发动机&排放专题2024年
预燃室点火系统可促进稀薄混合气燃烧，从而显著提高热效率。本文基于自行开发的主动预燃室及其燃料供给系统，在压缩比为16的发动机上分别测试了预混气体喷射压力和燃料占比对发动机稀燃边界下燃烧特性的影响。试验结果表明：0.19、0.14和0.09 MPa 3种预混气体喷射压力中，在0.09 MPa的喷射压力下可获得最高的平均指示压力和最短的着火延迟期和燃烧持续期，燃烧最稳定；当预混气体燃料占比从0.54%逐步增加到2.69%时，发动机的平均指示压力先增加后减少，并在占比1.61%处取得最大值，此时的燃烧最为稳定，着火延迟期和燃烧持续期均最短。主动预燃室可实现λ=1.8的稳定燃烧，指示热效率相比普通火花塞点火的32.9%提高到39.4%，相对提升了19.8%。
随着全球排放法规和节能政策日趋严格，汽油机面临巨大挑战，如何实现汽油机高效超低排放成为当前迫切需要解决的技术难题。预燃室湍流射流点火是提高汽油机热效率和降低污染物排放最有前景的技术之一。本文通过耦合详细化学反应机理的三维流动仿真分析，系统研究了稀薄燃烧极限拓展和点火正时对热效率的影响。研究结果表明，被动预燃室相较于火花点火可以有效拓展稀燃极限，提高发动机热效率和降低污染物排放。在过量空气系数为1.5时，最高指示热效率为47.24%，相较于原机提高了11.89%；NO x 和Soot较原机也相应减少29.27%和98.76%。
随着经济的快速发展，人们对商用车的功率需求越来越高，大功率意味着更高的散热负荷，这对发动机冷却系统的匹配及系统的空间布置提出了更高的挑战。针对装配600马力发动机的某重型商用车，采用1D/3D耦合仿真的手段建立整车热流场模型与发动机冷却系统一维模型，研究了护风罩、导流板对散热器进风流量与进风平均温度的影响；并根据发动机热平衡试验数据，完成了冷却系统的匹配计算，同时进行了整车热平衡试验验证。结果表明：与单层护风罩相比，C型护风罩所引起的湍动能较小，因而可以提供更大的风量；当水泵速比由2.2降至为1.8时，转矩点和功率点出水温度分别为99.2和96.2 ℃，可满足冷却的需求，同时也降低了水泵的能耗，此外整车环境舱试验也验证了仿真模型的准确性，在大转矩工况下C型护风罩可以有效降低冷却系统的水温。
随着汽车排气颗粒物排放标准的日益严格化，制动、轮胎磨损等产生的非排气颗粒物已经超过排气颗粒物成为汽车颗粒排放的主要来源。本文综述了制动颗粒物的研究现状，已有研究表明轻型车实际驾驶条件下制动产生的颗粒物PN排放能够达到1012#/km级别，PM排放最高可达21 mg/km，均超过国六尾气排放限值，并且有相当一部分集中在极细颗粒物水平（<100 nm），且颗粒物中含有PAHs等致癌物质。未来应制定相应的标准，规范制动颗粒物测量和控制方法。
从摩擦损失和泵送功耗两个方向论证了低黏度润滑油的有效性；从仿真计算和摩擦学试验两个手段探测了低黏度润滑油的可行性；从经济性、排放性、可靠性3个维度验证了低黏度润滑油对重型商用柴油机的影响。经济性主要通过倒拖摩擦功和万有油耗进行对比评价；排放性主要通过WHTC排放循环和机油耗进行对比评价；可靠性主要通过台架耐久和路试验证进行对比评价。结果表明：摩擦功可降低3.6%~12.5%；燃油经济性受负荷影响显著，常用工况区可节油（1~2） g/（kW?h）；NO x 和PM排放几无影响；24 h机油耗影响差异在5%以内；耐久过程中机油压力及漏气量波动率符合限值要求、油液监测数据正常；耐久后关键摩擦副表观正常，磨损变化量小，在可靠性接受范围内；市场验证节油效果在6.41%左右，且换油期未受影响。研究结论对于双碳目标的完成和低黏度润滑油的推介应用尤其是在售成熟机型切换提供了数据依据。
针对双碳目标，应用低碳/零碳燃料是实现内燃机高效清洁燃烧的有效途径。本研究基于一个双燃料柴油机台架开展，缸内直喷燃料分别选用柴油、生物柴油/汽油混合燃料（BG70）和生物柴油/汽油/乙醇混合燃料（BG50E20）；氨为进气道喷射，能量替代率为0~28%。试验工况为1 200 r/min、0.8 MPa指示平均有效压力（IMEP）。对比分析了不同燃料的一氧化碳（CO）、总碳氢（THC）、氮氧化物（NO x ）排放以及颗粒物粒径分布。结果表明：单燃料模式下，BG70和BG50E20的指示热效率高于柴油。BG70的CO排放相比柴油降低30%，但THC和NO x 排放在3种燃料中最高。BG70和BG50E20的总颗粒物数量（TPN）排放低于柴油。相比各燃料单燃料模式的燃烧与排放性能，添加氨后的3种燃料的指示热效率降低1%~2%； CO排放增加约1倍；柴油和BG70的NO x 排放减少接近50%，BG50E20的NO x 排放减少约30%。另外，氨的加入对BG70和BG50E20的TPN有显著影响，当氨能量替代率从0增长至28%时，BG70的TPN排放增加20倍。
减摩抗磨性能是确定发动机润滑油换油周期的关键。本文在行车试验和发动机润滑油样品采集的基础上，采用试验方法开展发动机润滑油减摩抗磨性能变化规律和劣化机理的研究。首先，对所采集油样根据标准要求进行了换油指标测试，发现达到换油周期时，行车试验的发动机润滑油均未超过换油指标限值。然后，利用SRV微动摩擦磨损试验机和四球摩擦磨损试验机对油样的摩擦学性能进行了试验，结果表明发动机润滑油在推荐的服役寿命周期内，存在减摩、抗磨性能最佳的使用里程或时间，此时摩擦因数最小、磨损量最少。最后，使用扫描电子显微镜、EDAX能谱仪对磨痕表面进行表征，以及从发动机润滑油运动黏度变化的角度，分析车用发动机润滑油减摩抗磨性能劣化的内在机理，基础油分子热分解、剪切断裂和热聚合作用是发动机润滑油摩擦因数变化的关键，而抗磨性能变化主要原因是极压抗磨添加剂浓度和摩擦化学反应。该研究结论对于发动机润滑油开发和换油周期确定具有一定理论意义和工程应用价值。
闪沸喷雾作为一种相变喷雾形式，在替代燃料和零碳燃料的燃烧方面具有重要意义。然而当前的研究大部分集中在喷雾形态研究上，对燃烧机理的研究较少。故本文使用定容燃烧弹对稀薄条件下的闪沸喷雾雾化和燃烧过程进行分析，重点研究闪沸喷雾特性、混合气着火特性、火焰传播特性和燃烧放热特性。结果表明，闪沸喷雾能有效降低着火延迟，提升火焰传播速度，从而有利于能量转换，实现更高的放热率和更高的放热量。并且闪沸喷雾火焰前端形状更加规则，表明更加稳定的火焰传播，有助于提升发动机的热效率和稀燃条件下的燃烧稳定性。
研究了某1.5T SUV车不同排放测试循环（WLTC与CLTC）和催化剂不同状态（新鲜和老化）对NH3排放的影响。通过试验研究表明：发动机原始NH3排放量很低，而经过第一块三元催化剂后，NH3排放量大幅增加。催化剂老化后OSC降低，内部空燃比波动幅度大，经过老化催化剂的NH3排放相对新鲜催化剂的NH3排放有所增加。催化剂状态、排放测试循环和发动机空燃比等对NH3排放有明显影响，这些对于催化剂设计和标定优化均有指导意义。
利用PEMS对6辆典型国六重型柴油车开展实际道路排放测试，基于功基窗口法（中国和欧盟）、NTE法（美国EPA）和3B-MAW法（美国CARB）研究了重型柴油车实际道路NO x 排放特性，探讨了不同分析方法的特点及适用性。结果表明：基于功基窗口法的NO x 排放结果符合中国和欧盟的监管要求，但基于NTE法和3B-MAW法的NO x 排放合规性具有不确定性。NO x 排放数据利用率低导致NTE法无法有效分析实际道路NO x 排放，3B-MAW法对NO x 排放分类管理值得借鉴。冷起动NO x 排放占PEMS试验的47.3%~80.7%，重型柴油车冷起动NO x 排放应被重视。然而目前中国、欧盟和美国的重型车实际道路NO x 排放分析方法均无法有效评估冷起动NO x 排放。因此，下阶段排放法规对冷起动NO x 排放的监管应当提出相应测试循环、分析方法和排放限值，切实降低重型柴油车NO x 实际排放。
发动机&排放专题2024年
