四缸四气门排放达欧Ⅱ柴油机的开发研究

摘要

高速四气门直喷式车用柴油机是今后的发展方向,中国针对这种技术也进行了大量的探索和试验研究,但作为实际应用在中国尚属起步阶段.该文以具体的四气门柴油机机型为开发研制目标,较全面研究和论述了四气门增压中冷排放达欧2柴油机的结构特点、设计要求,最终完成了样机的试制、组装和试验研究.该文首先介绍了四气门柴油机气缸盖的设计特点,其中重点是进排气道的分析研究.螺旋气道主要是在气道内产生涡流空气运动,因此所获得的涡流与相对气缸中心的气门位置无关,气门升程对涡流比几乎没有影响.螺旋气道通过气门间隙与缸壁的气流相互作用也产生涡流,因此,涡流数取决于相应气缸中心的螺旋线方位.切向气流通过气门间隙到气缸壁外的气流喷嘴撞击产生的,因此所产生的涡流取决于缸壁和气流喷嘴之间的角度,取决于气道定位和气道浇口部分的方向和形状.在四气门缸盖上,螺旋气道与切向气道的气流相互作用,涡流特性在整个气门升程范围内都是平滑的.螺旋线(气道)位于切向气道的上游,以使来自螺旋线外流的恶化减至最小,并获得切向气道气流的最佳支持.缸体设计主要围绕着如何提高强度和刚度展开的,每缸采用4个缸盖螺栓排列紧固,与主轴承螺栓基本位于一个轴线上,水套外壁和裙部采用弧形结构,适当布置加强筋,封闭现产品中存在的挺柱腔开口,从而可以保证良好强度和刚度.连杆小头采用楔形,既提高承载能力又使质量最轻;曲轴采用良好的氮化处理工艺,可以满足欧2排放水平(130 bar的气缸最高爆发压力)的强度需要;喷油泵采用BOSCH公司P7100型,供油压力可达1050 bar,等等.建立了N次谐波凸轮和配气系统动力学计算的数学模型,利用Mathworks公司的MATLAB语言编写了相应的计算程序.计算结果表明,N次谐波凸轮时面值较大,具有较好的充气效率.气门最大速度、最大加速度小,曲线均比较光滑,工作平稳,能够大大减小振动、机械噪声和接触应力,提高了零件的可靠性和使用寿命.该文直接采用13工况排放检测数据,进行样机各种性能的分析和对比.结果发现四气门柴油机的各项性能指标都非常理想,显示了四气门柴油机在未来发展上所独有的优势.同时提取一台规格相同的增压中冷、排放达到欧洲Ⅱ号的两气门柴油机,进行相同配置、相同性能指标下的试验,结果表明:虽然两气门柴油机的进气压力(相当于进气量)高于四气门柴油机,但无论是在烟度、燃油消耗率,还是排放指标上,两气门柴油机均没有四气门柴油机好.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1序言

1.2解决车用柴油机排放污染的对策

1.3直喷柴油机使用四气门技术

1.3.1车用四气门柴油机的技术发展概况

1.3.2四气门柴油机的优点

1.3.3四气门柴油机的结构特点

1.4本文的研究内容、意义

第二章柴油机总体描述和四气门结构设计特点

2.1整机描述

2.2四气门柴油机缸盖设计

2.2.1缸盖加工后的外形

2.2.2铸造毛坯件

2.2.3气道布置

2.2.4喷油器孔的形式

2.2.5气门系总成

第三章四气门柴油机的主要零部件设计

3.1四气门柴油机缸体设计

3.1.1主要设计特点

3.1.2总的设计尺寸

3.1.3缸体铸件

3.1.4缸套的组装

3.1.5缸盖垫

3.2动力系统

3.2.1活塞

3.2.2连杆

3.2.3曲轴

3.3燃油喷射系统

第四章配气凸轮参数选取与型线设计

4.1配气凸轮设计的一些准则

4.2 N次谐波凸轮数学模型的建立

4.3非对称N次谐波凸轮型线设计

第五章配气系统动力学分析

5.1配气机构的动力学模型

5.2微分方程和初始条件

5.3原始计算参数的确定

5.4四气门柴油机配气系统计算结果

5.4.1进气系统动力学计算结果

5.4.2排气系统动力学计算结果

第六章四气门柴油机的性能初试结果及分析

6.1试验条件

6.1.1试验地点及仪器设备

6.1.2试验样机及试验原则

6.2试验方案与结果

6.3试验结果分析

6.3.1 BOSCH P7100喷油泵的试验结果分析

6.3.2四气门与两气门的试验结果分析

6.4试验结论

第七章全文总结

参考文献

致谢