柴油机配气机构优化设计概要

作者简介：朱坚(1979,男,硕士研究生，主要研究方向为内燃机工作过程。收稿日期:2005-05-22柴油机配气机构优化设计朱 坚1,卢松卓2,马长慧2,张福根1,冯冠东1(11广西大学，广西南宁 530004;21大庆油田有限责任公司第四采油厂，黑龙江 大庆 163511摘要:通过建立一台六缸涡轮增压柴油机的 AVL 2B00 ST数值计算模型，比较 了三种新凸轮型线和配气定时，经过优化分析，选取了在动力性、经济性、可靠性方 面综合占有优势的，确定为优选方案，以此进行配气机构优化设计。关键词:柴油机;配气机构；凸轮；AVL 2B00 ST中图分类号:T K 42文献标识码:A文章编号:1672-545X (200503-001803.、八、-刖言当今发动机工作过程模拟程序是一种被广泛接受的工具，它不仅可以在设 计阶段预测发动机的稳态性能，而且还可分析成型发动机的热力学过程。尤其是后 者,如果应用得当，可通过模拟获取到以往用复杂而且昂贵的技术手段才能测量到的 数据。配气机构是内燃机的重要组成部分，它直接关系到内燃机运转的可靠性、 振动和噪声，并影响内燃机的动力性和经济性等基本性能。在配气机构中凸轮型线 和配气定时是其主要的参数。本文利用 AVL 2BOO ST进行配气机构优化设计的模 拟计算。AVL 2BOO ST是为建立整台发动机模型而开发的一套一维发动机工作过程计算模拟程序，可模拟包括燃烧在内的所有的循环。是一个功能强大、界面 友好的发动机稳态和瞬态性能分析软件。1模型的建立图1为一个六缸增压直喷柴油机的BOO ST计算模型，其结构参数以原机 实际值输入，包括各管的直径、长度，燃烧室的结构参数及配气机构参数等；其初始化 设置的参数均为原机的试验数据，包括空燃比、增压比、进排气初始温度、单循环 喷油量等（模型中的M P为测量点，主要测量各管的压力、温度、流量、流速等。BOO ST中缸内压力的计算是基于能量守恒第一定律，在BOO ST中燃烧放热率可以通过 T ab le、V ibe Functi on、V ibe Tw o Zone、Doub le V ibe Func2ti on等方程计算，在此模型中燃烧放热率计算选择单维伯函数 （V ibe Functi on图1六缸增压直喷柴油机BOO ST模型图2中（a、（b为模型在转速分别为2200rm in （标定点、1300r m in （扭矩点时外特性工况下示功图，将其计算值和原机实测值进行比较，可以清楚看出计算值和试验值已相 当接近，我们还检验了低速时的示功图，以及燃油消耗率，进气流量，有效扭矩,涡前、 涡后排温等都与实测值相当吻合，因此此计算模型能很好地模拟此发动机的性能。8m4-2HinCVbb AssdrniJ J vuibbI EItkjuk Eblidiiiii; llwM. Al rawrTl.220Qrps12k果 计算结果12k图2实测值和计算值的示功图比较2凸轮型线参数优化计算凸轮型线和配气正时是配气机构与发动机匹配的重要因素，图3为为转速900r m in、1300r m in和2200r m in外特性工况，由BOO ST计算出来的进、排气流量曲线，从图中可以看出进气后期活塞上行时进气迟闭产生了较大的回流（其质量流量为负值，尤其在高速（2200r m in时更为严重，这将影响发动机的充气效率，基于这一点，我们设计了 3种方案的凸轮型线和配气相位。_JIjLj、 rx、 f、X tTX.J图3原机进排气流量曲线表1为新设计的3种凸轮方案，其中方案1和方案2凸轮型线相同，只是改 变了配气相位，方案3配气相位与方案2一样,减少了凸轮升程，重新设计了凸轮型 线。方案1比原机早关12deg方案2、3比原机早开4deg早关16deg。图4为3 种方案的凸轮型线升程曲线。3oo图4新方案凸轮型线升程曲线图 57 分别为 2200r m in、1300r m in 和 900rm in外特性工况下第一缸进排气流量曲线，从图中可以看出新改进的方案较原机在进气后期的回流现象有了较为明显地减弱。同 样方案2、方案3进气后期的回流现象也较方案1略小,这主要是进气关闭提早的作 用,同时由于进气门早开，进气量也由所增加，这样提高了充气效率，也对发动机性能和 经济性的提高起了一定的作用。在 2200r m in时方案3的回流也比方案2稍小，在 低速时基本相近。表1凸轮方案配气相位开启提前关闭推迟升程deg degmm进气凸轮原机61071981排气凸轮4991492图5新方案进排气流量图（2200r m in图6新方案进排气流量图（1300r m in图811分别为新方案的进气流量、燃油消耗率、涡前排温以及缸内最高 压力的比较图。由图8看91IM94-2010ChwJourtMl Electruttk占 House. Atl rights reservhttp* JAjVWTbif-dikj, Hi cfin出方案3进气流量在中、低速时比方案1、2略高;在高速时三种方案基本接近 这主要由于方案3凸轮升程减小，但加大了型线的丰满系数，使其在中、低速时进气 量增加；从图9看出，由于进气量增加，燃烧性能变好，方案3燃油消耗在中低速时比其 他方案低。图11说明三种方案的最高爆发压力基本一致，发动机的可靠性有了保证。方案2、3排温也比方案1低。这样，方案3在保证动力性的同时，降低了燃油消 耗率，在经济性、动力性方面略占优势。图7新方案进排气流量图（900r m injrabAAXuntrec5 ycwjamc lonuMf EJSMIk buppRuV |fw yjl 呷n soq IMTSOIOAa新方案进气流量比较图图9新方案燃油消耗率比较图ffM J - orwerrs j4Zd-7；;!jlWIW * VIIx*孔呷J林十如0“pm 审种世萨 ioVH|If V| HWa q*u*】血抑图10新方案涡前排温比较图图11新方案最高压力比较图1 n|UbniLi |# amofi SuqsKfxj juru口FUJTW nnupu” ni|ji01Ki新方案进气凸轮挺柱速度曲线图13新方案进气凸轮挺柱加速度曲线从可靠性方面考虑，凸轮从动件挺柱速度和加速度不应超过一定的限值，否则对整个气门机构会产生较大的冲击，致使气门机构磨损加快，而且加速度或速度太 大也会带来严重的噪声。由图1213看出方案3的最大速度和最大加速度都较低， 万案1、2速度和加速度一致，比较大。(下转第23页02变卡尺的其它任何部分；(2增加量爪长度可以扩大圆弧半径的测量范围，但同时也会引起测量误差 的增大。所以，改制时增大量爪的长度不可取；(3测量时一定要使被测圆弧与主尺基面、外量爪测量面保持良好接触，否则将会得出错误的测量结果；(4圆弧卡尺使用方便，可以直接读出被测圆弧的半径尺寸，它使生产车间现 场圆弧半径的测量，由定性的检验方法转变为定量测量方法。提高了测量精度和测 量效率，避免了工、检扯皮现象；(5圆弧卡尺可以用普通游标卡尺、普通带表卡尺、普通数显卡尺进行改制；(6圆弧卡尺的惟一不足之处，只能测量外圆弧的半径，不能测量内圆弧的半 径；(7圆弧卡尺除了可以测量外圆弧半径外，还具有普通卡尺的测量功能。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 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页综合不同转速工况考虑，方案3在保持了动力性的同时，提高了燃油经济性，在可靠性方面也占有优势，因此我们选用方案3为优选方案。3结论通过建立BOO ST数值计算模型，比较了三种新凸轮型线和配气定时的进排气流量、燃油消耗率、涡前排温、缸内最高压力，以及凸轮的从动件挺柱的速度、加速度曲线，选取了动力性、经济性、可靠性方面综合占有优势的方案3为优参考文献：1 AVL BOO ST U ser s Guide,AVL L IST Gm bH,20021512 杨连生1内燃机设计M1北京冲国农业机械出版社,19811Opti m iz i ng D esig n of Valve Tra i n of D iesel Eng 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 ings,an op2 ti m ized schem e is ob tained w ith advan tages in pow er,econom y and reliab ility,w h ich is take as the criteri2 on s fo r the op ti m izati on of the valve train.Key words:D iesel engin e;valve trai n;cam;AVL2BOO ST