内燃机配气机构工作特性数值模拟与试验研究

论文摘要

配气机构作为内燃机的重要机构系统,其作用是控制气门按照一定的规律开启和关闭,保证发动机有良好的进气和换气效率,其工作特性影响着发动机的输出功率、排放特性和燃油消耗率,同时,气门运动的平稳与否与发动机的振动噪声直接相关。因此,进行配气机构动力学与运动学的研究,促进发动机的结构优化与性能改进有着十分重大而深远的意义。本文基于实际柴油机的模型,进行了配气机构动力学与运动学模拟计算分析和试验研究。理论计算主要基于多体系统动力学理论和多质量系统理论,对配气系统动态特性进行了仿真和评价,构建了配气机构动态测试系统,进行了气门升程、气门加速度、气门间隙,摇臂应力,推杆应力等多参数同步实时测量试验,该测量方法在国内同类试验中尚属首次。仿真模拟与试验测量结果表明,气门升程曲线连续光滑,最大气门落座速度小于许用落座速度,但落座瞬间气门加速度波动幅值较大,高速时气门落座冲击比较厉害,正常工作状态下气门间隙为动态间隙变化,计算和试验的气门运动曲线变化规律是基本吻合的。本文描述了基于ADAMS软件进行配气机构多体动力学研究的主要方法和步骤,探求了刚柔耦合模型的实现方法;采用配气机构工作过程的整体仿真软件,得到一些ADAMS中无法得到的信息,充分发挥两种计算的优点,同时构建试验台架进行动力学测试,比较全面的了解了机构的动力学特性,形成了一套比较完整的配气机构动力学研究方法体系,为配气机构的性能评价和优化设计提供有价值的参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 配气机构研究现状以及发展趋势
• 1.2.1 配气机构的研究要点
• 1.2.2 配气机构动力学研究
• 1.2.3 配气机构研究的新发展
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 配气机构动力学特性数值模拟理论与方法
• 2.1 多体系统动力学原理简介
• 2.2 多体系统动力学模型的应用
• 2.2.1 多体系统动力学的的基本概念
• 2.2.2 多体动力学模型的建立与求解
• 2.3 机械系统分析软件ADAMS 计算原理
• 2.3.1 ADAMS 软件简介
• 2.3.2 ADAMS 的分析与计算方法
• 2.4 多质量弹性动力学原理在配气机构中的应用
• 2.4.1 微分控制方程的建立
• 2.4.2 微分方程组的求解
• 2.5 小结
• 3 基于ADAMS 的配气机构动力学仿真与结果分析
• 3.1 配气机构多刚体动力学仿真模型
• 3.1.1 仿真几何模型概述
• 3.1.2 配气机构初步物理模型的建立
• 3.1.3 PRO/E 与ADAMS 之间数据传导
• 3.2 配气机构刚-柔耦合模型
• 3.2.1 模态中性文件（.mnf）的生成
• 3.2.2 刚-柔耦合模型的生成
• 3.3 ADAMS 仿真结果分析
• 3.3.1 气门升程特性
• 3.3.2 气门速度特性
• 3.3.3 气门加速度特性
• 3.3.4 气门落座力特性
• 3.4 小结
• 4 TYCON 软件用于配气机构的建模及结果分析
• 4.1 配气机构动力学仿真模型的建立
• 4.2 模型元件参数的确定
• 4.2.1 刚度参数的获取
• 4.2.2 集中质量的确定
• 4.2.3 阻尼系数的获取
• 4.2.4 元件参数的输入
• 4.3 仿真结果分析
• 4.3.1 进气阀结果分析
• 4.3.2 排气阀结果分析
• 4.4 小结
• 5 配气机构动力学测量方案及标定试验
• 5.1 测试方案的设计
• 5.2 试验器材及其原理简介
• 5.2.1 动态测试仪
• 5.2.2 激光位移传感器
• 5.2.3 电涡流位移传感器
• 5.2.4 压电式加速度传感器
• 5.2.5 光电编码器
• 5.3 静态标定试验
• 5.3.1 系统刚度测量
• 5.3.2 静态应力测量
• 5.3.4 油膜厚度对激光位移传感器测量结果的影响
• 5.4 小结
• 6 配气机构动力学多参数同步测量台架试验
• 6.1 试验方案设计与台架的构建
• 6.2 传感器的安装与调试
• 6.3 试验数据与分析
• 6.3.1 测试通道布置
• 6.3.2 应变结果分析
• 6.3.3 加速度信号分析
• 6.3.4 气门间隙信号分析
• 6.3.5 气门升程信号分析
• 6.3.6 气门间隙与气门升程联合分析
• 6.3.7 气门速度曲线
• 6.4 小结
• 7 总结与展望
• 7.1 全文结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文