采用可视化定容弹搭配高速数码相机研究柴油两段喷射过程中预喷对主喷喷雾在低温下的燃烧特性的影响。通过对单段喷雾燃烧过程的试验研究发现，随喷射压力增大单段喷雾燃烧的着火延迟期与燃烧持续期减小，而火焰浮起长度与液相长度增大。同时，在相同喷射压力与喷射脉宽下对比单段喷雾燃烧过程与两段喷射主喷燃烧过程得到：两段喷雾的主喷着火位置更靠近喷嘴；主喷的着火延迟期大大缩短，但预喷量对其影响较小；两段喷雾的主喷燃烧持续期增大，且随着预喷量的增大而增大；两段喷雾的主喷燃烧火焰浮起长度小于单段喷雾燃烧火焰浮起长度，且随着预喷量的增大略有增大；两段喷雾燃烧的液相长度小于单段喷雾燃烧的液相长度，且随着预喷量的增大而减小。 The influence of the pilot injection on the main injected diesel fuel combustion under a split injection at low temperature was studied using a visualized constant volume combustion chamber and a h

利用超临界平台和定容燃烧弹系统，将低亚临界态（low sub-critical state，LS-CS）、亚临界态（sub-critical state，S-CS）和超临界态（super-critical state，Sup-CS）等不同状态的汽油，喷入到超临界环境（super critical environment，Sup-CE）。依托纹影系统，得到汽油在超临界环境中的喷雾特性，并与常温常压环境（ambient temperature and atmospheric pressure environment，AT&APE）汽油喷雾特性进行详细对比。研究结果表明：在超临界环境下，同一喷射时刻，随着喷油温度的升高，单孔喷油器的喷雾贯穿距先增加，后平稳下降，但在超临界态一直攀升；喷雾面积先上升，在亚临界态初段达到峰值后波动下降。5孔喷油器的喷雾贯穿距先平稳上升，后急速下降到低于初始值；喷雾面积先增加，在亚临界态缓慢下降，在超临界态初期达到峰值后下降。此外，在喷射条件相同时，超临界环境下和常温常压环境下的喷雾形态发展有明显区别，由于超临界环境下喷雾与环境的相互作用，塌缩现象及气泡微爆现象主

《内燃机工程》2019年第3期目次

目前越来越多地使用低压活塞环和/或低粘度机油来减少摩擦功损失，提高内燃机的燃油经济性，这会导致滑油消耗增加，因此控制发动机的滑油消耗（LOC）的变得尤为重要。 LOC受两个重要因素的影响，滑油的运输与沉积在气缸壁上的方式，以及改变油底壳油的粘度与分子含量随时间变化的滑油挥发（LOE）。本文将在4项研究中讨论了这两个因素。 研究1：对文献中测量和模拟润滑油膜厚度数据的比较分析，介绍了四冲程发动机的环膜厚度的测量和模拟结果，发现预测和测量数据在活塞行程末端比中间行程位置大。这表明当前的模拟模型与实验并不匹配，因为即使在缺油的情况下，油环的数量超出了预期，特别是在中间行程区域。 研究2：目前的环组润滑模型中，压缩环积聚的油膜厚度受下行程中控油环油量的影响，上行程的薄膜厚度受顶部压缩环油量的影响。可通过环组润滑和窜气输送，在其凹槽中振动输送，并在活塞顶部和第二环形区域积聚。当环的张力和机油粘度降低时，为减小摩擦，宜采用具有不对称筒面的活塞环来刮掉积聚机油。 研究3：油膜对气缸壁上LOE速率取决于机油的物理性质和发动机的运行状态。已开发出用于多组分机油挥发分析模型来研究LOE的影响因素，包括以下影响：发动机吸气、燃烧室内的气体压力、发动机转速和气缸壁的温度。该模型已通过实验验证。这涉及使用以下方法测量柴油发动机的LOC速率：单级油SAE30和多级油SAE10W30，具有不同的挥发性，但在140摄氏度左右时粘度相同。 研究4：多组分油的粘度和挥发性特征通过实验测量与分析预测进行比较。研究发现随着小分子油量比例增加，挥发速率增加，随温度升高而增加，但随气压降低。结果表明，挥发速率与NOACK方法估算的挥发速率略有不同。这是因为基础油含低挥发性的添加剂。另外，测试样品的粘度随时间的增加而提高。因为随着时间的推移，油质平均分子量变大，而小分子量的油质以更高的速率挥发。 版权归CIMAC所有

基于CFD-FEA耦合方法，采用振荡冷却方式分析了船用柴油机活塞的热负荷，利用CFD计算活塞冷热侧传热边界条件，通过FEA计算计算活塞温度和应力分布。 首先，通过CFD计算模拟了包括气体交换、燃料喷射和燃烧过程在内的发动机整个工作过程，并从一维发动机热力学模型推导出所需的边界和初始条件，将循环平均传热系数和气体温度映射到活塞顶部有限元模型的壳单元上。 其次，采用CFD法模拟了活塞冷却油腔的瞬态振荡冷却过程。冷却油通过冷却通道喷入活塞冷却油腔，同时在CFD计算中，基于发动机的1D润滑油液压计算提供的数据确定稳定的喷油流量。当活塞冷却CFD计算最终达到准稳态时，循环平均传热系数和油温被映射到活塞冷却通道的有限元表皮模型上。 接着，定义了活塞环区域和活塞裙边的经验边界条件。 最后，在确定了所有热边界条件后，通过FEA计算计算出活塞温度和应力分布，找出最高温度热点和应力集中区域，为活塞结构的进一步改进提供了建议。 版权归CIMAC所有

摘要：在过去的十年中，人工智能和机器学习的基础技术有了很大的发展。由于训练算法和计算资源的进步，这些方法已被广泛应用于从自动驾驶汽车到作曲中。它们最近在涉及复杂物理和多维参数设计领域的工程应用方面得到了广泛的发展。在这项研究中，我们应用和评估机器学习实践的优势，以优化发动机零件设计，特别是柴油机的活塞顶燃烧室。 在这项研究中，运用了机器学习技术帮助设计优化中速柴油机的阶梯式活塞顶燃烧室。在保持活塞顶燃烧室体积和压缩比不变的前提下，将8个参数用于确定地描述轴对称活塞顶燃烧室的轮廓。本次研究除了改变活塞顶燃烧室参数外，还改变了喷射正时和喷射角度。通过改变活塞顶燃烧室参数和喷射参数，在满足NOx（ISNOx）和颗粒物（ISsoot）排放限制的前提下，得到最小化的燃油消耗率（ISFC）。发动机模拟是在商用计算流体动力学（CFD）软件CONVERGE中的1/8扇形几何上进行，该软件使用改进的壳式点火模型确定滞燃期和特征燃烧时间，对燃烧和排放进行了预测。用扩展的Zel'dovich模型预测NOx排放。使用预测的详细颗粒物模型来校准的Hiroyasu-NSC模型，用于预测颗粒物排放。 GE的专有软件工具——Digital Thread for Design用于执行机器学习分析。拉丁超立方采样技术用于创建86种CFD输入文件变量，用于后续性能分析。使用来自CFD中的81个结果作为样本数据，使用各种结构的机器学习模拟模型，分别针对全局标量和空间变量的CFD进行样本输出。高斯过程模拟模型表明能够预测ISFC，ISNOx和ISsoot，而人工神经网络模型更适合预测燃烧参数，如散热率、气缸压力和空间温度场、曲轴转角。将机器学习模型用于选择优化程序中确定的29个新活塞裙部的形状，并通过CFD验证，得到最优的设计。这项研究评估机器学习方法的能力，可以预测具有许多时间变量和空间变量的设计问题。它强调了该技术对复杂设计问题的适用性，并讨论了模型结果对提供的样本数据量的敏感性。

摘要：在全球气候变化时期，减少二氧化碳和甲烷排放是内燃机研究的主要目标。由于天然气与柴油相比具有更优的C与H原子比，因此使用天然气作为主要燃料是一种降低二氧化碳排放的好方法。因此，中型船用发动机通常以双燃料燃烧模式运行，在该模式下，喷油嘴处的天然气由少量直接喷射的柴油点燃。由于稀薄燃烧中的火焰淬火反应，使得这种经典的燃烧模式中的甲烷排放增加。避免产生这种问题的一种方法是：可以在高的条件下直接注入天然气并以扩散燃烧模式燃烧，类似于柴油的燃烧。另外，因为该燃烧模式不会出现爆震或爆燃的情况，所以在该燃烧模式下允许压缩比与柴油发动机中的压缩比同样高。 在为期42个月的研究项目中，为高速船用柴油机开发出了高压双燃料燃烧系统，采用了Woodward L'Orange的新型高压天然气-柴油喷射器。这项研究是在慕尼黑工业大学内燃机主席开发的排量可达4.8L全光学单缸发动机上进行的。该发动机具有从燃烧室底部到细长的光学活塞（由Bowdich设计）的光学通路，以及气缸套上部的侧向光学通道。为了能够在现代内燃机相关条件下验证发动机的燃烧过程，该发动机的设计能够承受较高的缸内爆压。到目前为止，该发动机能够承受的缸内爆压高于190bar，且平均有效压力高于20bar。 本次研究是在一台全光学单缸发动机上进行实验和燃烧开发的，该发动机使用天然气作为主要燃料，在高达350bar的高压条件下，在上止点之前进行喷射，并通过柴油喷雾点燃。为了使实验误差产生的影响最小化，建立了CFD模型，并用实验测得的缸压、流场粒子-图像-速度，以及通过高速摄影机得到的颗粒物图像等相关数据来标定CFD仿真模型。 对于HPDF燃烧，验证了柴油喷射正时对于天然气喷射的影响。使用高速摄像机，记录柴油燃烧产物的颗粒物亮度及天然气扩散燃烧情况。此外，通过带有闪光灯的横向光学通道照射燃烧室，以便可以观察柴油点燃喷射的液相。使用闪光灯也可以观察经过精细分散的密封油滴（用于防止喷射器内的气体泄漏）的气体射流。 为了详细描述仿真模拟中的燃油喷射和燃烧，本次的CFD模型使用拉格朗日液滴方法模拟液体的喷射方式和化学特性，以模拟气缸120度扇形区域内的燃烧。用N-庚烷的Chalmers-53机制来描述2种燃料的点火和燃烧。天然气以质量流边界形式进入仿真的燃烧区域内，喷射速度是通过双燃料喷射器实验测量的数据。 这项工作表明了柴油喷射正时对实验中的天然气喷射的影响，以及如何使用经验证的CFD模型来解释HPDF燃烧的高速图像，以便了解点火的机理、天然气喷射点和随后的火焰传播，在光学测量技术中，边界条件是十分重要的，例如不合适的边界条件会出现在早期的点火中不能观察到排放的颗粒物亮度或在天然气分层燃烧时，不能观察天然气燃烧与非常暗的颗粒物产生预混合的情况。

摘要：在采用内燃机驱动的传动系统中，通常通过使用合适的阻尼器来改善扭转振动。对于阻尼器的优化设计，必须使用适当的仿真模拟和扭转振动分析技术来计算振动负载。在过去的数十年中，扭转振动分析通常是通过在频域中使用完善的模型和软件包进行。这些稳态计算已被证明是一种非常有用的工具，可以被用于分析推进系统是否受到过大的负载，保护推进系统免受过大的扭转振动。 然而，除了稳态分析之外，对随时间变化的仿真技术的需求也在不断增长。为了进一步优化，需要更深入地了解系统对不同类型的瞬态扭转载荷的响应。这些方法常被用于优化例如当出现较多的共振情况或受发电机短路的影响时的传动系部件。用于稳态分析的软件工具在协助计算由随时间变化的激励引起的振动载荷方面的能力是非常有限的。 本文针对这些方面阐述了推进系统中扭转振动的瞬态模拟如何有利于扭振减振器的设计和尺寸的确定。 其他极具挑战性的任务是对符合冰区航行规范的船舶根据入级要求进行计算。在这种情况下，需要开展大量的模拟计算和推进系统在最坏情况下响应的计算。 本文重点阐述了扭振减振器在螺旋桨与冰相互作用激励下对传动系统扭转响应的影响。瞬态冰冲击模拟的案例研究表明了将钢弹簧阻尼器和粘滞阻尼器应用于不同的冰级船舶的优点。在本文中，清楚地说明所遇到的冰块尺寸对扭振减振器的设计具有非常大的影响。另外，几乎所有的传动系统（从低等级到破冰级），都可以找到合适的扭振减振器的解决方案。

摘要:2020年初，海洋产业将在不同的行业中复苏。为了遵守行业数十年来最大的立法变化，船舶产业必须将其润滑策略与更广泛的可用燃料选择保持一致。目前，大多数船用柴油机润滑油配方基本是使用馏分燃料、残余燃料或油气操作设计的。预计未来的低硫燃料油可具有渣油特性，而剩余的HFO可能具有比以前更高的硫含量。甲醇、液化石油气等几种新型船用燃料也将进入这一市场。根据燃料市场的复杂程度，发动机需要能够方便地使用各种质量的燃料，从高硫、含沥青质的HFO到极低硫LNG，这些燃料通常不会改变油底壳的沉淀物。因此，为了应对这种不断变化的环境，燃料市场也会受到IMO 2020的影响，需要新的石油配方和更大的可用空间。本文阐述了在中速四冲程发动机和低速二冲程发动机上对船用机油性能进行广泛研究的结果：在中速大缸径活塞发动机机油中，重点研究了在使用多种燃料条件下，不同的润滑油配方对润滑性能的影响。除了润滑油油品质量的影响外，还评估了润滑油油品清净性对油品状况和机油消耗率的影响。对于低速机，由于使用了高硫燃油，使防腐蚀工作变得更加困难。本文除了阐述现存的润滑方法外，还列举了确保最佳润滑和防腐蚀的相关工具。此外，本文阐述了在极端含硫燃料的环境中使用单一润滑剂对沉淀物形成和腐蚀的影响。

摘要：美国环保署发布了一项船舶通用许可证，要求所有在海洋里航行的船舶必须使用环保润滑油(EAL)。本法规自2013年12月起适用于所有在美国水域航行的船舶。润滑油和润滑脂的环境允许法规已经在市场公布，并且拥有相关实施的经验。要获得EAL的资格，产品必须是可生物降解的、非生物累积的，无生态毒性的。事实上，主要成分为不可生物降解的传统矿物润滑油已被天然可生物降解的润滑油所取代，例如从植物脂肪酸中提取的合成酯基润滑油，并且它们适用于大多数部件的润滑。在已使用的各种润滑油中，船舶艉轴的润滑油是市场上所有EAL润滑油中最重要的部分，由于船舶艉轴对船舶的运行至关重要，因此需要仔细观察和定期检测已经运行的润滑油情况来分析在该工况下的润滑油情况。在过去几年中，检测到了使用符合EAL要求的润滑油的船舶艉轴的一些异常情况或者故障，润滑油监测系统显示了一些指标，如铅含量或润滑油降解脂酸值。结果表明，符合EAL的润滑油与传统矿物润滑油相比，仍然存在可靠性较低的问题，但目前没有任何令人信服的解释来回应这一问题。为此，道达尔润滑油公司决定进行一些调查，以显示两种润滑产品之间的润滑性能差异（如果存在），并提出目前市场上存在润滑油的替代方案。本文研究比较了矿物润滑油与符合EAL的酯基润滑油在船舶艉轴中粘度测定和摩擦学特性的实验室试验结果。结果表明，与矿物润滑油相比，在一定温度条件下，随着酯基弹性润滑油从弹性流体力学状态向边界润滑状态的转变，船舶艉轴轴承的磨损行为会有所不同。润滑状态的变化主要取决于部件结构和运行条件，但对润滑油降解的影响较小。据此，可以预测船舶艉轴轴承的高磨损风险，并对此采取相应的措施。这些结论在某种程度上得到了其他研究结论的支持，这些结论是由市场上已知的其他石油公司和著名社会研究机构共同研究得到的结论。实验室的研究结果和结论得到了数据库中废油分析所得的统计数据的支持。该数据库收集了自2013年我们的EAL产品推出以来的信息，如此可以确定润滑油的状态，并跟踪使用矿物润滑油或不同来源的EAL润滑油时船舶螺旋桨的磨损情况。统计分析表明，酯基润滑油的性质影响润滑性能，与传统矿物润滑油相比，EAL润滑油的性能并不差。除此之外，在润滑油降解过程中自然发生或在水污染的情况下意外发生，例如，润滑油降解与船舶艉轴轴承的任何意外磨损现象之间没有明显的相关性。这意味着EAL润滑油并不是市场上报告的特定事件或故障的根本原因。本文现在有足够的信息来证实船舶艉轴的EAL酯基是可靠的产品，并了解可能导致艉轴轴承异常磨损的过程。本文研究的实际应用是，当出现对环境不利的情况时，可以用符合EAL的润滑油产品改善艉轴的运行并保护环境。