配气凸轮型线参数有约束优化方法及程序开发

发布时间：2020-05-13 06:53

【摘要】：配气机构作为内燃机的重要组成部分,其功用是按照内燃机的工作循环和发火次序的要求,使进、排气门定时开启和关闭,保证气缸中及时进入新鲜充量并保证废气及时排出。配气机构设计的合理与否很大程度的影响着内燃机工作的经济、动力和排放等性能。而凸轮型线作为内燃机配气机构设计的核心内容,其设计的合理与否十分重要。本文依据内燃机配气机构凸轮型线设计的理论和原则,按照配气凸轮型线运动学设计、运动学优化和动力学设计与校验的设计流程,应用Visual Studio C#进行了配气凸轮型线参数有约束的优化方法及程序开发。研究内容如下:首先,进行软件整体模块搭建,包括:凸轮型线运动学设计模块搭建;凸轮型线运动学有约束优化模块搭建;配气机构动力学设计与校验模块搭建。接下来,针对软件各模块进行设计和程序编写,详细内容如下:(1)凸轮型线运动学设计模块搭建。主要内容包括:典型凸轮型线设计方法的程序编写与界面设计;凸轮型线的运动学曲线输出;凸轮型线设计评价参数和运动规律详细数据的输出。其中,凸轮型线的设计方法包括:项数不同的高次方多项式凸轮型线;高次方与直线段组合型凸轮型线。(2)凸轮型线运动学有约束优化模块搭建。主要内容包括:针对高次方多项式凸轮型线的复合形法优化方法的程序编写与界面设计;优化后凸轮型线的设计参数和运动学曲线查看;优化后凸轮型线的评价参数和运动规律详细数据输出。此部分以缩短凸轮型线的设计周期为目的,以凸轮型线丰满系数为目标函数,以凸轮型线函数的幂指数为设计变量,以曲率半径、凸轮型线加速度峰值等为约束条件,以复合形法为优化方法,编写程序,以获得要求范围内的最佳凸轮型线,达到优化目的。(3)配气机构动力学设计与校验模块搭建。主要内容包括:气门实际运动规律的计算程序编写与界面设计;气门开启与落座相关参数查看;气门运动过程中是否存在飞脱现象的判定;气门实际运动规律曲线查看及详细数据输出。此部分针对配气机构工作过程中因弹性变形导致气门实际运动规律与理论设计规律存在偏差的问题,以配气机构单质量模型为基础,以四阶龙格—库塔数值方法为核心算法,以凸轮型线的动力学校验和配气机构的动力学设计为目的,编写程序,以判断配气机构的设计是否存在飞脱和气门落座速度过大等不良情况,进而确定配气机构的设计是否合理。最后,对所开发的程序进行合理化验证。针对凸轮型线运动学设计模块,应用AVL/Excite Timing Drive中Cam Design部分,将其仿真得到的凸轮型线运动规律与本课题所开发软件计算得到的凸轮型线运动规律加以对比,验证程序此模块的合理性;针对配气机构动力学设计与校验模块,将某发动机配气机构的动力学试验结果与本课题所开发软件的仿真计算结果进行对比,验证此动力学设计及校验模块的合理性。
【图文】：

图 2.1 等加速-等速型缓冲段 图 2.2 余弦型缓冲段2）余弦型如图 2.2。其函数为： = ě ， ( 两种缓冲段相比，等加速—等速型较为常用，尤其在高速内燃机中[30]。其因为：由于配气机构加工误差、安装误差以及气门间隙的变化等原因，气门的际开启与落座时刻并无法保证在缓冲段结束且工作段开始的一点上，而等加速等速型缓冲段则可通过调整气门间隙的值而保证气门的开启与关闭在缓冲段速段即加速度为零且速度为不大的常数的部分，由此控制气门开启与落座的冲而余弦型缓冲段起不到这样的作用。2.1.2 工作段的设计

图 2.1 等加速-等速型缓冲段 图 2.2 余弦型缓冲段2）余弦型如图 2.2。其函数为： = ě ， ( 两种缓冲段相比，等加速—等速型较为常用，尤其在高速内燃机中[30]。其因为：由于配气机构加工误差、安装误差以及气门间隙的变化等原因，气门的际开启与落座时刻并无法保证在缓冲段结束且工作段开始的一点上，而等加速等速型缓冲段则可通过调整气门间隙的值而保证气门的开启与关闭在缓冲段速段即加速度为零且速度为不大的常数的部分，由此控制气门开启与落座的冲而余弦型缓冲段起不到这样的作用。2.1.2 工作段的设计
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK402

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 武彬;李骏;张俊彦;张斌;;类金刚石薄膜挺柱的制备与性能[J];吉林大学学报(工学版);2013年01期

2 魏胜利;王忠;毛功平;倪培永;;基于米勒循环的配气凸轮型线设计[J];小型内燃机与摩托车;2012年05期

3 路琼琼;李智;雷晶;;内燃机配气机构技术现状及发展[J];机械;2009年04期

4 王云开;于秀敏;郭英男;梁金广;刘悦;李静;;柴油机无凸轮轴配气机构[J];吉林大学学报(工学版);2008年S1期

5 夏开彦;孙平;孙亚楠;;高速柴油机配气机构凸轮型线设计[J];拖拉机与农用运输车;2006年04期

6 刘云;肖恩忠;;高速柴油机配气凸轮优化设计综述[J];拖拉机与农用运输车;2006年02期

7 刘忠民;俞小莉;沈瑜铭;;配气机构动力学模型的比较研究[J];浙江大学学报(工学版);2005年12期

8 姜建华,王伟;CA4DC1柴油机配气机构设计[J];汽车技术;2005年09期

9 郭磊,褚超美,陈家琪;高次多项式凸轮型线特性参数对配气机构性能影响的研究[J];内燃机工程;2005年01期

10 林建生;内燃机配气凸轮的优化设计[J];天津师范大学学报(自然科学版);2002年04期

相关会议论文 前1条

1 王茂辉;向以轩;何海珠;颜菁华;林灵;苟洪岗;闵龙;陈文俊;张伟;;凸轮缓冲段高度对内燃机声音品质影响[A];2014中国汽车工程学会年会论文集[C];2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 周晓斌;发动机配气机构振动噪声仿真研究[D];重庆大学;2016年

2 蔡茂佼;基于曲线特征的视觉形状伺服的研究[D];上海交通大学;2015年

3 靳玉刚;高速汽油机配气机构分析及优化[D];湖南大学;2014年

4 李鑫;汽油机配气机构凸轮型线及配气相位的优化研究[D];广东工业大学;2013年

5 张健;发动机配气机构凸轮型线设计及动力学研究[D];太原理工大学;2013年

6 陈仲海;柴油机气门组动态特性分析研究[D];中北大学;2013年

7 满孝文;基于核磁共振波谱仪的虚拟实验室研究[D];淮北师范大学;2010年

8 叶慧飞;某车用柴油机配气机构及皮带传动系统动力学特性分析与改进设计[D];浙江大学;2010年

9 余志敏;柴油机配气凸轮型线优化设计及其配气相位优化[D];武汉理工大学;2009年

10 王迎新;凸轮优化设计和配气机构的动力学分析[D];大连海事大学;2005年

，

本文编号：2661576