基于液压驱动气门的柴油机性能优化研究

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1、第5期(总第220期)车用发动机No．5(Seria1No．220)2015年1O月VEHICIEENGINE0ct．2O15基于液压驱动气门的柴油机性能优化研究杨靖。，陈小强，刘凯敏。，马凯，邓华。，马孝勇(1．湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，湖南长沙410082；2．湖南大学先进动力总成技术研究中心，湖南长沙410082)摘要：在某柴油机上将传统凸轮驱动气门机构改进设计为液压驱动气门机构，利用仿真软件GT-Power建立液压驱动气门粜油机模型，分析进气滞后角、排气提前角和气门重叠角对柴油机动力性的影响，然后以扭矩最大为

2、目标对配气正时进行联合仿真优化，最后对比两种内部EGR实现方法在不同负荷下的EGR率和对NO排放量的改善效果。研究结果表明，在外特性下，液压驱动气门柴油机在中低转速时的动力性和经济性有了明显改善，扭矩比原机提高了5．6，燃油消耗率降低了5．1；但由于液压气门响应滞后，随着转速的升高，改善效果逐渐降低。在转速2000r／min时，排气门晚关比排气门早关可以获得更大的EGR率，N0排放量降幅也比排气门早关的大，在5O负荷时，NO排放量降幅最大为23．8。关键词：柴油机；液压驱动气门；配气相位；废气再循环DOI：10．3969／j．issn

3、．1001—2222．2015．05．007中图分类号：U464．122文献标志码：B文章编号：1001—2222(2015)05—0037—07新型节能环保发动机是国家“十二五”重点支持列4缸、2气门柴油机上改进设计了一种新型无凸发展的新兴产业，也是世界汽车行业发展的方向。轮液压驱动气门机构，并利用软件仿真和台架试验因此，世界各国的车企和研究单位正积极研究新技对液压驱动气门柴油机性能进行研究分析。术以生产出更加节能、环保、高效的发动机。其中，1液压驱动配气机构简介可变气门正时系统(VVT，VariableValveTiming)相对

4、于传统机械凸轮轴机构能根据发动机的运行工1．1工作原理况对气门正时和升程规律作出及时调整，改善发动本研究设计的无凸轮液压驱动气门机构主要由机动力性、经济性和排放性能_】]，国内外许多高校和传动皮带、驱动轴、相位调节器、旋转阀、高压油泵、科研单位对该项技术都相继展开了研究并取得了一高压油管、低压油管及气门液压缸组成。其中旋转定的进展[2。]。按照驱动方式不同VVT系统可分阀包括旋转轴和套筒两部分(见图1)，旋转轴上安为凸轮轴式和无凸轮轴式，其中无凸轮轴式主要采装4个有出油孔的套筒，旋转轴轴心有油路，并且根用电磁、电液、电气等方式来驱动气

5、门。]。除了能据发动机4个气缸气门开闭顺序在旋转轴上沿圆周达到和凸轮轴式气门机构一样的效果以外，无凸轮方向依次钻4个出油孔，出油孔两两之间法向夹角驱动气门机构还具有以下优点：1)气门的布置更加为9O。，4个套筒通过定位销固定在一起。旋转轴转灵活，可以根据燃烧室的实际形状布置气门位置，使动，套筒位置固定不动，保证旋转轴上的4个出油孑L发动机结构更加紧凑；2)可以通过实时调节进气门能和4个套筒上的出油孔依次对应。本设计共有迟闭角来改变发动机的有效压缩比，更好地适应多4个旋转阀组件，分别为高压油路旋转阀a和b，低燃料对发动机不同压缩比的要求

6、_8]；3)可以通过改压油路旋转阀C和d。其中旋转阀a、4个气缸的进变排气门关闭时刻实现发动机内部EGR，降低有害气门液压缸和旋转阀C通过管子连接在一起，控制气体的排放；4)可以更加灵活地实现对任意时刻的4个气缸进气门的开启与关闭；同样旋转阀b、4个气门升程和气门开启持续期的控制。气缸的排气门液压缸和旋转阀d也通过管子连接在在借鉴前人经验的基础上，本研究在某国产直一起，控制4个气缸排气门的开启和关闭。旋转轴收稿日期：2015-06—04；修回日期：2015—07—20基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2012AA11

7、1703)；湖南省研究生科研创新项目(CX2015B088)作者简介：杨靖(1957一)，女，博士生导师，主要研究方向为发动机性能优化与匹配等；yangjingl0@vip．sina．corn。车用发动机2015年第5期通过驱动轴由发动机曲轴带动旋转。此即为额定压力E9-1o]。由于在做功冲程末端气缸内还具有较高压力，排气门开启所需的液压油压力比液压油进气门的大，因此将排气门开启的液压油压力作为额定压力。液压系统的额定压力计算公式为国墙P一。．．。(1)Ap式中：P为液压系统额定压力；a为系统压力损失系图1旋转阀组件数；为系统安全裕度

8、；A为液压缸活塞面积；k为排气门弹簧刚度；h⋯为排气门最大升程；P。为排整套机构的工作原理见图2(图中实线为液压气门开启时刻缸内压力；△A为排气门上下两端面油流动方向，虚线为控制信号传递方向)。从图中可面积差；F为排气门