柴油機配氣機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概要

1、作者簡介：朱堅(1979,男,碩士研究生，主要研究方向為內(nèi)燃機工作過程。收稿日期:2005-05-22柴油機配氣機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計朱 堅1,盧松卓2,馬長慧2,張福根1,馮冠東1(11廣西大學(xué)，廣西南寧 530004;21大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠，黑龍江 大慶 163511摘要:通過建立一臺六缸渦輪增壓柴油機的 AVL 2B00 ST數(shù)值計算模型，比較 了三種新凸輪型線和配氣定時，經(jīng)過優(yōu)化分析，選取了在動力性、經(jīng)濟性、可靠性方 面綜合占有優(yōu)勢的，確定為優(yōu)選方案，以此進行配氣機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。關(guān)鍵詞:柴油機;配氣機構(gòu)；凸輪；AVL 2B00 ST中圖分類號:T K 42文獻標識碼:A文章編號:167

2、2-545X (200503-001803.、八、-刖言當今發(fā)動機工作過程模擬程序是一種被廣泛接受的工具，它不僅可以在設(shè) 計階段預(yù)測發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)性能，而且還可分析成型發(fā)動機的熱力學(xué)過程。尤其是后 者,如果應(yīng)用得當，可通過模擬獲取到以往用復(fù)雜而且昂貴的技術(shù)手段才能測量到的 數(shù)據(jù)。配氣機構(gòu)是內(nèi)燃機的重要組成部分，它直接關(guān)系到內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)的可靠性、 振動和噪聲，并影響內(nèi)燃機的動力性和經(jīng)濟性等基本性能。在配氣機構(gòu)中凸輪型線 和配氣定時是其主要的參數(shù)。本文利用 AVL 2BOO ST進行配氣機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的模 擬計算。AVL 2BOO ST是為建立整臺發(fā)動機模型而開發(fā)的一套一維發(fā)動機工作過程計算模擬程序，可

3、模擬包括燃燒在內(nèi)的所有的循環(huán)。是一個功能強大、界面 友好的發(fā)動機穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能分析軟件。1模型的建立圖1為一個六缸增壓直噴柴油機的BOO ST計算模型，其結(jié)構(gòu)參數(shù)以原機 實際值輸入，包括各管的直徑、長度，燃燒室的結(jié)構(gòu)參數(shù)及配氣機構(gòu)參數(shù)等；其初始化 設(shè)置的參數(shù)均為原機的試驗數(shù)據(jù)，包括空燃比、增壓比、進排氣初始溫度、單循環(huán) 噴油量等（模型中的M P為測量點，主要測量各管的壓力、溫度、流量、流速等。BOO ST中缸內(nèi)壓力的計算是基于能量守恒第一定律，在BOO ST中燃燒放熱率可以通過 T ab le、V ibe Functi on、V ibe Tw o Zone、Doub le V ibe Func

4、2ti on等方程計算，在此模型中燃燒放熱率計算選擇單維伯函數(shù) （V ibe Functi on圖1六缸增壓直噴柴油機BOO ST模型圖2中（a、（b為模型在轉(zhuǎn)速分別為2200rm in （標定點、1300r m in （扭矩點時外特性工況下示功圖，將其計算值和原機實測值進行比較，可以清楚看出計算值和試驗值已相 當接近，我們還檢驗了低速時的示功圖，以及燃油消耗率，進氣流量，有效扭矩,渦前、 渦后排溫等都與實測值相當吻合，因此此計算模型能很好地模擬此發(fā)動機的性能。8m4-2HinCVbb AssdrniJ J vuibbI EItkjuk Eblidiiiii; llwM. Al rawrTl.

5、220Qrps>12k果 計算結(jié)果12k圖2實測值和計算值的示功圖比較2凸輪型線參數(shù)優(yōu)化計算凸輪型線和配氣正時是配氣機構(gòu)與發(fā)動機匹配的重要因素，圖3為為轉(zhuǎn)速900r m in、1300r m in和2200r m in外特性工況，由BOO ST計算出來的進、排氣流量曲線，從圖中可以看出進氣后期活塞上行時進氣遲閉產(chǎn)生了較大的回流（其質(zhì)量流量為負值，尤其在高速（2200r m in時更為嚴重，這將影響發(fā)動機的充氣效率，基于這一點，我們設(shè)計了 3種方案的凸輪型線和配氣相位。_JIjLj、 rx、 f、X tTX.J圖3原機進排氣流量曲線表1為新設(shè)計的3種凸輪方案，其中方案1和方案2凸輪型線相同

6、，只是改 變了配氣相位，方案3配氣相位與方案2一樣,減少了凸輪升程，重新設(shè)計了凸輪型 線。方案1比原機早關(guān)12deg方案2、3比原機早開4deg早關(guān)16deg。圖4為3 種方案的凸輪型線升程曲線。3oo圖4新方案凸輪型線升程曲線圖 57 分別為 2200r m in、1300r m in 和 900rm in外特性工況下第一缸進排氣流量曲線，從圖中可以看出新改進的方案較原機在進氣后期的回流現(xiàn)象有了較為明顯地減弱。同 樣方案2、方案3進氣后期的回流現(xiàn)象也較方案1略小,這主要是進氣關(guān)閉提早的作 用,同時由于進氣門早開，進氣量也由所增加，這樣提高了充氣效率，也對發(fā)動機性能和 經(jīng)濟性的提高起了一定的作

7、用。在 2200r m in時方案3的回流也比方案2稍小，在 低速時基本相近。表1凸輪方案配氣相位開啟提前關(guān)閉推遲升程deg degmm進氣凸輪原機61071981排氣凸輪4991492圖5新方案進排氣流量圖（2200r m in圖6新方案進排氣流量圖（1300r m in圖811分別為新方案的進氣流量、燃油消耗率、渦前排溫以及缸內(nèi)最高 壓力的比較圖。由圖8看91IM94-2010ChwJourtMl Electruttk占 House. Atl rights reservhttp* JAjVWTbif-dikj, Hi cfin出方案3進氣流量在中、低速時比方案1、2略高;在高速時三種方案基

8、本接近 這主要由于方案3凸輪升程減小，但加大了型線的豐滿系數(shù)，使其在中、低速時進氣 量增加；從圖9看出，由于進氣量增加，燃燒性能變好，方案3燃油消耗在中低速時比其 他方案低。圖11說明三種方案的最高爆發(fā)壓力基本一致，發(fā)動機的可靠性有了保證。方案2、3排溫也比方案1低。這樣，方案3在保證動力性的同時，降低了燃油消 耗率，在經(jīng)濟性、動力性方面略占優(yōu)勢。圖7新方案進排氣流量圖（900r m injrabAAXuntrec5» ycwjamc lonuMf EJSMIk buppRuV |f«w« yjl 呷n so<q IMTSOIOAa新方案進氣流量比較圖圖9新

9、方案燃油消耗率比較圖ffM J - orwerrs j4Zd-7；;!jl'WI»W< "*' VIIx*孔呷J林十如0“pm 審種世薩 ioVH|If' V| H®Wa q*u*<】血"抑圖10新方案渦前排溫比較圖圖11新方案最高壓力比較圖1 n|UbniLi |# amofi SuqsKfxj juru口FUJTW nnupu” ni|ji01Ki新方案進氣凸輪挺柱速度曲線圖13新方案進氣凸輪挺柱加速度曲線從可靠性方面考慮，凸輪從動件挺柱速度和加速度不應(yīng)超過一定的限值，否則對整個氣門機構(gòu)會產(chǎn)生較大的沖擊，致使氣門機

10、構(gòu)磨損加快，而且加速度或速度太 大也會帶來嚴重的噪聲。由圖1213看出方案3的最大速度和最大加速度都較低， 萬案1、2速度和加速度一致，比較大。(下轉(zhuǎn)第23頁02變卡尺的其它任何部分；(2增加量爪長度可以擴大圓弧半徑的測量范圍，但同時也會引起測量誤差 的增大。所以，改制時增大量爪的長度不可??；(3測量時一定要使被測圓弧與主尺基面、外量爪測量面保持良好接觸，否則將會得出錯誤的測量結(jié)果；(4圓弧卡尺使用方便，可以直接讀出被測圓弧的半徑尺寸，它使生產(chǎn)車間現(xiàn) 場圓弧半徑的測量，由定性的檢驗方法轉(zhuǎn)變?yōu)槎繙y量方法。提高了測量精度和測 量效率，避免了工、檢扯皮現(xiàn)象；(5圓弧卡尺可以用普通游標卡尺、普通帶表

11、卡尺、普通數(shù)顯卡尺進行改制；(6圓弧卡尺的惟一不足之處，只能測量外圓弧的半徑，不能測量內(nèi)圓弧的半 徑；(7圓弧卡尺除了可以測量外圓弧半徑外，還具有普通卡尺的測量功能。A Caliper to Read Arc Rad iusL I U X ing2fu(Gua ngzhou W els on P rescisi on In strum en t Co.L td.,X i' an Sha nx i710065,ChinaAbstract:T he p ap er p resen ts the p rinci p le and m ethod fo r m odifies the ven

12、iercali per to a cali per w ith w h ich to directly read arc radiu s.T h is is ach ieved bycha nging the an gle betw een the ou ter m easu ring jaw and the m easu ring su rface.Key words:ver n ier cali per;arc m easu rin g;direct read ing of radiu s di m en si on;m odificati on(上接第20頁綜合不同轉(zhuǎn)速工況考慮，方案3在

13、保持了動力性的同時，提高了燃油經(jīng)濟性，在可靠性方面也占有優(yōu)勢，因此我們選用方案3為優(yōu)選方案。3結(jié)論通過建立BOO ST數(shù)值計算模型，比較了三種新凸輪型線和配氣定時的進排氣流量、燃油消耗率、渦前排溫、缸內(nèi)最高壓力，以及凸輪的從動件挺柱的速度、加速度曲線，選取了動力性、經(jīng)濟性、可靠性方面綜合占有優(yōu)勢的方案3為優(yōu)參考文獻：1 AVL BOO ST U ser ' s Guide,AVL L IST Gm bH,20021512 楊連生1內(nèi)燃機設(shè)計M1北京沖國農(nóng)業(yè)機械出版社,19811Opti m iz i ng D esig n of Valve Tra i n of D iesel Eng

14、 i neZHU J ian1,LU Song2zhuo2,M A chang2hu i2,ZHAN G Fu2ge n1,FEN G Gua n2do ng1(Gua ngx i U n iversity,Schoo l of M echa n ical Engin eeri ng,N ann in g530004,Ch ina;D aqing Petro leum Co.L td.,N o.Fou r O il Ex tracti on Facto ry,D aqing H eilongjiang163511,Ch inaAbstract:A n AVL2BOO ST num erical com pu tati onal m odel of a six2cyli nder tu rbo2charged diesel engine is p rese n ted in th is paper.A fter com paris on of th ree differen t k inds of valve train s and valve ti m in