全可变机械驱动式气门升程控制系统的仿真与研究

论文摘要

现代高科技的发展已将汽车发动机的节能、增效、低排放作为“节能—高效—环保”一体化课题进行综合研究和技术开发。配气相位固定不变的限制已越来越显得不适应节能和排放要求。为此,可变气门驱动( Variable Valve Actuation,简称为VVA)技术已成为汽车发动机研究重点方向之一。完全可变气门技术包括连续可变气门正时技术和连续可变气门升程技术,可以根据发动机不同工况实施不同的配气相位和气门升程,满足发动机在高转速与低转速、大负荷与小负荷时的要求,全面提高发动机在动力性、经济性和怠速稳定性等方面的综合性能。具体来说,可变气门技术在部分负荷时利用进气门早关或进气门升程减小的方法控制进入缸内的混合气体,实现无节气门的负荷控制方式,从而减少泵气损失、改善汽油机燃油经济性。而且,由于气门升程较小,提高流过气门的气流速度,可以改善汽油机低速小负荷工况下燃油与空气的混合,进而改善燃烧过程。本课题主要对全可变机械驱动式气门升程控制系统进行研究,简要分析了连续可变气门正时(VVT)系统、连续可变气门升程(VVL)系统的工作原理,并对BMW发动机Valvetronic连续可变气门升程机构相关机械零件进行了测绘和曲线拟合;用CATIA几何建模软件建立了三维实体模型,通过CATIA运动学仿真分析模块得到了不同偏心轴转角下的气门升程曲线;推导了全可变气门机构运动学数学模型,用MATLAB软件编程计算了不同偏心轮转角下的气门升程曲线。该气门机构运动学数学模型的仿真结果与CATIA几何模型运动学仿真分析结果一致,证实了该数学模型的正确性,为设计连续可变气门升程机构提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图表清单
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 环境与社会对内燃机要求
• 1.2 发动机可变气门技术概述
• 1.2.1 可变气门技术的优点
• 1.2.2 可变气门技术的发展历程
• 1.3 可变气门技术的分类
• 1.3.1 可变气门正时
• 1.3.2 可变气门升程分类
• 1.4 本课题研究的目的与内容
• 第二章 全可变气门技术的工作原理
• 2.1 叶片式凸轮轴移相器工作原理
• 2.1.1 可变气门正时机构的主要结构
• 2.1.2 叶片式移相器（VCP）结构
• 2.1.3 控制电磁阀（OVC）的结构
• 2.1.4 移相器调节过程
• 2.2 全可变气门升程机构工作原理
• 2.2.1 全可变气门控制系统的工作原理
• 2.2.2 可变气门升程控制机构Valvetronic 工作原理
• 2.3 本章小结
• 第三章 N52 发动机Valvetronic VVL 机构测绘与建模
• 3.1 发动机Valvetronic VVL 机构测绘
• 3.1.1 测绘过程
• 3.1.2 测绘数据处理
• 3.2 三维模型建立
• 3.2.1 CATIA 软件介绍
• 3.2.2 建模过程
• 3.3 可变气门升程机构三维装配
• 3.3.1 CATIA 装配模块介绍
• 3.3.2 模型装配
• 3.4 运动仿真分析
• 3.4.1 CATIA DMU 模块介绍
• 3.4.2 组建仿真过程
• 3.4.3 仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 可变气门升程机构数学建模和仿真分析
• 4.1 运动学分析
• 4.2 机构数学建模
• 4.2.1 机构结构参数
• 4.2.2 由偏心轮转角求中间推杆上滚轮圆心
• 4.2.3 进气凸轮转角求中间推杆转角
• 4.2.4 中间推杆转角求摇臂摆角
• 4.2.5 摇臂摆角求气门升程
• 4.3 软件编程设计
• 4.4 仿真分析结果
• 4.5 CATIA 运动仿真与MATLAB 仿真验证
• 4.6 本章小结
• 第五章 课题总结与展望
• 5.1 课题总结
• 5.2 工作方向和展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文