配气相位对柴油机性能的影响及配气凸轮型线设计

工作性能起着决定性作用。配气凸轮型线的优劣直接关系到发动机的动力性、经济性、排放性、可靠性以及振动噪声水平。因此，如何设计出合理的凸轮型线是整个配气机构设计中最为重要的问题[1-3]。

1 配气机构模型的建立及参数设置

利用仿真软件对配气机构进行模拟分析是研究配气机构的重要手段。在GT-POWER软件中建立4115柴油机配气机构的模型，主要包括进排气系统、涡轮增压系统、喷油组件、气缸、曲轴箱等。配气机构计算模型设置的参数主要包括结构参数，边界条件、初始条件等。结构参数由设计得到，边界条件和初始条件由发动机的特性获得。设置转速为1000、1500、2000、2500、3000时的运算结果，仿真计算得出模型的扭矩、功率与实际值的偏差在工程允许范围之内。所以可以基于建好的模型进行研究[4-6]。

2 配气相位的研究及优化

内燃机的换气过程是为了排出已燃废气和吸入新鲜充量的过程，而换气过程的好坏很大程度上取决于气门正时时刻，本文从平移配气相位和改变气门正时和持续期两方面来进行优化。通过改变凸轮的转角实现配气相位平移，改变气门正时和持续期的方法是：改变凸轮转角和升程曲线。运行软件得出发动机的功率、扭矩、充气效率和燃油消耗率，对比分析确定出最优配气相位[7-8]。

经过比较两种优化方法，可以得到各转速下的最优配气相位，如表1所示。

3 配气凸轮型线设计

利用优化好的配气相位进行凸轮型线的设计，圆弧凸轮含有缓冲段与工作段，由于进排气凸轮工作角度不同，所以两个凸轮的缓冲段相同但工作段不同，需要分别设计。采用等加速—等速型方法设计缓冲段。跟据计算结果得出进气凸轮工作段升程、速度、加速度随凸轮转角的变化曲线[9]，如图图1、图2、图3所示。

4 结论

（1）为了提高发动机的动力和性能指标，采用可变配气相位，保证在每个工况下都可以以最佳状态运转，输出最大的功率和扭矩。从而达到了优化配气相位的目的。

（2）在最优配气相位中，进气提前角和排气迟闭角随着转速的增大而增大。进气提前角增大是因为减少进气阻力，使燃油空气混合物的进气量增大，提高的充气效率，使燃烧更完全，获得更多的功率和扭矩；排气迟闭角增大是因为可以充分利用下止点时气流的惯性，排除更多废气，进气阻力减少就可以增大进气量，使得下一循环的充气效率提高，提高发动机输出的功率和扭矩。

（3）每个转速下选出的最优配气相位与原柴油机的配气相位相比，功率、扭矩、充气效率都有所提高，燃油消耗率也有所下降，达到优化配气相位的目的。

参考文献

[1]潘玉蕊.汽车发动机配气机构的设计与研究[D].重庆：重庆大学，2008.

[2]李洁.增压柴油机进气系统匹配与研究[D].昆明：昆明理工大学，2014.

[3]曲伟东.重型LNG发动机配气相位及凸轮型线优化[D].武汉：武汉理工大学，2010.

[4]王伟，王淑晶，张耀贤.GT—POWER在配气相位优化设计上的应用[J].农业技术与装备，2012（9）：34-36.

[5]班宾.汽油机可变配气正时控制策略究—基于GT-POWER软件仿真[D].西安：长安大学，2012.

[6]刘宇.基于GT-POWER的汽油机仿真及优化设计[D].长春：吉林大学，2006.

[7]秦辉.N330柴油机配气凸轮型线改进及优化设计[D].武汉：武汉理工大学，2011.

[8]安娜，斯海林，绍毅明.某增压汽油机配气相位优化设计[J].重庆科技学院学报，2013，15（5）：107-110.

[9]袁兆成.内燃机设计[M].北京：机械工业出版社，2012.

推荐访问:相位 凸轮 柴油机 性能 影响