凸輪型線對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　能源和環(huán)境保護(hù)是當(dāng)今世界發(fā)展的兩大主題。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，柴油機(jī)的排放污染問(wèn)題引起人們的廣泛關(guān)注。世界上的主要國(guó)家有了柴油機(jī)排放法規(guī)。對(duì)于柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，改善進(jìn)排氣效率、優(yōu)化配氣凸輪型線、合理選取配氣相位是降低尾氣排放的首要手段。</p><p>　　本文通過(guò)ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ建立柴油機(jī)整機(jī)模型，通過(guò)設(shè)計(jì)凸輪型

2、線比較其性能參數(shù)的變化，根據(jù)性能比較可看出型線的設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，為柴油機(jī)的性能提高提供了重要的理論依據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：柴油機(jī)，凸輪型線，配氣相位，優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Energy and environmental protect are the two m

3、ain themes of today's world. With the development of society and economy, pollutant emissions of diesel engines increasingly widespread attention. In the world have developed a diesel engine emission regulations. For

4、 diesel engines, the valve cam profile optimization, improving the intake and exhaust performance, a reasonable choice of valve timing is an important means of reducing emissions. In this paper, through the establishmen

5、t of TY3100 overal</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p>　　第一章 緒 論5</p><p><b>　?。保币?</b

6、></p><p>　?。保才錃鈾C(jī)構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀與分析模型5</p><p>　?。保?凸輪型線設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀6</p><p>　　1.4本文主要工作與研究意義7</p><p>　　1.4.1主要工作7</p><p>　　1.4.2研究意義7</p><p>　　第二章

7、 配氣凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.1配氣凸輪型線的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)則9</p><p>　　2.1.1凸輪型線設(shè)計(jì)的要求9</p><p>　　2.1.2凸輪設(shè)計(jì)過(guò)程10</p><p>　　2.2型線函數(shù)類(lèi)型的選擇10</p><p>　　2.3 緩沖段設(shè)計(jì)10</p>

8、<p>　　2.3.1等加速——等速型11</p><p>　　2.3.2余弦函數(shù)型12</p><p>　　2.4基本段設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.5等加速凸輪13</p><p>　　第三章 柴油機(jī)的凸輪型線設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.1 高次方凸輪型線17</p>

9、<p>　　3.2兩種凸輪型線凸輪轉(zhuǎn)角與升程的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算17</p><p>　　3.2.1高次式凸輪1轉(zhuǎn)角—升程計(jì)算19</p><p>　　3.2.2高次式凸輪2轉(zhuǎn)角—升程計(jì)算22</p><p>　　第四章 發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能模型的建立與分析22</p><p>　　4.1整機(jī)性能模型的建立23</p>

10、;<p>　　4.2數(shù)據(jù)分析23</p><p>　　4.2.1氣門(mén)最大升程對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響分析23</p><p>　　4.2.2配氣正時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響分析28</p><p><b>　　第五章 結(jié)論34</b></p><p><b>　　致謝及聲明35</b>&l

11、t;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p><b>　　第一章緒論</b></p><p><b>　?。保币?lt;/b></p><p>　　配氣機(jī)構(gòu)是內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵組成部分，而配氣機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件便是凸輪，配氣凸輪在配氣機(jī)構(gòu)中起至關(guān)重要的作用，其設(shè)計(jì)的合理

12、性直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性與耐久性，并影響發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性還有運(yùn)轉(zhuǎn)性能，如內(nèi)燃機(jī)的噪聲、振動(dòng)及排放。發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的彈性變形會(huì)引起氣門(mén)劇烈振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)氣門(mén)將產(chǎn)生“飛脫＂和“反跳＂影響氣門(mén)機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行[5]。配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)氣和排氣通風(fēng)性能應(yīng)該良好，具有較大的時(shí)面值；同時(shí)，配氣機(jī)構(gòu)應(yīng)該具備動(dòng)力性良好，穩(wěn)定性好，振動(dòng)和噪聲小，無(wú)磨損、沖擊等現(xiàn)象。這就需要配氣機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件的加速度變化規(guī)律較好和正負(fù)加速度值較小，在內(nèi)燃機(jī)中凸輪驅(qū)動(dòng)整個(gè)配氣

13、機(jī)構(gòu)，因此配氣凸輪的結(jié)構(gòu)很大程度上是可以決定配氣機(jī)構(gòu)的性能的，尤其是當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速提高后，凸輪型線設(shè)計(jì)的優(yōu)劣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的充排氣效率的影響將會(huì)變得更大。</p><p>　　在要求上，氣門(mén)的通過(guò)能力與配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力特性間存在一定的矛盾，應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，設(shè)計(jì)要求的工作轉(zhuǎn)速，配氣機(jī)構(gòu)的剛度，等特點(diǎn)，在凸輪廓線的設(shè)計(jì)中來(lái)解決[6]。由此可知，影響配氣機(jī)構(gòu)工作質(zhì)量的關(guān)鍵部件就是配氣凸輪。怎樣將凸輪輪廓線設(shè)計(jì)的具有合理性是

14、整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中最主要的問(wèn)題。歸根結(jié)底，配氣凸輪的設(shè)計(jì)就是凸輪型線的設(shè)計(jì)，確保配氣機(jī)構(gòu)工作可靠性的前提下尋找最佳的凸輪型線設(shè)計(jì)參數(shù)是配氣凸輪型線優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要目的[8]。</p><p>　　配氣相位直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣性能，對(duì)燃燒過(guò)程的優(yōu)劣起著決定性的作用，因而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性及污染排放都有重要影響。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣提前角、遲閉角和排氣提前角、遲閉角這４個(gè)角度中，以進(jìn)氣遲閉角和排氣早開(kāi)角最重要，進(jìn)氣

15、遲閉角對(duì)進(jìn)氣充量系數(shù)影響最大，排氣提前角對(duì)換氣效率，功率損失影響最大。</p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，時(shí)代對(duì)柴油機(jī)的性能要求越來(lái)越高，行業(yè)開(kāi)發(fā)者最近幾年的研究方向主要在，通過(guò)合理的選擇需要的參數(shù)，匹配與之相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使柴油機(jī)在排放，經(jīng)濟(jì)節(jié)能和動(dòng)力方面有所提高，使柴油機(jī)性能越來(lái)越好。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是凸輪型線對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響，設(shè)計(jì)中用到的仿真軟件是ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ軟件。它的主要作用是模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的

16、工作過(guò)程，繪制出性能曲線，首先要先建立其仿真模型[16]。通過(guò)繪制出的性能曲線，得出凸輪型線對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能不同影響的結(jié)論，這就為柴油機(jī)的性能提高和優(yōu)化改善，奠定了理論基礎(chǔ)。</p><p>　?。保才錃鈾C(jī)構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀與分析模型</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件有很多，配氣機(jī)構(gòu)是主要部分之一，十分重要。它直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和耐久的性能，不僅如此，它還會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的其他好多方面有影響，比

17、如說(shuō)經(jīng)濟(jì)成本、節(jié)能排放。除此之外，它的性能的好壞也會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲與振動(dòng)。由此，便可以看出對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的要求更是日趨提高。在內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展過(guò)程中，配氣凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計(jì)起到關(guān)鍵作用。在行業(yè)領(lǐng)域，內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)研究常用的兩種主要的研究方法是模擬計(jì)算和試驗(yàn)研究。</p><p>　?。保?凸輪型線設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　凸輪型線的設(shè)計(jì)有四十多年的發(fā)展歷史了，國(guó)外有些研究開(kāi)發(fā)者

18、從２０世紀(jì)６０年代就要對(duì)其有了深入研究。對(duì)比之下，中國(guó)在這方面會(huì)較晚些，中國(guó)的一些科學(xué)研究所國(guó)內(nèi)對(duì)凸輪型線的設(shè)計(jì)，另外還有動(dòng)力學(xué)計(jì)算方面的課題的研究大約自1973年。在這一段時(shí)間內(nèi)，中國(guó)的一些大學(xué)都研究出了一些成果。昆明理工大學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室對(duì)臥式型的２１１５柴油機(jī)其配氣凸輪型線，進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化及分析，氣門(mén)落座的反跳現(xiàn)象得到緩解。吉大研究方向主要在多質(zhì)量動(dòng)力學(xué)方面，并小有成績(jī)。天津內(nèi)燃機(jī)研究所在程序方面比較領(lǐng)先，其對(duì)配氣機(jī)構(gòu)建了單質(zhì)量的動(dòng)力

19、學(xué)模型，并且編寫(xiě)了相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算程序。之后選擇一個(gè)柴油機(jī)，對(duì)其配氣系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算，分析得出結(jié)論。山大的主要關(guān)注點(diǎn)在設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)高次多項(xiàng)式配氣凸輪，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，成功確定了最大速度點(diǎn)和最大加速度點(diǎn)的理想位置[22]。這兩點(diǎn)確定后，可以使加速度曲線的外形和重要特征得到基本控制。復(fù)旦的成績(jī)主要體現(xiàn)在程序、型線設(shè)計(jì)和凸輪靠模計(jì)算等方面。濰柴和山大都對(duì)ＷＤ６１８．４２柴油機(jī)其配氣凸輪型線的改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)很關(guān)注，一起運(yùn)用Ｂｏｏｓｔ軟件和Ｔｙｃｏｎ

20、軟件，讓配氣相位和輪廓線函數(shù)都得到了優(yōu)化。在充氣效率得到提高的同</p><p>　　行業(yè)對(duì)配氣凸輪的關(guān)注度越來(lái)越高，專(zhuān)業(yè)研究者從傳統(tǒng)的凸輪經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)開(kāi)始向配氣機(jī)構(gòu)在內(nèi)的動(dòng)力學(xué)分析研究方向轉(zhuǎn)變。凸輪型線的設(shè)計(jì)有兩種方法：靜態(tài)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。如今又出現(xiàn)了新的設(shè)計(jì)方法：動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。所謂靜態(tài)設(shè)計(jì)是把配氣機(jī)構(gòu)當(dāng)作絕對(duì)剛體，它在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的彈性變形可以忽略不計(jì)。但是現(xiàn)實(shí)生活中，凸輪自身還是有彈性變形，而且氣門(mén)與凸輪的中間

21、部分也都是可變的。由此在配氣凸輪型線設(shè)計(jì)過(guò)程中，配氣機(jī)構(gòu)的彈性變形還是需要考慮到，這便是動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)優(yōu)于靜態(tài)設(shè)計(jì)，前者更能將配氣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和受力情況詳細(xì)準(zhǔn)確的描述出來(lái)。由于在設(shè)計(jì)中考慮到了配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)參數(shù)，使凸輪型線的設(shè)計(jì)達(dá)到了最優(yōu)化。</p><p>　　在國(guó)際范圍內(nèi)，凸輪曲線工作段有很多種設(shè)計(jì)方法，比如說(shuō)高次多項(xiàng)式型，等加速一等減速型，多項(xiàng)動(dòng)力凸輪等，這些中多項(xiàng)動(dòng)力凸輪普遍運(yùn)用。它有良好的高速適應(yīng)性，原

22、因在于它的氣門(mén)升程曲線取某種高次多項(xiàng)式。在內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，無(wú)論凸輪軸是什么樣的結(jié)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)都可以匹配到相應(yīng)正確的動(dòng)力學(xué)模型。模型種類(lèi)很多，有質(zhì)量型模型，還有有限元模型。在多質(zhì)量模型方面，吉大研究比較超前。</p><p>　　一般情況下，對(duì)稱(chēng)型的凸輪型線最為常見(jiàn)。它的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，方便制造。另外，如果發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的時(shí)候，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律會(huì)恒定不變。對(duì)稱(chēng)型固然很好，但隨著科技的發(fā)展，為了提高內(nèi)燃

23、機(jī)的轉(zhuǎn)速和其抗壓性能，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始選用非對(duì)稱(chēng)型的凸輪型線。新研發(fā)的超高增壓二次進(jìn)氣技術(shù)，是上海交大顧教授開(kāi)發(fā)的，它也選用了非對(duì)稱(chēng)[14]。</p><p>　　近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷創(chuàng)新完善，計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)在汽車(chē)研發(fā)領(lǐng)域中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，如計(jì)算流體力學(xué)（ＣＦＤ）軟件ＦＩＲＥ、ＦＬＵＥＮＴ、ＷＡＶＥ、ＦＬＯＷＭＡＳＴＥＲ等；發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真軟件ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ、ＢＯＯＳＴ等；發(fā)動(dòng)機(jī)與整車(chē)匹配軟件ＣＲＵＩＳＥ

24、、ＧＴ－Ｄｒｉｖｅ等[20]。但是，如今凸輪型線優(yōu)化設(shè)計(jì)中配氣系統(tǒng)的優(yōu)化僅是從配氣機(jī)構(gòu)的本身的角度出發(fā)的，只在滿足動(dòng)力學(xué)特性的前提下，因要考慮到豐滿系數(shù)的存在，不能從整個(gè)換氣過(guò)程的流動(dòng)損失入手，直觀地評(píng)價(jià)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣性能的好壞只能用充氣效率等整機(jī)性能參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外己開(kāi)始將內(nèi)燃機(jī)循環(huán)工作過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬程序與單純的配氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序相結(jié)合，即將包含了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算的配氣凸輪優(yōu)化設(shè)計(jì)程序納入內(nèi)燃機(jī)整機(jī)循環(huán)工作過(guò)程模擬軟件中

25、，形成機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)與內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)優(yōu)化的全面模擬軟件包。顯然，這些軟件一經(jīng)成熟必將成為今后內(nèi)燃機(jī)配氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及整機(jī)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的極為有效和實(shí)用的工具軟件。</p><p>　　1.4本文主要工作與研究意義</p><p><b>　　1.4.1主要工作</b></p><p>　　本文將設(shè)計(jì)出兩種凸輪型線，然后利用ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ軟件建立的柴

26、油發(fā)動(dòng)機(jī)模型，分析兩種凸輪型線對(duì)柴油機(jī)性能參數(shù)的不同影響，為柴油機(jī)今后的改進(jìn)提供理論依據(jù)。</p><p><b>　　1.4.2研究意義</b></p><p>　　配氣機(jī)構(gòu)是內(nèi)燃機(jī)的重要組成部分，而配氣凸輪在配氣系統(tǒng)中起著決定性的作用，是配氣系統(tǒng)的核心，其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響內(nèi)燃機(jī)的性能指標(biāo)。這些指標(biāo)不僅包括動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、也包括運(yùn)轉(zhuǎn)性能，如內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)、噪音及排放

27、指標(biāo)。此外，它也會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性和工作的可靠性能[24]。因此，對(duì)內(nèi)燃機(jī)配氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究，特別是對(duì)內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展尤其重要。配氣相位直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣性能，特別是尤其決定的進(jìn)氣遲閉角、排氣提前角、氣門(mén)重疊角對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程的好壞起著非常重要的作用，因而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及污染排放性能都有不可忽視的影響。</p><p>　　內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)研究的兩種重要手段是

28、模擬計(jì)算和試驗(yàn)研究。通過(guò)數(shù)值模擬的方法進(jìn)行優(yōu)化，大大減少了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)工作量，使研制的周期大幅度縮短，同時(shí)還可以得到很多在實(shí)驗(yàn)中所無(wú)法得到的信息。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及預(yù)測(cè)模型的不斷發(fā)展改進(jìn)，使得計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)研制和開(kāi)發(fā)中得到了普遍的應(yīng)用。</p><p>　　第二章配氣凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　在柴油機(jī)中，配氣機(jī)構(gòu)主要由凸輪驅(qū)動(dòng)，所以，凸輪的設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及其

29、配氣機(jī)構(gòu)有著至關(guān)重要的意義。所謂的凸輪設(shè)計(jì)，實(shí)際上就是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)，選擇出與之相匹配的凸輪型線類(lèi)型及參數(shù)。</p><p>　　凸輪的設(shè)計(jì)手段日新月異，在計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的今天，柴油機(jī)配氣凸輪型線的設(shè)計(jì)已從之前的只考慮靜態(tài)分析發(fā)展為動(dòng)靜態(tài)全面分析優(yōu)化設(shè)計(jì)的水平，將配氣凸輪型線和配齊機(jī)構(gòu)統(tǒng)一起來(lái)分析，從總體上考慮，對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)性能進(jìn)行整體而全面的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p>

30、　　2.1配氣凸輪型線的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)則</p><p>　　2.1.1凸輪型線設(shè)計(jì)的要求</p><p>　　在配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中凸輪外形的設(shè)計(jì)極為重要，這是由于配氣凸輪的形狀直接決定了氣門(mén)開(kāi)關(guān)的快慢、開(kāi)度的大小、開(kāi)啟時(shí)間的長(zhǎng)短。因此，時(shí)間斷面的大小、配氣機(jī)構(gòu)各零件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其承載情況均由配氣凸輪的外形決定。</p><p>　　在實(shí)際情況中內(nèi)燃機(jī)的換氣時(shí)間是

31、極其短暫的，要在如此短暫的時(shí)間間隔內(nèi)得到盡可能充分的換氣，而同時(shí)又能使機(jī)構(gòu)中各零件的承載情況都處在許可范圍之內(nèi)，就必須設(shè)計(jì)正確的凸輪形線。在設(shè)計(jì)凸輪外形時(shí)應(yīng)滿足下列要求：</p><p>　　1）凸輪外形設(shè)計(jì)應(yīng)保證能獲得盡可能大的時(shí)面值，意思就是，氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的速度要盡可能的快，以求氣門(mén)接近全開(kāi)位置發(fā)生在盡可能大的凸輪轉(zhuǎn)角內(nèi)；</p><p>　　2）凸輪外形設(shè)計(jì)應(yīng)保證配氣機(jī)構(gòu)各零件所受

32、的沖擊和跳動(dòng)盡可能小，意思就是正、負(fù)加速度要小，并且加速度不發(fā)生突變，以求使配氣機(jī)構(gòu)工作得到更好的可靠性和耐久性。</p><p>　　上述兩方面要求是互相矛盾的，必須根據(jù)具體情況妥善加以解決。3）根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)規(guī)律正確的選取配氣相位、凸輪的緩沖段和基本段升程及兩者的包角和基圓半徑等這些凸輪的初始設(shè)計(jì)參數(shù)。</p><p>　　4）氣門(mén)和氣門(mén)座的工作條件也在考慮改善范圍內(nèi)，應(yīng)使氣門(mén)的升

33、起和落座發(fā)生在凸輪的緩沖段內(nèi)，因此凸輪的緩沖段要足夠大。</p><p>　　5）凸輪最小曲率半徑不能過(guò)小。小曲率半徑會(huì)導(dǎo)致凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力過(guò)大,使凸輪過(guò)早磨損,一般認(rèn)為最小曲率半徑應(yīng)大于等于2 mm。</p><p>　　6）配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性以及應(yīng)力條件都會(huì)對(duì)凸輪型線的設(shè)計(jì)產(chǎn)生限制，凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力在配氣機(jī)構(gòu)各零件中最為嚴(yán)重。接觸面的最大接觸應(yīng)力一般被作為挺柱與凸輪接觸表面

34、的工作可靠性的估計(jì)依據(jù)，最大許用接觸應(yīng)力不應(yīng)過(guò)大，否則就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的磨損、刮傷和點(diǎn)蝕，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)裂紋和碎裂。</p><p>　　最大許用接觸應(yīng)力根據(jù)凸輪與挺柱配對(duì)使用的材料、表面處理、潤(rùn)滑條件，挺柱形式、凸輪廓線形狀等各種不同情況而具有不同的值，可在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到。目前常用的凸輪外形可分為兩大類(lèi)，一是由若干段簡(jiǎn)單幾何曲線構(gòu)成的圓弧凸輪；一是由函數(shù)曲線組成的函數(shù)凸輪。</p><p&

35、gt;　　2.1.2凸輪設(shè)計(jì)過(guò)程</p><p>　　時(shí)面值較大是圓弧凸輪具有的典型優(yōu)點(diǎn)，但由于其曲率半徑不連續(xù)，造成加速度曲線發(fā)生突變，這會(huì)引起配氣機(jī)構(gòu)的振動(dòng)和噪聲，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生氣門(mén)反跳，破壞配氣相位。隨這內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速向著高速化發(fā)展這些現(xiàn)象變得更趨嚴(yán)重。為適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)高速化的需要，函數(shù)凸輪應(yīng)運(yùn)而生。函數(shù)凸輪的最大優(yōu)點(diǎn)就是：在凸輪整個(gè)工作段中，加速度曲線不出現(xiàn)突變，而是逐漸變化的，這樣就能很好的彌補(bǔ)圓弧凸輪所存在

36、的缺陷了。</p><p>　　函數(shù)凸輪采用的函數(shù)曲線有多種形式，大體上可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是組合式；另一類(lèi)則是整體式。組合式凸輪的主要特點(diǎn)就是其基本工作段升程曲線是由若干段不同的函數(shù)曲線組合而成的分段曲線。這些函數(shù)曲線為三角函數(shù)、低次多項(xiàng)式等。常見(jiàn)的組合式凸輪有：復(fù)合正弦凸輪、復(fù)合擺線凸輪、復(fù)合正弦拋物線加速度凸輪等。整體式凸輪，顧名思義，就是凸輪的基本工作段升程曲線由一個(gè)函數(shù)曲線表示。高次多項(xiàng)式凸輪是目前在整

37、體式函數(shù)凸輪中應(yīng)用較廣的。</p><p>　　在傳統(tǒng)的函數(shù)凸輪型線設(shè)計(jì)方法中，挺柱升程函數(shù)的確定是凸輪設(shè)計(jì)的開(kāi)始,然后把配氣機(jī)構(gòu)視作完全的剛性體,通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)方法直接得到氣門(mén)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。而在現(xiàn)代動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)中,配氣機(jī)構(gòu)則被視作更符合實(shí)際情況的彈性體,先選取理想的氣門(mén)升程函數(shù),然后通過(guò)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行計(jì)算從而使挺柱升程曲線得到優(yōu)化,進(jìn)而得到凸輪的外輪廓線。</p><p>　　2.2型線函

38、數(shù)類(lèi)型的選擇</p><p>　　凸輪型線有很多種,而重要原則就是按照柴油機(jī)性能要求選擇一個(gè)最適合所設(shè)計(jì)機(jī)型的凸輪型線,保證配氣機(jī)構(gòu)工作的平穩(wěn)性,同時(shí)滿足柴油機(jī)動(dòng)力性能的需求。確定型線函數(shù)時(shí), 配氣機(jī)構(gòu)振動(dòng)特征數(shù)可以作為選擇型線函數(shù)的參考,即，式中M為系統(tǒng)當(dāng)量質(zhì)量(kg);C為系統(tǒng)剛度(N/mm);為凸輪軸角速度(rad/s)。是配氣機(jī)構(gòu)的柔性程度的表現(xiàn)。一般,當(dāng)<0.001時(shí),系統(tǒng)剛性較好,可采用組合曲線

39、或者是圓弧凸輪,因?yàn)檫@樣可以獲得較大的時(shí)面值,有利于充氣效率的提高;當(dāng)0.001<<0.002時(shí),可采用組合曲線或高次方凸輪,以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作更加平穩(wěn)性，充氣性能更加良好;當(dāng)>0.002時(shí),系統(tǒng)為柔性系統(tǒng),此時(shí)應(yīng)選用平穩(wěn)性更佳的多項(xiàng)式凸輪、次諧波或高次方凸輪。</p><p><b>　　2.3 緩沖段設(shè)計(jì)</b></p><p>　　內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)

40、由很多零件組成，它們?cè)趦?nèi)燃機(jī)工作時(shí)由于溫度的升高，會(huì)有不同程度的伸長(zhǎng)，隨著內(nèi)燃機(jī)工作溫度的不同，此伸長(zhǎng)量也不斷變化。因此，在設(shè)計(jì)凸輪型線時(shí)必須使配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈中留有一定的間隙，以保證氣門(mén)在任何工況下都能正常閉合。</p><p>　　為了解決上述問(wèn)題，在設(shè)計(jì)凸輪型線時(shí)，除了基本工作段外，還需要有緩沖段。設(shè)計(jì)緩沖段的通常做法是把理論基圓半徑減小一個(gè)值，形成實(shí)際基圓，然后用過(guò)度曲線把實(shí)際基圓與凸輪的基本工作段圓滑相連

41、。</p><p>　　緩沖過(guò)渡曲線的設(shè)計(jì)過(guò)程包括：選擇合適的緩沖過(guò)渡曲線函數(shù)，以及緩沖過(guò)度曲線所占的凸輪轉(zhuǎn)角大小及最大升程值。在選擇緩沖段最大升程時(shí)，配氣機(jī)構(gòu)的間隙和彈性變形都應(yīng)該加以考慮，其二者之和將影響最大升程值，一般的內(nèi)燃機(jī)緩沖段的最大升程在0.15~0.50mm范圍內(nèi)。緩沖過(guò)度曲線所占凸輪轉(zhuǎn)角一般在15°~40°之間。當(dāng)緩沖段最大升程確定后，在最大升程不變的情況下，，緩沖段的速度及加

42、速度曲線就越平坦。在這種條件下，如配氣機(jī)構(gòu)間隙發(fā)生改變，則配氣相位也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生較大的變化。反之，影響則越小。</p><p>　　緩沖過(guò)度曲線的形式很多，目前常用的曲線類(lèi)型有等加速—等速型、余弦型等。</p><p>　　2.3.1等加速——等速型</p><p>　　升程曲線由二次拋物線和直線組成。其方程為</p><p>　　等加速段：

43、 </p><p>　　等速段： </p><p>　　式中 ——預(yù)先選定的加速度值</p><p>　　——預(yù)先選定的加速度所占凸輪轉(zhuǎn)角</p><p>　　——預(yù)先選定的等速段所占凸輪轉(zhuǎn)角</p><p>　　這種緩沖曲線具有如下優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)配氣機(jī)構(gòu)間隙出現(xiàn)變化時(shí)，

44、等速段能保證氣門(mén)總以恒定的速度開(kāi)啟和落座；這種緩沖曲線在等速段的變化率較大，導(dǎo)致的結(jié)果便是使配氣機(jī)構(gòu)間隙發(fā)生變化時(shí)，或在剛度及凸輪制造尺寸存在差異時(shí)，由其引起的氣門(mén)開(kāi)啟與落座點(diǎn)的變化較小，從而減小對(duì)配氣定時(shí)的影響；等加速段的作用就是保證挺柱由實(shí)際基圓過(guò)渡到緩沖段工作時(shí)，速度由零慢慢增大，不產(chǎn)生突變，工作平穩(wěn)，且緩沖段的終點(diǎn)的加速度為0，工作過(guò)程中沖擊和噪聲也較小。因此，這種形式的緩沖過(guò)渡曲線目前用的較多。</p><

45、p>　　2.3.2余弦函數(shù)型</p><p>　　對(duì)于這種形式的緩沖過(guò)渡曲線，其相應(yīng)的加速度曲線一般為余弦函數(shù)形式。這種緩沖過(guò)度曲線被普遍應(yīng)用于函數(shù)凸輪設(shè)計(jì)中。其方程式為</p><p>　　由于這種類(lèi)型的緩沖過(guò)度曲線其終點(diǎn)的加速度為零，所以工作過(guò)程中的沖擊和噪聲就較小。與等加速—等速型曲線一樣，對(duì)配氣定時(shí)的影響也較小，美中不足的是其與其工作段曲線的銜接不光滑，也就是說(shuō)，從過(guò)渡段到工

46、作段轉(zhuǎn)變過(guò)程中，加速度仍存在突變，不過(guò)因過(guò)渡段的加速度不大，所以影響也并不嚴(yán)重。</p><p><b>　　2.4基本段設(shè)計(jì)</b></p><p>　　基本工作段是配氣凸輪升程曲線中的主要部分，所以基本段的升程曲線或者加速度曲線的類(lèi)型也就順理成章的成為了凸輪的分類(lèi)與命名的主要參照[22]。</p><p>　　在配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的早期階段，

47、凸輪的輪廓線通常都是由幾種圓弧段或直線段組成，像這類(lèi)幾何形狀比較簡(jiǎn)單的凸輪可稱(chēng)為幾何凸輪，例如圓弧凸輪和切線凸輪。這些凸輪的計(jì)算在一般的內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)教材和手冊(cè)中都有敘述，這里就不多說(shuō)了。</p><p>　　加速度的曲線存在間斷是幾何凸輪的一個(gè)主要缺點(diǎn)，對(duì)配氣機(jī)構(gòu)工作的平穩(wěn)性會(huì)產(chǎn)生不利的影響，在其優(yōu)點(diǎn)中，除其形狀簡(jiǎn)單外，主要就是豐滿系數(shù)大，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率有很好的幫助。</p><p>

48、;　　另外一大類(lèi)配氣凸輪是函數(shù)凸輪，在它們的設(shè)計(jì)方法中，確定挺住升程函數(shù)是第一步，而后隨之而定的是凸輪幾何形狀，在函數(shù)凸輪分類(lèi)中又可分為以下幾種類(lèi)型：</p><p>　　組合式 組合式凸輪的基本段是一段分段函數(shù)，它由幾個(gè)不同的表達(dá)式組合而成。例如等加速凸輪、梯形加速度凸輪和修正梯形加速度凸輪，型凸輪、復(fù)合正弦凸輪、低次方組合式凸輪、Kurz的無(wú)沖擊凸輪等等。這些凸輪的，除了等加速凸輪的二階導(dǎo)數(shù)為間斷外，其余幾種

49、凸輪的二階導(dǎo)數(shù)都是連續(xù)的[17]?？傮w來(lái)說(shuō)，這些凸輪的好處是設(shè)計(jì)比較靈活、直觀，各段型線有較大的調(diào)節(jié)余地，可以事先選定，某些重要的參數(shù)，其豐滿系數(shù)也可達(dá)到較大數(shù)值，也具有比幾何凸輪更優(yōu)越的平穩(wěn)性，但可能比下面將要敘述的另兩類(lèi)凸輪稍遜。</p><p>　　整體式 即基本段由一個(gè)整體的函數(shù)表達(dá)式表示。例如為多項(xiàng)式形式的，稱(chēng)為多項(xiàng)式凸輪。多項(xiàng)式的組成形式可以有許多種，其中一類(lèi)國(guó)內(nèi)成為高次方凸輪。還有將取為有限相三角級(jí)

50、數(shù)的，稱(chēng)為N次諧波或高次簡(jiǎn)諧凸輪[24]。整體式凸輪因?yàn)榫哂泄饣暂^高的生成函數(shù)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作平穩(wěn)性比較有利，所以在高速凸輪機(jī)構(gòu)常使用整體式凸輪。但同時(shí)由于其豐滿系數(shù)有時(shí)較小，所以設(shè)計(jì)難度會(huì)較大。</p><p>　　動(dòng)力修正式 上面介紹的兩類(lèi)凸輪的設(shè)計(jì)都是從選取適當(dāng)?shù)某霭l(fā)的。而對(duì)于氣門(mén)升程隨凸輪轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，則需再行通過(guò)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算才能得到。如算出來(lái)不理想，則需重新設(shè)計(jì)。動(dòng)力修正式凸輪恰好相反，它是先

51、設(shè)計(jì)理想的氣門(mén)升程函數(shù)，然后根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程反過(guò)來(lái)確定，多項(xiàng)動(dòng)力凸輪就屬于這種類(lèi)型的凸輪，N次諧波凸輪也可以進(jìn)行動(dòng)力修正。這類(lèi)凸輪在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下應(yīng)該能夠達(dá)到較理想的工作狀態(tài)，但需留心其在非設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下的震動(dòng)形態(tài)等。</p><p><b>　　2.5等加速凸輪</b></p><p>　　等加速凸輪的特點(diǎn)是其加速度分布均采取分段常數(shù)的形式。其加速度分布又可分為兩類(lèi)，一類(lèi)可稱(chēng)

52、為“正負(fù)零型”，指的是其相應(yīng)的挺柱加速度曲線為正——負(fù)——零，因此其升程曲線形式就為凹拋物線——凸拋物線——平直線，速度曲線形狀為升——降——零，另一類(lèi)可稱(chēng)為“正零負(fù)型”，指其加速度曲線形狀為正——零——負(fù)，而升程曲線的形狀就為凹拋物線——斜直線——凸拋物線，速度曲線則為升——平——降。這里只介紹第一類(lèi)即“正負(fù)零型”等加速凸輪的計(jì)算方法，對(duì)于第二類(lèi)等加速凸輪的計(jì)算，可以做類(lèi)似的說(shuō)明[23]。</p><p>　　

53、第一類(lèi)等加速凸輪相應(yīng)的挺柱升程曲線公式為</p><p>　　這里h為升程，為凸輪軸轉(zhuǎn)角，，，，，，，，，均為常數(shù)。其中最大升程H和基本段半包角一般在事先給出。這樣還有八個(gè)待定常數(shù)，，，，，，，。它們要滿足以下條件：</p><p>　　=0時(shí)，=0，由此可推出</p><p><b>　　=0</b></p><p>

54、<b>　　=0時(shí)，即</b></p><p>　　其中為凸輪旋轉(zhuǎn)角速度，為基本段初速度，均作為已知常數(shù)。故可推出，</p><p>　　=時(shí)，保持連續(xù)，即得</p><p>　　4) =時(shí)，保持連續(xù)，即得</p><p>　　5) 時(shí)，保持連續(xù)，即得</p><p>　　6)

55、時(shí)，保持連續(xù)，即得</p><p>　　八個(gè)待定常數(shù)必須滿足以上六式中的六個(gè)條件，還缺少兩個(gè)條件，所以可以自行給出兩個(gè)參數(shù)來(lái)確定一條升程曲線。</p><p>　　給出哪兩個(gè)參數(shù)呢？比較直觀的一種方法是給出在正加速度段的加速度數(shù)值和負(fù)加速度段的加速度絕對(duì)值，這時(shí)就補(bǔ)充如下兩個(gè)條件：</p><p>　　7）在，加速度等于，即</p><p>

56、　　8) 在，加速度為-，即</p><p>　　這樣，根據(jù)式1）~式8），就可以把各待定常數(shù)用已知數(shù)據(jù)表示如下：</p><p>　　將上式代入前面表達(dá)式中，就可以得到第一類(lèi)等加速凸輪升程曲線的表達(dá)式為</p><p>　　在具體設(shè)計(jì)等加速凸輪時(shí)，可以將取做固定的常數(shù)，而對(duì)和,則可選取若干組不同的數(shù)據(jù)，這樣就可相應(yīng)地算出若干條不同的等加速凸輪的升程曲線，再?gòu)南嗷ケ?/p>

57、較中決定取舍。</p><p>　　第三章 柴油機(jī)的凸輪型線設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)中，假設(shè)柴油機(jī)的凸輪型線額定轉(zhuǎn)速為r/min,所取的主要原始參數(shù)為:配氣系統(tǒng)剛度 kg/mm、當(dāng)量質(zhì)量kg、基圓半徑=18mm、搖臂比、氣門(mén)彈簧剛度N/mm、彈簧預(yù)緊力=258.6 N、緩沖段最大升程=0.3 mm、基本段最大升程mm、緩沖段及基本段的半包角分別為16°, 59°。

58、根據(jù)配氣機(jī)構(gòu)凸輪型線選擇參考系配氣機(jī)構(gòu)振動(dòng)特征數(shù)E,該機(jī)型可以選用的型線形式有組合式和高次方兩類(lèi)(E=0.00138)。</p><p>　　3.1凸輪型線方程的計(jì)算</p><p>　　高次多項(xiàng)式凸輪基本式為：</p><p>　　系數(shù)一般是憑經(jīng)驗(yàn)選取的，取值范圍為（0.1~0.2）。</p><p>　　確定高次方的冪數(shù)p, q, r,

59、s這些參數(shù)是設(shè)計(jì)高次方型線函數(shù)的第一步。（一般p=2,q=2n, r=2n+2m, s=2n+4m）m,n為一定范圍的正整數(shù),通常m=2~9,n=3~10),需要根據(jù)m,n計(jì)算出特性參數(shù)最大正加速度、最大負(fù)加速度、凸輪最高點(diǎn)曲率半徑、豐滿系數(shù),然后對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行分析比較,根據(jù)分析結(jié)果，選定一組m,n,從而確定函數(shù)的具體形式,然后對(duì)配齊機(jī)構(gòu)中的挺柱升程、速度、加速度進(jìn)行計(jì)算。設(shè)計(jì)中取兩組一組為m取2,n取6。另一組為m取6，n取8.<

60、;/p><p><b>　　高次方函數(shù)1為</b></p><p>　　其中最大升程為7.55。 </p><p><b>　　高次方函數(shù)2為</b></p><p>　　其中將最大升程調(diào)整為7.7。</p><p>　　式中,其中0°<<59°;

61、 為基本段半包角,為59°。</p><p>　　3.2兩種凸輪型線凸輪轉(zhuǎn)角與升程的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算</p><p>　　以1°為間隔計(jì)算轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的氣門(mén)升程，由于本次設(shè)計(jì)采用的均是對(duì)稱(chēng)凸輪所以只計(jì)算其中一半。</p><p>　　3.2.1高次式凸輪1轉(zhuǎn)角—升程計(jì)算</p><p>　　式中,其中0°<<

62、59°; 為基本段半包角,為59°。運(yùn)用Excel先進(jìn)行x值的計(jì)算，結(jié)果如下圖3.1</p><p><b>　　圖3.1</b></p><p>　　在根據(jù)所得的各轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的x值使用Excel計(jì)算所對(duì)應(yīng)的氣門(mén)升程，數(shù)據(jù)如下圖3.2</p><p><b>　　圖3.2</b></p>&

63、lt;p>　　因此所得高次式凸輪轉(zhuǎn)角與升程對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖3.3</p><p><b>　　圖3.3</b></p><p>　　3.2.2高次式凸輪2轉(zhuǎn)角—升程計(jì)算</p><p>　　式中,其中0°<<59°; 為基本段半包角,為59°. 使用型線1的方法運(yùn)用Excel計(jì)算，結(jié)果如下圖3.4&

64、lt;/p><p><b>　　圖3.4</b></p><p>　　至此，兩個(gè)凸輪型線的運(yùn)算結(jié)果結(jié)束。</p><p>　　在此之前所討論的配氣機(jī)構(gòu)，都是在假設(shè)配氣機(jī)構(gòu)是剛性的條件下進(jìn)行的。而在實(shí)際情況中所有發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)都是彈性系統(tǒng)。因配氣機(jī)構(gòu)中各零件的彈性變形會(huì)通過(guò)凸輪輪廓線所決定的挺柱運(yùn)動(dòng)傳到位于一條很長(zhǎng)的彈性傳動(dòng)鏈末端的氣門(mén)那里，便產(chǎn)生

65、很大的畸變。隨著內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速向高速發(fā)展，氣門(mén)驅(qū)動(dòng)零件的尺寸和重量都受到限制，使整個(gè)配齊機(jī)構(gòu)的剛度有很大的削弱，又由于高速引起的慣性力激起機(jī)構(gòu)震蕩，產(chǎn)生了附加的振動(dòng)負(fù)荷，使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)變形。這些因素使氣門(mén)理論生成曲線與實(shí)際升程曲線差別更大。</p><p>　　在整個(gè)氣門(mén)升程曲線中，有些曲線是實(shí)際升程曲線高于理論升程曲線，有些則是實(shí)際升程曲線低于理論升程曲線。這是因?yàn)椋涸趯?shí)際升程小于理論升程時(shí)，氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在載荷的

66、作用下會(huì)產(chǎn)生壓縮變形；在實(shí)際升程大于理論升程時(shí)，氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)鏈中出現(xiàn)了脫節(jié)。這使配氣機(jī)構(gòu)產(chǎn)生了沖擊和噪聲。此外，由于振動(dòng)使氣門(mén)落座速度超過(guò)了設(shè)計(jì)值，造成氣門(mén)的反跳現(xiàn)象，這也嚴(yán)重的影響了氣門(mén)和氣門(mén)座的工作可靠性和耐久性。為了克服配氣機(jī)構(gòu)的上述缺點(diǎn)，出現(xiàn)了多項(xiàng)動(dòng)力凸輪。</p><p>　　第四章發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能模型的建立與分析</p><p>　　4.1整機(jī)性能模型的建立</p&g

67、t;<p>　　GT-POWER是模擬發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的計(jì)算機(jī)軟件,功能和AVL BOOST相似,例如作一個(gè)多缸增壓柴油機(jī)的計(jì)算。GT-power是一款具有發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的模擬仿真工具，它是由Gamma Technologies公司開(kāi)發(fā)的，現(xiàn)在被世界上大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車(chē)制造廠家及供應(yīng)商使用。 GT-Power包括在GT-Suite中，是其系列軟件中的一部分，涵蓋了發(fā)動(dòng)機(jī)本體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、曲軸機(jī)

68、構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)六個(gè)方面。該軟件采用有限體積法進(jìn)行流體的計(jì)算，計(jì)算步長(zhǎng)自動(dòng)可調(diào)，有強(qiáng)大的輔助建模前處理工具，自帶有豐富的燃燒模型，具有豐富的控制功能，能與SIMULINK進(jìn)行耦合求解，能與三維的CFD軟件進(jìn)行耦合計(jì)算，自帶有優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，能進(jìn)行直接優(yōu)化、DOE設(shè)計(jì)/優(yōu)化，能進(jìn)行進(jìn)、排氣系統(tǒng)噪音分析，能對(duì)進(jìn)、排氣系統(tǒng)的消音元件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ主要 應(yīng)用于進(jìn)、排氣管路設(shè)計(jì)，氣門(mén)升程曲線和配氣相位優(yōu)化，渦輪增壓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，ＥＧＲ系統(tǒng)設(shè)

69、計(jì)，與ＳＴＡＲＣＤ和ＦＬＵＥＮＴ聯(lián)合計(jì)算三維ＣＦＤ分析，缸內(nèi)熱力學(xué)分析，燃燒分析，開(kāi)環(huán)、閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)、排氣噪聲分析，諧振腔和消聲器噪聲控制，瞬態(tài)渦輪增壓</p><p>　　另外，ＧＴ-Ｐｏｗｅｒ這款軟件可以用于預(yù)測(cè)出穩(wěn)態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能和瞬態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能，例如：它能預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)所有管路段中的的流量以及流速，還有整個(gè)系統(tǒng)的溫度以及壓力，發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率、功率、扭矩，燃燒率模型，汽油機(jī)ＮＯｘ的排放，柴油機(jī)ＮＯｘ排放

70、以及微粒的排放，催化劑化學(xué)反應(yīng)，傳熱，麥克風(fēng)測(cè)量的外部噪聲，倍頻分析等。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)模型包括進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)、汽缸、曲軸箱、噴油器等，計(jì)算模型如圖4.1。</p><p><b>　　圖4.1</b></p><p>　　本文分析發(fā)動(dòng)機(jī)性能變化主要通過(guò)改變凸輪的兩個(gè)參數(shù)來(lái)比較發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能變化，一個(gè)是改變其最大升程，另一個(gè)是改變其配氣正時(shí)（即進(jìn)氣門(mén)的進(jìn)氣提前角和遲閉角

71、）。首先先來(lái)分析兩個(gè)凸輪型線不同升程對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響。本文通過(guò)改變模型升程系數(shù)來(lái)對(duì)最大升程進(jìn)行微調(diào)。</p><p><b>　　4.2數(shù)據(jù)分析</b></p><p>　　4.2.1氣門(mén)最大升程對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響分析</p><p>　　將凸輪型線1的轉(zhuǎn)角——升程數(shù)據(jù)輸入到模型中，并設(shè)置其升程系數(shù)為1.6。運(yùn)行模型之后，得出結(jié)果如下。<

72、/p><p>　　凸輪型線1分析結(jié)果：</p><p>　　圖4.2曲軸轉(zhuǎn)角與升程關(guān)系</p><p>　　由圖可看出這一型線設(shè)計(jì)的最大升程為11.879mm</p><p>　　圖4.3燃油消耗率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化曲線</p><p>　　此圖表示出在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3200轉(zhuǎn)時(shí)燃油消耗率最高為275.3，在轉(zhuǎn)速為1400

73、轉(zhuǎn)時(shí)燃油消耗率最低為251.44。</p><p>　　圖4.4發(fā)動(dòng)機(jī)功率對(duì)轉(zhuǎn)速的變化曲線</p><p>　　由圖可知發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在3200轉(zhuǎn)/分時(shí)達(dá)到最大功率為64.163。</p><p>　　圖4.5充氣效率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的曲線</p><p>　　由圖可知發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到2400轉(zhuǎn)/分時(shí)充氣效率最大為0.6346。</p>

74、<p>　　凸輪型線2的升程系數(shù)設(shè)置為1.65，分析結(jié)果如下：</p><p>　　圖4.6曲軸轉(zhuǎn)角與升程關(guān)系</p><p>　　由圖可見(jiàn)此模型最大升程為12.89mm。</p><p>　　圖4.7燃油消耗率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化曲線</p><p>　　此圖表示出在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3200轉(zhuǎn)時(shí)燃油消耗率最高為272.39，在轉(zhuǎn)速

75、為1400轉(zhuǎn)時(shí)燃油消耗率最低為249.58。</p><p>　　圖4.8功率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化曲線</p><p>　　由圖可知發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在3200轉(zhuǎn)/分時(shí)達(dá)到最大功率為64.85。</p><p>　　圖4.9充氣效率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化曲線</p><p>　　由圖可知發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到2400轉(zhuǎn)/分時(shí)充氣效率最大為0.6587。</p

76、><p>　　將兩組數(shù)據(jù)制成表格進(jìn)行比較如下</p><p><b>　　表4.1</b></p><p>　　數(shù)據(jù)證明，設(shè)計(jì)凸輪型線時(shí)適當(dāng)增加其最大升程可以全面增加發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，包括燃油消耗率，發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及充氣效率均得到優(yōu)化。</p><p>　　4.2.2配氣正時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響分析</p><p

77、>　　本文選取高次方式凸輪型線2模型作為研究對(duì)象，通過(guò)改變其配其正時(shí)來(lái)比較發(fā)動(dòng)機(jī)性能的變化。首先將此模型中的調(diào)整為59°</p><p>　　圖4.10燃油消耗率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化曲線</p><p>　　由圖可知在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)3200轉(zhuǎn)/分時(shí)燃油消耗率最大為273.777，在轉(zhuǎn)速到達(dá)1400轉(zhuǎn)/分時(shí)燃油消耗率最低為251.048。</p><p>

78、;　　圖4.11功率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化曲線</p><p>　　由圖可見(jiàn)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3200轉(zhuǎn)/分時(shí)功率達(dá)到峰值為64.52kw。</p><p>　　圖4.12充氣效率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化曲線</p><p>　　由圖可見(jiàn)在轉(zhuǎn)速為2600轉(zhuǎn)/分時(shí)充氣效率最大為0.6364。</p><p>　　將調(diào)整為39后再次進(jìn)行數(shù)據(jù)分析結(jié)果如下<

79、/p><p>　　圖4.13燃油消耗率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化曲線</p><p>　　由圖可知在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)3200轉(zhuǎn)/分時(shí)燃油消耗率最大為273.875，在轉(zhuǎn)速到達(dá)1400轉(zhuǎn)/分時(shí)燃油消耗率最低為249.782。</p><p>　　圖4.14功率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化曲線</p><p>　　由圖可見(jiàn)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3200轉(zhuǎn)/分時(shí)功率達(dá)到峰值為64

80、.49kw。</p><p>　　圖4.15充氣效率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化曲線</p><p>　　由圖可知轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分時(shí)充氣效率最大為0.65。</p><p>　　將兩組數(shù)據(jù)置于表中比較比較如下</p><p><b>　　表4.2</b></p><p>　　數(shù)據(jù)表明，適當(dāng)延后配氣正時(shí)對(duì)

81、發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)的最大燃油消耗率影響較小，但卻能有效降低中速段時(shí)的燃油消耗，并且將最大充氣效率對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速顯著的拉低了，其他參數(shù)基本變化不大，這證明發(fā)動(dòng)機(jī)中速段的性能得到了有效的改善。</p><p><b>　　第五章 結(jié)論</b></p><p>　　本文在查閱了大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以4108柴油機(jī)為研究對(duì)象，通過(guò)ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ軟件建立柴油機(jī)整機(jī)性能模型，分

82、析了凸輪型線對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，通過(guò)以上的研究，得到了以下結(jié)論：</p><p>　?。ǎ保┰O(shè)計(jì)凸輪型線時(shí)適當(dāng)增加其最大升程可以全面增加發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，包括燃油消耗率，發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及充氣效率均得到優(yōu)化。</p><p>　?。ǎ玻┻m當(dāng)延后配氣正時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)的最大燃油消耗率影響較小，但卻能有效降低中速段時(shí)的燃油消耗，并且將最大充氣效率對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速顯著的拉低了，其他參數(shù)基本變化不大，

83、這證明發(fā)動(dòng)機(jī)中速段的性能得到了有效的改善。</p><p><b>　　致謝及聲明</b></p><p>　　首先，我要衷心的感謝我的指導(dǎo)老師**老師，感謝他在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì)本人的悉心教導(dǎo)，感謝他在輔導(dǎo)我撰寫(xiě)論文期間，花費(fèi)了大量的精力和時(shí)間，對(duì)我論文內(nèi)容和框架的多次審閱及修改。他的言傳身授將使我終生受益。</p><p>　　其次我要感謝熱能

84、與動(dòng)力工程的全體老師和同學(xué)們4年來(lái)對(duì)我的關(guān)心和支持。尤其感謝我的室友及同學(xué)：***，感謝他們一直以來(lái)對(duì)我的幫助和支持。</p><p>　　最后，感謝我偉大的**大學(xué)給了我如此優(yōu)秀的成長(zhǎng)平臺(tái)。</p><p>　　由于本人水平有限，所寫(xiě)論文中難免有不足及錯(cuò)誤，還望老師們批評(píng)指教。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

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