内燃机学报

参数	数值
排列	90°V型
冷却方式	水冷
缸径/mm	132
活塞行程/mm	145
压缩比	13.5
总排量/L	12
缸心距/mm	165
进气门间隙/mm	0.3
排气门间隙/mm	0.5
连杆长度/mm	262

参数	数值
排列	90°V型
冷却方式	水冷
缸径/mm	132
活塞行程/mm	145
压缩比	13.5
总排量/L	12
缸心距/mm	165
进气门间隙/mm	0.3
排气门间隙/mm	0.5
连杆长度/mm	262

参数	数值
进气温度/K	303
冷却液温度/K	303，318，333
喷油提前角/(°)CA	13
喷油持续期/(°)CA	7.5
转速/(r·min^-1)	200，400，600，800
进气预热喷油频率/Hz	5～20，5～20，5～20，5～30
进气预热喷油持续期/μs	700

参数	数值
进气温度/K	303
冷却液温度/K	303，318，333
喷油提前角/(°)CA	13
喷油持续期/(°)CA	7.5
转速/(r·min^-1)	200，400，600，800
进气预热喷油频率/Hz	5～20，5～20，5～20，5～30
进气预热喷油持续期/μs	700

模型	选用模型
湍流模型	k-ε模型
破碎模型	KH-RT模型
蒸发模型	Frossling相关法
燃烧模型	SAGE模型
化学反应机理	正十二烷SK54^[19]

模型	选用模型
湍流模型	k-ε模型
破碎模型	KH-RT模型
蒸发模型	Frossling相关法
燃烧模型	SAGE模型
化学反应机理	正十二烷SK54^[19]

参数	中冷器	进气总管	进气歧管746	进气歧管774	进气歧管7508	排气歧管
管长	750	500	15	65	88	165
直径	190	130(入口)，124(出口)	47	47(入口)，42(出口)	42(入口)，39(出口)	50

参数	中冷器	进气总管	进气歧管746	进气歧管774	进气歧管7508	排气歧管
管长	750	500	15	65	88	165
直径	190	130(入口)，124(出口)	47	47(入口)，42(出口)	42(入口)，39(出口)	50

特征点	1(进气终点)	2(压缩终点)	3(燃烧终点)	5(残余废气点)
p	p_mixed	p₂＝ε^k p_mixed	p₃＝λp₂	p_res＝p_mixed＝p₃/σ^k
T	T_mixed	T₂＝ε^k-1T_mixed	T₃＝λT₂	T_res＝T₃/σ^k-1
ρ	ρ_mixed	ρ₂＝ερ_mixed	ρ₃＝ρ₂	ρ_res＝ρ₃/σ

特征点	1(进气终点)	2(压缩终点)	3(燃烧终点)	5(残余废气点)
p	p_mixed	p₂＝ε^k p_mixed	p₃＝λp₂	p_res＝p_mixed＝p₃/σ^k
T	T_mixed	T₂＝ε^k-1T_mixed	T₃＝λT₂	T_res＝T₃/σ^k-1
ρ	ρ_mixed	ρ₂＝ερ_mixed	ρ₃＝ρ₂	ρ_res＝ρ₃/σ

柴油机高原起动过程及火焰进气预热试验

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王字满 ¹ , 丛明辰 ¹ , 沈宏继 ² , 史中杰 ¹ , 黎一锴 ¹ , 李向荣 ¹

内燃机学报 | 2025,43(5): 404-412

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内燃机学报 | 2025 , 43 (5) : 404 -412

柴油机高原起动过程及火焰进气预热试验

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王字满¹, 丛明辰¹, 沈宏继², 史中杰¹, 黎一锴¹, 李向荣¹

作者信息

^1.北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081

^2.中国人民解放军63963部队，北京 100072

通讯作者:

史中杰，博士，助理研究员，shizhongjie@bit.edu.cn.

作者简介:

王字满，博士，副教授，Ziman.wang@bit.edu.cn.

Experimental study on starting process of diesel engine on plateaus and the flame intake preheating

Ziman Wang¹, Mingchen Cong¹, Hongji Shen², Zhongjie Shi¹, Yikai Li¹, Xiangrong Li¹

Affiliations

^1.School of Mechanical Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China

^2.Unit 63963 of the People's Liberation Army，Beijing 100072，China

出版时间: 2025-09-25 doi: 10.16236/j.cnki.nrjxb.202505046

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摘要

收起

针对柴油机高原起动困难问题，基于高原环境试验舱模拟5km海拔条件，开展火焰进气预热柴油机起动性能影响的试验．结果表明：在5km海拔进气温度为303K的条件下，未采用火焰进气预热，冷却液温度为303、318和333K下柴油机均出现滞速现象，冷却液温度低于318K时柴油机滞速时间较长且无法进入怠速．仿真与试验结果显示：转速为200r/min时，由于残余废气的作用导致缸内间歇着火，失火率循环较高；转速为400r/min时，不出现失火现象；转速为500r/min以上时，滞燃期增长导致缸内失火循环率大幅增加，造成柴油机在转速为400～500r/min区间滞速．5km海拔下采用火焰进气预热，控制柴油机转速为200、400、600和800r/min，对应进气预热功率为0.84、0.84、1.25和2.10kW，各转速下失火循环率均降低为0%．采用供油量精确调控的火焰进气预热系统，可有效改善柴油机在高海拔下的起动性能，5km海拔下柴油机起动时间缩短至4s左右．

关键词

柴油机 / 起动滞速 / 高原起动 / 进气预热

Abstract

收起

In order to solve the cold start difficulty for diesel engines on the plateau, an experimental study on the effect of flame intake preheating on the starting performance of diesel engine at 5km altitude was carried out on a plateau environmental test chamber. The results show that under the altitude of 5km and the intake temperature of 303K without intake preheating, the diesel engine falters in the speed range of 400—500r/min at the coolant temperature of 303, 318 and 333K, respectively. At the coolant temperature below 318K, the diesel engine falters for a longer time and even cannot go to idle condition. After analyzing, it is found that at 200r/min, large amount of residual gases from the last cycle results in misfire. At 400r/min, no misfire happens. When the engine speed goes above 500r/min, the misfire cycle rate increases significantly due to the increased ignition delay period, leading to faltering at 400—500r/min. Under the altitude of 5km, when a flame intake preheating device was used and set its preheating power to 0.84kW at 200r/min and 400r/min, 1.25kW at 600r/min and 2.10kW at 800r/min, respectively, the misfire cycle rate drops to 0% across all speeds. Experimental results show that the flame-assisted intake preheating system used with a precise fuel control can effectively improve the starting performance of the diesel engine at plateau, reducing the engine starting time to within 4s at the altitude of 5km.

Key words

diesel engine / starting falter / plateau starting / intake preheating

引用本文

王字满, 丛明辰, 沈宏继, 史中杰, 黎一锴, 李向荣. 柴油机高原起动过程及火焰进气预热试验. 内燃机学报, 2025 , 43 (5) : 404 -412 . DOI: 10.16236/j.cnki.nrjxb.202505046

Ziman Wang, Mingchen Cong, Hongji Shen, Zhongjie Shi, Yikai Li, Xiangrong Li. Experimental study on starting process of diesel engine on plateaus and the flame intake preheating[J]. Transactions of CSICE, 2025 , 43 (5) : 404 -412 . DOI: 10.16236/j.cnki.nrjxb.202505046

正文

收起

由于热效率高、可靠性好等特性，柴油机在农业、工业和交通运输等领域应用广泛．采用较低的压缩比能够有效限制柴油机的爆发压力并改善排放性能，同时提升柴油机功率密度^[1-3]，然而低压缩比柴油机(压缩比小于15)高原低温冷起动性能较差．由于冷机起动过程中转速低、漏气量大、散热量高及涡轮增压器尚未介入等原因，缸内压缩终了温度及密度较低，缸内热力环境将不利于柴油喷雾的快速自燃，甚至发生失火^[4-6]．中国3km以上高原地区占国土面积的25%^[7]，高原环境下柴油机起动性能差的问题亟需解决．

目前常用的高原冷起动辅助措施有电加热进气预热、火焰进气预热、冷却液加热、机油加热、缸内喷油参数优化以及含氧替代燃料等^[8-9]．卢康博等^[10]研究表明，在4km高原起动工况下，缸内阶梯式喷油能够降低起动过程的峰值转速，从而加快起动速度．王宪成等^[11]发现，减小喷油器孔径、增加喷孔数可以改善柴油机在3.高原起动过程中的燃油雾化过程，从而改善起动过程．王晓宇等^[12]研究表明，在2.0km高原、温度为230K条件下采用含氧燃料也可改善柴油机的起动性能．楼狄明等^[13]试验表明，适当减少高原起动时的喷油量可改善高原起动性能．随后，胡志远等^[14]研究了辅助加温对柴油机高海拔起动性能的影响，结果表明，冷却液加温均能改善柴油机高原起动性能．岳巍强等^[15]在246K的3.9km高原海拔环境条件下，使用格栅式电加热进气预热辅助车辆起动，试验车辆可以在3min内顺利启动．

然而，关于火焰进气预热对柴油机高原起动性能的影响研究较少．胡志远等^[14]试验表明，火焰进气预热能提高燃烧室残余废气量并引入燃烧活性成分，促进化学反应，改善了柴油机在4.5km海拔的高原起动性能，但火焰进气预热会消耗部分氧气^[16]，不利于高原条件下柴油机起动性能的提升．火焰进气预热对柴油机高原起动的辅助效果目前仍无定论，这主要是因为传统火焰进气预热装置采用流道供油方式，供油量不能根据环境压力和柴油机转速变化自适应调控，导致传统火焰进气预热装置仅在柴油机某一转速工况下具备最佳预热效果^[17-18]，供油量匹配不当则导致柴油机难以起动．因此，以往的研究中火焰进气预热对柴油机高原起动性能影响结论不同．

为此，笔者设计了一种喷雾式火焰进气预热装置，根据环境压力、环境温度以及柴油机转速，采用电控喷油器精确控制进气预热装置供油量，实现了火焰进气预热功率的环境自适应以及柴油机工况自适应．首先，在模拟5km海拔进气温度为303K下，分别使用试验结合一、三维仿真计算，理论公式推导分析了试验柴油机起动过程高、低转速下缸内失火的原因．其次，通过标定试验确定了喷雾式火焰进气预热装置的最佳喷油频率和喷油脉宽．最后，开展有/无进气预热对柴油机起动性能的对比研究，结果表明，采用供油量随环境和柴油机工况变化精确调控的火焰进气预热装置，可有效改善柴油机在高海拔下的冷起动性能．

1　研究手段及方法

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1.1　试验工况及系统

图1为试验系统示意，试验对象为一台V型6缸柴油机，结构参数如表1所示．采用环境模拟系统调整柴油机进/排气压力模拟实机高原起动条件．高原起动试验台主要由湘仪FC2005测控系统、变海拔环境模拟系统、缸内压力采集与燃烧分析系统等组成．其中环境模拟系统进/排气压力调节范围为40～101kPa，调节精度为±1kPa．试验中控制进/排气压力为54kPa，模拟5km海拔高原环境．

图2为喷雾式火焰进气预热装置结构示意，主要由4部分组成．柴油通过喷油器喷射至高温加热棒表面，汽化与空气混合后并被加热棒高温表面点燃．燃烧火焰与柴油机进气管内来流空气混合后实现柴油机进气温度的提升．

试验过程中柴油机进气温度控制为303K，冷却液温度分别为303、318和333K，起动过程缸内喷油提前角和起动过程喷油持续期分别为13°CA和7.5°CA．各转速下火焰进气预热装置喷油调节范围如表2所示．

1.2　仿真模型及设置

建立1/8气缸三维仿真模型如图3所示，通过侧隙高度调整压缩比为13.5．选用的缸内湍流、喷雾破碎、液滴蒸发和燃烧模型如表3所示．图4所示在起动工况下试验测试获得缸内压力在曲轴转角为8°CA时急剧上升，由于冷起动工况下着火滞燃期较长造成缸内柴油预混燃烧比例大幅增加，最终导致压力升高率较高．仿真模型较好地再现了柴油机冷起动过程中压力上升率较高的现象，能够模拟柴油机高原起动缸内着火过程．

采用柴油机一维仿真模型计算柴油机起动过程中进气门开启时刻排气倒流流量，获得柴油机实际残余废气系数．一维仿真模型参数设置如表4所示．江嘉堃等^[20]研究表明，该模型能够精确模拟发动机稳态工作过程，可用于预测柴油机进/排气流量．

2　结果与分析

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2.1　柴油机无进气预热高原起动过程

不同冷却液温度下柴油机起动过程转速曲线如图5所示．冷却液温度为333K时，柴油机能够成功起动进入怠速．冷却液温度为318K时，柴油机转速上升至400r/min后稳定较长时间，无法升入怠速．起动过程中发动机转速高于滞速转速时，柴油机动力矩无法克服阻力矩，导致柴油机在怠速以下转速持续运行较长时间的现象为滞速．冷却液温度为303K时，柴油机转速首先在400r/min上、下波动，升至500r/ min后熄火．不同冷却液温度下，柴油机均在400r/ min左右滞速一段时间．高原环境下，冷却液温度的提高降低了起动阻力矩．冷却液温度的提高增强了柴油机进气道对发动机进气的加热作用、减小了压缩冲程缸内气体散热量，最终提高了缸内压缩终了温度，改善了缸内喷雾着火状态．以上两方面因素共同作用，导致提高冷却液温度能够大幅减缓柴油机滞速现象、缩短起动时间．

图6为不同恒定转速下连续20循环缸内压力测试结果．定义失火循环与总记录循环数的比值为失火循环率．可以看出，未采用进气预热，转速为200r/ min下缸内呈现明显的间断着火现象，失火循环率为50%；转速为400r/min下各循环连续着火，失火循环率为0%；转速为500r/min下失火循环率增加至73%；转速为800r/min下失火循环率增加至90%．转速为400r/min下柴油机均未出现失火循环，最高燃烧压力较为平稳．而当转速升至500r/min后，缸内失火循环率大幅增加．转速为400r/min下缸内喷雾着火燃烧状态较500r/min转速更稳定．因此，柴油机在400r/min左右出现滞速现象．

2.2　柴油机高原起动失火分析

2.2.1　500r/min及以上转速下失火分析

针对试验中出现的发动机失火现象展开试验，保持缸内喷油提前角和喷油脉宽一致，记录不同转速下发动机单缸着火缸内压力，各转速下柴油机所有着火循环的平均缸内压力曲线如图7所示．转速为200r/ min下，柴油机在0°CA时刻缸内压力急剧上升；而随着转速升至800r/min，柴油机在15°CA时刻缸内压力开始上升，且压力升高率低于200r/min工况，该现象与阚泽超^[21]试验所得结论相符．随着转速的增加，以曲轴转角计的滞燃期随之增加．

式(1)以曲轴转角记的缸内柴油喷雾着火滞燃期IDT_CA主要受喷油时刻缸内压力p_back、缸内温度T_amp、喷孔压降Δp以及燃油温度T_f的影响^[22]，试验过程中进气温度、喷孔压降和燃油温度在各转速下基本保持一致．由图7可知，不同转速下喷油时刻p_back也基本一致，因而以曲轴转角计的缸内柴油喷雾着火滞燃期主要受转速的影响，转速越高以曲轴转角计的滞燃期越长．滞燃期的增加导致缸内燃烧始点滞后，着火始点愈发远离压缩上止点，导致柴油机做功能力恶化，燃烧稳定性下降，从而导致失火循环的产生．

I D T C A ∝ 6 N p b a c k n exp (A T a m b) Δ p m T f a

(1)

式中：m、n、a和A为经验常数；N为发动机转速．

2.2.2　转速为200r/min下失火分析

在转速为200r/min下，未采用进气预热，柴油机缸内呈现规律的循环间断着火现象，失火循环率为50%．上一循环缸内喷雾成功着火，本循环必然失火．据此分析，着火循环后残余废气对下一循环缸内喷雾着火影响较大．发动机工作过程中缸内废气主要来源于排气倒流与上一循环燃烧室容积内无法排出的废气．图8为采用一维仿真模型获得的进气门瞬时流量．可以看出，转速为200r/min时，进气门开启前期存在缸内废气倒流至进气道的现象，根据图8累积计算废气倒流质量占进气总量比例为3%．

上一循环燃烧室容积内无法排出的废气系数可以通过理论计算推导得出．图7所示柴油机高原起动时缸内喷雾一般在上止点后着火，且燃烧持续期较短、压力升高率较大．因而可以近似为奥托循环，理论p-V如图9所示．图中：1为进气终点，2为压缩终点，3为燃烧终点，4为做功冲程终点，5为残余废气点．燃烧室容积内废气热力状态(T_res，ρ_res)可通过膨胀冲程延长至进气压力p_in的方式获得^[23]．

图9中各点热力状态如表5所示．其中：λ和σ分别为定容压力升高比和燃烧室容积内气体膨胀至进气压力p_in时的等效膨胀比；p为压力；T为温度；ρ为密度；ε为压缩比；k为比热比；下标res为残余废气；mixed为喷油后缸内混合气；下标c为活塞运动到上止点；V_c为活塞位于上止点时燃烧室的体积．

根据表5计算获得燃烧室容积内废气质量占进气总量的比例为2.2％．因而进气门废气倒流及燃烧室容积内残余废气共造成柴油机下一循环残余废气系数为5.2%．

根据计算得出的残余废气系数，使用三维仿真模型探究循环失火原因．采用CO₂模拟残余废气，分别设置残余废气系数为0%、5%和10%．图10示出计算获得的5km海拔、转速为200r/min时不同残余废气系数下的缸内压力曲线．可以看出，残余废气系数对缸内喷雾能否着火影响较大，残余废气系数0%时缸内喷雾可以着火，而残余废气系数大于5%时缸内喷雾失火．喷油开始后由于柴油蒸发吸热，缸内压力上升变缓．另外，喷油持续期内着火循环的缸内压力均高于失火循环．由于残余废气温度高于进气温度，残余废气系数越高，缸内捕捉气体总质量越少、总热容量越少．在相同喷油量下，燃油蒸发吸热量相同，喷油时刻缸内气体总热容量越少，则压力下降越多．

图11为三维仿真模型获得的缸内温度及化学关键中间产物质量变化．不同残余废气系数下缸内压缩终了温度在600～700K，而该温度区间碳氢燃料(RH)的氧化分为低温反应和高温反应两个阶段，低温反应阶段是高温反应的前置过程．低温反应阶段RH分子依次经历脱氢形成烷基、一次加氧形成过氧化物RO₂、异构形成ROOH及二次加氧等，最后分解生成低温反应标志产物甲醛(CH₂O)．随着残余废气系数从0%增加至10%，缸内CH₂O生成时刻逐渐推迟，累积质量也逐渐降低．这主要是由于低温反应路径中涉及到一次加氧和二次加氧反应，随着残余废气系数的增加，缸内氧气质量分数降低，导致低温反应速率降低．图12所示三维仿真不同残余废气系数下缸内关键产物CH₂O和OH质量分数分布，高温着火标志产物OH产生于CH₂O质量分数最高的区域，缸内出现高温着火．而当残余废气系统达到5%后，CH₂O质量分数较低(<0.003^[24])，OH产生量较少，缸内喷雾不能着火．结果证明间断着火现象由着火循环残余废气造成．

2.3　进气预热喷油参数对不同转速缸内着火的影响

为探究进气预热参数对发动机不同转速下缸内着火的影响，在5km海拔、冷却液温度为303K条件下，采用测功机恒转速倒拖柴油机200、400、600和800r/min．在固定转速下依次调整进气预热装置喷油频率为5～30Hz，测试获得不同进气预热喷油频率下缸内压力如图13所示．图13(a)所示在转速为200r/min，随着进气预热装置喷射频率的增加，缸内着火时刻先提前后推迟，缸内爆发压力同样先提升后降低．喷油频率为5Hz时，进气预热装置对发动机新鲜空气加热不足，导致压缩终了缸内温度偏低，以曲轴转角计的缸内着火滞燃期延长．而喷油频率为25Hz时，进气预热装置过量消耗了发动机新鲜空气中的氧气，导致缸内着火滞燃期延长．因此，在高原环境下，进气预热装置最佳喷油频率是其加热量和耗氧量的折中，只有精确控制喷油才能发挥进气预热装置在高海拔下的效果．同样，图13(b)～图13(d)中转速为400、600和800r/min时，缸内着火时刻和爆发压力随进气预热装置喷油频率的变化规律类似．

柴油机高海拔起动时，以曲轴转角计的缸内喷雾着火滞燃期较长，缸内喷雾一般在上止点后着火．着火时刻越远离上止点，则缸内燃烧废气做功能力越差．图14为不同转速下缸内着火时刻随喷油频率变化的统计曲线．以着火时刻距离上止点最近为判据，5km海拔发动机转速为200、400、600和800r/min时的最佳喷油频率分别为10、10、15和25Hz．

采用测功机恒转速模式，控制发动机转速固定在200、400、600及800r/min，在不同进气预热喷油参数下采用测功机以1Hz的频率连续测取20s内柴油机的转矩平均值，如图15所示．转速为200r/min时，随着进气预热喷油频率的增加，柴油机输出转矩先增加后减小，在进气预热喷油频率为10Hz时转矩输出最高为277.7N·m．转速为400r/min时缸内热力状态较好，不采用进气预热缸内喷雾也不发生失火，进气预热喷油频率对其转矩输出影响不大．转速为600r/min时，在进气预热喷油频率为15Hz时转矩输出最高为361.9N·m．转速为800r/min时，在进气预热喷油频率为25Hz下转矩输出最高为349.4N·m．综合考虑缸内着火时刻及柴油机输出转矩，柴油机转速为200、400、600和800r/min时的最佳进气预热喷油频率分别为10、10、15和25Hz．

2.4　柴油机进气预热辅助高原起动过程

基于2.3节获得的最佳进气预热喷油频率，采用测功机恒转速倒拖柴油机至200、400、500和800r/ min．记录不同转速下连续50循环缸内压力，如图16所示(由于各循环缸内压力曲线类似，仅展示前20循环)．对比图6与图16，未采用进气预热时，在5km海拔下柴油机在转速为200、500和800r/min时存在循环失火现象，失火循环率最高达到90%．而采用进气预热辅助后，各转速下连续50个循环均未发生失火，最高燃烧压力显著增加，失火循环率降低为0%．

转速为200r/min时由于残余废气系数较高，导致柴油机循环间断着火．采用火焰进气预热后，尽管提高了缸内废气系数，但同时也大幅提高了缸内压缩终了温度．由于缸内喷雾着火对温度的敏感性远高于缸内废气系数^[25]，所以转速为200r/min时采用火焰进气预热降低了缸内失火循环率．另外，转速为500r/min以上时，以曲轴转角计的滞燃期增长是导致失火循环率增加的主要原因，采用火焰进气预热提高了压缩终了温度，缩短了缸内柴油喷雾滞燃期见图14，提高了缸内喷雾着火成功率．

图17示出5km海拔冷却液温度为303K时进气预热辅助对柴油机起动过程的影响．未采用进气预热时，柴油机在转速为400r/min上下长时间滞速，起动失败．采用进气预热辅助后，柴油机用时4s转速迅速上升至800r/min以上，起动成功．试验结果表明，采用供油量精确调控的火焰进气预热系统可有效改善柴油机在高海拔下的起动性能．

3　结论

收起

针对柴油机高原起动困难问题，设计了一种供油量精确调控的喷雾式火焰进气预热装置，实现高海拔环境下柴油机起动过程无失火循环，提升了柴油机高海拔环境下的起动性能．通过试验和仿真计算分析，获得结论如下：

(1) 未采用火焰进气预热，冷却液温度为303、318和333K时柴油机均在转速为400～500r/min区间出现滞速现象，其中冷却液温度为333K时柴油机滞速时间较短最终进入怠速，而冷却液温度低于318K时柴油机滞速时间较长且无法进入怠速；转速为200r/min时缸内失火循环率为50%；转速为400r/ min时失火循环率为0%；转速为500r/min以上时，由于以曲轴转角计的滞燃期推迟，造成缸内失火循环率随转速增大而大幅增加，最终导致柴油机在转速为400～500r/min区间滞速．

(2) 仿真计算表明，转速为200r/min时由于上一着火循环残余废气的作用，本循环缸内低温反应产物甲醛(CH₂O)质量分数显著下降，导致本循环缸内失火，因而缸内失火循环率为50%；转速为500r/min以上时，以曲轴转角计的滞燃期增长导致缸内燃烧始点滞后，着火始点愈发远离压缩上止点，柴油机做功能力恶化、燃烧稳定性下降，是导致失火循环率增加的主要原因．

(3) 5km海拔下柴油机转速为200、400、600和800r/min时进气预热最佳喷油频率分别为10、10、15和25Hz，各转速下失火循环率均降低为0%，柴油机输出转矩分别提升至277.7、328.9、361.9和349.4N·m；采用进气预热辅助后，柴油机用时4s转速迅速上升至800r/min以上，起动成功；试验结果证明，采用供油量精确调控的火焰进气预热系统可有效改善柴油机在高海拔下的起动性能．

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国防科工局基础产品创新计划资助项目(2023037)

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2025年第43卷第5期

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doi: 10.16236/j.cnki.nrjxb.202505046

接收时间：2024-12-27
首发时间：2026-11-05
出版时间：2025-09-25

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收稿日期：2024-12-27
修回日期：2025-03-19

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国防科工局基础产品创新计划资助项目(2023037)

作者信息

^1.北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081

^2.中国人民解放军63963部队，北京 100072

通讯作者:

史中杰，博士，助理研究员，shizhongjie@bit.edu.cn.

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

参数	数值
排列	90°V型
冷却方式	水冷
缸径/mm	132
活塞行程/mm	145
压缩比	13.5
总排量/L	12
缸心距/mm	165
进气门间隙/mm	0.3
排气门间隙/mm	0.5
连杆长度/mm	262

参数

数值

排列

90°V型

冷却方式

水冷

缸径/mm

132

活塞行程/mm

145

压缩比

13.5

总排量/L

缸心距/mm

165

进气门间隙/mm

0.3

排气门间隙/mm

0.5

连杆长度/mm

262

参数	数值
进气温度/K	303
冷却液温度/K	303，318，333
喷油提前角/(°)CA	13
喷油持续期/(°)CA	7.5
转速/(r·min^-1)	200，400，600，800
进气预热喷油频率/Hz	5～20，5～20，5～20，5～30
进气预热喷油持续期/μs	700

参数

数值

进气温度/K

303

冷却液温度/K

303，318，333

喷油提前角/(°)CA

喷油持续期/(°)CA

7.5

转速/(r·min^-1)

200，400，600，800

进气预热喷油频率/Hz

5～20，5～20，5～20，5～30

进气预热喷油持续期/μs

700

模型	选用模型
湍流模型	k-ε模型
破碎模型	KH-RT模型
蒸发模型	Frossling相关法
燃烧模型	SAGE模型
化学反应机理	正十二烷SK54^[19]

模型

选用模型

湍流模型

k-ε模型

破碎模型

KH-RT模型

蒸发模型

Frossling相关法

燃烧模型

SAGE模型

化学反应机理

正十二烷SK54^[19]

参数	中冷器	进气总管	进气歧管746	进气歧管774	进气歧管7508	排气歧管
管长	750	500	15	65	88	165
直径	190	130(入口)，124(出口)	47	47(入口)，42(出口)	42(入口)，39(出口)	50

参数

中冷器

进气总管

进气歧管746

进气歧管774

进气歧管7508

排气歧管

管长

750

500

165

直径

190

130(入口)，124(出口)

47(入口)，42(出口)

42(入口)，39(出口)

特征点	1(进气终点)	2(压缩终点)	3(燃烧终点)	5(残余废气点)
p	p_mixed	p₂＝ε^k p_mixed	p₃＝λp₂	p_res＝p_mixed＝p₃/σ^k
T	T_mixed	T₂＝ε^k-1T_mixed	T₃＝λT₂	T_res＝T₃/σ^k-1
ρ	ρ_mixed	ρ₂＝ερ_mixed	ρ₃＝ρ₂	ρ_res＝ρ₃/σ

特征点

1(进气终点)

2(压缩终点)

3(燃烧终点)

5(残余废气点)

p_mixed

p₂＝ε^k p_mixed

p₃＝λp₂

p_res＝p_mixed＝p₃/σ^k

T_mixed

T₂＝ε^k-1T_mixed

T₃＝λT₂

T_res＝T₃/σ^k-1

ρ_mixed

ρ₂＝ερ_mixed

ρ₃＝ρ₂

ρ_res＝ρ₃/σ