汽油机配气机构凸轮型线及配气相位的优化研究

摘要

我国汽车产业发展迅速，汽车的保有量不断增大，汽车给人们的生活提供便利的同时，也带来了城市交通拥堵、环境污染、油价上涨等问题。国家采取了很多措施来解决这些问题;应用先进技术来改善汽车的性能，是一种积极有效的方法。
　　 配气机构是发动机的核心部分之一，其性能的好坏直接影响到发动机的经济性、动力性和排放性能以及整车的舒适性。车用汽油发动机在不同的工况选择不同的配气相位，可以提升发动机的性能。配气机构属于高速凸轮机构，其运动副接触位置的动力学情况比较复杂，用传统的方法进行精确的计算和设计是比较困难的，配气机构的计算机辅助设计方法，是该研究领域比较先进的技术，可以通过建立模型分析解决复杂的动力学问题。
　　 本文首先建立发动机充气燃烧数学模型，优化发动机的配气相位。模拟可变配气相位的工作原理，通过正交选型，并结合实际经验，分别选取不同转速和负荷下的最佳的配气相位，优化气门重叠角，提高了发动机的充气效率，使发动机在整个工况范围内的性能都有所提高。根据性能比较可以看出，经过优化的凸轮型线和配气相位具有良好的均衡性，中高速性能有所提升，低速时的性能也有所改善，为发动机配气相位进一步的改进设计提供了参考。
　　 其次，分别创建发动机配气机构单阀系的单自由度和多自由度的动力学模型，进行了动力学仿真。针对优化后的凸轮型线，采用多项式凸轮和动力学修正等方法，为了实现丰满系数的最优化，从气门运动升程、速度、加速度和受力情况来分析凸轮与挺柱间的润滑效果和接触应力，以及是否存在气门弹簧并圈和气门飞脱反跳等异常现象，评价配气机构动力学性能的好坏。分析发现，高次多项式凸轮经过动力学优化后，具有良好的动力学性能，丰满系数也较好。
　　 最后，通过发动机台架试验验证配气机构改进设计后对发动机性能的影响。通过气门运动试验，验证配气机构具有良好的运动学和动力学性能。通过配气相位选型试验，验证了配气相位的合理性。试验证明，优化设计比较合理，达到预期目的。

目录

摘要

CONTENTS

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 数值计算模型的建立

2．1 气缸燃烧充气数值计算模型的建立

2．1．1 气缸燃烧循环公式和放热效率的计算

2．1．2 气缸内传热学公式

2．1．3 活塞运动公式

2．1．4 端口质量流速微分方程

2．1．5 固定容积共振腔的传热学公式

2．1．6 管内气体流动方程

2．2 配气机构单阀系数值计算模型

2．2．1 理想气门运动学公式

2．2．2 单自由度动力学模型

2．2．3 多自由度动力学模型

2．3 本章小结

第三章 配气相位的仿真优化计算

3．1 仿真分析模型的建立及参数的输入

3．1．1 发动机仿真模型的建立

3．1．2 参数输入

3．2 配气相位优化仿真计算及分析

3．2．1 排气提前角的优化

3．2．2 外特性工况下可变配气相位的优化

3．3 本章小结

第四章 凸轮型线的设计理论和优化仿真计算

4．1 运动学和动力学评价标准

4．2 凸轮型线缓冲段和工作段的设计

4．3 仿真分析模型的建立和参数输入

4．4 凸轮型线的优化仿真计算及分析

4．5 本章小结

第五章 配气相位和凸轮型线的试验研究

5．1 配气相位选型试验

5．1．1 试验目的和试验准备

5．1．2 试验方法和步骤

5．1．3 试验结果及分析

5．2 气门运动试验

5．2．1 试验目的和试验准备

5．2．2 试验方法和步骤

5．2．3 试验结果及分析

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢