天然气发动机配气机构性能分析及优化

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1、分类号：密级：UDC：编号：201221301001河北工业大学硕士学位论文天然气发动机配气机构性能分析及优化论文作者：张玲玲学生类别：全日制学科门类：工学硕士学科专业：热能工程指导教师：郑清平职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofThermalPowerEngineeringPERFORMANCEANALYSISANDOPTIMIZATIONOFNATURALGASENGINEVALVETRAINbyZhangLinglin

2、gSupervisor:Prof.ZhengQingpingNovember2014摘要配气机构是影响发动机性能的重要机构之一，工作的平稳性和准确性很大程度上影响了发动机的动力性、排放性、噪声以及振动。合理的配气机构能够保证良好的充气效率，同时使发动机的运行平稳性，减少零部件的磨损，减少构件的振动以及噪声，从而延长发动机使用寿命。优化凸轮型线是保证配气机构良好性能的重要手段之一。本文针对某四气门天然气发动机配气机构的不合理性，对原配气机构进行运动学动力学模拟，找出原配气机构存在的问题，在满足发动机性能的要求下，改进优化了凸轮型线，具体研

3、究工作如下：(1)利用ExciteTimingDrive软件建立了配气机构运动学和多质量动力学模型，并用数学计算法和有限元分析方法分别获得了各部件的刚度参数。(2)对原配气机构进行了运动学和动力学的模拟分析，得出原配气机构存在如下问题：进、排气凸轮-挺柱间最大接触应力过大；进气门最大跃度值和落座冲击力较大；气门存在飞脱和反跳现象等。(3)研究了多项式动力凸轮参数C4、p、q、r、s对凸轮型线性能的影响，针对于原配气机构的问题，提出了进、排气凸轮型线的优化方案。通过比较了不同方案的运动学和动力学性能，确定了进、排气凸轮型线。(4)比较了凸

4、轮型线优化前后配气机构性能，优化后进气门和排气门升程丰满系数分别增加了2.7%、7.5%，凸轮与挺柱的最大接触力分别减少了38.6%，15.5%，而且改善了机构的润滑性能，避免了气门落座冲击大、反跳以及挺柱飞脱现象等。(5)建立了凸轮型线优化前后的天然气发动机工作过程计算模型，并对比了两者的充气效率和动力性，优化后的发动机，在额定转速下充气效率提高了0.7%，扭矩增加了6.6Nm，功率增加了1.8kw。关键词：配气机构天然气发动机凸轮型线运动学动力学IABSTRACTValvetrainisoneofthemostimportantde

5、vicesthataffecttheengineperformance.Thepowerperformance,emissionperformance,noiseandvibrationofenginearemostlyaffectedbyitsstabilityandaccuracy.Therationalvalvetraincouldensuregoodvolumetricefficiency,meanwhile,itwouldguaranteethestabilityoftheengine,reduceabrasionofthec

6、omponentsandparts,decreasethenoiseandvibration,andprolongservicetimeoftheengine.Theoptimizationofcamprofileisoneofthemostvaluablemethodstoensuretheexcellentperformanceofvalvetrain.Inthispaper,theauthorresearchedtheirrationalityofvalvetrainofafour-valvenaturalgasengine,an

7、dimitatedthekinematicsanddynamicsoforiginalvalvetrain,andthenfoundouttheexistingproblem,Finally,optimizethecamprofilewhilemeettherequirementofengineperformance.Detailsasfollow:(1)Thekinematicsandmulti-massdynamicsmodelofvalvetrainwasestablishedbasedontheAVLExciteTimingDr

8、ivesoftware.ThestiffnessandotherparametersrequiredforthemodelhavebeenobtainedbyMathematiccalculationmet