某高速汽油机配气机构力学分析及性能优化

发布时间：2017-08-19 22:11

  本文关键词：某高速汽油机配气机构力学分析及性能优化

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【摘要】：作为发动机的重要组成部分之一,配气机构设计的合理与否直接关系到发动机的动力性、经济性以及耐久性。随着发动机转速、功率的大幅度提高,配气机构的工作条件日益恶化,在保证充气效率的同时,要求其在高速运行的情况下仍能保证平稳、可靠地工作,因而也就对配气机构的设计提出了更高的要求。因此,鉴于配气机构的重要性,需要对其进行合理的设计,以匹配发动机的工作。 本文以某高速汽油机为研究对象,对该发动机频繁发生的凸轮表面局部磨损、挺柱破碎以及气门不同程度磨损的现象进行原因查找和分析。针对这些现象存在的原因,对其配气机构进行重新设计优化。本文具体的研究内容和工作创新点如下： (1).为准确地还原和分析原机出现的问题,在AVL_EXCITE Timing Drive软件中建立原机的一维模型,对一维模型进行运动学、动力学分析,逐一将计算结果的各个参数和实际工程要求进行比对,发现原机存在丰满系数偏高、润滑不良、加速度曲线不光顺、最大跃度值过大以及凸轮与挺柱最大接触应力超标的问题。这些不良的运动学、动力学参数导致了原机发动机配气机构的磨损。 (2).针对原机出现的不良参数,从两方面着手对原机配气机构进行优化：一方面,从凸轮型线着手,基于AVL_EXCITE TD软件,分别采用等加速一等速和分段函数的方法进行缓冲段、工作段设计,重新设计凸轮型线,以改善其运动学、动力学特性；另一方面,从凸轮轴结构着手,考虑到进气过程对燃烧的影响,提出三进气门非同步开启的方案,将原进气凸轮轴结构改为非同步凸轮轴。这种不同于传统的配气机构优化思路也是本文的创新点。 (3).利用AVL_EXCITE TD软件,进行动态模拟计算,验证新凸轮型线的运动学和动力学性能；利用GT-Power软件和试验标定相结合以及基于单一因素变量的方法,对原机、重新设计凸轮型线、非同步气门开启三种方案进行转矩和燃油消耗率的对比,以验证优化后的方案对原机在经济性和动力性方面的提升。 通过本文所做的研究,在分析原机存在的实际工程问题的基础上,对配气机构进行优化设计及性能分析,解决了原机存在的问题,且实现了该款发动机转矩4.36%的提升。
【关键词】：发动机 配气机构 优化设计 凸轮型线 非同步气门 性能仿真
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK413.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 插图索引10-13
• 附表索引13-14
• 第1章 绪论14-20
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 配气机构发展现状15-18
• 1.3 配气机构运动学与动力学研究18
• 1.4 本文的研究对象及主要研究内容18-20
• 第2章 配气机构设计理论与方法20-29
• 2.1 配气凸轮型线设计方法20-23
• 2.1.1 凸轮缓冲段20-22
• 2.1.2 凸轮工作段22-23
• 2.2 凸轮型线设计准则23-26
• 2.3 配气机构优化设计模型26-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第3章 原机配气机构模型搭建及分析29-48
• 3.1 配气机构模拟计算模型29-35
• 3.1.1 配气机构运动学、动力学模型30-31
• 3.1.2 模型参数设置31-35
• 3.2 原机配气机构运动学分析35-43
• 3.2.1 原机挺柱直径37-38
• 3.2.2 原机凸轮曲率半径38-39
• 3.2.3 原机润滑系数39-40
• 3.2.4 原机正加速度宽度与K系数40-41
• 3.2.5 原机气门弹簧裕度41-42
• 3.2.6 原机凸轮转矩42-43
• 3.3 原机配气机构动力学分析43-47
• 3.3.1 原机气门动力学升程、速度及加速度43-44
• 3.3.2 原机气门落座力44-45
• 3.3.3 原机挺柱接触应力45-46
• 3.3.4 原机气门弹簧动力学特性46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 配气机构优化及分析48-59
• 4.1 配气机构凸轮型线再设计48-50
• 4.1.1 缓冲段设计49
• 4.1.2 工作段设计49-50
• 4.2 配气机构优化方案运动学分析50-54
• 4.2.1 优化方案挺柱直径52
• 4.2.2 优化方案凸轮曲率半径及润滑系数52-53
• 4.2.3 优化方案正加速度宽度和K系数53
• 4.2.4 优化方案气门弹簧裕度及凸轮转矩53-54
• 4.3 配气机构优化方案动力学分析54-57
• 4.3.1 优化方案气门升程、速度、加速度54-55
• 4.3.2 优化方案气门落座冲击分析55-56
• 4.3.3 优化方案凸轮和从动件的接触应力56
• 4.3.4 优化方案气门弹簧动力学特性56-57
• 4.4 原机与优化方案配气机构对比57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 发动机性能优化59-66
• 5.1 原机性能标定59-62
• 5.1.1 发动机台架试验59-60
• 5.1.2 性能计算模型搭建60-61
• 5.1.3 模型标定61-62
• 5.2 优化方案性能分析62-65
• 5.3 本章小结65-66
• 总结与展望66-68
• 参考文献68-71
• 附录A 攻读学位期间发表的论文71-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：703212