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1、*大学JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本 科 毕 业 论 文（设 计）题目： 基于GT-POWERD的单缸发动机的配气相位的优化与研究 学 院： 工 学 院 姓 名： * 学 号： * 专 业： 交 通 运 输 年 级： 指导教师： * 职 称： * 二0一三 年 五 月摘 要本论文主要在GT-POWER仿真软件平台下，建立了发动机配气相位优化仿真分析模型。通过对发动机的转速、空燃比、进气门提前角和排气门提前角的变化来对某一款单缸发动机的动力性及经济性的简单研究。计算出不同工况下最优的配气正时角，简要分析优化配气相位对发动机动力性和经济性影响的机理。使用配气相位优
2、化后,在发动机转速1000r/min-6000r/min范围内发动机功率提高了，同时经济性得到了改善。关键词：可变气门正时技术;配气相位;优化;GT-POWER;iAbstractThis thesis mainly in GT - POWER simulation software platform, engine valve phase optimization simulation model is established. Through to the engine rotation speed, air fuel ratio, inlet Angle and exhaust door
3、 ahead of advance Angle change to single cylinder engine performance and fuel economy for a particular model of simple research. Under different working conditions, calculated the optimal distribution of the timing Angle, the brief analysis of optimization with gas phase mechanism of the influence o
4、n engine performance and fuel economy. Use with gas phase after optimization in engine speed 1000 r/min, 6000 r/min range engine power raised, efficiency is improved at the same time.Keywords: variable valve timing technology; with gas phase optimization; GT - POWER;ii目 录1.绪论11.1可变配气相位技术的分类21.1.1凸轮轴
5、驱动的可变配气相位机构21.1.2无凸轮轴驱动的可变气门机构21.2国内外对当缸发动机的研究现状及发展31.2.1目前的现状31.2.2 可变气门正时的应用42.仿真模型的建立52.1仿真模型的建立52.2相关变量参数的设定63.配气相位的仿真优化分析73.1 转速为1000r/min的进气门提前角分析73.2 转速为2000r/min的进气门提前角优化分析83.3 转速为3000r/min的进气门提前角优化分析93.4 转速为4000r/min的进气门提前角优化分析103.5 转速为5000r/min的进气门提前角优化分析113.6 转速为6000r/min的进气门提前角优化分析123.7
6、转速为1000r/min的排气门提前角优化分析133.8 转速为2000r/min的排气门提前角优化分析143.9 转速为3000r/min的排气门提前角优化分析153.10 转速为4000r/min的排气门提前角优化分析163.11 转速为5000r/min的排气门提前角优化分析173.12 转速为6000r/min的排气门提前角优化分析184.总结与展望194.1总结194.2本文的局限于不足及未来展望20参考文献21致谢22基于GT-POWER的单缸汽油机的配气相位的优化研究1.绪论内燃机的换气过程是内燃机工作循环周而复始不断进行的保证，内燃机性能很大程度上是依赖换气过程。为了提高发动机
7、的动力性和经济性，需要研究减少进、排气流动损失和提高充量系数的措施和方法，以及如何为燃烧提供一个合适的缸内气体成分，并保证多缸机各缸均匀性。因此，发动机换气效率的研究是内燃机行业一个非常重要的课题。随着科学技术的发展，人们对发动机进、排气系统方面的研究也在不断深入，并涌现出了许多的新技术。其中可变配气相位技术（VVT）是改善发动机性能的一种有效途径，现在已经成为发动机行业新的发展方向之一。 可变配气相位技术是指发动机进排气门开闭的时刻和升程相对于曲轴转角能够做一定范围内改变的技术。配气相位就是进、排气门的实际开闭时刻，通常用对应的上下止点曲轴转角来表示。配气相位对于换气品质、泵气损失、充气系数
8、、扭矩外特性、怠速稳定性及有害气体排放的控制等方面都有很大影响。其中进气相位，尤其是进气门关闭角对发动机性能影响最大。比较理想的配气机构应当满足以下要求：（1）低速时，采用较小的气门叠开角和较小的气门升程，防止缸内新鲜的空汽混合物向进气系统倒流，进而增加扭矩，提高燃油经济性；（2）高速时，应具有最大的气门升程和进气门迟闭角，最大限度地减小流动阻力，充分利用过后充气，提高充气系数，以满足动力性要求；（3）能够对进气门从开启到关闭的持续期进行调整，以实现最佳的进气正时。传统的配气机构只能提供单一的配气正时，而发动机各转速下的最佳配气正时是随发动机转速、负荷变化而有所不同的，发动机的充气效率和进排气
9、门相对于曲轴转角的开闭时间密切相关，在不同的工况下，发动机进排气门开闭时刻和升程对发动机的充气效率的影响是不同，如果气门正时是固定不变的，那么发动机只有在某个工况下进气效率才能达到最优，在其他工况下进气效率则会不够理想。只有采用可变配气正时技术才有可能在任何进气工况下发动机的进气效率都达到最优。采用VVT技术，可在很大程度上弥补传统配气正时机构的不足，能为发动机各个工况点提供最佳的配气正时，从而改善发动机的性能。因此研究分析配气正时对发动机性能的影响，无论是在理论上还是在实践中都是很有必要。对于进气门，采用可变进气技术之后就能改善发动机的燃油经济性、碳氢化合物和氮氧化物、中低转速发动机的扭矩输
10、出、怠速稳定性和全负荷特性；对排气门而言，采用可变配气技术之后就可以改善发动机的燃油经济性、怠速状态下的碳氢化合物排放和冷启动时催化器的快速加热。采用可变配气相位技术之后，发动机的动力性、经济性以及排放行都可以获得明显的改善在VVT技术中应用较为成熟的是叶片式凸轮轴相位器技术，此结构可以改变凸轮轴相对于曲轴的转角。而在设计VVT机构之前，必须要先明确不同工况下对配气正时的需求。本文利用 GT-POWER软件建立了单缸汽油机模型，并得到不同工况下最优的配气相位值。1.1可变配气相位技术的分类1.1.1凸轮轴驱动的可变配气相位机构凸轮调相机构：该类机构利用的是凸轮轴调相原理凸轮型线是固定的，而凸轮
11、轴相对曲轴的转角时可变的，通过调整凸轮轴和曲轴之间的相位关系，就可以对进排气门的工作相位进行调整。这类机构虽然不能改变气门升程和持续期，但他的机构原理简单，可以保持原来发动机气门系不变，只用一套额外的机构来改变凸轮轴相位，对原来的机构改动较小，方便采用，应用比较广泛。变换凸轮型线机构：这种机构可以提供两种以上凸轮型线，可以在在不同的的转速和负荷下，采用不同的凸轮型线驱动气门。改变凸轮与气门之间联接的机构：这种机构主要是通过改变凸轮和气门之间的联接机构。1.1.2无凸轮轴驱动的可变气门机构电磁铁驱动的可变气门机构：这种系统由电磁线圈直接驱动气门，通过改变线圈的通电和断电时刻来控制气门的开始和开启
12、持续期。气门的动作调节灵活、响应迅速、调节能力强，许多专利都述及电子控制系统。电机直接驱动可变气门机构：在电机直接控制凸轮的可变气门驱动机构中，每个气门都由一套永磁无刷直流电机通过凸轮驱动，并通过增加或者减少电机的角速度、改变电机的旋转方向来改变气门的开启以及关闭相位和升程。电控液压驱动可变气门机构：这个机构是将气门与一个液压活塞相连，通过电磁阀控制液压缸内高低压液体的流入和流出来控制气门的运动。在未来的发动机开发过程中，无凸轮轴可变气门正时技术将会成为应用的主流，该技术突破有凸轮轴可变气门正时技术的局限性，能快速的跟踪输出转矩的变化。在充分考虑到计算机硬件和机械结构的前提下，需要精心设计控制
13、模型。他将集成在CPU中，高效率、可靠的发挥提高发动机输出功率和扭矩、降低排放和燃油效率的双城作用。1.2国内外对当缸发动机的研究现状及发展1.2.1目前的现状近年来，提高汽车发动机动力性、经济性和降低排污已经是许多国家和发动机厂商、科研机构投入了大量的人力、物力，并进行新技术的研究与开发。目前，这些新技术和新方法，有的已在内燃机上得到了应用，有的正处于发展和完善中，有的可能会成为未来内燃机技术发展的主要方向。 发动机可变气门正时技术(VVT, Variable Valve Timing)是近些年来已经被逐渐应用于现代轿车上的一种新技术中，发动机采用可变气门正时技术可以提高进气充量，进而提高发
14、动机的扭矩和功率。合理的选择配气正时，最好的充气效率，是改善发动机性能极为重要的技术问题。通过内燃机的工作原理可以得出：在进、排气门开闭的四个时期中，进气门迟闭角的改变对充气效率影响最大。进气门迟闭角改变对充气效率和发动机功率的影响关系可以通过图1进一步给以说明。图1所示为BJ212汽油机改变进气凸轮在不同进气门迟闭角时，充气效率随转速变化的曲线。每条充气效率曲线体现了在一定的配气正时下，充气效率随转速变化的关系。如迟闭角为40时，充气效率是在约1800r/min的转速下达到最高值，说明在这个转速下工作能最好地利用气流的惯性充气。当转速高于此转速时，气流惯性增加，就使一部分本来可以利用气流惯性
15、进入汽缸的气体被关在汽缸之外，加之转速上升，流动阻力增加，所以使充气效率下降。当转速低于此转速时，气流惯性减小，压缩行程初始时就可能使一部分新鲜气体被推回进气管，充气效率也下降。图1中在不同充气效率曲线之间，表现了在不同的配气正时下，充气效率随转速变化的关系。不同的进气迟闭角与充气效率曲线最大值相当的转速不同，一般迟闭角增大，与充气效率曲线最大值相当的转速也增加。迟闭角为40与迟闭角为60的充气效率曲线相比，曲线最大值相当的转速分别为1800r/min和2200r/min 。由于转速增加，气流速度加大，大的迟闭角可充分利用高速的气流惯性来增加充气。 上述结论可用来调整内燃机转矩特性。如加大进气迟闭角，高转速时充气效率增加，有利于提高最大功率，但对中低速性能不利；减小进气迟闭角，虽然可提高在低速范围内的动力性，但会使高速时的动力性变坏。一般高速内燃机进气迟闭角较大，以保证高速时的充气效率值增
