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可变进、排气系统对发动机动力性作用影响分析

作　者: 裴建权
导　师: 王永珍
学　校: 吉林大学
专　业: 热能工程
关键词: 汽油机可变进气系统可变配气正时数值模拟
分类号: TK421
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

换气过程的好坏与否直接影响着发动机动力性能。为了获得良好的动力性能，进一步提高发动机的升功率，应该使发动机每一工况下的进气和配气都达到最佳。传统发动机进气和配气过程是固定的，通常只是高、低负荷情况下的一种折中，不能满足发动机不同工况最佳换气的要求。除了增压技术之外，可变进气和可变配气技术是目前发展最为迅速的技术，也是提高自然吸气发动机充气能力最广泛的两项技术。通过合理利用这两项技术有效地解决了传统发动机进气和配气过程单一固定的矛盾，使发动机在不同工况下的动力性都达到最佳。本文使用GT-Power软件对某2.0L自然吸气汽油机模拟仿真，并对模型可靠性进行了验证。在此基础上利用该模型对可变进气系统和可变配气正时进行了研究，主要分析二者对发动机动力输出的影响。为分析可变进气系统对发动机动力性能的影响，研究了进气歧管管长、管径和谐振腔容积主要参数，并以发动机动力输出为目标，对发动机进气系统进行适当改进。分析不同进气歧管长度对发动机动力输出的影响，研究表明，在中低转速段，长进气歧管更有利于进气管内气体波动，有效利用该现象会很大程度上改善发动机的换气过程，进而提高发动机的动力输出。而在高速时，进气歧管较短时发动机充气效果更佳。为此将进气歧管改进成两级可变长度机构，并确定长短进气歧管的切换转速。改进后发动机整体的动力输出得到明显提升。通过进气歧管管径对发动机动力性能的影响分析表明，较细进气歧管有利于发动机中低转速利用进气波动进气，而粗进气歧管在发动机高速时充气效果更佳。综合发动机高、低转速工况下的动力性能，确定合适大小的进气歧管管径。最后对发动机进气谐振腔容积大小进行了研究，确定保持原谐振腔容积大小比较合适。结果表明经可变进气系统改进后，发动机动力输出得到很大程度提升。分析可变配气相位对发动机动力性能的影响。利用示功图分别研究进气正时和排气正时对发动机做功的影响规律。选择合适的可变配气方案，对发动机全负荷工况下配气正时进行研究，利用GT-Power软件优化模块对原机配气正时进行改进，使发动机在不同工况下都达到最佳的配气正时。结果表明，与原机固定配气正时相比，发动机可变配气正时后动力性能进一步得到提升。发动机采用可变进气和可变配气正时后，整机动力性能得到明显增强，特别是发动机中低转速段的动力输出大幅提高。发动机最大扭矩提高至195N·m，原机仅有180N·m,增幅8.3%。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-25
  1.1 选题背景及意义  11-13
  1.2 可变配气相位和可变进气系统发展现状  13-21
    1.2.1 可变配气相位发展现状  13-18
    1.2.2 可变进气技术发展现状  18-21
  1.3 模拟仿真科技进步  21-22
  1.4 论文研究内容  22-25
第2章数学模型及其分析  25-33
  2.1 管道流动模型  25-27
    2.1.1 基本简化  25
    2.1.2 建模方法  25-27
  2.2 发动机缸内工作模型  27-32
    2.2.1 基本微分方程  27-28
    2.2.2 气门流量模型  28-29
    2.2.3 传热模型  29-31
    2.2.4 燃烧模型  31-32
  2.3 本章小结  32-33
第3章发动机整机模型的建立  33-37
  3.1 模型建立与应用  33-35
  3.2 模型验证  35-36
  3.3 本章小结  36-37
第4章进气系统分析及改进  37-51
  4.1 关于谐振增压  37-41
    4.1.1 气体压力波作用分析  37-38
    4.1.2 进气管内的动力效应  38-41
  4.2 发动机进气歧管长度作用分析  41-46
    4.2.1 进气歧管长度影响  41-45
    4.2.2 长短进气歧管切换及其临界转速  45-46
  4.3 进气歧管管径影响  46-48
  4.4 进气谐振腔改进  48-49
  4.5 发动机动力性能分析  49-50
  4.6 本章小结  50-51
第5章配气相位的作用与影响分析  51-65
  5.1 可变配气相位选择分析  51-53
  5.2 进、排气门配气正时影响分析  53-56
    5.2.1 排气正时影响  53-54
    5.2.2 进气正时影响  54-56
  5.3 可变配气正时计算分析  56-61
    5.3.1 全负荷工况计算  58-60
    5.3.2 典型进、排气正时对比分析  60-61
  5.4 动力性对比  61-63
  5.5 本章小结  63-65
第6章全文总结及工作展望  65-67
  6.1 全文总结  65-66
  6.2 工作展望  66-67
参考文献  67-71
致谢  71

可变进、排气系统对发动机动力性作用影响分析

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