专栏

发动机燃烧特征参数逐循环实时计算方法实现与验证

安威威,张慧,谷峰,马展鹏,苗玉松,陆慧慧

基于逐循环实时计算方法对多缸发动机缸内压力和转角信号采集处理方法及燃烧算法进行研究分析，采用FPGA+ARM总体架构设计开发CPM-C20缸压监测系统，实现对发动机每缸每循环缸压内压力的采集、处理、燃烧计算等，并进行模拟平台和实机平台的试验验证。结果表明，缸压监测系统在2 500 r/min以下转速范围内，具备对最高20缸发动机进行每缸每循环燃烧特征参数进行计算和处理的能力，并具有较高的准确性和实时性，为燃烧闭环控制系统实现对发动机燃烧的柔性控制目标提供了数据基础。

2025,47(2):1-7[摘要][PDF  2776K](32)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.001

船用发动机甲醇-柴油同轴分层喷射燃烧排放特性

王洋,孟令超,刘龙

由于船用双燃料发动机双喷油器空间布置有限、结构复杂，在船用中速机上探索一种新型甲醇-柴油同轴分层喷射技术，从理论层面探索不同能量比柴油对甲醇燃料燃烧以及排放的影响。结果表明：甲醇-柴油同轴分层喷射喷入不同能量比柴油均可实现与原机同等功率输出；提前喷射柴油燃料，可在喷射甲醇燃料之前，在缸内形成更好的活性氛围，促进甲醇燃料被引燃并快速燃烧放热；同轴分层喷射引燃模式促进了甲醇燃料的燃烧，且相较于原机有较高的指示热效率；相较于原机，双燃料分层喷射会引起缸内NO_x排放增加，但缸内HC、CH₂O生成量均有明显降低。

2025,47(2):8-14[摘要][PDF  2018K](36)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.002

RTX7-52DF发动机试车台轴系扭转振动

李文达,吕秉琳,袁超

基于RTX7-52DF发动机曲轴系进行集中质量简化模型分析，采用三维计算软件计算集中惯量之间的扭转刚度，在此基础上搭建包括试车台、中间轴以及电力测功器的RTX7-52DF发动机试车台轴系扭转振动模型，计算轴系前3阶固有频率及振型。采用连续升降转速以及稳态测量方法对轴系模型的准确性进行标定后反推不同载荷下的扭振应力，评估RTX7-52DF发动机试车台轴系的安全性。

2025,47(2):15-20[摘要][PDF  2229K](30)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.003

曲轴圆角动态疲劳分析及影响因素

康纳新,李文达,牛军军

针对某船用多缸发动机的曲轴过渡圆角，进行三维动态疲劳强度分析及参数研究。建立整机刚柔耦合的动力学模型，获得曲轴在不同转角下的位移时间历程。建立各曲拐的有限元模型及过渡圆角的子模型，采用单位载荷法，得到圆角处的应力分布。根据单位载荷下的应力分布和位移时间历程，考察曲拐圆角的动态疲劳安全特性。研究发火顺序、圆角参数对曲轴的动态疲劳特性的影响。结果表明：合理的发火顺序可以优化曲轴的载荷分布，增加圆角尺寸可提高曲轴局部疲劳强度。

2025,47(2):21-26[摘要][PDF  2915K](23)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.004

“蛋黄蛋壳”结构及表面修饰的低铂合金催化剂氧还原性能

陈浩,厉宸威,魏光华,章俊良

通过奥斯特瓦尔德熟化和乙二醇热还原法合成“蛋黄蛋壳”结构的PtCu催化剂，以及表面改性后的Mn和Cr催化剂。基于电化学活性测试，“蛋黄蛋壳”结构的PtCu催化剂的质量比活性和面积比活性分别为商业Pt/C催化剂的4.8倍和6.4倍。此外，催化剂的耐久性显著优于商业Pt/C催化剂，主要是由于高活性Pt（1 1 1）晶面的暴露。Mn和Cr的表面改性减少了高活性氧还原晶面的暴露，导致氧还原活性略有下降，但有效提高了耐久性。研究还进行了第一原理计算，并分析了氧还原过程中吉布斯自由能的变化，以及催化剂表面原子d带部分态密度。计算结果表明，Mn或Cr表面改性后反应热的绝对值降低，导致阴极氧还原反应（oxygen reduction reaction，ORR）活性降低和耐久性提高，这与实验结果高度一致。

2025,47(2):27-35[摘要][PDF  1802K](20)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.005

结构与可靠性

基于模型降阶的柴油机连杆应力实时重构方法

何肇玮,金江善,秦慈伟,孔晨

针对柴油机运行时部分零件应力无法直接测量的问题，以柴油机连杆为例，提出一种基于模型降阶的连杆应力实时重构方法。通过采集某型直列四缸柴油机的缸压、转速等可测数据，基于刚柔耦合多体动力学仿真结果，修正曲柄连杆机构动力学公式用于构造机理模型，实现可测数据向连杆载荷数据的转化。利用瞬态动力学仿真获取连杆多节点应力，通过径向基（radial basis function，RBF）神经网络构建连杆多节点应力的降阶数值模型。经机理模型与数值模型相结合实现模型降阶。降阶后的模型计算结果与有限元仿真结果相比较，连杆峰值应力重构误差均小于2%，应力重构时间缩减至0.1 s，满足剩余寿命预测的准确性及实时性要求。该方法可应用于此类应力无法直接测量零件的实时重构，为剩余寿命预测提供基本条件。

2025,47(2):41-47[摘要][PDF  1977K](27)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.006

组合式活塞顶-裙结合面微动磨损试验

程佳琪,梁刚,李丽婷,王春辉,徐雨轩

针对组合式活塞顶-裙结合面发生微动磨损，分析其微动磨损特征。以QT700球墨铸铁活塞裙试样为对磨副，以活塞顶材料42CrMo钢为主要研究对象，开展切向微动磨损试验。研究不同切向位移幅值对摩擦力-位移滞回曲线、磨痕微观形貌、磨损体积的影响规律，得到微动稳定阶段的摩擦因数和磨损率。试验结果表明：在50 N法向载荷、130 ℃环境温度下，当位移幅值为4 μm时，微动位于部分滑移区；当位移幅值为8~40 μm时，微动运行于混合滑移区，微动损伤增大，磨损机制以磨粒磨损为主，易萌生裂纹；当位移幅值增大到50 μm及以上，微动运行于完全滑移区，磨损机制转变为磨粒磨损和疲劳磨损。试验结果为标定仿真模型、完善失效判据提供了直接数据支持，对优化组合式活塞设计具有指导意义。

2025,47(2):48-55[摘要][PDF  5088K](29)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.007

柴油机曲轴向中间联轴节供油的设计

马俊杰

介绍某型应用于陆用发电机组柴油机曲轴向中间联轴节供油的设计方案，基于该方案从曲轴开孔定位方式、供油系统进油流向、回油流向等方面提出曲轴供油系统的设计要点，并对曲轴油孔应力集中进行有限元计算。经分析验证，该供油方案具有一定的可靠性。与中间轴供油系统相比，曲轴供油系统在生产周期、制造成本和技术指标等方面具有一定的优势。

2025,47(2):56-60[摘要][PDF  2627K](24)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.008

船用柴油机排气管路连接V形箍带式卡箍密封机理

金爽,闫萍,吴羽,蒋禹奇,王先锋

为解决某大功率船用柴油机排气管路密封卡箍漏气带来的可靠性问题，通过分析V形箍带式卡箍密封原理及载荷传递机制，推导卡箍结构参数、预紧力与垫片接触压力之间的解析关系，获得卡箍轴向夹紧力理论计算公式。有限元仿真结果与接触压力理论值变化趋势一致，与轴向夹紧力理论值的误差在5%以内，验证了理论解的准确性。此研究成果为后续箍带式卡箍的正向设计和结构优化提供了理论支撑，对提升卡箍密封性能、延长使用寿命、减少更换频率等方面具有重要的现实意义。

2025,47(2):61-68[摘要][PDF  2353K](23)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.009

专栏

发动机燃烧特征参数逐循环实时计算方法实现与验证

安威威,张慧,谷峰,马展鹏,苗玉松,陆慧慧

基于逐循环实时计算方法对多缸发动机缸内压力和转角信号采集处理方法及燃烧算法进行研究分析，采用FPGA+ARM总体架构设计开发CPM-C20缸压监测系统，实现对发动机每缸每循环缸压内压力的采集、处理、燃烧计算等，并进行模拟平台和实机平台的试验验证。结果表明，缸压监测系统在2 500 r/min以下转速范围内，具备对最高20缸发动机进行每缸每循环燃烧特征参数进行计算和处理的能力，并具有较高的准确性和实时性，为燃烧闭环控制系统实现对发动机燃烧的柔性控制目标提供了数据基础。

2025,47(2):1-7[摘要][PDF  2776K](32)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.001

船用发动机甲醇-柴油同轴分层喷射燃烧排放特性

王洋,孟令超,刘龙

由于船用双燃料发动机双喷油器空间布置有限、结构复杂，在船用中速机上探索一种新型甲醇-柴油同轴分层喷射技术，从理论层面探索不同能量比柴油对甲醇燃料燃烧以及排放的影响。结果表明：甲醇-柴油同轴分层喷射喷入不同能量比柴油均可实现与原机同等功率输出；提前喷射柴油燃料，可在喷射甲醇燃料之前，在缸内形成更好的活性氛围，促进甲醇燃料被引燃并快速燃烧放热；同轴分层喷射引燃模式促进了甲醇燃料的燃烧，且相较于原机有较高的指示热效率；相较于原机，双燃料分层喷射会引起缸内NO_x排放增加，但缸内HC、CH₂O生成量均有明显降低。

2025,47(2):8-14[摘要][PDF  2018K](36)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.002

RTX7-52DF发动机试车台轴系扭转振动

李文达,吕秉琳,袁超

基于RTX7-52DF发动机曲轴系进行集中质量简化模型分析，采用三维计算软件计算集中惯量之间的扭转刚度，在此基础上搭建包括试车台、中间轴以及电力测功器的RTX7-52DF发动机试车台轴系扭转振动模型，计算轴系前3阶固有频率及振型。采用连续升降转速以及稳态测量方法对轴系模型的准确性进行标定后反推不同载荷下的扭振应力，评估RTX7-52DF发动机试车台轴系的安全性。

2025,47(2):15-20[摘要][PDF  2229K](30)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.003

曲轴圆角动态疲劳分析及影响因素

康纳新,李文达,牛军军

针对某船用多缸发动机的曲轴过渡圆角，进行三维动态疲劳强度分析及参数研究。建立整机刚柔耦合的动力学模型，获得曲轴在不同转角下的位移时间历程。建立各曲拐的有限元模型及过渡圆角的子模型，采用单位载荷法，得到圆角处的应力分布。根据单位载荷下的应力分布和位移时间历程，考察曲拐圆角的动态疲劳安全特性。研究发火顺序、圆角参数对曲轴的动态疲劳特性的影响。结果表明：合理的发火顺序可以优化曲轴的载荷分布，增加圆角尺寸可提高曲轴局部疲劳强度。

2025,47(2):21-26[摘要][PDF  2915K](23)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.004

“蛋黄蛋壳”结构及表面修饰的低铂合金催化剂氧还原性能

陈浩,厉宸威,魏光华,章俊良

通过奥斯特瓦尔德熟化和乙二醇热还原法合成“蛋黄蛋壳”结构的PtCu催化剂，以及表面改性后的Mn和Cr催化剂。基于电化学活性测试，“蛋黄蛋壳”结构的PtCu催化剂的质量比活性和面积比活性分别为商业Pt/C催化剂的4.8倍和6.4倍。此外，催化剂的耐久性显著优于商业Pt/C催化剂，主要是由于高活性Pt（1 1 1）晶面的暴露。Mn和Cr的表面改性减少了高活性氧还原晶面的暴露，导致氧还原活性略有下降，但有效提高了耐久性。研究还进行了第一原理计算，并分析了氧还原过程中吉布斯自由能的变化，以及催化剂表面原子d带部分态密度。计算结果表明，Mn或Cr表面改性后反应热的绝对值降低，导致阴极氧还原反应（oxygen reduction reaction，ORR）活性降低和耐久性提高，这与实验结果高度一致。

2025,47(2):27-35[摘要][PDF  1802K](20)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.005

结构与可靠性

基于模型降阶的柴油机连杆应力实时重构方法

何肇玮,金江善,秦慈伟,孔晨

针对柴油机运行时部分零件应力无法直接测量的问题，以柴油机连杆为例，提出一种基于模型降阶的连杆应力实时重构方法。通过采集某型直列四缸柴油机的缸压、转速等可测数据，基于刚柔耦合多体动力学仿真结果，修正曲柄连杆机构动力学公式用于构造机理模型，实现可测数据向连杆载荷数据的转化。利用瞬态动力学仿真获取连杆多节点应力，通过径向基（radial basis function，RBF）神经网络构建连杆多节点应力的降阶数值模型。经机理模型与数值模型相结合实现模型降阶。降阶后的模型计算结果与有限元仿真结果相比较，连杆峰值应力重构误差均小于2%，应力重构时间缩减至0.1 s，满足剩余寿命预测的准确性及实时性要求。该方法可应用于此类应力无法直接测量零件的实时重构，为剩余寿命预测提供基本条件。

2025,47(2):41-47[摘要][PDF  1977K](27)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.006

组合式活塞顶-裙结合面微动磨损试验

程佳琪,梁刚,李丽婷,王春辉,徐雨轩

针对组合式活塞顶-裙结合面发生微动磨损，分析其微动磨损特征。以QT700球墨铸铁活塞裙试样为对磨副，以活塞顶材料42CrMo钢为主要研究对象，开展切向微动磨损试验。研究不同切向位移幅值对摩擦力-位移滞回曲线、磨痕微观形貌、磨损体积的影响规律，得到微动稳定阶段的摩擦因数和磨损率。试验结果表明：在50 N法向载荷、130 ℃环境温度下，当位移幅值为4 μm时，微动位于部分滑移区；当位移幅值为8~40 μm时，微动运行于混合滑移区，微动损伤增大，磨损机制以磨粒磨损为主，易萌生裂纹；当位移幅值增大到50 μm及以上，微动运行于完全滑移区，磨损机制转变为磨粒磨损和疲劳磨损。试验结果为标定仿真模型、完善失效判据提供了直接数据支持，对优化组合式活塞设计具有指导意义。

2025,47(2):48-55[摘要][PDF  5088K](29)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.007

柴油机曲轴向中间联轴节供油的设计

马俊杰

介绍某型应用于陆用发电机组柴油机曲轴向中间联轴节供油的设计方案，基于该方案从曲轴开孔定位方式、供油系统进油流向、回油流向等方面提出曲轴供油系统的设计要点，并对曲轴油孔应力集中进行有限元计算。经分析验证，该供油方案具有一定的可靠性。与中间轴供油系统相比，曲轴供油系统在生产周期、制造成本和技术指标等方面具有一定的优势。

2025,47(2):56-60[摘要][PDF  2627K](24)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.008

船用柴油机排气管路连接V形箍带式卡箍密封机理

金爽,闫萍,吴羽,蒋禹奇,王先锋

为解决某大功率船用柴油机排气管路密封卡箍漏气带来的可靠性问题，通过分析V形箍带式卡箍密封原理及载荷传递机制，推导卡箍结构参数、预紧力与垫片接触压力之间的解析关系，获得卡箍轴向夹紧力理论计算公式。有限元仿真结果与接触压力理论值变化趋势一致，与轴向夹紧力理论值的误差在5%以内，验证了理论解的准确性。此研究成果为后续箍带式卡箍的正向设计和结构优化提供了理论支撑，对提升卡箍密封性能、延长使用寿命、减少更换频率等方面具有重要的现实意义。

2025,47(2):61-68[摘要][PDF  2353K](23)

10.12374/j.issn.1001-4357.2025.02.009