全可变气门机构对车用发动机进气性能的影响

摘要

换气过程在发动机工作过程中起了重要作用，换气过程完成的好坏直接关系到发动机的动力性与经济性。因此，提高发动机的在全负荷工况下的充气效率，降低换气过程中的泵气损失成为现代发动机进气系统设计开发的重要目标。全可变气门机构通过控制泄油角的不同来实现气门升程、气门开启持续期和气门迟闭角的连续可变，能够在柴油机上实现可变有效压缩比，实现米勒循环，在汽油机上可以取代节气门对负荷的控制，降低泵气损失。
　　 本文介绍了一种全可变液压气门机构，利用其工作原理，将SD2100发动机设计、改装为全可变液压气门机构试验样机，并搭建了倒拖试验台架;利用Boost软件建立了发动机计算模型。通过试验与模拟计算两种方式来研究全可变液压气门对发动机进气性能的影响，即实现米勒循环和降低汽油机的泵气损失。本文的主要内容如下:
　　 第一，根据全可变液压气门机构的工作原理，对SD2100发动机进行改装设计，搭建了全可变液压气门机构发动机倒拖试验台架，并对原机喷油嘴进行改装，安装了压力传感器。对试验样机进行倒拖试验，测量相同转速下气门运动规律不同时的缸内压力。通过对所测量的信号的处理和比较，可以发现，在发动机转速相同时，发动机的缸内压力随着泄油角的增大而增大，这是由于随着泄油角的增大，气门升程和进气迟闭角的增大，进入缸内的气体逐渐增加，导致压缩终点压力变大。这说明全可变液压气门机构能够良好运转，可以实现预期的对气门运动规律的控制，同时对于柴油机，可以对实现对有效压缩比的控制，实现米勒循环和低温燃烧技术，达到改善排放性、经济性和舒适性的目的。
　　 第二，根据原机参数，利用AVL-Boost软件，建立发动机进气一维流动计算模型;简化全可变液压气门机构的液压系统，建立气门运动规律计算模型，通过求解所建立的一阶微分方程的数值解，可以得到全可变液压气门机构的气门运动规律。利用得到的气门运动规律和Boost模型，对发动机进气压力和泵气损失进行计算，控制发动机转速和充气效率，比较在进气门全可变控制方式下和节气门控制方式下的进气压力和缸内压力的变化，并根据计算得到的缸内压力绘制P-V图，来计算泵气损失。模拟计算结果表明，在转速和进气量相同的情况下，进气门全可变控制方式的进气压力较节气门控制方式有较大提高，泵气损失也远远小于节气门控制方式下所产生的泵气损失，且在低转速和较小节气门开度时，即发动机中小负荷时，这种改善效果更加明显。这说明，全可变液压气门机构能够取代节气门实现对发动机负荷的控制，进而增加进气压力，降低发动机的泵气损失，尤其是在中小负荷下，可以有效地改善发动机的经济性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 全可变液压气门机构的研究背景与研究目的

1．2 全可变气门机构的国内外研究现状

1．2．1 无凸轮式全可变气门机构

1．2．2 凸轮驱动的全可变气门机构

1．3 泵气损失的研究现状

1．3．1 稀薄燃烧技术

1．3．2 可变排量技术

1．3．3 无节气门控制技术

1．4 本文的主要内容及研究价值

第2章 全可变液压气门机构的工作原理及试验样机的设计

2．1 全可变液压气门机构组成与工作过程

2．1．1 全可变液压气门机构组成

2．1．2 全可变液压气门机构的工作过程

2．1．3 泄油控制机构工作原理

2．1．4 落座缓冲机构工作原理

2．2 试验样机的设计

2．2．1 试验样机的选择与改装

2．2．2 基于SD2100发动机的全可变液压气门机构的结构设计

2．3 本章小结

第3章 一维非定常流动模拟计算理论及Boost模型的建立

3．1 内燃机一维非定常流动计算理论

3．1．1 定质量系统基本方程的通用表达式

3．1．2 开口系统基本方程通用表达式

3．1．3 一维流动基本方程式

3．2 Boost仿真计算模型的建立

3．2．1 AVL-Boost软件简介

3．2．2 原机boost模型的建立

3．2．3 模型参数的设置

3．3 本章小结

第4章 缸内压力测量试验及Boost模型的验证

4．1 发动机缸内压力测量试验的目的与意义

4．2 试验台架

4．2．1 试验台架的搭建

4．2．2 传动方式的选择

4．2．3 主要试验设备

4．3 试验方法与方案

4．3．1 试验方法

4．3．2 试验方案

4．4 试验结果与分析

4．4．1 原机不同转速下的气缸压力

4．4．2 相同转速不同气门升程时的缸内压力

4．4．3 相同升程在不同转速的缸内压力测量结果

4．4．4 试验总结

4．5 基于进气门早关的米勒循环

4．6 Boost模型的验证

4．7 本章小结

第5章 进气门全可变对发动机泵气损失的影响

5．1 全可变气门机构气门运动规律的模拟计算

5．1．1 系统的简化与计算模型的建立

5．1．2 系统计算方程的建立

5．1．3 模拟计算结果分析

5．2 进气门全可变控制方式对发动机进气流动的影响

5．2．1 不同负荷控制方式对发动机进气压力的影响

5．2．2 泵气损失的对比

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目