小型高速汽油机双火花塞速燃多工况VVT系统研究

论文摘要

目前250ml排量以下的小型高速汽油机是中国两轮摩托车产品使用的主要动力源,但该系列发动机中低速性能欠佳,主要表现为低速扭矩小,中速油耗高,高速功率小且最大功率点对应的转速略小,因此全面改善并提高汽油机的性能成为亟需解决的关键技术问题。论文利用先进的可变配气正时技术与双火花塞快速燃烧技术,以某型125ml摩托车汽油机为代表,综合实际工况和使用特点,研发了一种基于双火花塞点火并适应多工况的三段式速燃VVT系统。论文的主要研究内容如下:①研究并设计了一种基于双火花塞点火并适应多工况的三段式速燃VVT系统。该系统采用三进气凸轮与三进气摇臂、进气摇臂自动切换与双火花塞点火控制系统、外接油路系统与对称布置的双火花塞,可实现多工况配气定时优化和双火花塞按工况自动实现单点火或同相点火,或异相点火。②结合三段式双火花塞速燃多工况VVT系统结构特点对小型高速汽油机进行改型设计,综合运用二次空气喷射系统、双级催化转化器与曲轴箱闭式通风装置,将排气污染物控制在GB14622—2007排放限值内,实现某型125ml汽油机排放强化控制。③利用AVL-TYCON软件对三段式双火花塞速燃多工况VVT系统进行运动学与动力学分析,包括对进气门升程、进气门速度及加速度、三进气凸轮与三进气摇臂在不同转速下的接触力、接触应力、气门落座力、气门内外弹簧的运动及受力情况等进行仿真分析;利用ANSYS软件对三段式双火花塞VVT系统中的关键零部件——低速进气摇臂、中速进气摇臂与高速进气摇臂进行有限元分析,验证三段式双火花塞速燃多工况VVT系统运行的合理性。④针对汽油机燃烧模型处理准则,利用蒙特卡罗原理,建立有限平面逼近法。与常用的平面节点积分法和球面三角形法进行综合比较,把平面节点积分法和球面三角形法规整为有限平面逼近法的特例,实现了三种方法的统一;利用有限平面逼近法研究双火花塞单点火和同相点火等不同燃烧工况。⑤利用AVL三维仿真软件FIRE对某型单缸125ml小型高速汽油机进行进气过程与燃烧过程仿真分析,为优化燃烧控制策略奠定基础。⑥通过某型单缸125ml原型机与装有三段式双火花塞速燃多工况VVT系统汽油机的外特性试验和工况法试验,对怠速、低速、中速、高速等不同运转工况进行综合性能分析,验证分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究的意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 VVT 技术与快速燃烧技术的研究进展
• 1.2.1 VVT 技术研究进展
• 1.2.2 汽油机快速燃烧技术研究进展
• 1.3 论文的主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 三段式双火花塞速燃多工况发动机VVT 系统研究
• 2.1 引言
• 2.2 三段式双火花塞速燃多工况VVT 系统布置
• 2.3 三段式多工况VVT 机构研发
• 2.3.1 三段式多工况VVT 机构组成
• 2.3.2 三段式多工况VVT 机构工作原理
• 2.3.3 进气凸轮轴与低速进气凸轮设计
• 2.3.4 三段式多工况VVT 机构进气摇臂设计
• 2.3.5 进气摇臂正时切换装置设计
• 2.4 双火花塞布置与强化排放控制
• 2.4.1 双火花塞布置
• 2.4.2 排放强化控制
• 2.5 进气摇臂自动切换与双火花塞点火控制装置电控单元设计
• 2.5.1 进气摇臂自动切换与双火花塞点火控制装置控制原理与布置
• 2.5.2 进气摇臂自动切换与双火花塞点火控制装置电控单元硬件电路设计
• 2.5.3 进气摇臂自动切换与双火花塞点火控制装置电控单元软件设计
• 2.6 本章小结
• 3 三段式双火花塞速燃多工况VVT 系统力学特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 三段式双火花塞速燃多工况 VVT 系统运动学分析
• 3.2.1 运动学模型
• 3.2.2 运动学分析
• 3.3 三段式双火花塞速燃多工况 VVT 系统动力学分析
• 3.3.1 动力学模型
• 3.3.2 动力学分析
• 3.4 三段式双火花塞速燃多工况 VVT 系统切换机构有限元分析
• 3.4.1 三段式双火花塞速燃多工况VVT 系统切换机构有限元模型
• 3.4.2 三段式双火花塞速燃多工况VVT 切换机构有限元分析
• 3.5 本章小结
• 4 双点火速燃特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 建立有限平面逼近方法
• 4.2.1 蒙特卡罗方法简介
• 4.2.2 建立有限平面逼近法
• 4.2.3 有限平面逼近法与球面三角形法、节点积分法比较
• 4.3 双火花塞速燃特性研究
• 4.3.1 建立双火花塞燃烧计算方程
• 4.3.2 不同工况双火花塞点火燃烧分析
• 4.4 本章小结
• 5 进气与燃烧过程仿真分析
• 5.1 引言
• 5.2 进气流场分析
• 5.2.1 发动机基本参数
• 5.2.2 进气流场模型建立
• 5.2.3 进气流场分析
• 5.3 双火花塞燃烧过程分析
• 5.3.1 双火花塞单侧点火燃烧过程分析
• 5.3.2 双火花塞同相点火燃烧过程分析
• 5.3.3 不同点火提前角双火花塞同相点火燃烧过程分析
• 5.3.4 双火花塞异相点火燃烧过程分析
• 5.4 双火花塞燃烧分析
• 5.4.1 双火花塞单侧点火与双火花塞同相点火比较
• 5.4.2 不同点火提前角双火花塞同相点火比较
• 5.4.3 双火花塞异相点火比较
• 5.5 本章小结
• 6 三段式双火花塞速燃多工况VVT 汽油机试验
• 6.1 引言
• 6.2 控制策略
• 6.3 试验研究
• 6.3.1 试验装置与仪器
• 6.3.2 性能试验与分析
• 6.4 三段式双火花塞速燃多工况 VVT 汽油机综合性能评价
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 后续研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录