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原文传递车用气动发动机进气机构的研究

论文题名：	车用气动发动机进气机构的研究
关键词：	车用气动发动机;进气机构;理论建模;仿真分析;结构优化
摘要：	作为新能源汽车的一种，气动汽车有着完全无燃烧、无排放的特点，其能量来源——压缩空气的获取途径便利，相较于其他类型的代用燃料汽车，气动汽车的推广优势和可行性较大。然而实际情况中，能量利用率低严重制约了气动汽车的发展与应用，由气瓶流出的压缩空气在经过配气系统的各个部件时均会产生能量损耗，即压力损失，而进气机构作为气动发动机上的关键部件，其结构与工作方式将直接影响发动机的性能。结合目前国内气动汽车的研究阶段，在已取得的研究成果基础上，设计一款压力损失更低、更符合气动发动机工作特性的新型进气机构，对气动汽车的研究有着积极意义。　　本文以某汽油发动机为研究对象，结合具体结构，通过分析现有改装方法的优缺点，确定了气动发动机的改进方案。具体研究工作如下：　　首先，使用工程热力学、流体力学相关知识，结合发动机相关参数建立理想状态下的单缸数学模型，并通过仿真得到缸内主要参数的变化规律：进气持续角为75°时可使输出扭矩达到最大值；排气冲程前，缸内温度与输出扭矩随着进气压强的增加而增加，而在排气过程中，进气压强越高，缸内温度将会下探得越低，同时输出的负扭矩也越大；转速越高会使得：缸内压强越低、单缸做功量越少、输出扭矩越小。在此基础上结合耗气量和指示功率的分析，并以工作效率为主要参考指标，初步确定了发动机的最佳进气条件。　　其次，从原理上开展对活塞环窜漏和活塞环—缸套混合摩擦的研究，结合初定的最佳进气条件，求取了单缸在一个循环过程中的漏气量和摩擦损耗，再将二者导入原数学模型进行修正，得到更符合实际情况的理论模型，同时计算出修正后的最佳进气条件，将其作为下一步流体仿真的边界条件。　　再次，结合现有旋转阀进气机构和半球阀结构的优缺点，设计出一款流道结构更合理的进气机构，通过流体仿真得到三种机构的速度云图及压力云图，并通过计算压力损失大小来验证所设计进气机构的优越性。　　最后，经由压力损失分析，找到所设计进气机构结构中的不足点，对其进行优化，使压力损失进一步降低，同时对中部结构尺寸和阀门轴向偏转进行优化，随后再次通过仿真分析，验证优化的正确性。结构确定之后，通过静力学分析、模态分析，验证了所选材料能满足进气机构的工况要求，并说明其有一定的轻量化空间，经过轻量化设计，使所设计进气机构阀门的质量减轻了40.5%。
作者：	杨再煜
专业：	机械工程
导师：	徐劲力
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文