法测得的柴油模拟燃料碰壁喷雾的气液两相浓度分布、贯穿距、平均粒径等数据,并由此研究碰壁喷雾蒸发模型的准确性,提出了碰壁喷雾的标定方法,最后用标定好的模型对不同喷油量条件下的喷雾进行预测并用实测数据进行验证。由此揭示了主要标定参数对蒸发特性的影响规律,如回弹韦伯数越大蒸发量及蒸发速率下降越明显等,并提出了蒸发碰壁模型的主要标定参数的确定方法。
  • ZHANG Xiaoqing,LI Tie,GUO Tao,WANG Bin,SHI Qi,HE Pengfei
    2017,38(5):9-14 doi:
    摘要:
    试验使用不同配比的柴油含水乙醇乳化燃料,对其理化、喷雾和燃烧特性进行了研究。随着柴油含水乙醇乳化燃料中含水乙醇含量的增加,乳化燃料的密度和运动黏度上升,表面张力略微下降,初始蒸馏温度下降,含氧量升高,十六烷值和低热值降低。试验使用定容燃烧弹,在常温高压和高温高压环境下,对乳化燃料非蒸发喷雾、蒸发喷雾及喷雾燃烧的特性进行了测试。研究结果表明:随着乳化燃料中含水乙醇比例升高,非蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角变化不大;蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角略微减小,但无明显规律,而蒸发喷雾中液相贯穿距离明显增加;燃烧火焰自发光亮度逐渐降低,表征碳烟生成量逐渐减少;在900 K环境温度、21%氧体积分数条件下着火滞燃期变化不大。
  • LOU Lin,SONG Ye,LIU Sheng,SHI Le,YANG Zhenhuan,DENG Kangyao
    2017,38(5):15-21 doi:
    摘要:
    基于两段燃油喷射,利用主喷射产生均质混合气,并利用触发喷射来引燃,实现了低温燃烧(low temperature combustion, LTC)。针对两段燃油喷射LTC燃烧模式,研究了主喷射和触发喷射的喷油量比例及主喷射提前角对LTC燃烧的影响。试验结果表明:触发喷射可以有效地控制LTC的燃烧相位,并可以有效拓宽主喷射提前角范围。主喷射提前角对LTC燃烧有很大影响,喷射过早会导致过多的燃油附壁,且缸内的温度压力较低不利于混合气形成;喷射过迟会导致主喷射与触发喷射间隔太小,主喷燃油没有足够的时间形成均质混合气,排放增加。针对不同的喷油比例优化主喷提前角可以实现燃烧相位的有效控制,并能够降低排放。
  • YANG Wulin,WANG Chunhai,HUANG Zhen
    2017,38(5):22-28 doi:
    摘要:
    在一台6缸增压电控共轨二甲醚发动机上进行试验,研究了预喷时刻、预喷燃料量、喷射压力、主喷时刻等喷射参数对二甲醚部分预混合充量压缩燃烧(PPCCI)发动机燃烧与排放特性的影响。试验结果表明:随预喷时刻提前,缸内压力峰值降低,二甲醚发动机缸内燃烧由两阶段放热转变为PPCCI三阶段放热,氮氧化物(NOx)排放显著降低,HC和CO排放升高;随预喷射燃料量增加,缸内压力峰值及预混合燃烧的冷焰反应和热焰反应速率明显增大,NOx排放逐渐降低,HC和CO排放显著升高;随喷射压力降低,预混合燃烧热焰反应速率增加,主喷扩散燃烧始点推迟,扩散燃烧放热率峰值和NOx排放明显降低,HC和CO排放升高;随主喷时刻推迟,预喷预混合燃烧几乎没有变化,主喷扩散燃烧延后,缸内压力峰值和放热率峰值降低,NOx排放显著降低,HC和CO排放升高。
  • LI Guotian,WANG Yang,XU Shuaiqing,XIAO Huan,TIAN Xianglong,LI Jihui
    2017,38(5):28-33 doi:
    摘要:
    使用快速压缩-膨胀机改装的多火花塞点火试验台架,研究了火花塞数目对指示功大小、最高燃烧压力和最大压升率、燃料放热速率及爆震特性的影响。得到结果如下:液压源压力及混合气浓度相同,点火相位从上止点前5~35mm逐渐增大时,指示功先增大后减少,即存在最佳点火相位;随着火花数目的增加,最佳点火时刻后移;多火花塞点火的放热速率、最高燃烧压力和压升率、指示功均比单火花塞点火有明显提升,提升幅度和火花塞数目并不成线性关系;在混合气稀薄时,多火花塞点火对燃烧速率及指示功的提升作用更加明显;随着液压源压力的增大,相同点火相位时,多火花塞比单火花塞点火爆震倾向更加严重。
  • ZHANG Zhongbo,LI Lifu
    2017,38(5):34-40 doi:
    摘要:
    为减少发动机在实际工况中的污染物排放量,以广州市城市公交客车用典型(LPG)发动机为研究对象,结合广州市实际道路工况特点,通过台架试验分析了该发动机的排放性;根据发动机工况、排放控制参数与排放性之间的关系,通过试验设计,建立了该发动机统计学数学模型,结合多目标优化算法,对其主要排放控制参数进行了优化;将优化前后的控制参数分别导入LPG发动机一维仿真模型中,进行了广州市典型道路工况下的性能仿真试验。仿真试验结果对比表明:试验工况下,排放控制参数优化后,LPG发动机HC、CO累计排放量分别减少9.5%、21.0%,转矩最大增加22.6%,但NO累计排放量增加2.7%。
  • LI Jun,SHEN Boxi,LI Zhijun,TAO Hanguo,LIU Yue
    2017,38(5):41-46 doi:
    摘要:
    在研究选择性催化还原(SCR)反应的气态氨平衡关系及催化剂动态转化效率〖CD*2〗储氨量关系的基础上,提出了一种基于催化剂台架试验〖CD*2〗性能模拟计算结果对比的台架试验条件下SCR催化反应体系中气态氨供给速率、尿素存积速率的定量计算方法。使用该方法针对特定SCR台架试验数据进行的计算,结果表明:在催化剂入口排气温度300℃、空速40000h-1时,尿素水溶液分解存在一定程度滞后,但最终分解较为完全。这为研究SCR台架评价中尿素水溶液的分解条件及其对评价结果的影响提供了工具。
  • MA Junyan,LI Jun,QU Dawei
    2017,38(5):47-51 doi:
    摘要:
    试验研究了柴油机固态选择性催化还原系统(SSCR)铵盐——氨基甲酸铵和碳酸铵在系统喷射管路重结晶的对应温度。通过SSCR喷射系统试验装置,调节系统管路温度使气体在固定位置产生结晶,使激光穿过结晶部位到达光敏电阻模块,根据光敏电阻模块输出电压的变化测定铵盐重结晶所对应的温度。结果表明,氨基甲酸铵的重结晶温度高于碳酸铵,同时分别测得了不同喷射压力下氨基甲酸铵和碳酸铵的重结晶温度。
  • CHENG Dongkang,ZHENG Qingping,JIAO Yunjing,JIA Xinying,LIU Jiaxin
    2017,38(5):52-58 doi:
    摘要:
    针对催化器前端3种不同结构的多孔管建立CFD数值计算模型,进行柴油机尿素选择性催化还原(ureaSCR)系统的流动和净化效果的模拟,分析了A25工况和标定工况下不同多孔管结构对压力分布及压力损失、流场分布、氨气分布均匀性、NOx转化率的影响。结果表明:添加多孔管前后及不同多孔管结构对流场和催化特性的影响均不同,其中多孔管2对流场分布、压力损失、氨气均匀性和NOx转化率的影响最明显,压力损失达到了1.2kPa,NOx 转化率提升了8%左右。试验结果与模拟计算的数值误差在合理范围,验证了模拟计算的准确性和结构设计的合理性。
  • ZHENG Guicong,LU Guodong
    2017,38(5):59-63 doi:
    摘要:
    针对重型柴油机选择性催化还原(SCR)控制系统,基于质量和能量守恒,推导出SCR策略中的排气流量数学表达公式,并应用开发软件D2P MotoHawk建立排气流量模型,通过发动机稳态工况和瞬态工况试验对比排气流量模型计算结果、脉谱控制插值结果与实际排气流量结果。结果表明,稳态过程中排气流量模型计算值与发动机台架测量值最大误差为5%,而脉谱控制模式脉谱插值的排气流量与发动机台架排气流量计测量值最大误差为10%;1000r/min瞬态加载过程中排气流量计算模型的精度更高,与实际排气流量相比误差在8%以内,而脉谱插值的误差高达18%,WHTC排放循环在满足排放法规的前提下,应用模型控制氨泄漏大幅度降低(50%),平均值仅为8×10-6,尿素喷射总量也降低了2%。
  • LI Xiangrong,QIAO Zhenyang,SU Liwang,LI Xiaolun,LIU Fushui
    2017,38(5):64-70 doi:
    摘要:
    基于双卷流燃烧系统(DSCS)及侧卷流燃烧系统(LSCS)利用燃烧室形状使燃油分别在纵向和横向空间形成卷流运动的结构特点,提出了能够在燃烧室横向和纵向空间依次形成卷流运动的复合卷流燃烧系统(MSCS)。为探究MSCS的试验性能,在单缸机试验台架上对不同燃油喷射角度下复合卷流(MS)燃烧室的速度特性进行了研究。研究结果表明,当燃油喷射方向正对分流造型尖端时,MSCS油耗及碳烟排放最低。为合理评价MSCS的燃烧及排放性能,与DSCS速度特性研究的试验结果进行对比。对比结果显示,相同工况下MS燃烧室的油耗较双卷流(DS)燃烧室降低4~5 g/(kW•h),碳烟排放低于DS燃烧室60%左右,表明MSCS可有效地降低柴油机油耗及碳烟排放,提高柴油机综合性能。
  • XIANG Shouzhi,LIU Hui,WANG Zhi,LONG Yan,WANG Jianxin
    2017,38(5):71-75 doi:
    摘要:
    基于一台由缸内直喷汽油机改装而成的高压缩比双燃料汽油机,研究了甲醇-汽油双燃料喷射方式(M-G,是指进气道喷射甲醇,缸内直喷汽油)和汽油-甲醇双燃料喷射方式(G-M,是指进气道喷汽油,缸内直接喷甲醇)两种双燃料双喷方式对火花点火发动机燃烧排放特性、热效率和爆震抑制的影响。在试验过程中甲醇的喷射比例范围为0~100%。试验结果表明:相比于汽油单燃料发动机,两种双燃料喷射方式(M-G和G-M)都能够显著提高经济性、抑制爆震同时降低微粒排放;G-M双燃料喷射方式相比M-G双燃料喷射方式在抑制爆震、降低微粒排放上效果更加显著。
  • HUANG Yongjun,LI Dinggen,CHEN Guohua
    2017,38(5):76-83 doi:
    摘要:
    针对三元催化器前后都配置了开关型氧传感器的汽油发动机,提出了一种新型的双闭环λ自适应控制策略。前氧传感器用于对闭环控制因子进行PI反馈控制,后氧传感器用于实时监测并通过冻结PI控制修正λ偏差。如果前氧传感器老化或中毒,电压输出特性会发生明显漂移,传统PI闭环控制无法准确控制λ为1左右,导致三元催化器转换效率下降。根据后氧传感器电压偏差计算冻结模式和冻结时间,在前氧传感器信号跳变时刻冻结PI控制,使闭环控制因子延时反跳。在冻结时间内闭环控制因子维持在极大/极小值状态,利用单边时〖HJ5.1p〗间延迟效应构成不对称PI控制模式精确补偿λ漂移,确保λ被控制在理想运行范围,保证最优的三元催化器转换效率。利用先进的ASCET开发环境进行图形化建模并自动生成C代码,与底层驱动代码集成后,下载到32位MPC5634硬件平台安装到发动机台架上进行试验。研究结果表明:当前氧传感器失常时,λ 仍然可以被精确控制在0.99~1.01的理想范围内。
  • XU Yuliang,QU Wei,ZU Bingfeng,WANG Zhen,Li Desheng,LIU Li’na
    2017,38(5):84-89 doi:
    摘要:
    针对一款3缸增压气道喷射汽油机,采用三维仿真与台架试验相结合的方式,研究了中、高滚流比燃烧系统在外特性工况下对缸内燃烧、整机动力性、经济性的影响。结果表明:滚流比数值大小直接影响湍动能峰值出现时刻及湍动能中心位置,进而影响火焰传播及发展;过高滚流比会导致湍动能中心偏心,影响火焰传播。采用中等滚流比的燃烧系统A有利于火核形成及火焰传播,缩短总燃烧持续期,进而提高热效率。在中低转速时,中等滚流燃烧系统A燃烧50%燃料所对应的曲轴转角比高滚流燃烧系统B提前,最多可提前3.4°,指示平均压力循环波动率可维持在3%左右。
  • WANG Long,CHEN Zhanming,YANG Bo,ZENG Ke,JIN Zebing
    2017,38(5):90-96 doi:
    摘要:
    介绍了一种基于原机循环油量的柴油机-天然气发动机调节原则,根据此燃料调节原则可以确定引燃柴油和天然气的控制策略:首先将加速踏板位置按照原机油泵油量解释为总油量需求;然后按替代率确定出与总油量需求等热值的两种燃料的量;最后根据标定的数据得到目标油门位置和天然气喷射脉宽。在Matlab/Simulink环境下配置硬件资源,编写带有信号输入/输出、控制参数计算、工作模式确定与切换等完整可靠功能的控制程序,生成可执行文件并下载到MotoTron硬件内,然后在一台潍柴机械泵柴油机改装的双燃料发动机上对控制程序中的MAP进行了标定。最终的验证试验结果表明:按上述循环油量调节方法开发出的双燃料发动机工作稳定,能够实现准确快速的控制;其动力性与原机水平一致,虽然有效效率普遍低于原机,但得益于天然气的低价,其具有诱人的成本优势。
  • MA Chaochen,GAO Jianbing,ZHONG Lei,XING Shikai
    2017,38(5):97-103 doi:
    摘要:
    以热重试验结果为基础,研究了被捕集到低温等离子体发生装置极板上的柴油机颗粒物的氧化反应机理函数。采用Malek法,将试验结果与常用的固体反应机理函数获得的曲线、经验公式(empirical formula,EF)拟合的曲线进行对比。研究结果表明:常用的固体机理函数获得的标准曲线、反应速率曲线与试验结果一致性较差;加热速率分别为5、10、20 K/min时,通过EF经验公式拟合得到的反应速率曲线与试验得到的反应速率曲线基本重合,且相关系数分别为0.9681、0.9924、0.9904。以加热速率为10 K/min得到的幂指数确定的颗粒物氧化反应机理函数为f(α)=α-0.29(1-α)1.54[1-ln(1-α)]3.93。三种不同的加热速率条件下,由该机理函数获得的标准曲线与试验曲线变化趋势十分相似,可以较为准确地反映柴油机颗粒物的氧化反映机理。在不同加热速率条件下得到的指前因子lnA与活化能E保持了很好的线性关系,满足公式lnA=0.136E-7.015,相关系数为0.994。
  • ZHANG Guangpan ,LU Haifeng ,LI Chao ,CHAO Yuedong ,LI Liguang
    2017,38(5):104-107 doi:
    摘要:
    基于一台带有低压废气再循环(EGR)回路的小排量增压进气道喷射(PFI)发动机,研究了进气正时(VVT)对低压EGR汽油机油耗与燃烧特性的影响。结果表明:EGR率越小,泵气损失越大,EGR率较小时泵气损失随EGR率的变化程度较小,EGR率较大时泵气损失随EGR率变化程度较大;进气门开启时刻相对于上止点提前或滞后均会使泵气损失减小。在1850 r/min、0.45 MPa工况下,进气门在上止点前10°、28°曲轴转角和上止点后24°曲轴转角开启可使泵气损失依次减小2.3%、11.9%和18.8%;进气门开启时刻越提前或迟后,EGR率越大,对应的燃烧持续期和滞燃期越大,燃油消耗率越小;与原机相比(燃油消耗率为294.49 g/(kW•h)),综合优化EGR率和进气门开启时刻后(EGR率为10%、进气门开启时刻为上止点后25°曲轴转角)的最佳燃油消耗率为283.44 g/(kW•h),可使燃油消耗率提高3.8%。
  • HUANG Kaisheng ,ZHANG Yao ,LIU Gang ,LIU Sheng ,JIA Zhen,ZHANG Yangjun
    2017,38(5):108-112 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研究了排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。试验结果表明:排气压力对柴油机缸内压力的影响较小,最高燃烧压力及相位变化不明显;空气质量流量与排气压力具有一定的线性关系,排气压力每增加10 kPa,空气质量流量减少约1.2~2.0 kg/h,减小百分比为0.4%~0.7%;柴油机排气温度与排气压力具有一定的线性关系,排气压力每增加10 kPa,排气温度增加约4.0~4.7 ℃;排气压力增加使柴油机的动力性和经济性恶化,排气压力每增加10 kPa,转矩减小约2.3~3.1 N•m,减小百分比为1.0%~1.9%,比油耗增加约2.8~7.1 g/(kW•h),增加百分比为1.4%~3.3%。仿真计算表明:排气压力增加使泵气过程负功增加,排气压力每增加10kPa,泵气过程平均指示压力减小约9.8~10.7 kPa,减小百分比约13%。
  • GUO Shengchang,ZHU Yu,CHEN Dan,GAO Xiaorui,CHENG Tao,LIN Zhihong
    2017,38(5):113-119 doi:
    摘要:
    针对4190ZLC船用中速柴油机燃油系统电控化改造项目,以该机排气系统为研究对象,以优化排气系统性能为目标,采用气道稳流试验和数值模拟相结合的方法对排气流动进行分析,发现结构不合理之处并进行优化。研究结果表明:原机排气道、排气阀座紧靠气缸的位置、气阀座和气阀等多处存在不合理的流动损失,其中排气道结构和排气阀座相对缸盖位置对流通性能影响较大;排气系统整体结构优化后,流量系数大幅提高,平均流量系数提高了16.71%,流动性能得到改善。
  • FU Yu,WANG Zhe,ZANG Pengfei,SUN Chenle
    2017,38(5):120-126 doi:
    摘要:
    针对直线起动发电一体机(ISG)/发动机系统中的二冲程直线发动机,搭建了GT-Power 一维简化模型,并对其换气系统关键结构参数包括扫气比时面值、排气比时面值和扫气箱容积进行仿真优化研究,从而改善换气品质,提高直线发动机性能。研究结果表明:经参数优化后的直线发动机扫气效率为88.15%,提高了1.58%;捕获率为59.38%,提高了28.81%;动力性和经济性也显著提升。
  • DING Ning ,XU Zheng,CHEN Ming,ZHANG Xiaomao,WANG Lingfang,WU Wenru
    2017,38(5):127-132 doi:
    摘要:
    为了提高发动机缸盖、缸体金属温度场分析的准确度,提出了一种基于缸内燃烧分析的发动机金属温度场分析方法。首先,基于发动机的标定信息,进行了缸内的燃烧分析,研究了各部分边界上的对流传热量;其次,进行了水套的流动分析,对其传热系数进行了评估;再次,考虑了活塞环与缸壁的摩擦换热及活塞与缸壁的热传导;最后,基于上述的热边界条件进行了金属温度场的计算,并与试验进行了验证。结果表明:采用该算法,缸盖、缸体金属温度场分布比较合理,监测点温度与试验比较吻合。
  • HUANG Yuqi,MEI Pan,YU Xiaoli,HUANG Ru, LIU Zhentao, GU Xuhuan
    2017,38(5):133-141 doi:
    摘要:
    为深入了解振荡条件下的两相流运动过程与流动换热特性,采用数值仿真研究方法,摒弃活塞复杂的结构因素,以简化模型为研究对象,从基础问题出发探索各因素对两相流振荡换热过程的影响。通过一系列的数值模拟,直观地展现了油腔内两相流运动过程是高度紊乱的不对称流动。研究结果表明:除活塞二阶运动产生偏离外,油腔上下运动引起的压力变化也将引起油柱倾斜,造成喷油与油腔入口偏离;活塞运动产生的强制振荡是影响腔内流动换热波动的决定性因素,油腔表面传热系数、填充率等的波动频率都与活塞运动频率完全吻合。此外,研究还发现喷油速率、活塞转速等参数对填充率和传热系数都会产生显著的影响,但这些影响因素可能并不是单一作用而是相互耦合的。喷油油柱在进入油腔时的速度与活塞的最大运动速度之间的匹配度可能是影响油腔填充率及传热系数的一个关键因素;当喷油的绝对速度与活塞最大速度接近或大于活塞最大速度时,将达到较为理想的填充率和传热系数。
  • LIANG Hongbo,LIU Sheng,HUANG Shuhe,REN Qingshuang,YIN Yuen, ZHANG Mingliang
    2017,38(5):142-147 doi:
    摘要:
    为提高整机紧凑性,通过计算流体动力学方法设计了集成水-空中冷器进气管,并对比分析了采用集成中冷器进气管方案与原机状态在外特性试验条件下的整机综合性能、进气压力波及瞬态响应特性。试验结果显示,采用集成中冷器进气管方案后,标定工况功率提高了2.1%,燃油消耗率降低了4.3g/(kW•h),涡轮前排气温度降低12 ℃,高速工况充气效率提高,低速工况充气效率降低,柴油机瞬态响应性能提高。
  • ZHENG Wei
    2017,38(5):148-156 doi:
    摘要:
    提出了采用纳米流冷却液雾化冲击冷却提升缸盖鼻梁区高热密度区换热能力的方案,利用计算机仿真计算、高速摄影及内燃机台架系统研究了纳米流雾化冲击对缸盖高热密度区换热效果及不同冷却方案对柴油机工作性能的影响。研究结果显示,采用雾化冲击方式能实现缸盖高热密度区的良好冷却且温度一致性较好,温度值相差幅度不高于6 ℃。原因在于纳米流冷却液沸腾换热以核态沸腾为主,且雾化冲击冷却方式可以提升柴油机缸盖的进气质量流量,相比传统冷却方式最大可以提升9.7%的质量流量。在中高转速下NOx 排放量和烟度值的最大降幅分别为2.7%和4.0%,在中低转速下HC及CO排放量的最大降幅分别为10.2%和5.3%。
    Contents
  • ZHANG Guanke,ZHANG Yuyin,QI Wenyuan,XU Bin
    2017,38(5):1-8 doi:
    摘要:
    在高温高压定容弹内基于紫外/可见光两波长激光吸收与散射法测得的柴油模拟燃料碰壁喷雾的气液两相浓度分布、贯穿距、平均粒径等数据,并由此研究碰壁喷雾蒸发模型的准确性,提出了碰壁喷雾的标定方法,最后用标定好的模型对不同喷油量条件下的喷雾进行预测并用实测数据进行验证。由此揭示了主要标定参数对蒸发特性的影响规律,如回弹韦伯数越大蒸发量及蒸发速率下降越明显等,并提出了蒸发碰壁模型的主要标定参数的确定方法。
  • ZHANG Xiaoqing,LI Tie,GUO Tao,WANG Bin,SHI Qi,HE Pengfei
    2017,38(5):9-14 doi:
    摘要:
    试验使用不同配比的柴油含水乙醇乳化燃料,对其理化、喷雾和燃烧特性进行了研究。随着柴油含水乙醇乳化燃料中含水乙醇含量的增加,乳化燃料的密度和运动黏度上升,表面张力略微下降,初始蒸馏温度下降,含氧量升高,十六烷值和低热值降低。试验使用定容燃烧弹,在常温高压和高温高压环境下,对乳化燃料非蒸发喷雾、蒸发喷雾及喷雾燃烧的特性进行了测试。研究结果表明:随着乳化燃料中含水乙醇比例升高,非蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角变化不大;蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角略微减小,但无明显规律,而蒸发喷雾中液相贯穿距离明显增加;燃烧火焰自发光亮度逐渐降低,表征碳烟生成量逐渐减少;在900 K环境温度、21%氧体积分数条件下着火滞燃期变化不大。
  • LOU Lin,SONG Ye,LIU Sheng,SHI Le,YANG Zhenhuan,DENG Kangyao
    2017,38(5):15-21 doi:
    摘要:
    基于两段燃油喷射,利用主喷射产生均质混合气,并利用触发喷射来引燃,实现了低温燃烧(low temperature combustion, LTC)。针对两段燃油喷射LTC燃烧模式,研究了主喷射和触发喷射的喷油量比例及主喷射提前角对LTC燃烧的影响。试验结果表明:触发喷射可以有效地控制LTC的燃烧相位,并可以有效拓宽主喷射提前角范围。主喷射提前角对LTC燃烧有很大影响,喷射过早会导致过多的燃油附壁,且缸内的温度压力较低不利于混合气形成;喷射过迟会导致主喷射与触发喷射间隔太小,主喷燃油没有足够的时间形成均质混合气,排放增加。针对不同的喷油比例优化主喷提前角可以实现燃烧相位的有效控制,并能够降低排放。
  • YANG Wulin,WANG Chunhai,HUANG Zhen
    2017,38(5):22-28 doi:
    摘要:
    在一台6缸增压电控共轨二甲醚发动机上进行试验,研究了预喷时刻、预喷燃料量、喷射压力、主喷时刻等喷射参数对二甲醚部分预混合充量压缩燃烧(PPCCI)发动机燃烧与排放特性的影响。试验结果表明:随预喷时刻提前,缸内压力峰值降低,二甲醚发动机缸内燃烧由两阶段放热转变为PPCCI三阶段放热,氮氧化物(NOx)排放显著降低,HC和CO排放升高;随预喷射燃料量增加,缸内压力峰值及预混合燃烧的冷焰反应和热焰反应速率明显增大,NOx排放逐渐降低,HC和CO排放显著升高;随喷射压力降低,预混合燃烧热焰反应速率增加,主喷扩散燃烧始点推迟,扩散燃烧放热率峰值和NOx排放明显降低,HC和CO排放升高;随主喷时刻推迟,预喷预混合燃烧几乎没有变化,主喷扩散燃烧延后,缸内压力峰值和放热率峰值降低,NOx排放显著降低,HC和CO排放升高。
  • LI Guotian,WANG Yang,XU Shuaiqing,XIAO Huan,TIAN Xianglong,LI Jihui
    2017,38(5):28-33 doi:
    摘要:
    使用快速压缩-膨胀机改装的多火花塞点火试验台架,研究了火花塞数目对指示功大小、最高燃烧压力和最大压升率、燃料放热速率及爆震特性的影响。得到结果如下:液压源压力及混合气浓度相同,点火相位从上止点前5~35mm逐渐增大时,指示功先增大后减少,即存在最佳点火相位;随着火花数目的增加,最佳点火时刻后移;多火花塞点火的放热速率、最高燃烧压力和压升率、指示功均比单火花塞点火有明显提升,提升幅度和火花塞数目并不成线性关系;在混合气稀薄时,多火花塞点火对燃烧速率及指示功的提升作用更加明显;随着液压源压力的增大,相同点火相位时,多火花塞比单火花塞点火爆震倾向更加严重。
  • ZHANG Zhongbo,LI Lifu
    2017,38(5):34-40 doi:
    摘要:
    为减少发动机在实际工况中的污染物排放量,以广州市城市公交客车用典型(LPG)发动机为研究对象,结合广州市实际道路工况特点,通过台架试验分析了该发动机的排放性;根据发动机工况、排放控制参数与排放性之间的关系,通过试验设计,建立了该发动机统计学数学模型,结合多目标优化算法,对其主要排放控制参数进行了优化;将优化前后的控制参数分别导入LPG发动机一维仿真模型中,进行了广州市典型道路工况下的性能仿真试验。仿真试验结果对比表明:试验工况下,排放控制参数优化后,LPG发动机HC、CO累计排放量分别减少9.5%、21.0%,转矩最大增加22.6%,但NO累计排放量增加2.7%。
  • LI Jun,SHEN Boxi,LI Zhijun,TAO Hanguo,LIU Yue
    2017,38(5):41-46 doi:
    摘要:
    在研究选择性催化还原(SCR)反应的气态氨平衡关系及催化剂动态转化效率〖CD*2〗储氨量关系的基础上,提出了一种基于催化剂台架试验〖CD*2〗性能模拟计算结果对比的台架试验条件下SCR催化反应体系中气态氨供给速率、尿素存积速率的定量计算方法。使用该方法针对特定SCR台架试验数据进行的计算,结果表明:在催化剂入口排气温度300℃、空速40000h-1时,尿素水溶液分解存在一定程度滞后,但最终分解较为完全。这为研究SCR台架评价中尿素水溶液的分解条件及其对评价结果的影响提供了工具。
  • MA Junyan,LI Jun,QU Dawei
    2017,38(5):47-51 doi:
    摘要:
    试验研究了柴油机固态选择性催化还原系统(SSCR)铵盐——氨基甲酸铵和碳酸铵在系统喷射管路重结晶的对应温度。通过SSCR喷射系统试验装置,调节系统管路温度使气体在固定位置产生结晶,使激光穿过结晶部位到达光敏电阻模块,根据光敏电阻模块输出电压的变化测定铵盐重结晶所对应的温度。结果表明,氨基甲酸铵的重结晶温度高于碳酸铵,同时分别测得了不同喷射压力下氨基甲酸铵和碳酸铵的重结晶温度。
  • CHENG Dongkang,ZHENG Qingping,JIAO Yunjing,JIA Xinying,LIU Jiaxin
    2017,38(5):52-58 doi:
    摘要:
    针对催化器前端3种不同结构的多孔管建立CFD数值计算模型,进行柴油机尿素选择性催化还原(ureaSCR)系统的流动和净化效果的模拟,分析了A25工况和标定工况下不同多孔管结构对压力分布及压力损失、流场分布、氨气分布均匀性、NOx转化率的影响。结果表明:添加多孔管前后及不同多孔管结构对流场和催化特性的影响均不同,其中多孔管2对流场分布、压力损失、氨气均匀性和NOx转化率的影响最明显,压力损失达到了1.2kPa,NOx 转化率提升了8%左右。试验结果与模拟计算的数值误差在合理范围,验证了模拟计算的准确性和结构设计的合理性。
  • ZHENG Guicong,LU Guodong
    2017,38(5):59-63 doi:
    摘要:
    针对重型柴油机选择性催化还原(SCR)控制系统,基于质量和能量守恒,推导出SCR策略中的排气流量数学表达公式,并应用开发软件D2P MotoHawk建立排气流量模型,通过发动机稳态工况和瞬态工况试验对比排气流量模型计算结果、脉谱控制插值结果与实际排气流量结果。结果表明,稳态过程中排气流量模型计算值与发动机台架测量值最大误差为5%,而脉谱控制模式脉谱插值的排气流量与发动机台架排气流量计测量值最大误差为10%;1000r/min瞬态加载过程中排气流量计算模型的精度更高,与实际排气流量相比误差在8%以内,而脉谱插值的误差高达18%,WHTC排放循环在满足排放法规的前提下,应用模型控制氨泄漏大幅度降低(50%),平均值仅为8×10-6,尿素喷射总量也降低了2%。
  • LI Xiangrong,QIAO Zhenyang,SU Liwang,LI Xiaolun,LIU Fushui
    2017,38(5):64-70 doi:
    摘要:
    基于双卷流燃烧系统(DSCS)及侧卷流燃烧系统(LSCS)利用燃烧室形状使燃油分别在纵向和横向空间形成卷流运动的结构特点,提出了能够在燃烧室横向和纵向空间依次形成卷流运动的复合卷流燃烧系统(MSCS)。为探究MSCS的试验性能,在单缸机试验台架上对不同燃油喷射角度下复合卷流(MS)燃烧室的速度特性进行了研究。研究结果表明,当燃油喷射方向正对分流造型尖端时,MSCS油耗及碳烟排放最低。为合理评价MSCS的燃烧及排放性能,与DSCS速度特性研究的试验结果进行对比。对比结果显示,相同工况下MS燃烧室的油耗较双卷流(DS)燃烧室降低4~5 g/(kW•h),碳烟排放低于DS燃烧室60%左右,表明MSCS可有效地降低柴油机油耗及碳烟排放,提高柴油机综合性能。
  • XIANG Shouzhi,LIU Hui,WANG Zhi,LONG Yan,WANG Jianxin
    2017,38(5):71-75 doi:
    摘要:
    基于一台由缸内直喷汽油机改装而成的高压缩比双燃料汽油机,研究了甲醇-汽油双燃料喷射方式(M-G,是指进气道喷射甲醇,缸内直喷汽油)和汽油-甲醇双燃料喷射方式(G-M,是指进气道喷汽油,缸内直接喷甲醇)两种双燃料双喷方式对火花点火发动机燃烧排放特性、热效率和爆震抑制的影响。在试验过程中甲醇的喷射比例范围为0~100%。试验结果表明:相比于汽油单燃料发动机,两种双燃料喷射方式(M-G和G-M)都能够显著提高经济性、抑制爆震同时降低微粒排放;G-M双燃料喷射方式相比M-G双燃料喷射方式在抑制爆震、降低微粒排放上效果更加显著。
  • HUANG Yongjun,LI Dinggen,CHEN Guohua
    2017,38(5):76-83 doi:
    摘要:
    针对三元催化器前后都配置了开关型氧传感器的汽油发动机,提出了一种新型的双闭环λ自适应控制策略。前氧传感器用于对闭环控制因子进行PI反馈控制,后氧传感器用于实时监测并通过冻结PI控制修正λ偏差。如果前氧传感器老化或中毒,电压输出特性会发生明显漂移,传统PI闭环控制无法准确控制λ为1左右,导致三元催化器转换效率下降。根据后氧传感器电压偏差计算冻结模式和冻结时间,在前氧传感器信号跳变时刻冻结PI控制,使闭环控制因子延时反跳。在冻结时间内闭环控制因子维持在极大/极小值状态,利用单边时〖HJ5.1p〗间延迟效应构成不对称PI控制模式精确补偿λ漂移,确保λ被控制在理想运行范围,保证最优的三元催化器转换效率。利用先进的ASCET开发环境进行图形化建模并自动生成C代码,与底层驱动代码集成后,下载到32位MPC5634硬件平台安装到发动机台架上进行试验。研究结果表明:当前氧传感器失常时,λ 仍然可以被精确控制在0.99~1.01的理想范围内。
  • XU Yuliang,QU Wei,ZU Bingfeng,WANG Zhen,Li Desheng,LIU Li’na
    2017,38(5):84-89 doi:
    摘要:
    针对一款3缸增压气道喷射汽油机,采用三维仿真与台架试验相结合的方式,研究了中、高滚流比燃烧系统在外特性工况下对缸内燃烧、整机动力性、经济性的影响。结果表明:滚流比数值大小直接影响湍动能峰值出现时刻及湍动能中心位置,进而影响火焰传播及发展;过高滚流比会导致湍动能中心偏心,影响火焰传播。采用中等滚流比的燃烧系统A有利于火核形成及火焰传播,缩短总燃烧持续期,进而提高热效率。在中低转速时,中等滚流燃烧系统A燃烧50%燃料所对应的曲轴转角比高滚流燃烧系统B提前,最多可提前3.4°,指示平均压力循环波动率可维持在3%左右。
  • WANG Long,CHEN Zhanming,YANG Bo,ZENG Ke,JIN Zebing
    2017,38(5):90-96 doi:
    摘要:
    介绍了一种基于原机循环油量的柴油机-天然气发动机调节原则,根据此燃料调节原则可以确定引燃柴油和天然气的控制策略:首先将加速踏板位置按照原机油泵油量解释为总油量需求;然后按替代率确定出与总油量需求等热值的两种燃料的量;最后根据标定的数据得到目标油门位置和天然气喷射脉宽。在Matlab/Simulink环境下配置硬件资源,编写带有信号输入/输出、控制参数计算、工作模式确定与切换等完整可靠功能的控制程序,生成可执行文件并下载到MotoTron硬件内,然后在一台潍柴机械泵柴油机改装的双燃料发动机上对控制程序中的MAP进行了标定。最终的验证试验结果表明:按上述循环油量调节方法开发出的双燃料发动机工作稳定,能够实现准确快速的控制;其动力性与原机水平一致,虽然有效效率普遍低于原机,但得益于天然气的低价,其具有诱人的成本优势。
  • MA Chaochen,GAO Jianbing,ZHONG Lei,XING Shikai
    2017,38(5):97-103 doi:
    摘要:
    以热重试验结果为基础,研究了被捕集到低温等离子体发生装置极板上的柴油机颗粒物的氧化反应机理函数。采用Malek法,将试验结果与常用的固体反应机理函数获得的曲线、经验公式(empirical formula,EF)拟合的曲线进行对比。研究结果表明:常用的固体机理函数获得的标准曲线、反应速率曲线与试验结果一致性较差;加热速率分别为5、10、20 K/min时,通过EF经验公式拟合得到的反应速率曲线与试验得到的反应速率曲线基本重合,且相关系数分别为0.9681、0.9924、0.9904。以加热速率为10 K/min得到的幂指数确定的颗粒物氧化反应机理函数为f(α)=α-0.29(1-α)1.54[1-ln(1-α)]3.93。三种不同的加热速率条件下,由该机理函数获得的标准曲线与试验曲线变化趋势十分相似,可以较为准确地反映柴油机颗粒物的氧化反映机理。在不同加热速率条件下得到的指前因子lnA与活化能E保持了很好的线性关系,满足公式lnA=0.136E-7.015,相关系数为0.994。
  • ZHANG Guangpan ,LU Haifeng ,LI Chao ,CHAO Yuedong ,LI Liguang
    2017,38(5):104-107 doi:
    摘要:
    基于一台带有低压废气再循环(EGR)回路的小排量增压进气道喷射(PFI)发动机,研究了进气正时(VVT)对低压EGR汽油机油耗与燃烧特性的影响。结果表明:EGR率越小,泵气损失越大,EGR率较小时泵气损失随EGR率的变化程度较小,EGR率较大时泵气损失随EGR率变化程度较大;进气门开启时刻相对于上止点提前或滞后均会使泵气损失减小。在1850 r/min、0.45 MPa工况下,进气门在上止点前10°、28°曲轴转角和上止点后24°曲轴转角开启可使泵气损失依次减小2.3%、11.9%和18.8%;进气门开启时刻越提前或迟后,EGR率越大,对应的燃烧持续期和滞燃期越大,燃油消耗率越小;与原机相比(燃油消耗率为294.49 g/(kW•h)),综合优化EGR率和进气门开启时刻后(EGR率为10%、进气门开启时刻为上止点后25°曲轴转角)的最佳燃油消耗率为283.44 g/(kW•h),可使燃油消耗率提高3.8%。
  • HUANG Kaisheng ,ZHANG Yao ,LIU Gang ,LIU Sheng ,JIA Zhen,ZHANG Yangjun
    2017,38(5):108-112 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研究了排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。试验结果表明:排气压力对柴油机缸内压力的影响较小,最高燃烧压力及相位变化不明显;空气质量流量与排气压力具有一定的线性关系,排气压力每增加10 kPa,空气质量流量减少约1.2~2.0 kg/h,减小百分比为0.4%~0.7%;柴油机排气温度与排气压力具有一定的线性关系,排气压力每增加10 kPa,排气温度增加约4.0~4.7 ℃;排气压力增加使柴油机的动力性和经济性恶化,排气压力每增加10 kPa,转矩减小约2.3~3.1 N•m,减小百分比为1.0%~1.9%,比油耗增加约2.8~7.1 g/(kW•h),增加百分比为1.4%~3.3%。仿真计算表明:排气压力增加使泵气过程负功增加,排气压力每增加10kPa,泵气过程平均指示压力减小约9.8~10.7 kPa,减小百分比约13%。
  • GUO Shengchang,ZHU Yu,CHEN Dan,GAO Xiaorui,CHENG Tao,LIN Zhihong
    2017,38(5):113-119 doi:
    摘要:
    针对4190ZLC船用中速柴油机燃油系统电控化改造项目,以该机排气系统为研究对象,以优化排气系统性能为目标,采用气道稳流试验和数值模拟相结合的方法对排气流动进行分析,发现结构不合理之处并进行优化。研究结果表明:原机排气道、排气阀座紧靠气缸的位置、气阀座和气阀等多处存在不合理的流动损失,其中排气道结构和排气阀座相对缸盖位置对流通性能影响较大;排气系统整体结构优化后,流量系数大幅提高,平均流量系数提高了16.71%,流动性能得到改善。
  • FU Yu,WANG Zhe,ZANG Pengfei,SUN Chenle
    2017,38(5):120-126 doi:
    摘要:
    针对直线起动发电一体机(ISG)/发动机系统中的二冲程直线发动机,搭建了GT-Power 一维简化模型,并对其换气系统关键结构参数包括扫气比时面值、排气比时面值和扫气箱容积进行仿真优化研究,从而改善换气品质,提高直线发动机性能。研究结果表明:经参数优化后的直线发动机扫气效率为88.15%,提高了1.58%;捕获率为59.38%,提高了28.81%;动力性和经济性也显著提升。
  • DING Ning ,XU Zheng,CHEN Ming,ZHANG Xiaomao,WANG Lingfang,WU Wenru
    2017,38(5):127-132 doi:
    摘要:
    为了提高发动机缸盖、缸体金属温度场分析的准确度,提出了一种基于缸内燃烧分析的发动机金属温度场分析方法。首先,基于发动机的标定信息,进行了缸内的燃烧分析,研究了各部分边界上的对流传热量;其次,进行了水套的流动分析,对其传热系数进行了评估;再次,考虑了活塞环与缸壁的摩擦换热及活塞与缸壁的热传导;最后,基于上述的热边界条件进行了金属温度场的计算,并与试验进行了验证。结果表明:采用该算法,缸盖、缸体金属温度场分布比较合理,监测点温度与试验比较吻合。
  • HUANG Yuqi,MEI Pan,YU Xiaoli,HUANG Ru, LIU Zhentao, GU Xuhuan
    2017,38(5):133-141 doi:
    摘要:
    为深入了解振荡条件下的两相流运动过程与流动换热特性,采用数值仿真研究方法,摒弃活塞复杂的结构因素,以简化模型为研究对象,从基础问题出发探索各因素对两相流振荡换热过程的影响。通过一系列的数值模拟,直观地展现了油腔内两相流运动过程是高度紊乱的不对称流动。研究结果表明:除活塞二阶运动产生偏离外,油腔上下运动引起的压力变化也将引起油柱倾斜,造成喷油与油腔入口偏离;活塞运动产生的强制振荡是影响腔内流动换热波动的决定性因素,油腔表面传热系数、填充率等的波动频率都与活塞运动频率完全吻合。此外,研究还发现喷油速率、活塞转速等参数对填充率和传热系数都会产生显著的影响,但这些影响因素可能并不是单一作用而是相互耦合的。喷油油柱在进入油腔时的速度与活塞的最大运动速度之间的匹配度可能是影响油腔填充率及传热系数的一个关键因素;当喷油的绝对速度与活塞最大速度接近或大于活塞最大速度时,将达到较为理想的填充率和传热系数。
  • LIANG Hongbo,LIU Sheng,HUANG Shuhe,REN Qingshuang,YIN Yuen, ZHANG Mingliang
    2017,38(5):142-147 doi:
    摘要:
    为提高整机紧凑性,通过计算流体动力学方法设计了集成水-空中冷器进气管,并对比分析了采用集成中冷器进气管方案与原机状态在外特性试验条件下的整机综合性能、进气压力波及瞬态响应特性。试验结果显示,采用集成中冷器进气管方案后,标定工况功率提高了2.1%,燃油消耗率降低了4.3g/(kW•h),涡轮前排气温度降低12 ℃,高速工况充气效率提高,低速工况充气效率降低,柴油机瞬态响应性能提高。
  • ZHENG Wei
    2017,38(5):148-156 doi:
    摘要:
    提出了采用纳米流冷却液雾化冲击冷却提升缸盖鼻梁区高热密度区换热能力的方案,利用计算机仿真计算、高速摄影及内燃机台架系统研究了纳米流雾化冲击对缸盖高热密度区换热效果及不同冷却方案对柴油机工作性能的影响。研究结果显示,采用雾化冲击方式能实现缸盖高热密度区的良好冷却且温度一致性较好,温度值相差幅度不高于6 ℃。原因在于纳米流冷却液沸腾换热以核态沸腾为主,且雾化冲击冷却方式可以提升柴油机缸盖的进气质量流量,相比传统冷却方式最大可以提升9.7%的质量流量。在中高转速下NOx 排放量和烟度值的最大降幅分别为2.7%和4.0%,在中低转速下HC及CO排放量的最大降幅分别为10.2%和5.3%。