柴油机可变气门系统设计与仿真研究

摘要

能源匮乏与环境污染是目前汽车工业必须要面对的现实问题,开发低能耗、环境友好的车用发动机是当今汽车工业的主要发展方向。传统发动机气门由凸轮驱动,固定凸轮型线决定了气门运动规律,这往往只能保证发动机某一工况的性能,很难使发动机在各种工况下都达到最佳性能。可变气门技术根据发动机运行工况实现可变气门升程和气门正时,是一种有效的改善发动机性能、降低发动机有害排放的方法。
　　作者为了实现某柴油机的可变气门技术,在详细分析了国内外各种可变气门技术的结构与工作原理的基础上,结合试验发动机的结构特点,提出了一种结构简单、布置方便的电子控制液压驱动可变气门系统。并且详细介绍了该可变气门系统的结构和工作原理。
　　为了研究可变气门系统相关参数对气门运动规律的影响,作者利用MATLAB软件建立了可变气门系统仿真模型,在此基础上对主要结构参数,如驱动活塞直径、电磁阀流通面积、进油孔直径、气门弹簧刚度、气门弹簧预紧力和供油压力对气门运动规律,特别是附加升程启闭特性进行了研究,结果发现驱动活塞直径、电磁阀流通面积和进油孔直径对气门附加升程的启闭都有影响,气门弹簧刚度和弹簧预紧力主要影响附加升程的关闭,而进油压力只对附加升程开启速度有影响。另外还通过对发动机活塞和气门的运动规律分析,确定了可变气门系统的工作范围。在以上结果的基础上确定了一组可变气门系统最优结构参数,在此参数下可变气门系统可以灵活调节发动机不同转速时的进气门晚关角度,并通过仿真确定了控制MAP。
　　使用GT-POWER软件建立的发动机模型并通过试验数据验证了模型的准确性。在此基础上研究了不同进气门升程和进气门晚关角度对发动机进气性能的影响,结果显示,在原机气门升程的基础上增加1.7mm、2.2mm和3.0mm的附加升程没有减小进气阻力,进气量不变;随着进气门晚关角度从0°CA增大到80°CA,有效压缩比从17.0减小到6.4,缸内气体明显回流,进气量减少,而三种附加升程在相同晚关角度时发动机进气量相同,说明在这三种附加升程情况下,影响气体回流的主要因素是晚关角度。
　　最后,作者为了可变气门系统的试验研究把试验系统分成了四大系统,分别是驱动系统,液压系统,控制系统和数据采集系统,并介绍了主要零部件的选择要求和工作原理,为实验研究奠定基础。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 引言

1.2 可变气门技术的发展历史与现状

1.3 可变气门技术的分类与实现方式

1.4 可变气门系统与发动机性能

1.5 本文主要工作及意义

1.6 本章小结

2 可变气门系统原理与方案设计

2.1 可变气门机构与米勒循环

2.2 方案设计

2.3 可变气门系统结构与原理

2.4 本章小结

3 可变气门系统仿真研究

3.1 仿真的意义

3.2 可变气门系统仿真模型的构建

3.3 系统仿真的MATLAB/Simulink实现

3.4 仿真研究

3.5 可变气门系统控制MAP的标定

3.6 本章小结

4 可变气门系统对发动机进气性能分析

4.1 GT-POWER模型建立与数据对比

4.2 进气门最大升程对进气的影响

4.3 进气门晚关角度对进气的影响

4.4 晚关角度对纯压缩温度和压力的影响

4.5 本章小结

5 可变气门系统试验平台建设

5.1 液压系统

5.2 驱动系统

5.3 控制系统

5.4 数据采集系统

5.5 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 工作展望：

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

致谢