论文摘要
随着全球工业的发展,能源与环保成为了当今世界的两大主题。由于非道路用移动机械的广泛应用,非道路用柴油机的污染排放问题得到人们的日益关注。四气门技术由于可提高柴油机的充气效率、喷油器可采取居中布置,为燃油和空气的混合创造了良好条件,从而使柴油机具有良好的经济性、动力性和排放性能。本文综合应用CAE技术,采用一维和三维数值分析的方法对非道路用TY495柴油机由二气门改为四气门的改型工作进行数值模拟研究,为柴油机改型设计方案优化提供重要的理论依据。本文首先确定了四气门气道的设计方案,利用三维CAD造型软件建立了四气门气道模型,并应用CFD流体分析软件STAR-CD对气道模型进行数值模拟计算。通过对比分析二气门和四气门的优缺点,了解了四气门柴油机的结构特点。在非道路TY495柴油机的基础上,设计TY495柴油机由二气门改型为四气门的方案,提出了双进气道的布置方案,确定了进排气门的布置,得到其设计尺寸。依据设计尺寸,建立了气道三维实体模型,并应用STAR-CD软件进行数值模拟计算,获得了柴油机进气道在不同气门升程下的流量系数和涡流比以及排气道的流量系数,为改型柴油机整机模型的进排气门子模型提供参数。其次,应用GT-POWER软件建立了非道路用TY495柴油机在二气门和四气门下的整机性能仿真模型,仿真分析了采用四气门技术对柴油机性能的影响,并对柴油机的进气管道进行了优化。根据模拟结果,对比分析了两气门柴油机和四气门柴油机的功率、转矩、空气流量和燃油消耗率等性能参数,为非道路用TY495柴油机的改型设计和综合性能提高提供重要的理论依据。针对四气门柴油机的结构特点,在分析进气管道的布置对柴油机性能指标影响的基础上,确定了进气系统的布置方案,合理优化了进气管道。最后,应用AVL-Tycon软件建立了非道路用TY495柴油机四气门配气机构运动学计算模型,设计了柴油机的凸轮型线,并采用所建立的TY495柴油机四气门整机模型,优化了发动机相应的配气相位。在设计过程中,以制造和使用方面具有良好的经济性为目的,设计了四气门驱动机构,并利用配气机构运动学仿真模型,采用多项动力凸轮的方法设计凸轮型线；利用TY495柴油机四气门整机模型,应用DOE分析柴油机的进、排气正时,对柴油机的配气相位进行了优化,以提高发动机的综合性能。