【硕士论文】柴油机配气凸轮型线优化设计及其配气相位优化.pdf

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1、摘要能源与环保是当今世界发展的两大主题。随着社会经济的发展，非道路用柴油机的污染物排放问题日益得到人们的普遍关注。世界主要国家均制定了非道路用柴油机的排放法规。对于小型非道路用柴油机而言，优化配气凸轮型线、改善进排气性能、合理选择配气相位是降低尾气排放的重要手段。本文首先通过AVLTycon建立TY3100柴油机配气机构运动学和动力学模型，进行了运动学和动力学仿真。针对原机凸轮型线的优化，采用多项动力凸轮与等加速凸轮两种方法，以丰满系数为最终目标，从凸轮与挺柱的接触应力和润滑效果、气门加速度、气门落座时是否出现反跳、

2、气门弹簧是否出现并圈评价凸轮型线动力性能。结果表明，多项动力凸轮不仅增大了丰满系数，而且保证了良好的动力性能。针对变最大升程凸轮型线的设计，根据气门不与活塞相碰为原则确定了进、排气门最大升程，并运用多项动力凸轮设计方法为柴油机重新设计了凸轮型线。其次，针对变最大升程凸轮型线，应用GT-Power建立TY3100整机性能模型，优化了进气迟闭角与排气提前角。根据性能比较可以看出，该凸轮型线和配气相位不仅提高了中高速时的性能，而且也改进了低速时的性能，为非道路用柴油机TY3100的综合性能提高提供了重要的理论依据。最后，根

3、据数控凸轮加工新工艺对输入数据的要求及实际需要，提出了两种将挺柱升程数据换算为凸轮轮廓线随凸轮轴转角变化的数据的方法，即AVL广TyconRecalc方法和几何法。AⅥ．TyconRecalc方法利用AⅥ．Tycon软件建立配气机构运动学模型，模拟配气机构的运动关系，根据挺柱和凸轮之间的运动规律进行数据换算；几何法则运用纯几何关系进行数学运算。关键词：柴油机，配气机构，凸轮型线，配气相位，优化设计武汉理工大学硕士学位论文．第1章绪论1．1引言非道路用柴油机是指工程机械、农业机械(包括林业机械、渔业机械、场院机械、农副

4、产品加工机械)等非道路用机械所配备的柴油机。非道路用柴油作业条件较差(无迎风面、冷却条件差)、工作环境大多比较恶劣(受冲击和振动、飞尘大、负荷重)，比车用柴油机使用的功率范围更宽广，所使用的机油质量难以保证，要求储备较大的扭矩，对发动机的可靠性、加速性、经济性、启动性有较高的要求。非道路用柴油机的排放日益得到人们的重视，各国先后制定了非道路用柴油机排放法规。目前全球的非道路用柴油机排放法规有日本、欧洲、美国三大体系，我国的非道路用柴油机排放国家标准参照欧洲标准制定，于2007年4月3日发布，并已于2007年10月1日

5、正式实施。美国于2008年实施EPATier4非道路用柴油机排放标准。车用柴油机的排放控制技术有了比较深入的研究，但是针对非道用柴油机的排放控制技术研究相对较少。虽然用于车用柴油机排放控制技术可于非道路用柴油机，但因其高成本，限制了在非道路用柴油机上的应用。对非道路用柴油机而言，进一步提高性能的关键在于优化进气系统、供油系统和燃烧室结构三者之间的匹配11】。配气机构对进气系统有着很大的影响，设计合理的配气机构应具有良好的换气性能、进气充分、排气彻底，即具有较大的时面值，这些对柴油机的排放有着重要影响。配气机构是内燃机

6、的重要组成部分，而配气凸轮是配气机构的心脏，在配气机构中起着决定性的作用，其设计合理与否直接关系到整机工作的可靠性、耐久性，并影响整机的动力性能、经济性能，也包括运转性能，如内燃机的振动、噪声及排放指标。内燃机配气机构的弹性变形将引起气门的激烈振动，严重时使气门产生“飞脱"和“反跳"现象，破坏气门机构的正常运行12J。一般来说，配气机构应具有良好的换气性能，进气充分，排气彻底，即具有较大的时面值；同时，配气机构应具有良好的动力性，工作时运动平稳，振动和噪音较小，不发生强烈的冲击磨损等现象。这就要求配气机构的从动件具有

7、良好的运武汉理工大学硕士学位论文．动加速度变化规律和不太大的正负加速度值，而整个内燃机配气机构是由配气凸轮驱动的，所以配气机构的这些性能在很大程度上取决于配气凸轮的结构，尤其是当发动机的转速提高以后，凸轮型线设计的好坏对发动机的充气性能和排放性能的影响更大。对气门通过能力的要求与对机构动力特性的要求间存在一定矛盾，应视所设计发动机的特点，如发动机工作转速、性能要求、配气机构刚度大小等，主要在凸轮型线设计中兼顾解决13吲。由此可见，配气凸轮是影响配气机构工作质量的关键零件。如何设计和加工出具有合理外形的凸轮是整个配气机

8、构设计中最为关键的问题。配气凸轮的设计其实就是凸轮型线的设计，配气凸轮型线优化设计的任务就是在确保配气机构能可靠工作的前提下寻求最佳的凸轮设计参数。配气相位直接影响着发动机的进排气性能，对燃烧过程的好坏起着至关重要的作用，因而对发动机的动力性、经济性及排气污染都有重要的影响。在柴油发动机排气提前角、迟闭角和进气提前角、迟闭角这4个角度中，以进气