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  • 內燃機工程
  • 2019年 第40卷 第5期
  • 出刊日期:2019-10-15
《內燃機工程》創刊于1979年,由中國內燃機學會主辦,主管單位為中國科學技術協會。 《內燃機工程》是中文核心期刊、中國科技核心期刊、中國核心學術期刊,國內外公開發行,目前為雙月期刊。

2019年第40卷第5期

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    • 提高重型柴油機低速高負荷熱效率的試驗研究
      覃文,李臨蓬,夏明濤,鄭尊清,堯命發,王滸
      為了改善重型柴油機低速高負荷的燃油經濟性,在一臺兩級可變截面渦輪增壓重型柴油機上開展了空氣系統與噴油參數優化策略研究。試驗結果表明:對于缸內最高燃燒壓力受限工況,獲得最低有效燃油消耗率(BSFC)的可變截面渦輪增壓器(VGT)關度應該使泵吸功基本為零;選取合適的噴油壓力可提高機械效率,在改善燃油經濟性的同時使 NOx 排放有一定降低,而碳煙排放也能保持在較低水平?;谠搩灮呗?,研究了缸內最高燃燒壓力限值對不同工況點燃油經濟性的影響,進而研究了提高缸內最高燃燒壓力對改善燃油經濟性的潛力。結果表明:隨著轉速與負荷的升高,提高最高燃燒壓力限值對燃油經濟性的改善作用更加明顯;但缸內最高燃燒壓力提高到一定程度以后,其對燃油經濟性的改善作用逐漸減小。
      2019  Vol.  40(5):    1-7    [摘要](201)    [PDF](177)
    • 基于高壓直噴航空煤油點燃式發動機燃燒性能優化的試驗研究
      劉昌文,李杰,劉豐年,華劍雄,周磊,衛海橋
      為提高航空煤油在點然式發動機中的燃燒熱效率,改善發動機爆震及拓寬發動機負荷范圍,以3號航空煤油(RP-3)為基礎燃料,基于一臺單缸水冷、壓縮比可調、4沖程點燃式發動機結合高壓共軌缸內直噴技術,開展了單雙點火、不同負荷、壓縮比、噴射壓力、噴射時刻和兩次噴射策略下航空煤油燃燒特性的試驗研究。結果表明,在原機壓縮比為10的條件下,將直噴汽油改為直噴航空煤油后,由于航空煤油的抗爆性差、霧化困難、燃燒速率慢等理化特性,發動機的動力性損失約50.0%,油耗增加約60.0%,循環波動也大幅增加;相比于單點火,雙點火可使缸內平均有效壓力提高,燃燒相位提前,循環波動降低;為了抑制高壓縮比下的爆震傾向,可通過降低壓縮比來拓寬負荷范圍,恢復原機功率。隨著壓縮比的降低,有效平均壓力(BMEP)持續增大,當壓縮比為6時,最大轉矩可達39.5 N·m,功率恢復至原機的88.0%。同時耦合高壓及兩次噴射策略,隨著噴射壓力的增大,有效燃油消耗率(BSFC)減小約30.0%,經濟性有所提高。相比于單次噴射,采用兩次噴射策略可降低油耗,提升缸內有效平均壓力,提升燃燒效率,最終可實現發動機燃用航空煤油的性能接近原機水平,最大負荷達原機的90.0%且油耗增加量不超過15.0%。
      2019  Vol.  40(5):    8-15    [摘要](179)    [PDF](218)
    • PRF50燃料低溫重整產物對中等負荷下發動機燃燒及排放特性影響的研究
      王滸,李藝漩,王洋,堯命發,張巖
      采用試驗的方法,利用重整器和發動機臺架研究了正庚烷和異辛烷體積比1∶1的PRF50燃料在不同重整溫度下的低溫重整產物及其對壓燃發動機中等負荷下燃燒和排放特性的影響。研究結果表明,PRF50燃料在450 K~750K的重整溫度下低溫反應放熱量較少,重整器內溫度基本不變。重整產物中的輕烴分子對發動機燃燒具有促進作用,可以使燃料重心(CA50)提前,而產物中的CO、CO2 對燃燒具有抑制作用;隨著重整溫度的提升,重整產物促進作用逐漸增強,達到最高值后逐漸減弱;在相同噴油時刻下,隨著重整溫度的增加,指示熱效率先逐漸升高后降低,最多提高2%。
      2019  Vol.  40(5):    16-22    [摘要](147)    [PDF](210)
    • 乙醇/汽油雙燃料雙直噴模式下分層稀薄燃燒試驗研究
      衛海橋,歐陽康佳,宮雨,梁俊潔,康瑞,周磊
      針對乙醇與汽油固定摻混比例下使用不能充分發揮乙醇燃料優勢的問題,開發出了乙醇汽油雙燃料-雙直噴系統,并在一臺點燃式單缸試驗機上進行試驗,研究了稀薄燃燒下3種不同的噴射策略對發動機燃燒和性能的影響。研究發現:在稀薄燃燒的情況下,隨噴射時刻的推遲,不同噴射策略下動力性呈現先增長后降低的趨勢。在保證噴油量不變時,有效熱效率隨過量空氣系數增大而明顯提高,當量燃油消耗率逐漸降低。隨噴射時刻的推遲,熱效率呈現先升高后降低的趨勢。在過量空氣系數為1.2,汽油噴射時刻為上止點前180°,乙醇噴射時刻為上止點前300°時,有效熱效率達到最高值40.5%。此外,相比于汽油,添加乙醇燃料使得稀薄燃燒更穩定,循環波動更小。
      2019  Vol.  40(5):    23-29    [摘要](165)    [PDF](152)
    • 不同噴油壓力RP-3航空煤油、柴油碰壁噴霧著火和燃燒特性的對比研究
      杜巍,張乾坤,侯金赤,李萌
      利用直徑0.22 mm的單孔噴嘴高壓共軌噴油器,以噴油器油量標定數據及控制參數為基礎,采用高速相機成像技術在定容燃燒室內在等噴油量變噴油壓力的前提下測量了著火點、著火滯燃期、燃燒持續期、火焰面積(AF)和火焰自然發光強度(SINL)的變化規律,對比研究了RP-3航空煤油、柴油碰壁噴霧的著火和燃燒特性。結果表明:在低噴油壓力下著火點分布在離壁面較遠的區域,在較高噴油壓力下著火點位于壁面上,距噴油器中心線的距離隨噴油壓力的增加而增加,且RP-3航空煤油著火點距噴油器的距離比柴油更遠。隨著噴油壓力的增加,RP-3航空煤油碰壁噴霧火焰的著火滯燃期先降低后增加,柴油碰壁噴霧火焰的著火滯燃期不斷降低,且RP-3航空煤油具有更短的著火滯燃期。燃燒持續期隨噴油壓力的增加而降低,RP-3航空煤油的燃燒持續期比柴油短。噴油壓力越高,火焰面積(AF)和自然發光強度(SINL)的變化速率越高,而AF和SINL的最大值及達到最大值所需的時間越小。與柴油相比,RP-3航空煤油的AF、SINL具有更高的變化速率,且AF、SINL的峰值更高,達到峰值的時間更短。
      2019  Vol.  40(5):    30-37    [摘要](163)    [PDF](155)
    • 直噴汽油機附壁油膜特性試驗研究
      許貝,裴毅強,秦靜,劉懿,王晨晰,郭瑞濤
      運用激光誘導熒光法(LIF)定量分析了缸內直噴汽油機單孔噴油器噴霧撞壁的二維油膜特性。研究發現:燃油在壁面上向油膜鋪展的方向聚集,并在邊緣形成較厚的油膜。高噴射壓力有助于形成質量較小且厚度較薄的油膜,同時減小噴射脈寬能進一步降低燃油附壁率。增加撞壁距離能同時減小油膜質量和油膜面積,然而油膜的平均厚度并未減小,對油膜蒸發并沒有明顯的促進作用。將噴射角度從15°增加到45°能夠顯著減少油膜質量和平均厚度。
      2019  Vol.  40(5):    38-45    [摘要](138)    [PDF](155)
    • 直噴汽油機采用不同缸內稀釋技術的性能研究
      高光輝,沈凱,黃昭明,陳偉國,單家正
      針對一款4缸1.5 L廢氣渦輪增壓缸內直噴汽油(GDI)發動機,進行了廢氣再循環(EGR)缸內稀釋燃燒技術、空氣缸內稀釋燃燒技術與原機燃燒的經濟性、排放特性對比試驗研究。研究了不同缸內稀釋技術對發動機性能和排放影響的變動規律,并對比分析了相同稀釋率下、采用不同稀釋技術時發動機的性能變化。結果表明:空氣稀釋率在49.5%時比油耗相比原機下降6.2%,而EGR稀釋率在20.5%時經濟性改善4.2%,在相同稀釋率時,EGR稀釋可采用更為提前的點火角實現更優的燃燒相位,但空氣稀釋所帶來的多變指數提升使其經濟性優于EGR稀釋,且發動機燃燒系統對空氣稀釋程度具有更強的容忍性;NOx 排放在空氣稀釋率為11.0%時達到峰值水平,隨后隨著稀釋率的提高不斷下降,而EGR稀釋的NOx 排放隨著稀釋率的提高持續大幅下降;空氣稀釋的CO排放水平遠低于原機,EGR稀釋的CO排放隨著稀釋率的增加而略有下降;對于HC排放,空氣稀釋的排放量低于EGR稀釋,而當空氣稀釋率由49.5%增加為68.0%時,HC排放出現較大幅度上升。
      2019  Vol.  40(5):    46-51    [摘要](178)    [PDF](169)
    • 增程器發動機的噴油策略優化
      譚丕強,李二峰,胡志遠,樓狄明
      為了研究軌道壓力、主噴正時、預噴正時及預噴油量這4個主要噴油參數對增程式電動汽車增程器(APU)發動機有效燃油消耗率和NOx 排放特性的影響,根據APU發動機不同工況下的運行特點,結合整車功率需求及所匹配發電機的最佳工作區域,采用多工況點模式的基礎控制策略,選取3個穩態工況點為APU發動機的運行工況。之后基于空間填充+V最優設計方法采用混合試驗方案,利用二階多項式回歸模型+徑向基函數(RBF)神經網絡模型建立發動機性能和排放擬合模型。給出APU發動機的性能優化約束條件和優化目標,利用法線-邊界交集優化算法(NBI)進行油耗最低和NOx 排放最低的雙目標優化,確定了3個穩態工況點的最佳噴油策略。結果表明各工況點在優化后的有效燃油消耗率平均降低了4.03%,NOx 排放平均降低了30.51%。
      2019  Vol.  40(5):    52-57    [摘要](157)    [PDF](159)
    • 摻混含氧燃料對柴油機氧化催化器+催化型柴油機顆粒捕集器氧化及再生特性的影響
      沈穎剛,蔣文濤,盧申科,陳貴升,鄒超,許楊松
      為了研究摻燒含氧燃料對柴油機排放及柴油機氧化催化器(DOC)耦合催化型柴油機顆粒捕集器(CDPF)后處理系統低溫氧化特性與再生特性的影響,基于一臺4缸高壓共軌柴油機,選取國五柴油、15%生物柴油-柴油(D85B15)、15%正戊醇-柴油(D85P15)、20%正戊醇-柴油(D80P20)作為燃料,在1900 m海拔環境下進行了試驗。研究表明:在外特性工況下,與柴油相比,燃用D85B15和D85P15的柴油機動力性略有下降,燃用D85P15的柴油機有效熱效率最高。燃用D85B15的NOx排放略低于柴油,最高降低3.33%;而D85P15的NOx排放有所增加,最高增加2.85%。在低負荷工況下燃用國五柴油時DOC+CDPF對CO的轉化效率明顯高于燃用D80P20時,2000 r/min時燃用柴油時CO轉化效率高達96.8%,而D80P20只有36.9%。低速高負荷工況下燃用國五柴油與D80P20時,DOC對排氣溫度的提升作用均比較明顯,平均提升41.8 ℃和42.5℃。燃用D80P20時DOC+CDPF壓差升高較慢,壓差最高比燃用國五柴油低6 kPa,DOC后端平均溫度比燃用國五柴油高10 ℃。柴油機燃用D80P20在高負荷尤其是低轉速高負荷時可有效降低顆粒物排放,降低DOC+CDPF壓差。
      2019  Vol.  40(5):    58-66    [摘要](155)    [PDF](148)
    • 棕櫚酸甲酯及棕櫚酸乙酯高溫熱物理性質的研究
      元澤民,趙貫甲,尹建國,馬素霞
      為了獲取兩種脂肪酸酯類燃料棕櫚酸甲酯和棕櫚酸乙酯的熱物理性質,并為將其作為燃料和燃料添加劑提供理論和試驗數據支持,利用表面光散射法、振動管法和全反射法在較寬溫區下分別研究了兩種棕櫚酸酯類的表面張力、黏度、密度和折射率。密度和折射率數據分別關聯成了溫度的多項式和線性函數,棕櫚酸甲酯和棕櫚酸乙酯的密度試驗值與方程計算值平均絕對偏差分別為0.033%和0.013%,折射率試驗值與方程計算平均偏差均為0.004%;黏度數據關聯成了溫度倒數的多項式,棕櫚酸甲酯和棕櫚酸乙酯的試驗值與方程計算值平均絕對偏差分別為1.76%和2.30%;表面張力數據利用了van der Waals方程進行關聯,棕櫚酸甲酯和棕櫚酸乙酯的試驗值與方程計算值平均絕對偏差分別為0.86%和1.70%。
      2019  Vol.  40(5):    67-73    [摘要](134)    [PDF](139)
    • 流體界面不穩定性耦合作用的格子Boltzmann模擬
      陳妍璐,謝玉仙,尚文強,張瑩
      使用格子玻爾茲曼方法對二維不混溶、不可壓縮流體的Kelvin-Helmholtz(K-H)不穩定性進行數值模擬。以卷起高度 H 作為參考值,研究了密度比、表面張力、切應力對流體K-H不穩定性內產生Rayleigh-Taylor(R-T)不穩定性的影響。研究結果顯示,密度比對兩種不穩定性耦合起決定性作用。密度比接近1時,K-H不穩定性中不會產生R-T不穩定性,隨著密度比增大,K-H不穩定性中開始產生R-T不穩定性。表面張力系數的增大對流體產生K-H不穩定性及兩種不穩定性的耦合的卷起高度變化沒有影響,但會對流體向內運動起抑制作用,且卷起流體的厚度明顯增加。切應力對兩種流體不穩定性的耦合起抑制作用。
      2019  Vol.  40(5):    74-80    [摘要](137)    [PDF](138)
    • 基于動力學的發動機正時皮帶怠速噪聲仿真分析及試驗研究
      梁善飛,郭豐,張勇剛,馬冠欽,楊萬里,王瑞平
      以某3缸增壓直噴汽油機正時皮帶怠速低頻噪聲為研究對象,通過試驗鎖定噪聲源和噪聲頻段,并對該噪聲產生機理進行分析。針對該噪聲源和噪聲頻段,通過一維動力學仿真的方法來優化正時皮帶系統的布置參數,尋找到降低該噪聲的方法,并最終通過噪聲-振動-平順性(NVH)試驗驗證了提高皮帶剛度和增加小惰輪的方案能夠有效降低該噪聲。
      2019  Vol.  40(5):    81-85    [摘要](145)    [PDF](144)
    • 船用低速柴油機缸壓閉環控制硬件在環仿真技術研究
      余永華,沈葉磊,王勤鵬,楊建國
      針對船用低速柴油機各缸和各循環間燃燒不平衡性問題,以6EX340EF型船用低速柴油機為研究對象,使用AVL Cruise M軟件開發了具有各缸和各循環間的壓力波動功能且滿足準確性和實時性要求的仿真模型;結合NI CompactRIO硬件和NI LabVIEW軟件,開發了缸壓閉環控制快速原型,通過位置管理模塊和缸壓采集分析處理模塊,從缸壓數據中提取平均指示壓力和50%燃燒放熱量相位作為反饋變量,以噴油正時和噴油脈寬為控制變量,對缸壓進行閉環控制;集成實時仿真模型、硬件在環仿真系統和快速控制原型,構成閉環系統。試驗驗證表明:開發的缸壓閉環控制策略能夠使燃燒特性參數波動減少50%左右,對各缸和各循環間的燃燒不平衡性均有改善效果。
      2019  Vol.  40(5):    86-92    [摘要](147)    [PDF](146)

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