《内燃机工程》2019年第5期目次

基于微型均质充量压燃(HCCI)自由活塞动力装置内自由活塞单次冲击过程，通过试验与数值模拟的方法，对比分析了甲烷掺混不同比例的CO2 时，混合气着火时刻、微燃烧室内的温度、压力以及装置做功能力的变化．结果表明：在初始当量比为0.5 时，甲烷中CO2的掺混使混合气着火时刻延迟、燃烧速率变慢，微燃烧室内的压力与温度峰值后移且降低，混合气体的爆燃现象得到改善．随着甲烷中CO2 掺混比的增加，混合气的着火与燃烧不断恶化，装置的做功能力不断减弱，同时装置所需的启动能量不断增加；当CO2掺混比达到40%时，自由活塞的速度增量减少2.67 m/s，平均有效指示压力减少0.584 MPa，同时装置所需的启动能量增加至0.182 4 J．当CO2 掺混比达到58%时，混合气无法被压燃，微动力装置不对外做功．在保证装置做功能力的基础上，甲烷掺混一定比例的CO2，微燃烧室内平均温度能够降低30～100 K，微动力装置可以降低对微燃烧室材料的依赖，实现低温燃烧．

为改善车用柴油机高海拔下瞬态工况涡轮迟滞、进气流量响应慢及油耗和碳烟排放增加等问题，利用GTPower建立高海拔单可变截面增压(VGT)二级可调增压柴油机仿真模型，研究了0、3.5 和5.5 km 海拔下等速加载和恒载加速两种瞬态工况VGT 叶片的调节特性，比较VGT 叶片3 种控制策略对柴油机瞬态特性的影响．结果表明：等速加载工况下，VGT 最优控制策略为加载初期保持VGT 叶片开度不变至加载中段，之后开度线性增加至加载后稳态工况对应开度；恒载加速工况下，加速初期开始增大VGT 叶片开度，至加载中段开度增加至最大转速对应开度，之后VGT 开度保持不变持续至加速结束的调节策略加速性能最好．二级可调增压柴油机高海拔加载、加速性能明显优于原机，5.5 km 海拔加载过程转矩平均提高了6.2%，加速过程达到最终稳定转速时间缩短了44.8%，体现了二级可调增压系统改善柴油机瞬态特性的优越性．

为了研究诱导激波对喷雾特性的影响，采用纹影法和仿真模拟的方法对不同喷射压力、不同环境介质条件下的喷雾和激波特性进行研究．结果表明：在相同喷射压力和环境密度下，在燃油喷射初期，存在激波条件下的喷雾贯穿距小于无激波条件下喷雾贯穿距，从仿真结果来看，在燃油喷射初期激波为附体激波，激波后环境气体密度和压力均大于激波前，激波后具有更大密度和压力的环境气体会阻碍喷雾的发展，从而导致贯穿距变小．在燃油喷射中后期激波与喷雾分离之后，存在激波条件的喷雾贯穿距则要高于无激波条件下的喷雾贯穿距．激波还可以增强燃油与空气混合程度，对增大喷雾体积有一定的促进作用，且促进效果会随着激波强度的增大而更加明显，有利于油、气混合气的形成．超高压喷射仿真结果表明，当喷射压力达到240 MPa 和320 MPa 时，喷射初期斜激波的末端会产生弓形激波，可以加剧湍流运动促进油、气混合，此外激波的产生使激波处环境气体温度升高，当喷射压力达到320 MPa时，激波处温度最多可升高16%，这有利于燃油的雾化蒸发．

提出了一种在复杂背景下燃油喷雾图像中前景油束轮廓提取的新算法，该算法包括油束前景区域预提取、油束轮廓细提取和油束轮廓修补3 个步骤．在油束前景区域预提取阶段，利用具有自适应阈值的帧间差分法和形态学填充处理提取出完全覆盖真实油束的前景区域．在油束轮廓细提取阶段，结合像素点在时间维度和空间维度上的信息对预提取获得的油束前景区域内的每个像素点进行多重判断，得到油束轮廓．在油束轮廓修补阶段，结合前景点修补阈值和油束横向、纵向位置边界条件对在视窗污染位置处的油束轮廓进行预测，结果表明：该算法能够精确地提取出处于复杂动态背景下的前景油束轮廓．

利用MATLAB 软件编写了纹影图片批量处理程序，从火焰传播各方向上获得半径值，提出以半径均值、半径均值相对误差和半径提取值标准偏差3 个指标来评价火焰传播半径的分布状态．研究表明：点火电极是导致火焰传播失真的重要原因，通过优化排除点火电极的影响角度范围(γ 为65°～115°和245°～295°)来减小测量误差；优化后，半径均值增幅为0.96%～2.08%，半径均值相对误差减小为－0.06～0.86，半径提取值标准偏差减幅为44.20%～71.33%．综合考虑，在初始温度Tu＝323 K、初始压力pu＝0.1 MPa、当量比φ＝1.0 和稀释率φr＝6%工况下，优化选择的火焰传播半径测量角度步长Δθ＝6°．

研究了带喷嘴双通道蜗壳的混流涡轮在不同进气条件下的涡轮性能，对比分析了近叶根进气和近叶尖进气两种部分进气工况下的流场分布，探讨了不同进气工况下的流动损失机理．结果表明：近叶尖进气和近叶根进气两种工况的流通能力相同，但后者效率高1.5%～2.5%．损失分布分析表明，近叶尖进气和近叶根进气工况下蜗壳内流动损失基本一致，但前者喷嘴内损失较高，而后者叶轮内的损失高．流场分析表明，近叶尖进气时喷嘴进口气流攻角过大导致吸力面前缘发生高强烈流动分离而产生大范围高熵增，而近叶根进气时叶轮通道内产生大尺度的“旋风涡”并产生高熵增．这两个流通部件内的流场特征差别是不同进气条件下涡轮性能差异的产生机制．该研究为带有双通道蜗壳的涡轮气动优化设计提供了理论基础．

针对气阀式二冲程柴油机扫气过程优化问题，在侧向直气道结构基础上设计了一种顶端入口切向进气道结构，该结构在接近入口区域设计为切向气道，同时在进气道出口处设计一种导气屏结构．该进气道结构可强制新鲜充量沿气缸壁面进入缸内，产生一定强度的逆滚流．通过对3 000 r/min 全负荷工况下的二冲程扫气过程进行三维模拟计算，重点研究进气道结构对扫气过程中气流运动、残余废气分布及扫气特性的影响．结果表明：与侧向直气道结构相比，逆滚流气道结构下扫气路线得到优化，进气短路现象得到一定程度的改善，扫气效率提高了10.8%，新鲜充量捕获率提高了9.3%．

开展发动机辐射噪声品质的客观评价特征提取研究，可以有效地降低客观评价特征维数，简化发动机声品质评价模型结构维度．以国产典型发动机为例，在消声室内测试获得稳态辐射噪声信号；选择适宜于描述发动机辐射噪声的11 个物理与心理声学评价变量作为声品质评价特征，同时运用基于多类型核函数的主成分分析方法提取主要客观评价特征，确定了目标核函数，实现发动机声品质客观评价特征由11 维到4维的简化模型目标，解决了输入数据集的非线性问题，简化发动机辐射噪声品质预测模型的结构.

针对内燃机典型的冷却工况条件，利用Fluent 软件，采用CLSVOF 法进行了矩形通道内过冷流动沸腾起始点的数值模拟研究．通过对不同测点采集的压力波动信号进行频谱分析，提出一种利用功率谱密度判断冷却液是否沸腾的方法．计算结果表明：流体流速越小，壁面加热温度越大，沸腾起始时间越短，功率谱密度随之增加.从高流速、低壁面加热温度到低流速、高壁面加热温度的工况，沸腾起始点附近的压力信号波形经无峰型、扁平型、振荡型到尖峰型转变．同时，对横、纵向各测点的压力衰减分析表明，时域信号的压降与横、纵向位置呈线性变化关系．从频域角度来看，纵向的功率谱密度基本无差异，而横向的功率谱密度在加热面附近衰减明显．