气动发动机配气机构设计及优化研究

摘要

基于节能减排的需求,将某柴油机开发为120kW活塞式大排量气动发动机。提出了一种全新的运用高压气阀、换气阀及排气阀三气阀配气型式的结构,以配合四冲程气动发动机工作过程。为了平衡零件温度并尽量减少压缩负功,配气机构的设计成为气动发动机研发的核心。换气及排气采用了凸轮驱动形式,运用AVL Excite Timing Drive建立了配气机构分析模型,并进行了凸轮型线设计。高压气阀考虑到密封、气量调节及驱动力等因素后,采用了同心三层旋转与摆动相结合、利用锥面密封的气阀结构方案。对三气阀的合理匹配进行了多目标优化,找出了合适的配气相位。仿真及台架试验结果表明:利用传统柴油机设计改造,可快速成功地改型为气动发动机,所设计的三气阀配气机构可靠性高。三气阀气动发动机功率完全达到设计要求,最高能量转换效率达到55%,从而验证了本研究方案的可行性和有效性。