详情

原文传递凸轮驱动式液压可变气门升程机构运动特性分析及应用

论文题名：	凸轮驱动式液压可变气门升程机构运动特性分析及应用
关键词：	ZR180发动机;液压双可变气门升程机构;运动特性
摘要：	当前，在全球能源危机和环境污染日益严重的情况下，如何降低发动机的能耗和排放已成为汽车行业必须攻克的技术难题。许多高校学者和汽车生产商逐渐对一些先进技术进行了研究，提出了多种技术解决方案，如燃油直喷技术，发动机小型化和可变气门技术等。可变气门升程技术由于能够很好的降低部分负荷下的泵气损失，提高发动机热效率，降低废气排放等，目前已被视为一种极具应用前景的发动机节能减排技术措施。本课题组基于常柴ZR180发动机设计开发了凸轮驱动式液压双可变气门升程机构，实现了气门最大升程和关闭时刻的连续可变，并将此机构安装在发动机上，进行了实验研究和性能测试，本文具体研究内容和结论如下：　　1.针对常柴ZR180发动机（称为原型机）对可变气门升程机构系统进行了方案设计和开发。确立凸轮驱动式液压双可变气门升程机构的实现方式和布置方案，以及对凸轮驱动式液压可变气门机构的关键部件进行设计，并加工出了实物。　　2.搭建了气门运动特性倒拖平台，探究了节流阀开度、落座缓冲装置关键参数、凸轮轴转速和供油压力等参数对气门运动特性的影响。结果发现：（1）通过节流阀开度调控可有效实现气门升程和气门关闭时刻的连续可变，节流阀开度增加，气门升程减小，气门关闭时刻提前。（2）落座缓冲机构可以有效降低气门落座速度，当落座缓冲机构的节流直径为0.8mm，缓冲高度保持在3mm时，气门落座速度达到了0.5m/s以下。（3）节流阀开度为0°时，不同倒拖转速下的气门最大升程相差甚微。增大节流阀开度，相同节流阀开度下不同倒拖转速的气门最大升程差异明显增大，转速越高，气门升程越大。当转速一定时，气门最大升程与节流阀开度近似线性关系。（4）供油压力主要影响机构内高压系统的初始压力，供油压力增大，高压系统的初始压力随之增大，从而压力能够尽早达到气门开启所需压力，气门开启时刻提前。供油压力越大，系统的液压波动也就越大，在气门落座后期，导致气门出现不能完全落座和气门关闭又反跳开启现象。（5）液压油温度升高，粘度降低。节流阀全关时，无液压油泄流，不同温度下气门最大升程相差甚微。节流阀开度增加，相同节流阀开度下，温度越高液压油的泄流量越多，不同温度之间的气门升程差异增大。　　3.发动机在1000r/min固定转速下，将节气门开度开至100%，研究了进、排气门联合调整对发动机主要性能指标的影响，并着重选取了进、排气VVL耦合和进气VVL以及排气VVL三种升程控制策略进行了对比分析。实验结果表明：（1）与原机节气门控制方式相比，不同的气门升程控制策略在各工况点下的有效燃油消耗率得到明显改善，其中进、排气VVL耦合控制策略下的有效燃油消耗率的降低更加明显，燃油经济性更好，节能效果更加显著，其次是进气VVL控制策略。（2）进气VVL和进、排气VVL耦合控制策略对泵气损失都表现出一定程度的改善潜力，其中进气VVL控制策略改善潜力最为明显。进气VVL控制策略在小负荷泵气损失的降低相对更加突出，例如当NMEP为3bar和6.2bar时，泵气损失相较于原机分别下降了约28.6%和19.2%。（3）三种气门升程控制策略可以显著提高最大缸内压力，进、排气VVL耦合控制策略下的最大缸内压力高于进气VVL控制策略下的，高于排气VVL控制策略下的最大缸内压力。三种气门升程控制策略可以明显降低最大缸内温度，缸内残留废气量越多，温度降低越显著，其中排气VVL控制策略下的最大缸内温度下降最为明显。当NMEP小于4.5bar时，进气VVL控制策略下的排气温度最低，随着NMEP的增加，进、排气VVL耦合控制策略对排气的降温效果更明显。（4）与原机节气门控制策略相比，三种升程控制策略通过降低泵气损失和传热损失等，使指示热效率有了一定程度的提高。其中，进、排气VVL耦合控制策略提升幅度最大。（5）实验结果表明，与原机节气门控制策略相比，在小负荷下进、排气VVL耦合控制策略使燃烧更加充分，明显降低排放物中HC含量，随着负荷的增加，三种气门升程控制策略下HC排放没有明显差距。而三种气门升程控制策略对NOx排放有较大幅度改善，其中排气VVL控制策略下表现出更多的能力，进、排气VVL耦合控制策略次之。
作者：	蒋贤阵
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	解方喜
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022