柴油機配氣凸輪型線優(yōu)化設(shè)計與其配氣相位優(yōu)化

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1、武漢理工大學碩士學位論文．1．1引言第1章緒論非道路用柴油機是指工程機械、農(nóng)業(yè)機械(包括林業(yè)機械、漁業(yè)機械、場院機械、農(nóng)副產(chǎn)品加工機械)等非道路用機械所配備的柴油機。非道路用柴油作業(yè)條件較差(無迎風面、冷卻條件差)、工作環(huán)境大多比較惡劣(受沖擊和振動、飛塵大、負荷重)，比車用柴油機使用的功率范圍更寬廣，所使用的機油質(zhì)量難以保證，要求儲備較大的扭矩，對發(fā)動機的可靠性、加速性、經(jīng)濟性、啟動性有較高的要求。非道路用柴油機的排放日益得到人們的重視，各國先后制定了非道路用柴油機排放法規(guī)。目前全球的非道路用柴油機排放法規(guī)有日本、歐洲、美國三大體系，我國的非道路用柴油機排放國家標準參照歐洲標準制定，于2

2、007年4月3日發(fā)布，并已于2007年10月1日正式實施。美國于2008年實施EPATier4非道路用柴油機排放標準。車用柴油機的排放控制技術(shù)有了比較深入的研究，但是針對非道用柴油機的排放控制技術(shù)研究相對較少。雖然用于車用柴油機排放控制技術(shù)可于非道路用柴油機，但因其高成本，限制了在非道路用柴油機上的應用。對非道路用柴油機而言，進一步提高性能的關(guān)鍵在于優(yōu)化進氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和燃燒室結(jié)構(gòu)三者之間的匹配11】。配氣機構(gòu)對進氣系統(tǒng)有著很大的影響，設(shè)計合理的配氣機構(gòu)應具有良好的換氣性能、進氣充分、排氣徹底，即具有較大的時面值，這些對柴油機的排放有著重要影響。配氣機構(gòu)是內(nèi)燃機的重要組成部分，而配氣凸輪

3、是配氣機構(gòu)的心臟，在配氣機構(gòu)中起著決定性的作用，其設(shè)計合理與否直接關(guān)系到整機工作的可靠性、耐久性，并影響整機的動力性能、經(jīng)濟性能，也包括運轉(zhuǎn)性能，如內(nèi)燃機的振動、噪聲及排放指標。內(nèi)燃機配氣機構(gòu)的彈性變形將引起氣門的激烈振動，嚴重時使氣門產(chǎn)生“飛脫"和“反跳"現(xiàn)象，破壞氣門機構(gòu)的正常運行12J。一般來說，配氣機構(gòu)應具有良好的換氣性能，進氣充分，排氣徹底，即具有較大的時面值；同時，配氣機構(gòu)應具有良好的動力性，工作時運動平穩(wěn)，振動和噪音較小，不發(fā)生強烈的沖擊磨損等現(xiàn)象。這就要求配氣機構(gòu)的從動件具有良好的運武漢理工大學碩士學位論文．動加速度變化規(guī)律和不太大的正負加速度值，而整個內(nèi)燃機配氣機構(gòu)是由配

4、氣凸輪驅(qū)動的，所以配氣機構(gòu)的這些性能在很大程度上取決于配氣凸輪的結(jié)構(gòu)，尤其是當發(fā)動機的轉(zhuǎn)速提高以后，凸輪型線設(shè)計的好壞對發(fā)動機的充氣性能和排放性能的影響更大。對氣門通過能力的要求與對機構(gòu)動力特性的要求間存在一定矛盾，應視所設(shè)計發(fā)動機的特點，如發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速、性能要求、配氣機構(gòu)剛度大小等，主要在凸輪型線設(shè)計中兼顧解決13吲。由此可見，配氣凸輪是影響配氣機構(gòu)工作質(zhì)量的關(guān)鍵零件。如何設(shè)計和加工出具有合理外形的凸輪是整個配氣機構(gòu)設(shè)計中最為關(guān)鍵的問題。配氣凸輪的設(shè)計其實就是凸輪型線的設(shè)計，配氣凸輪型線優(yōu)化設(shè)計的任務(wù)就是在確保配氣機構(gòu)能可靠工作的前提下尋求最佳的凸輪設(shè)計參數(shù)。配氣相位直接影響著發(fā)動機的

5、進排氣性能，對燃燒過程的好壞起著至關(guān)重要的作用，因而對發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性及排氣污染都有重要的影響。在柴油發(fā)動機排氣提前角、遲閉角和進氣提前角、遲閉角這4個角度中，以進氣遲閉角和排氣早開角更重要，進氣遲閉角對進氣充量影響最大，排氣提前角對換氣，功率損失影響最大16J。近年來對柴油機的經(jīng)濟性、動力性及排放等各方面的要求不斷提高，如何更有效地組織整機的熱力過程、合理地選擇工作過程的參數(shù)及與之有關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使全工況性能進一步提高，即所謂性能優(yōu)化，是柴油機工作者都在研究的一個方向【瑚J。因此，本文針對TY3100柴油機應用AVLTycon軟件建立配氣機構(gòu)運動學與動力學模型，進行配氣凸輪型線的優(yōu)

6、化設(shè)計，并應用GT-Power軟件模擬其工作過程，優(yōu)化配氣相位，為TY3100柴油機的改進設(shè)計和性能優(yōu)化提供重要的理論依據(jù)。1．2配氣機構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀與分析模型’，’‘，．。_一’配氣機構(gòu)是發(fā)動機的重要組成部分，配氣機構(gòu)性能的好壞直接影響到發(fā)動機的經(jīng)濟性、動力性、排放，并對發(fā)動機噪聲與振動產(chǎn)生直接影響。此外，它對發(fā)動機的耐久和可靠性能也會產(chǎn)生直接影響。因此，研究內(nèi)燃機配氣機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，特別是配氣凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計，對內(nèi)燃機的發(fā)展格外重要。模擬計算和試驗研究是內(nèi)燃機配氣機構(gòu)研究的兩種重要手段。2武漢理工大學碩士學位論文．1．2．1配氣機構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀配氣機構(gòu)的任務(wù)是根據(jù)內(nèi)燃機工況的需要適時適度地開

7、閉進排氣門，對氣缸進行換氣。目前廣泛采用的是氣門．凸輪式配氣機構(gòu)，它具有保證氣缸密封性的優(yōu)點。氣門．凸輪式配氣機構(gòu)按氣門布置分為側(cè)置氣門和頂置氣門機構(gòu)?，F(xiàn)在發(fā)動機配氣機構(gòu)采用的技術(shù)主要有以下技術(shù)：一是頂置凸輪軸技術(shù)；二是多氣門技術(shù)；三是可變配氣定時及可變氣門升程技術(shù)；四是無凸輪電液驅(qū)動配氣機構(gòu)；五是液壓挺柱配氣機構(gòu)【州列。(1)頂置凸輪軸技術(shù)對于轎車用小型、高速發(fā)動機來說，頂置式凸輪軸機構(gòu)是最佳的選擇。目前頂置式凸輪軸配