配氣相位對柴油機性能的影響及配氣凸輪型線設(shè)計

王素梅++曹金祥

摘 要：現(xiàn)代發(fā)動機都采取延長進、排氣門開啟時間的方法，以改善進、排氣狀況，從而提高其動力性能指標(biāo)。依據(jù)GT-POWER軟件對4115柴油機進行建模，設(shè)置各種結(jié)構(gòu)參數(shù)、邊界條件和初始條件，計算柴油機功率、扭矩和油耗等外特性曲線，驗證其符合要求。對配氣相位角度進行組合，確定進、排氣提前角和遲閉角的角度范圍，細化分組研究各組配氣相位在全負荷工況下對柴油機動力性和經(jīng)濟性的影響，確定每個轉(zhuǎn)速下的最優(yōu)配氣相位。模擬結(jié)果表明：在最佳配氣相位下，扭矩、功率都有所提升，燃油消耗率也隨之降低，達到優(yōu)化配氣相位的預(yù)期目標(biāo)。最后利用優(yōu)化好的配氣相位進行凸輪型線設(shè)計。

關(guān)鍵詞：柴油機 配氣機構(gòu) 配氣相位 凸輪型線設(shè)計

中圖分類號：TK429 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（a）-0001-02

近年來，環(huán)境污染成為世界關(guān)注的焦點問題，而汽車排放已經(jīng)成為許多城市空氣污染的主要原因之一。配氣機構(gòu)是內(nèi)燃機的重要組成部分，配氣相位角對柴油機整機性能有著一定的影響，研究表明：進氣提前角和排氣遲閉角直接影響換氣過程，因此對動力性的影響比較顯著。而過大的進氣提前角和排氣遲閉角又會使得動力性能急劇下降。所以，合理選擇配氣相位角能夠提高柴油機的綜合性能。配氣凸輪作為配氣機構(gòu)的關(guān)鍵零件，對配氣機構(gòu)的工作性能起著決定性作用。配氣凸輪型線的優(yōu)劣直接關(guān)系到發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、排放性、可靠性以及振動噪聲水平。因此，如何設(shè)計出合理的凸輪型線是整個配氣機構(gòu)設(shè)計中最為重要的問題[1-3]。

1 配氣機構(gòu)模型的建立及參數(shù)設(shè)置

利用仿真軟件對配氣機構(gòu)進行模擬分析是研究配氣機構(gòu)的重要手段。在GT-POWER軟件中建立4115柴油機配氣機構(gòu)的模型，主要包括進排氣系統(tǒng)、渦輪增壓系統(tǒng)、噴油組件、氣缸、曲軸箱等。配氣機構(gòu)計算模型設(shè)置的參數(shù)主要包括結(jié)構(gòu)參數(shù)，邊界條件、初始條件等。結(jié)構(gòu)參數(shù)由設(shè)計得到，邊界條件和初始條件由發(fā)動機的特性獲得。設(shè)置轉(zhuǎn)速為1000、1500、2000、2500、3000時的運算結(jié)果，仿真計算得出模型的扭矩、功率與實際值的偏差在工程允許范圍之內(nèi)。所以可以基于建好的模型進行研究[4-6]。

2 配氣相位的研究及優(yōu)化

內(nèi)燃機的換氣過程是為了排出已燃廢氣和吸入新鮮充量的過程，而換氣過程的好壞很大程度上取決于氣門正時時刻，本文從平移配氣相位和改變氣門正時和持續(xù)期兩方面來進行優(yōu)化。通過改變凸輪的轉(zhuǎn)角實現(xiàn)配氣相位平移，改變氣門正時和持續(xù)期的方法是：改變凸輪轉(zhuǎn)角和升程曲線。運行軟件得出發(fā)動機的功率、扭矩、充氣效率和燃油消耗率，對比分析確定出最優(yōu)配氣相位[7-8]。

經(jīng)過比較兩種優(yōu)化方法，可以得到各轉(zhuǎn)速下的最優(yōu)配氣相位，如表1所示。

3 配氣凸輪型線設(shè)計

利用優(yōu)化好的配氣相位進行凸輪型線的設(shè)計，圓弧凸輪含有緩沖段與工作段，由于進排氣凸輪工作角度不同，所以兩個凸輪的緩沖段相同但工作段不同，需要分別設(shè)計。采用等加速—等速型方法設(shè)計緩沖段。跟據(jù)計算結(jié)果得出進氣凸輪工作段升程、速度、加速度隨凸輪轉(zhuǎn)角的變化曲線[9]，如圖圖1、圖2、圖3所示。

4 結(jié)論

（1）為了提高發(fā)動機的動力和性能指標(biāo)，采用可變配氣相位，保證在每個工況下都可以以最佳狀態(tài)運轉(zhuǎn)，輸出最大的功率和扭矩。從而達到了優(yōu)化配氣相位的目的。

（2）在最優(yōu)配氣相位中，進氣提前角和排氣遲閉角隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大。進氣提前角增大是因為減少進氣阻力，使燃油空氣混合物的進氣量增大，提高的充氣效率，使燃燒更完全，獲得更多的功率和扭矩；排氣遲閉角增大是因為可以充分利用下止點時氣流的慣性，排除更多廢氣，進氣阻力減少就可以增大進氣量，使得下一循環(huán)的充氣效率提高，提高發(fā)動機輸出的功率和扭矩。

（3）每個轉(zhuǎn)速下選出的最優(yōu)配氣相位與原柴油機的配氣相位相比，功率、扭矩、充氣效率都有所提高，燃油消耗率也有所下降，達到優(yōu)化配氣相位的目的。

參考文獻

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