Volume 41,Issue 5,2020 Table of Contents
Other Issues:   
Download Contents
display mode:
    Contents
  • SHI Zhicheng, WU Han, LI Haiying, LIU Fushui
    摘要:
    利用定容燃烧弹结合米散射法、阴影法针对喷孔直径(0.12~0.32mm)和环境温度(550~850K)对重型柴油机低温环境下喷雾特性的影响进行可视化测量。结果表明:不同于轻型柴油机,在各个喷射压力和环境压力下提高环境温度到750K时,表征重型柴油机的0.32mm喷孔下的液相燃油依然持续贯穿,无法达到准稳态或达到准稳态时贯穿距离过长而湿壁。随着环境温度增加,0.32mm喷孔下的液相燃油湿壁量减小。只有环境温度增长到850K时,燃油的蒸发作用足够强烈,液相撞壁喷雾的横向扩展长度和浮起高度才能均达到准稳态。
  • SUN Ying-shan,WANG Jin-peng and GE Ji-huan
    摘要:
    以某商用涡旋式喷嘴为基础,改变喷孔尺寸对其进行优化设计,并通过试验进行质量流率、喷雾发展过程、雾化角、动作延迟以及粒径分布分析。结果表明:优化设计的喷嘴其质量流率均大于原来喷嘴的质量流率,而质量流率的线性度接近原商用喷嘴。在相同喷射时间5ms及喷射压力9.5MPa下,当喷嘴孔径由 0.55mm增大为 0.7mm时,喷雾发展过程较为快速,燃油流量增加约56%,雾化角增加10度,但喷雾不稳定性也随之提高,雾化粒径增大。在不同喷油压力下的雾化角变化较大,靠近喷嘴的喷雾轮廓与孔口设计有关,喷油压力增加时,其质量流率也会随之增加,当喷油压力上升时,雾化粒径分布在10μm~20μm的体积分数会随之上升,从而提高雾化程度。
  • LIU Zhien, ZHU Qitao, LIU Weiyi, CHEN Wan, ZHENG Wei
    2020,41(5):16-22 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.04.003
    摘要:
    针对一台由国五升级到国六的重型柴油机原始排放(无后处理系统)超过目标设定值的问题进行研究,提出了一种通过控制各缸废气再循环(exhaust gas recirculation, EGR)率不均匀性来降低柴油机原始排放的方法。建立了柴油机各缸EGR率不均匀性的排放测试试验台架和测试方法,通过分析排放万有特性曲线图确定所研究的进气总管EGR率和柴油机运行工况点,用CO2法在稳态工况下测量各缸EGR率,分析各缸EGR率不均匀对排放性能的影响,确定了达到企业原始排放目标设定值的各缸EGR率不均匀性范围,实现了通过控制各缸EGR率不均匀性来降低柴油机原始排放及降低满足国六排放法规后处理系统匹配难度和成本的目的。
  • WANG Min,YANG Rong,YE Zhou,HUANG Wei,LOU Diming
    2020,41(5):23-31 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.004
    摘要:
    以一款商用车用电控柴油机为研究对象,针对恒转速增转矩工况的燃烧放热特性开展了台架测试和燃烧分析,重点分析了不同过渡时间和不同恒定转速下恒转速增转矩工况的燃烧特性。结果发现,发动机转矩加载过快时,易引起供油量突增,燃料的能量转换效率下降。而当发动机用较长时间平缓加载的过程中,可能因混合气浓度高导致燃料的能量转换效率下降。此外,恒转速增转矩过程中,随着转速的升高,压力急升点提前,燃烧速燃期延长,后燃期缩短,热功转换效率提高。总之,增转矩瞬态过程各个循环的燃烧效率与混合气浓度和各循环的燃烧放热规律密切相关。
  • GE Penghui, QIN Wenjin, LI Xuesong, XU Min, HUNG David Ling Shun
    2020,41(5):32-39 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.005
    摘要:
    采用高速粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)测量了一台直喷式光学发动机的缸内流场,利用动态模态分解(dynamic mode decomposition, DMD)算法,提取了发动机从进气冲程早期到压缩冲程后期中出现的多尺度涡团结构,量化了涡团的比动能在整个冲程阶段的衰减程度。结果表明:从进气冲程早期开始,缸内流场主要由低阶DMD模态表现的大尺度流场结构和高阶DMD模态表现的小尺度涡团结构组成;DMD模态的比动能变化可清楚地反映从大尺度流场结构到小尺度涡团的能量级联和耗散过程。同时还发现,与压缩冲程相比,进气冲程期间的流场可形成更多小尺度的涡团结构,并表现出更快的能量衰减特征,且该阶段流场能量衰减现象对发动机转速更加敏感。
  • ZHANG Wei, BAO Guangyuan, PENG Yiyuan, CHEN Zhaohui, JIANG Qianyu, ZONG Guangcheng
    2020,41(5):40-47 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.006
    摘要:
    构建单螺旋气道柴油机的气道-气门-气缸的计算机辅助设计(CAD)模型,开展油流法稳流试验及不同截面涡流比测量,并进行计算流体力学(CFD)模拟,利用试验结果验证CFD计算,分析缸内近壁面的流场及气缸不同截面涡流比的变化。结果显示:采用质量比为8:8:3的甲基硅油、油酸、铝粉的油剂配方所显示的缸内近壁面流场信息最为清晰完整;距进气口最近的气缸内近壁面形成气流高流速区,高流速区面积会随着气门开度的增大而增加,在高流速区域气缸壁面润滑油膜厚度减小,存在磨损加剧的风险。在进气过程中,随着气门开度逐渐增大,缸内的涡流比会逐级提升;随着涡流比测量面逐渐远离缸盖,各测量面的涡流比逐渐降低。
  • ZHANG Zhendong, QU Zhuoshen, WANG Bo, CHEN Hong, Yin Congbo
    2020,41(5):48-53 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.007
    摘要:
    为了研究米勒循环和废气再循环对高负荷和最佳油耗点燃烧性能的影响,通过修改进气凸轮型线,将一台15L采用废气再循环的涡轮增压直喷汽油机由奥托循环改为米勒循环运行。试验结果显示,在对米勒循环和奥托循环两种不同运行方式进行的对比试验中,在低负荷下,米勒循环的泵气损失比奥托循环小。 随着负荷的增加,米勒循环的影响开始减小,与奥托循环泵气损失的差异逐渐变小,阻碍米勒循环热效率的改进。此外,米勒循环还降低了压缩终了温度,从而增加了燃烧持续期和排气温度,使其难以提高最佳油耗点的燃油经济性。就废气再循环对米勒循环和奥托循环的影响也进行了对比试验。随着废气再循环率的增加,两种循环的热效率均呈现先升后降的趋势。但采用米勒循环减少了进气时间和气门升程,大大降低了缸内滚流比和湍动能,从而延迟了已燃50%质量分数对应的曲轴转角(MBF50)并延长了燃烧持续期,这使其在高负荷下的热效率和燃油经济性均低于奥托循环。
  • ZHANG Chuanqi, WEN Mingsheng, DONG Fang, YANG Yong,LIU Xinlu,LIU Haifeng
    2020,41(5):54-61 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.008
    摘要:
    使用纯汽油与4种乙醇体积分数为10%的乙醇汽油,在一辆缸内汽油直喷乘用车上研究不同燃料对整车性能的影响。试验结果表明:在新欧洲驾驶循环下,燃用乙醇汽油会增加汽车运行时的百公里油耗,但燃用乙醇汽油汽车的当量油耗则可以低于纯汽油汽车的油耗,说明燃用乙醇汽油燃料的汽车可以实现更高的热效率、更低的碳排放、更低的颗粒物排放和更良好的加速性能。5种燃料中,随芳烃含量升高,汽车油耗、颗粒数、NOx排放整体会呈现上升趋势。综合性能来看,通过燃料优化可以使乙醇汽油高效清洁地应用于整车,但在低车速、冷起动工况下因发动机运转温度较低,其CO排放比纯汽油要高,HC排放比纯汽油低。
  • HOU Xianjun, LU Junyu, WANG Youheng, WU Na
    2020,41(5):62-69 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.009
    摘要:
    通过优化进气道和燃烧室结构来提升某缩缸后排量0.375L的单缸汽油机的性能,达到小型强化的目的。利用CONVERGE 软件对发动机进行不同气门升程下气道稳态数值模拟和3000r/min满负荷工况下的瞬态燃烧过程模拟。分别提出4种进气道优化方案和3种燃烧室优化方案。综合考虑流量系数和滚流比,选取优化进气道方案A。采用方案A进气道,平均流量系数提升22.26%,平均滚流比提升14.41%。在选用进气道方案A的前提下,综合分析不同燃烧室方案下流场分布、混合气分布、温度分布、缸内压力和燃烧相关参数,最终确定燃烧室优化方案2的缸内流场分布、湍动能和混合气分布情况能增加火焰传播速度,缩短急燃期,指示功率较缩缸后原方案提升14.1%,动力性能达到缩缸前0.400L排量发动机的水平。
  • ZHOU Wenjie,CHENG Jianghua,SHI Lei,XING Weidong,DENG Kangyao
    2020,41(5):70-76 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.010
    摘要:
    为解决相继增压系统切换过程中压气机喘振和倒流问题,建立了GTPower/Simulink 相继增压系统耦合仿真计算模型,并对切换过程压气机动作延迟时间的影响规律进行研究。仿真结果表明:压气机延迟关闭可以避免压气机的喘振现象;压气机延迟开启可以避免压气机的倒流现象。合理的阀门控制策略可以使切换过程增压压力的波动减少9.3%~21.6%。
  • BU Chenjia, LIU Zhongmin, GAO Jiancheng
    2020,41(5):77-83 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.011
    摘要:
    针对乘用车发动机在循环工况条件下机油泵与润滑系统匹配设计问题,建立机油泵循环工况试验系统,测量循环工况条件下机油泵性能,分析发动机润滑压力与流量要求,提出基于循环工况的发动机加速过程润滑压力与流量安全余量要求,以安全余量为基准评价机油泵节能区域与潜力。研究表明,在新欧洲驾驶循环(new European driving cycle, NEDC)工况下,与市区工况相比,郊区工况发动机转速提高,加速时间增加,对润滑安全余量要求更高;在发动机标定转矩至标定功率转速范围内,发动机润滑需求增加速度低于机油泵供油量增加速度,是最有节能潜力的区域;循环工况条件和润滑油温度条件对机油泵驱动功率具有重要影响;机油泵在NEDC市区工况具有32.1%节能潜力,在郊区工况具有8.9%节能潜力。
  • CHEN Tao,DONG Ao,XIE Hui,QIAN Zhenhuan and CHEN Daxin
    2020,41(5):83-92 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.012
    摘要:
    为实现汽油机燃油喷射系统全生命周期与复杂工况的精确控制,提出了一种基于模型的无标定控制算法(model based non-calibration control,NC-MBC)。建立共轨系统精确机理模型,设计2600个实验工况点拟合并验证模型。针对模型中未知物理参数与结构参数,设计自学习算法实时优化。结合精确前馈模型与自抗扰反馈算法设计控制器,实现共轨系统无标定化控制并拥有自抗扰能力。NC-MBC通过Simulink仿真平台验证,结果显示:自学习算法能够保证模型参数快速收敛,参数自学习修正后的NC-MBC稳态轨压绝对值误差积分相对比例为分积分(Proportional integral differential,PID)控制降低40%以上,瞬态响应时间与超调量均降低45%以上。NC-MBC在极大提高控制精度与鲁棒性的同时运算复杂度低,适合嵌入式控制。
    Contents
  • SHI Zhicheng, WU Han, LI Haiying, LIU Fushui
    摘要:
    利用定容燃烧弹结合米散射法、阴影法针对喷孔直径(0.12~0.32mm)和环境温度(550~850K)对重型柴油机低温环境下喷雾特性的影响进行可视化测量。结果表明:不同于轻型柴油机,在各个喷射压力和环境压力下提高环境温度到750K时,表征重型柴油机的0.32mm喷孔下的液相燃油依然持续贯穿,无法达到准稳态或达到准稳态时贯穿距离过长而湿壁。随着环境温度增加,0.32mm喷孔下的液相燃油湿壁量减小。只有环境温度增长到850K时,燃油的蒸发作用足够强烈,液相撞壁喷雾的横向扩展长度和浮起高度才能均达到准稳态。
  • SUN Ying-shan,WANG Jin-peng and GE Ji-huan
    摘要:
    以某商用涡旋式喷嘴为基础,改变喷孔尺寸对其进行优化设计,并通过试验进行质量流率、喷雾发展过程、雾化角、动作延迟以及粒径分布分析。结果表明:优化设计的喷嘴其质量流率均大于原来喷嘴的质量流率,而质量流率的线性度接近原商用喷嘴。在相同喷射时间5ms及喷射压力9.5MPa下,当喷嘴孔径由 0.55mm增大为 0.7mm时,喷雾发展过程较为快速,燃油流量增加约56%,雾化角增加10度,但喷雾不稳定性也随之提高,雾化粒径增大。在不同喷油压力下的雾化角变化较大,靠近喷嘴的喷雾轮廓与孔口设计有关,喷油压力增加时,其质量流率也会随之增加,当喷油压力上升时,雾化粒径分布在10μm~20μm的体积分数会随之上升,从而提高雾化程度。
  • LIU Zhien, ZHU Qitao, LIU Weiyi, CHEN Wan, ZHENG Wei
    2020,41(5):16-22 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.04.003
    摘要:
    针对一台由国五升级到国六的重型柴油机原始排放(无后处理系统)超过目标设定值的问题进行研究,提出了一种通过控制各缸废气再循环(exhaust gas recirculation, EGR)率不均匀性来降低柴油机原始排放的方法。建立了柴油机各缸EGR率不均匀性的排放测试试验台架和测试方法,通过分析排放万有特性曲线图确定所研究的进气总管EGR率和柴油机运行工况点,用CO2法在稳态工况下测量各缸EGR率,分析各缸EGR率不均匀对排放性能的影响,确定了达到企业原始排放目标设定值的各缸EGR率不均匀性范围,实现了通过控制各缸EGR率不均匀性来降低柴油机原始排放及降低满足国六排放法规后处理系统匹配难度和成本的目的。
  • WANG Min,YANG Rong,YE Zhou,HUANG Wei,LOU Diming
    2020,41(5):23-31 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.004
    摘要:
    以一款商用车用电控柴油机为研究对象,针对恒转速增转矩工况的燃烧放热特性开展了台架测试和燃烧分析,重点分析了不同过渡时间和不同恒定转速下恒转速增转矩工况的燃烧特性。结果发现,发动机转矩加载过快时,易引起供油量突增,燃料的能量转换效率下降。而当发动机用较长时间平缓加载的过程中,可能因混合气浓度高导致燃料的能量转换效率下降。此外,恒转速增转矩过程中,随着转速的升高,压力急升点提前,燃烧速燃期延长,后燃期缩短,热功转换效率提高。总之,增转矩瞬态过程各个循环的燃烧效率与混合气浓度和各循环的燃烧放热规律密切相关。
  • GE Penghui, QIN Wenjin, LI Xuesong, XU Min, HUNG David Ling Shun
    2020,41(5):32-39 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.005
    摘要:
    采用高速粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)测量了一台直喷式光学发动机的缸内流场,利用动态模态分解(dynamic mode decomposition, DMD)算法,提取了发动机从进气冲程早期到压缩冲程后期中出现的多尺度涡团结构,量化了涡团的比动能在整个冲程阶段的衰减程度。结果表明:从进气冲程早期开始,缸内流场主要由低阶DMD模态表现的大尺度流场结构和高阶DMD模态表现的小尺度涡团结构组成;DMD模态的比动能变化可清楚地反映从大尺度流场结构到小尺度涡团的能量级联和耗散过程。同时还发现,与压缩冲程相比,进气冲程期间的流场可形成更多小尺度的涡团结构,并表现出更快的能量衰减特征,且该阶段流场能量衰减现象对发动机转速更加敏感。
  • ZHANG Wei, BAO Guangyuan, PENG Yiyuan, CHEN Zhaohui, JIANG Qianyu, ZONG Guangcheng
    2020,41(5):40-47 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.006
    摘要:
    构建单螺旋气道柴油机的气道-气门-气缸的计算机辅助设计(CAD)模型,开展油流法稳流试验及不同截面涡流比测量,并进行计算流体力学(CFD)模拟,利用试验结果验证CFD计算,分析缸内近壁面的流场及气缸不同截面涡流比的变化。结果显示:采用质量比为8:8:3的甲基硅油、油酸、铝粉的油剂配方所显示的缸内近壁面流场信息最为清晰完整;距进气口最近的气缸内近壁面形成气流高流速区,高流速区面积会随着气门开度的增大而增加,在高流速区域气缸壁面润滑油膜厚度减小,存在磨损加剧的风险。在进气过程中,随着气门开度逐渐增大,缸内的涡流比会逐级提升;随着涡流比测量面逐渐远离缸盖,各测量面的涡流比逐渐降低。
  • ZHANG Zhendong, QU Zhuoshen, WANG Bo, CHEN Hong, Yin Congbo
    2020,41(5):48-53 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.007
    摘要:
    为了研究米勒循环和废气再循环对高负荷和最佳油耗点燃烧性能的影响,通过修改进气凸轮型线,将一台15L采用废气再循环的涡轮增压直喷汽油机由奥托循环改为米勒循环运行。试验结果显示,在对米勒循环和奥托循环两种不同运行方式进行的对比试验中,在低负荷下,米勒循环的泵气损失比奥托循环小。 随着负荷的增加,米勒循环的影响开始减小,与奥托循环泵气损失的差异逐渐变小,阻碍米勒循环热效率的改进。此外,米勒循环还降低了压缩终了温度,从而增加了燃烧持续期和排气温度,使其难以提高最佳油耗点的燃油经济性。就废气再循环对米勒循环和奥托循环的影响也进行了对比试验。随着废气再循环率的增加,两种循环的热效率均呈现先升后降的趋势。但采用米勒循环减少了进气时间和气门升程,大大降低了缸内滚流比和湍动能,从而延迟了已燃50%质量分数对应的曲轴转角(MBF50)并延长了燃烧持续期,这使其在高负荷下的热效率和燃油经济性均低于奥托循环。
  • ZHANG Chuanqi, WEN Mingsheng, DONG Fang, YANG Yong,LIU Xinlu,LIU Haifeng
    2020,41(5):54-61 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.008
    摘要:
    使用纯汽油与4种乙醇体积分数为10%的乙醇汽油,在一辆缸内汽油直喷乘用车上研究不同燃料对整车性能的影响。试验结果表明:在新欧洲驾驶循环下,燃用乙醇汽油会增加汽车运行时的百公里油耗,但燃用乙醇汽油汽车的当量油耗则可以低于纯汽油汽车的油耗,说明燃用乙醇汽油燃料的汽车可以实现更高的热效率、更低的碳排放、更低的颗粒物排放和更良好的加速性能。5种燃料中,随芳烃含量升高,汽车油耗、颗粒数、NOx排放整体会呈现上升趋势。综合性能来看,通过燃料优化可以使乙醇汽油高效清洁地应用于整车,但在低车速、冷起动工况下因发动机运转温度较低,其CO排放比纯汽油要高,HC排放比纯汽油低。
  • HOU Xianjun, LU Junyu, WANG Youheng, WU Na
    2020,41(5):62-69 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.009
    摘要:
    通过优化进气道和燃烧室结构来提升某缩缸后排量0.375L的单缸汽油机的性能,达到小型强化的目的。利用CONVERGE 软件对发动机进行不同气门升程下气道稳态数值模拟和3000r/min满负荷工况下的瞬态燃烧过程模拟。分别提出4种进气道优化方案和3种燃烧室优化方案。综合考虑流量系数和滚流比,选取优化进气道方案A。采用方案A进气道,平均流量系数提升22.26%,平均滚流比提升14.41%。在选用进气道方案A的前提下,综合分析不同燃烧室方案下流场分布、混合气分布、温度分布、缸内压力和燃烧相关参数,最终确定燃烧室优化方案2的缸内流场分布、湍动能和混合气分布情况能增加火焰传播速度,缩短急燃期,指示功率较缩缸后原方案提升14.1%,动力性能达到缩缸前0.400L排量发动机的水平。
  • ZHOU Wenjie,CHENG Jianghua,SHI Lei,XING Weidong,DENG Kangyao
    2020,41(5):70-76 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.010
    摘要:
    为解决相继增压系统切换过程中压气机喘振和倒流问题,建立了GTPower/Simulink 相继增压系统耦合仿真计算模型,并对切换过程压气机动作延迟时间的影响规律进行研究。仿真结果表明:压气机延迟关闭可以避免压气机的喘振现象;压气机延迟开启可以避免压气机的倒流现象。合理的阀门控制策略可以使切换过程增压压力的波动减少9.3%~21.6%。
  • BU Chenjia, LIU Zhongmin, GAO Jiancheng
    2020,41(5):77-83 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.011
    摘要:
    针对乘用车发动机在循环工况条件下机油泵与润滑系统匹配设计问题,建立机油泵循环工况试验系统,测量循环工况条件下机油泵性能,分析发动机润滑压力与流量要求,提出基于循环工况的发动机加速过程润滑压力与流量安全余量要求,以安全余量为基准评价机油泵节能区域与潜力。研究表明,在新欧洲驾驶循环(new European driving cycle, NEDC)工况下,与市区工况相比,郊区工况发动机转速提高,加速时间增加,对润滑安全余量要求更高;在发动机标定转矩至标定功率转速范围内,发动机润滑需求增加速度低于机油泵供油量增加速度,是最有节能潜力的区域;循环工况条件和润滑油温度条件对机油泵驱动功率具有重要影响;机油泵在NEDC市区工况具有32.1%节能潜力,在郊区工况具有8.9%节能潜力。
  • CHEN Tao,DONG Ao,XIE Hui,QIAN Zhenhuan and CHEN Daxin
    2020,41(5):83-92 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.012
    摘要:
    为实现汽油机燃油喷射系统全生命周期与复杂工况的精确控制,提出了一种基于模型的无标定控制算法(model based non-calibration control,NC-MBC)。建立共轨系统精确机理模型,设计2600个实验工况点拟合并验证模型。针对模型中未知物理参数与结构参数,设计自学习算法实时优化。结合精确前馈模型与自抗扰反馈算法设计控制器,实现共轨系统无标定化控制并拥有自抗扰能力。NC-MBC通过Simulink仿真平台验证,结果显示:自学习算法能够保证模型参数快速收敛,参数自学习修正后的NC-MBC稳态轨压绝对值误差积分相对比例为分积分(Proportional integral differential,PID)控制降低40%以上,瞬态响应时间与超调量均降低45%以上。NC-MBC在极大提高控制精度与鲁棒性的同时运算复杂度低,适合嵌入式控制。
    Contents
  • SHI Zhicheng, WU Han, LI Haiying, LIU Fushui
    摘要:
    利用定容燃烧弹结合米散射法、阴影法针对喷孔直径(0.12~0.32mm)和环境温度(550~850K)对重型柴油机低温环境下喷雾特性的影响进行可视化测量。结果表明:不同于轻型柴油机,在各个喷射压力和环境压力下提高环境温度到750K时,表征重型柴油机的0.32mm喷孔下的液相燃油依然持续贯穿,无法达到准稳态或达到准稳态时贯穿距离过长而湿壁。随着环境温度增加,0.32mm喷孔下的液相燃油湿壁量减小。只有环境温度增长到850K时,燃油的蒸发作用足够强烈,液相撞壁喷雾的横向扩展长度和浮起高度才能均达到准稳态。
  • SUN Ying-shan,WANG Jin-peng and GE Ji-huan
    摘要:
    以某商用涡旋式喷嘴为基础,改变喷孔尺寸对其进行优化设计,并通过试验进行质量流率、喷雾发展过程、雾化角、动作延迟以及粒径分布分析。结果表明:优化设计的喷嘴其质量流率均大于原来喷嘴的质量流率,而质量流率的线性度接近原商用喷嘴。在相同喷射时间5ms及喷射压力9.5MPa下,当喷嘴孔径由 0.55mm增大为 0.7mm时,喷雾发展过程较为快速,燃油流量增加约56%,雾化角增加10度,但喷雾不稳定性也随之提高,雾化粒径增大。在不同喷油压力下的雾化角变化较大,靠近喷嘴的喷雾轮廓与孔口设计有关,喷油压力增加时,其质量流率也会随之增加,当喷油压力上升时,雾化粒径分布在10μm~20μm的体积分数会随之上升,从而提高雾化程度。
  • LIU Zhien, ZHU Qitao, LIU Weiyi, CHEN Wan, ZHENG Wei
    2020,41(5):16-22 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.04.003
    摘要:
    针对一台由国五升级到国六的重型柴油机原始排放(无后处理系统)超过目标设定值的问题进行研究,提出了一种通过控制各缸废气再循环(exhaust gas recirculation, EGR)率不均匀性来降低柴油机原始排放的方法。建立了柴油机各缸EGR率不均匀性的排放测试试验台架和测试方法,通过分析排放万有特性曲线图确定所研究的进气总管EGR率和柴油机运行工况点,用CO2法在稳态工况下测量各缸EGR率,分析各缸EGR率不均匀对排放性能的影响,确定了达到企业原始排放目标设定值的各缸EGR率不均匀性范围,实现了通过控制各缸EGR率不均匀性来降低柴油机原始排放及降低满足国六排放法规后处理系统匹配难度和成本的目的。
  • WANG Min,YANG Rong,YE Zhou,HUANG Wei,LOU Diming
    2020,41(5):23-31 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.004
    摘要:
    以一款商用车用电控柴油机为研究对象,针对恒转速增转矩工况的燃烧放热特性开展了台架测试和燃烧分析,重点分析了不同过渡时间和不同恒定转速下恒转速增转矩工况的燃烧特性。结果发现,发动机转矩加载过快时,易引起供油量突增,燃料的能量转换效率下降。而当发动机用较长时间平缓加载的过程中,可能因混合气浓度高导致燃料的能量转换效率下降。此外,恒转速增转矩过程中,随着转速的升高,压力急升点提前,燃烧速燃期延长,后燃期缩短,热功转换效率提高。总之,增转矩瞬态过程各个循环的燃烧效率与混合气浓度和各循环的燃烧放热规律密切相关。
  • GE Penghui, QIN Wenjin, LI Xuesong, XU Min, HUNG David Ling Shun
    2020,41(5):32-39 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.005
    摘要:
    采用高速粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)测量了一台直喷式光学发动机的缸内流场,利用动态模态分解(dynamic mode decomposition, DMD)算法,提取了发动机从进气冲程早期到压缩冲程后期中出现的多尺度涡团结构,量化了涡团的比动能在整个冲程阶段的衰减程度。结果表明:从进气冲程早期开始,缸内流场主要由低阶DMD模态表现的大尺度流场结构和高阶DMD模态表现的小尺度涡团结构组成;DMD模态的比动能变化可清楚地反映从大尺度流场结构到小尺度涡团的能量级联和耗散过程。同时还发现,与压缩冲程相比,进气冲程期间的流场可形成更多小尺度的涡团结构,并表现出更快的能量衰减特征,且该阶段流场能量衰减现象对发动机转速更加敏感。
  • ZHANG Wei, BAO Guangyuan, PENG Yiyuan, CHEN Zhaohui, JIANG Qianyu, ZONG Guangcheng
    2020,41(5):40-47 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.006
    摘要:
    构建单螺旋气道柴油机的气道-气门-气缸的计算机辅助设计(CAD)模型,开展油流法稳流试验及不同截面涡流比测量,并进行计算流体力学(CFD)模拟,利用试验结果验证CFD计算,分析缸内近壁面的流场及气缸不同截面涡流比的变化。结果显示:采用质量比为8:8:3的甲基硅油、油酸、铝粉的油剂配方所显示的缸内近壁面流场信息最为清晰完整;距进气口最近的气缸内近壁面形成气流高流速区,高流速区面积会随着气门开度的增大而增加,在高流速区域气缸壁面润滑油膜厚度减小,存在磨损加剧的风险。在进气过程中,随着气门开度逐渐增大,缸内的涡流比会逐级提升;随着涡流比测量面逐渐远离缸盖,各测量面的涡流比逐渐降低。
  • ZHANG Zhendong, QU Zhuoshen, WANG Bo, CHEN Hong, Yin Congbo
    2020,41(5):48-53 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.007
    摘要:
    为了研究米勒循环和废气再循环对高负荷和最佳油耗点燃烧性能的影响,通过修改进气凸轮型线,将一台15L采用废气再循环的涡轮增压直喷汽油机由奥托循环改为米勒循环运行。试验结果显示,在对米勒循环和奥托循环两种不同运行方式进行的对比试验中,在低负荷下,米勒循环的泵气损失比奥托循环小。 随着负荷的增加,米勒循环的影响开始减小,与奥托循环泵气损失的差异逐渐变小,阻碍米勒循环热效率的改进。此外,米勒循环还降低了压缩终了温度,从而增加了燃烧持续期和排气温度,使其难以提高最佳油耗点的燃油经济性。就废气再循环对米勒循环和奥托循环的影响也进行了对比试验。随着废气再循环率的增加,两种循环的热效率均呈现先升后降的趋势。但采用米勒循环减少了进气时间和气门升程,大大降低了缸内滚流比和湍动能,从而延迟了已燃50%质量分数对应的曲轴转角(MBF50)并延长了燃烧持续期,这使其在高负荷下的热效率和燃油经济性均低于奥托循环。
  • ZHANG Chuanqi, WEN Mingsheng, DONG Fang, YANG Yong,LIU Xinlu,LIU Haifeng
    2020,41(5):54-61 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.008
    摘要:
    使用纯汽油与4种乙醇体积分数为10%的乙醇汽油,在一辆缸内汽油直喷乘用车上研究不同燃料对整车性能的影响。试验结果表明:在新欧洲驾驶循环下,燃用乙醇汽油会增加汽车运行时的百公里油耗,但燃用乙醇汽油汽车的当量油耗则可以低于纯汽油汽车的油耗,说明燃用乙醇汽油燃料的汽车可以实现更高的热效率、更低的碳排放、更低的颗粒物排放和更良好的加速性能。5种燃料中,随芳烃含量升高,汽车油耗、颗粒数、NOx排放整体会呈现上升趋势。综合性能来看,通过燃料优化可以使乙醇汽油高效清洁地应用于整车,但在低车速、冷起动工况下因发动机运转温度较低,其CO排放比纯汽油要高,HC排放比纯汽油低。
  • HOU Xianjun, LU Junyu, WANG Youheng, WU Na
    2020,41(5):62-69 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.009
    摘要:
    通过优化进气道和燃烧室结构来提升某缩缸后排量0.375L的单缸汽油机的性能,达到小型强化的目的。利用CONVERGE 软件对发动机进行不同气门升程下气道稳态数值模拟和3000r/min满负荷工况下的瞬态燃烧过程模拟。分别提出4种进气道优化方案和3种燃烧室优化方案。综合考虑流量系数和滚流比,选取优化进气道方案A。采用方案A进气道,平均流量系数提升22.26%,平均滚流比提升14.41%。在选用进气道方案A的前提下,综合分析不同燃烧室方案下流场分布、混合气分布、温度分布、缸内压力和燃烧相关参数,最终确定燃烧室优化方案2的缸内流场分布、湍动能和混合气分布情况能增加火焰传播速度,缩短急燃期,指示功率较缩缸后原方案提升14.1%,动力性能达到缩缸前0.400L排量发动机的水平。
  • ZHOU Wenjie,CHENG Jianghua,SHI Lei,XING Weidong,DENG Kangyao
    2020,41(5):70-76 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.010
    摘要:
    为解决相继增压系统切换过程中压气机喘振和倒流问题,建立了GTPower/Simulink 相继增压系统耦合仿真计算模型,并对切换过程压气机动作延迟时间的影响规律进行研究。仿真结果表明:压气机延迟关闭可以避免压气机的喘振现象;压气机延迟开启可以避免压气机的倒流现象。合理的阀门控制策略可以使切换过程增压压力的波动减少9.3%~21.6%。
  • BU Chenjia, LIU Zhongmin, GAO Jiancheng
    2020,41(5):77-83 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.011
    摘要:
    针对乘用车发动机在循环工况条件下机油泵与润滑系统匹配设计问题,建立机油泵循环工况试验系统,测量循环工况条件下机油泵性能,分析发动机润滑压力与流量要求,提出基于循环工况的发动机加速过程润滑压力与流量安全余量要求,以安全余量为基准评价机油泵节能区域与潜力。研究表明,在新欧洲驾驶循环(new European driving cycle, NEDC)工况下,与市区工况相比,郊区工况发动机转速提高,加速时间增加,对润滑安全余量要求更高;在发动机标定转矩至标定功率转速范围内,发动机润滑需求增加速度低于机油泵供油量增加速度,是最有节能潜力的区域;循环工况条件和润滑油温度条件对机油泵驱动功率具有重要影响;机油泵在NEDC市区工况具有32.1%节能潜力,在郊区工况具有8.9%节能潜力。
  • CHEN Tao,DONG Ao,XIE Hui,QIAN Zhenhuan and CHEN Daxin
    2020,41(5):83-92 doi: 10.13949/j.cnki.nrjgc.2020.05.012
    摘要:
    为实现汽油机燃油喷射系统全生命周期与复杂工况的精确控制,提出了一种基于模型的无标定控制算法(model based non-calibration control,NC-MBC)。建立共轨系统精确机理模型,设计2600个实验工况点拟合并验证模型。针对模型中未知物理参数与结构参数,设计自学习算法实时优化。结合精确前馈模型与自抗扰反馈算法设计控制器,实现共轨系统无标定化控制并拥有自抗扰能力。NC-MBC通过Simulink仿真平台验证,结果显示:自学习算法能够保证模型参数快速收敛,参数自学习修正后的NC-MBC稳态轨压绝对值误差积分相对比例为分积分(Proportional integral differential,PID)控制降低40%以上,瞬态响应时间与超调量均降低45%以上。NC-MBC在极大提高控制精度与鲁棒性的同时运算复杂度低,适合嵌入式控制。