凸轮型线对发动机性能影响本科毕业设计文档格式.docx

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Abstract

Energyandenvironmentalprotectarethetwomainthemesoftoday'

sworld.Withthedevelopmentofsocietyandeconomy,pollutantemissionsofdieselenginesincreasinglywidespreadattention.Intheworldhavedevelopedadieselengineemissionregulations.Fordieselengines,thevalvecamprofileoptimization,improvingtheintakeandexhaustperformance,areasonablechoiceofvalvetimingisanimportantmeansofreducingemissions.

Inthispaper,throughtheestablishmentofTY3100overallperformancemodelGT-Power,optimizedintakeandexhaustangleclosurelateadvanceangle.Dependingontheperformancecomparisoncanbeseen,thecamprofileandvalvetimingnotonlyimprovetheperformanceofhighspeed,butalsoimprovestheperformanceoflowspeed,non-roaddieselenginestoimprovetheoverallperformanceTY3100providesanimportanttheoreticalbasis.

Keywords:

dieselengine,camprofile,valvetrain，Optimizeddesign.

第一章绪论

１．１引言

配气机构是内燃机的关键组成部分，而配气机构的关键部件便是凸轮，配气凸轮在配气机构中起至关重要的作用，其设计的合理性直接关系到发动机工作的可靠性与耐久性，并影响发动机的经济性、动力性还有运转性能，如内燃机的噪声、振动及排放。

发动机配气机构的弹性变形会引起气门剧烈振动，严重时气门将产生“飞脱＂和“反跳＂影响气门机构的正常运行[5]。

配气机构进气和排气通风性能应该良好，具有较大的时面值；

同时，配气机构应该具备动力性良好，稳定性好，振动和噪声小，无磨损、冲击等现象。

这就需要配气机构的从动件的加速度变化规律较好和正负加速度值较小，在内燃机中凸轮驱动整个配气机构，因此配气凸轮的结构很大程度上是可以决定配气机构的性能的，尤其是当内燃机的转速提高后，凸轮型线设计的优劣对发动机的充排气效率的影响将会变得更大。

在要求上，气门的通过能力与配气机构的动力特性间存在一定的矛盾，应根据发动机的性能，设计要求的工作转速，配气机构的刚度，等特点，在凸轮廓线的设计中来解决[6]。

由此可知，影响配气机构工作质量的关键部件就是配气凸轮。

怎样将凸轮轮廓线设计的具有合理性是整个配气机构设计中最主要的问题。

归根结底，配气凸轮的设计就是凸轮型线的设计，确保配气机构工作可靠性的前提下寻找最佳的凸轮型线设计参数是配气凸轮型线优化设计的主要目的[8]。

配气相位直接影响发动机的进排气性能，对燃烧过程的优劣起着决定性的作用，因而对发动机的经济性、动力性及污染排放都有重要影响。

在柴油发动机进气提前角、迟闭角和排气提前角、迟闭角这４个角度中，以进气迟闭角和排气早开角最重要，进气迟闭角对进气充量系数影响最大，排气提前角对换气效率，功率损失影响最大。

随着社会经济的迅速发展，时代对柴油机的性能要求越来越高，行业开发者最近几年的研究方向主要在，通过合理的选择需要的参数，匹配与之相关的结构参数，使柴油机在排放，经济节能和动力方面有所提高，使柴油机性能越来越好。

本次毕业设计课题是凸轮型线对发动机的性能影响，设计中用到的仿真软件是ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ软件。

它的主要作用是模拟发动机的工作过程，绘制出性能曲线，首先要先建立其仿真模型[16]。

通过绘制出的性能曲线，得出凸轮型线对发动机性能不同影响的结论，这就为柴油机的性能提高和优化改善，奠定了理论基础。

１．２配气机构技术现状与分析模型

发动机的零部件有很多，配气机构是主要部分之一，十分重要。

它直接影响到发动机的可靠性和耐久的性能，不仅如此，它还会影响发动机的其他好多方面有影响，比如说经济成本、节能排放。

除此之外，它的性能的好坏也会影响到发动机的噪声与振动。

由此，便可以看出对配气机构的要求更是日趋提高。

在内燃机的发展过程中，配气凸轮型线的优化设计起到关键作用。

在行业领域，内燃机配气机构研究常用的两种主要的研究方法是模拟计算和试验研究。

１．3凸轮型线设计的国内外研究现状

凸轮型线的设计有四十多年的发展历史了，国外有些研究开发者从２０世纪６０年代就要对其有了深入研究。

对比之下，中国在这方面会较晚些，中国的一些科学研究所国内对凸轮型线的设计，另外还有动力学计算方面的课题的研究大约自1973年。

在这一段时间内，中国的一些大学都研究出了一些成果。

昆明理工大学学院实验室对卧式型的２１１５柴油机其配气凸轮型线，进行了改进优化及分析，气门落座的反跳现象得到缓解。

吉大研究方向主要在多质量动力学方面，并小有成绩。

天津内燃机研究所在程序方面比较领先，其对配气机构建了单质量的动力学模型，并且编写了相应的动力学计算程序。

之后选择一个柴油机，对其配气系统进行动力学计算，分析得出结论。

山大的主要关注点在设计内燃机高次多项式配气凸轮，在设计过程中，成功确定了最大速度点和最大加速度点的理想位置[22]。

这两点确定后，可以使加速度曲线的外形和重要特征得到基本控制。

复旦的成绩主要体现在程序、型线设计和凸轮靠模计算等方面。

潍柴和山大都对ＷＤ６１８．４２柴油机其配气凸轮型线的改进优化设计很关注，一起运用Ｂｏｏｓｔ软件和Ｔｙｃｏｎ软件，让配气相位和轮廓线函数都得到了优化。

在充气效率得到提高的同时，也进排气凸轮的最大接触应力降低了很多。

行业对配气凸轮的关注度越来越高，专业研究者从传统的凸轮经验设计开始向配气机构在内的动力学分析研究方向转变。

凸轮型线的设计有两种方法：

静态设计和动态设计。

如今又出现了新的设计方法：

动力学优化设计。

所谓静态设计是把配气机构当作绝对刚体，它在运动过程中的弹性变形可以忽略不计。

但是现实生活中，凸轮自身还是有弹性变形，而且气门与凸轮的中间部分也都是可变的。

由此在配气凸轮型线设计过程中，配气机构的弹性变形还是需要考虑到，这便是动态设计。

动态设计优于静态设计，前者更能将配气机构的运动和受力情况详细准确的描述出来。

由于在设计中考虑到了配气机构动态参数，使凸轮型线的设计达到了最优化。

在国际范围内，凸轮曲线工作段有很多种设计方法，比如说高次多项式型，等加速一等减速型，多项动力凸轮等，这些中多项动力凸轮普遍运用。

它有良好的高速适应性，原因在于它的气门升程曲线取某种高次多项式。

在内燃机的动力学分析时，无论凸轮轴是什么样的结构，配气机构都可以匹配到相应正确的动力学模型。

模型种类很多，有质量型模型，还有有限元模型。

在多质量模型方面，吉大研究比较超前。

一般情况下，对称型的凸轮型线最为常见。

它的优点在于设计简单，方便制造。

另外，如果发动机在工作过程中出现反转的时候，其运动规律会恒定不变。

对称型固然很好，但随着科技的发展，为了提高内燃机的转速和其抗压性能，现在已经开始选用非对称型的凸轮型线。

新研发的超高增压二次进气技术，是上海交大顾教授开发的，它也选用了非对称[14]。

近年来，随着计算机技术的不断创新完善，计算机模拟仿真技术在汽车研发领域中已经被广泛应用，如计算流体力学（ＣＦＤ）软件ＦＩＲＥ、ＦＬＵＥＮＴ、ＷＡＶＥ、ＦＬＯＷＭＡＳＴＥＲ等；

发动机性能仿真软件ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ、ＢＯＯＳＴ等；

发动机与整车匹配软件ＣＲＵＩＳＥ、ＧＴ－Ｄｒｉｖｅ等[20]。

但是，如今凸轮型线优化设计中配气系统的优化仅是从配气机构的本身的角度出发的，只在满足动力学特性的前提下，因要考虑到丰满系数的存在，不能从整个换气过程的流动损失入手，直观地评价一台发动机换气性能的好坏只能用充气效率等整机性能参数来评价。

近年来国内外己开始将内燃机循环工作过程的计算机模拟程序与单纯的配气系统设计程序相结合，即将包含了系统运动学和动力学计算的配气凸轮优化设计程序纳入内燃机整机循环工作过程模拟软件中，形成机构参数设计与内燃机性能指标优化的全面模拟软件包。

显然，这些软件一经成熟必将成为今后内燃机配气系统设计以及整机性能优化设计的极为有效和实用的工具软件。

1.4本文主要工作与研究意义

1.4.1主要工作

本文将设计出两种凸轮型线，然后利用ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ软件建立的柴油发动机模型，分析两种凸轮型线对柴油机性能参数的不同影响，为柴油机今后的改进提供理论依据。

1.4.2研究意义

配气机构是内燃机的重要组成部分，而配气凸轮在配气系统中起着决定性的作用，是配气系统的核心，其设计的优劣直接影响内燃机的性能指标。

这些指标不仅包括动力性、经济性、也包括运转性能，如内燃机的振动、噪音及排放指标。

此外，它也会直接影响发动机的耐久性和工作的可靠性能[24]。

因此，对内燃机配气系统优化设计的研究，特别是对内燃机配气凸轮型线的优化设计，对内燃机的发展尤其重要。

配气相位直接影响着发动机的进排气性能，特别是尤其决定的进气迟闭角、排气提前角、气门重叠角对内燃机燃烧过程的好坏起着非常重要的作用，因而对发动机的动力性、经济性以及污染排放性能都有不可忽视的影响。

内燃机配气机构研究的两种重要手段是模拟计算和试验研究。

通过数值模拟的方法进行优化，大大减少了设计者的劳动工作量，使研制的周期大幅度缩短，同时还可以得到很多在实验中所无法得到的信息。

随着计算机技术的不断进步，以及预测模型的不断发展改进，使得计算机辅助设计在发动机研制和开发中得到了普遍的应用。

第二章配气凸轮型线的优化设计

在柴油机中，配气机构主要由凸轮驱动，所以，凸轮的设计对发动机及其配气机构有着至关重要的意义。

所谓的凸轮设计，实际上就是根据发动机的性能参数，选择出与之相匹配的凸轮型线类型及参数。

凸轮的设计手段日新月异，在计算机技术快速发展的今天，柴油机配气凸轮型线的设计已从之前的只考虑静态分析发展为动静态全面分析优化设计的水平，将配气凸轮型线和配齐机构统一起来分析，从总体上考虑，对配气机构的各项性能进行整体而全面的动态优化设计。

2.1配气凸轮型线的设计方法及设计要求准则

2.1.1凸轮型线设计的要求

在配气机构设计中凸轮外形的设计极为重要，这是由于配气凸轮的形状直接决定了气门开关的快慢、开度的大小、开启时间的长短。

因此，时间断面的大小、配气机构各零件的运动规律及其承载情况均由配气凸轮的外形决定。

在实际情况中内燃机的换气时间是极其短暂的，要