煤层气发动机配气机构优化设计及仿真研究

发布时间：2020-07-20 11:43

【摘要】：在能源危机和环境问题的时代背景下,煤层气作为代用燃料越来越受到人们的关注与重视。煤层气是一种低环境污染能源,其包括甲烷、重烃气体、氮气以及二氧化碳等。山西省煤层气资源储存量大,可以就地开发利用,减少运输成本和直接排放,有优秀的市场环境与资源。在以柴油机为基型的火花塞点火式煤层气发动机改造研究过程中,由于胜动公司对原396柴油机配气机构的改造结果在工作过程中存在气门冲击较大、磨损严重等问题,通过对原机配气机构动力学计算及其凸轮型线反求分析,实现煤层气发动机配气凸轮型线动力学优化。配气凸轮作为发动机配气机构的关键部件,在驱动气门的打开与闭合的同时,完成有规律运动,因此配气机构凸轮型线优化设计尤为重要,一方面可以改善气门的落座冲击,另一方面可有效提高气门时面值,增大充量系数,以少量的燃料消耗获取较大功率。本文采用AVL-Excite Timing Drive软件,建立了配气机构运动学、动力学仿真模型,并对其模型的刚度参数、阻尼参数、质量参数进行计算。结合配气机构运动学、动力学评价指标,针对原机配气机构进行仿真分析,包括弹簧裕度、气门跃度、润滑特性和气门落座力等;总结了原机配气凸轮机构气门凸轮和气门磨损的原因,包括进排气门加速度曲线不光滑、进排气门的最大跃度值太大、进排气门凸轮型线在打开侧的丰满系数偏高、进排气最小润滑系数超过工程要求、进气凸轮与挺柱最大接触应力超过了材料许用应力。针对原机配气机构的运动学、动力学仿真所出现的问题,根据凸轮型线的设计理论,对原机凸轮进行优化设计,包括优化后进排气凸轮的缓冲段都采用等加速—等速缓冲段,工作段都采用分段加速度,打开段和关闭段都采用非对称的形式。对优化后的凸轮型线配气机构进行运动学、动力学仿真并与原机进行对比分析,并针对气门座磨损量进行计算分析。由于时间的局限未用发动机台架试验来进行验证,因此采用AVL-Boost软件对优化后的进排气凸轮型线进行工作过程分析与仿真验证。通过仿真分析与验证得到,优化后配气机构运动学、动力学性能均得到优化与改善;优化后配气机构比原机气门落座冲击力与气门座圈磨损量减小;优化后配气机构比原机在经济性与动力性都有所提高。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK464
【图文】：

研究内容流程图

配气机构运动过程图

摇臂运动分析图

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本文编号：2763401