增压中冷柴油机配气机构动力学特性及影响因素研究

论文摘要

配气机构主要是控制发动机进、排气过程,应具备充气效率高、泵气损失小,配气相位合理、工作运行平稳、振动和噪声小等优点,对发动机动力性、经济性和排放性能等方面有非常重要的影响。因此,随着发动机的性能要求不断提高,对于发动机配气机构动力学特性的研究具有十分重要的意义。论文以某四缸增压中冷柴油机配气机构为研究对象,应用AVL EXCITE TD软件,建立配气机构的运动学及动力学模型,进行了运动学与动力学特性研究。主要研究内容有：(1)运动学计算中,原进、排气门的运动学升程和速度曲线连续光滑,加速度曲线跃度较大；最小弹簧裕度及润滑特性满足运动学要求；凸轮与挺柱间接触应力在许用接触范围；在动力学计算中,进气凸轮与挺柱间最大接触应力超过了材料的许用范围且存在飞脱现象；气门弹簧各圈工作正常,受力均匀,不存在弹簧并圈现象；进排气门均未出现气门反跳现象,但是进气门在落座时落座力较大,造成了落座时的冲击,因此需要对凸轮型线进行优化。(2)凸轮型线优化后,进排气门升程的丰满系数提高了1.9%和1.2%；最大跃度值较之原机降低了63%和73%；进排气凸轮与挺柱的最大接触应力比原凸轮降低了20%和4%;进排气门弹簧的最小弹簧裕度由原来的1.572和1.413分别提高到1.954和1.88,满足气门弹簧的运动学要求；最小润滑系数提高,润滑性能得到改善。经过动力学计算,进气门飞脱和动态接触应力过高的现象已经消失,最大接触应力由798.3 N/mm2降低到440.8N/mm2,进气门落座力过大的情况得到改善,由1835N降低到1117N,减轻了落座冲击。弹簧各圈工作仍然正常,未出现弹簧并圈、颤振和弹簧力过大的情况。(3)对优化后的配气相位和凸轮型线进行性能模拟计算并与原机性能对比后可知,发动机的功率和扭矩比原机提高,有效燃油消耗率在2000r/min时降低了2.5%,涡前排温在低速时比原机较接近,在中高速时有所增高,在3200r/min时涡前排温比原机升高了20.5℃,增长幅度为3.1%,在误差允许范围内。可见,修改凸轮型线和配气相位优化后,提高了发动机的动力性和经济性。(4)研究了气门落座特性并应用正交试验法对影响气门座磨损因素进行分析。我们以结构参数转速、摇臂刚度和推杆刚度为影响因素,经过计算分析后可知,发动机转速对气门落座力和气门落座速度影响显著。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究动态及现状
• 1.2.1 国外研究动态及现状
• 1.2.2 国内研究动态及现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 配气机构运动学与动力学分析理论
• 2.1 配气机构计算模型
• 2.2 配气凸轮结构形式及特点
• 2.3 配气凸轮设计与评价准则
• 2.4 AVL EXCITE TIMING DRIVE软件简介
• 2.5 本章小结
• 第三章 原机配气机构运动学与动力学分析
• 3.1 配气机构各构件参数的设置和计算
• 3.2 运动学模型的建立与模拟计算结果分析
• 3.2.1 运动学模型的建立
• 3.2.2 运动学模拟计算与结果分析
• 3.3 动力学模型的建立与模拟计算结果分析
• 3.3.1 动力学模型的建立
• 3.3.2 动力学模拟计算与结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 进排气凸轮型线优化设计
• 4.1 凸轮型线设计
• 4.1.1 工作段设计
• 4.1.2 缓冲段设计
• 4.2 凸轮型线优化后配气机构运动学分析
• 4.3 凸轮型线优化后配气机构动力学分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 柴油机配气相位优化
• 5.1 AVL BOOST软件功能介绍
• 5.2 柴油机热力学模型的建立
• 5.3 模型验证
• 5.4 配气相位优化
• 5.5 优化后与原机的性能对比
• 5.6 本章小结
• 第六章 气门座磨损机理以及落座特性研究
• 6.1 概述
• 6.2 气门和气门座的工况条件
• 6.3 气门座磨损机理
• 6.4 气门落座特性的分析与研究
• 6.4.1 气门落座过程的分类
• 6.4.2 影响气门落座的因素
• 6.4.3 气门落座特性研究
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间参与项目及发表论文
• 附录1 参与项目
• 附录2 论文发表