基于热力学和动力学联合仿真的凸轮型线优化

为提升汽油发动机系统性能、降低爆震风险,建立了基于GT-Power的整机热力学和阀系动力学联合仿真模型,并结合Isight多目标遗传优化算法,对发动机凸轮型线的13个设计变量进行了优化设计,该设计同时满足8个阀系的动力学约束函数,具有5个优化目标.经优化后得到了帕累托(Pareto)解集,与现有凸轮型线设计相比,优化后的各目标性能均有不同程度的改善.另外,通过信噪比计算对帕累托解集的稳健性进行了评估,结果表明优化解的稳健性优于非优化解.该优化设计方案已应用到项目前期预研中,其优化及评估方法对发动机产品设计具有一定的指导作用.     

不同压缩比米勒循环和低压废气再循环对增压直喷汽油机性能影响

通过对一台增压汽油直喷(gasoline direct injection,GDI)发动机活塞和凸轮型线的重新设计实现了高压缩比米勒循环,并在此基础上引入了废气再循环(EGR),研究了不同压缩比米勒循环和EGR综合作用对发动机的性能影响。结果表明:增大压缩比和采用米勒循环技术对爆震影响存在取舍(trade-off)关系,低速全负荷下高压缩比米勒循环相比原机油耗略有上升;而低压冷EGR技术由于缸内稀释冷却作用可以优化燃烧相位,对外特性工况有效燃油消耗率有明显的改善作用;在部分负荷工况下,压缩比的增加和米勒燃烧循环可使油耗较原机下降6.3%,在整合低压冷EGR技术后,油耗进一步下降3.1%。可以得出结论,合理地增加压缩比,采用米勒循环技术并匹配低压冷EGR技术,可以大幅改善发动机的燃油经济性。     

以功率为目标的汽油机凸轮型线优化研究

建立了基于GT-POWER的车用高速汽油机性能仿真模型,并结合单纯形优化算法,建立了七次多项式动力凸轮的优化设计模型.对进排气凸轮型线控制参数、正时、包角、升程等18个设计变量进行了以功率最大化为目标的综合优化设计.建立了双顶置凸轮轴配气机构多体动力学模型,对优化的进排气凸轮进行配气机构动力学性能评估.计算与试验均表明:通过凸轮型线、配气相位及升程的优化设计,原机功率可以提高4.5%左右.计算表明:进气门凸轮接触应力波动小于原机,排气门的动力学性能与原机相当,台架试验也证明了优化后的配气机构动力学性能是可靠的,并已应用于改进机型批量生产.     

两种米勒循环对机车柴油机性能的计算分析与研究

利用GT-Power软件建立某机车柴油机仿真计算模型,通过试验验证了仿真模型的准确性。对采用两种米勒循环时该柴油机在1 000r/min不同负荷条件下的功率、油耗和排放影响建立了仿真方案,在全负荷条件下进行了两种米勒循环对比。结果表明,两种方式米勒循环都能显著降低NO_x排放;综合分析柴油机各性能结果,选取变凸轮型线米勒循环、米勒度为30°曲轴转角为提高该机车柴油机性能的优化方案。该方法对机车柴油机应用米勒循环具有一定指导意义。     

基于米勒循环的配气凸轮型线设计

分析了在高速发动机中应用高次多项式优化设计配气凸轮型线的必要性.阐述了米勒循环的基本思想,通过延迟进气门关闭时刻有效地降低压缩比,进而降低NOx排放这一方法来重新优化设计凸轮型线.采用五次多项式给出了工作段型线设计的一般方法,得到了改进后的凸轮型线方程,并利用AutoCAD拟合绘制了凸轮型线.     

米勒循环配气机构动力学分析及对比

通过改变汽油机配气机构的凸轮型线,控制进气门早关(early intake valve closing,EIVC)和进气门晚关(late intake valve closing,LIVC),建立米勒循环配气机构的动力学模型,对6种进气门控制策略(3种EIVC和3种LIVC)进行动力学仿真,分析和对比原机配气机构与米勒...     

8240ZJ型柴油机配气机构的动力学优化

利用自行开发的基于单自由度气门—弹簧模型的动力学优化程序 ,对 82 4 0ZJ型柴油机配气凸轮型线及机构进行了研究 ,探讨了不同配气凸轮型线、柴油机转速、气门间隙、配气机构刚度和气门弹簧刚度对该机配气机构的影响     

某柴油机配气机构的多体系统动力学分析

基于多体系统动力学理论,实现对某柴油机配气机构虚拟样机的仿真分析,得到了各运动件的动力学特性.根据仿真结果对凸轮型线进行评价,为凸轮型线的设计和改进提供了理论参考.同时也证实基于虚拟样机技术的柴油机配气机构的仿真分析的可行性.     

基于配气机构动力学分析的米勒循环凸轮型线设计

为了解决在不降低动力性的前提下,减少发动机NO_x排放量的问题,配气机构的优良与否显得尤为重要。本研究以某16V发动机配气机构进气部分为研究对象,运用米勒循环原理设计了三组进气相位,在原机配气机构的基础上,应用GT-POWER软件建立配气机构运动学和动力学模型,对三组凸轮型线进行设计及模拟计算,从气门运动规律、动力学特性等方面对该配气机构进行了评价。     

某增压发动机凸轮型线优化分析

我们以某汽油发动机凸轮轴型线设计为例,针对原进、排气侧凸轮型线进行优化设计,改善凸轮型缓冲段,提高配气机构性能。采用GT和AVL EXCITE计算软件,建立配气机构计算模型,进行动力学和运动学计算,对比两者型线对发动机落座特性的影响。通过运动学和动力学计算结果表明:优化后的凸轮型线基本满足设计要求;改善了气门落座速度、加速度、跃度等落座特性;降低了凸轮扭矩,改善了摩擦损失。此外,新优化凸轮型线,气门落座力和凸轮接触应力明显减小,且不存在飞脱和反跳现象,具有良好的落座特性,大大提高气门落座稳定性。     

内燃机配气机构的动力学虚拟仿真研究

采用虚拟样机技术对配气机构进行动力学仿真研究,并用Visual Basic语言编程,计算2种凸轮型线的特征参数及凸轮轮廓面.分析了在不同凸轮转速下2种凸轮型线的气门运动情况,利用信噪比讨论配气机构的动态特性.仿真计算结果表明:基于虚拟样机技术建立的仿真模型对配气机构的运动规律有良好的预测效果;通过比较发现,FB-Ⅱ型凸轮在低速时动态性能较好,而高次方凸轮型线在较高速度时动态性能较好.     

基于凸轮型线优化的单缸汽油机噪声控制

针对某单缸汽油发动机怠速工况异响噪声问题开展了噪声源识别及其控制等相关研究。通过综合应用声品质主观评价、噪声频谱分析及三维声强分析等方法,识别出该异响噪声源为怠速工况配气机构动力学性能异常引起的高频气门落座噪声。为提升配气机构动力学性能,采用6段5阶多项式表征气门升程曲线,并根据运动学关系获得凸轮型线数学表达式,继而采用直接搜索法对凸轮型线进行基于多体动力学模型的优化设计。仿真结果显示,凸轮型线优化后可将影响气门落座噪声的进、排气门弹簧振荡幅值分别削减88%和91%。根据优化方案制作凸轮轴样件,并进行发动机声学试验,发现怠速工况异响噪声消除,整机噪声降低约4.0dB(A)。研究结果表明:通过优化凸轮型线提升配气机构动力学性能可有效提升该单缸汽油发动机声品质。     

基于GT-suite的0483天然气发动机凸轮型线设计及配气性能模拟开发

基于高次方多项式凸轮型线设计原理及方法,采用VT-design模块对0483天然气发动机凸轮型线进行全新设计。在此凸轮型线的基础上,对整个配气机构运动学、动力学进行模拟;采用GT-power模块对整机性能进行一维模拟,得出缸压及充气效率等参数。试验验证表明:模拟结果和试验结果偏差较小;模拟的可靠度较高,且具有成本低、开发周期短、效果好等特点。     

高速柴油机顶置式配气凸轮机构的动力学计算

介绍了高速柴油机顶置式配气凸轮机构的动力学模型,用ＭＡＴＬＡＢ语言变摇臂比顶置凸轮轴配气机构的动力计算通用程序,利用通用程序对ＣＴ４８４Ｑ高速柴油机配气机构进行了动力学计算,计算结果表明,当柴油机转速增高到２８００ｒ／ｍｉｎ时,凸轮与摇臂发生脱离现象,速度曲线波动较大,建议通过改进凸轮型线设计或提高配气系统和气门弹簧刚度来改善配气系统的动力性。     

改进195型柴油机进气凸轮的研究

本文通过对195型柴油机进气系统气体流动的模拟计算和进气压力波的试验测量,讨论了进气凸轮存在的问题.根据气门动力性和充气性对凸轮型线的要求,对进气凸轮进行了改进设计.试验表明:改进的进气凸轮和合理的配气正时可进一步改善柴油机的性能.     

增程式电动车用Atkinson循环发动机的仿真开发

建立1.5L四缸汽油原型机的一维模型,通过与试验数据的对比验证模型的准确性。设计进气持续期不同的几条进气凸轮型线,增大进气迟闭角,并改变活塞形状以提高模型的几何压缩比,使得模型满足Atkinson循环。利用试验设计(DOE)技术对燃烧参数及配气参数进行优化,得到使用不同凸轮型线模型全负荷工况下的最优比油耗,发现所有模型的比油耗比原机均有所下降,其中使用持续期为280°曲轴转角的进气凸轮型线模型的经济性能最好,并且其动力指标也达到了设计要求。最终选择持续期为280°曲轴转角的进气凸轮型线。最后,比较了部分负荷下发动机的油耗性能,分析转速与负荷对Atkinson循环节油效果的影响。研究结果表明:Atkinson循环在全工况下都能够显著提高发动机的燃油经济性,特别是在中低转速低负荷工况下节油效果最明显。     

米勒循环和废气再循环对涡轮增压汽油机燃烧性能的影响和优化

为了研究米勒循环和废气再循环对高负荷和最佳油耗点燃烧性能的影响,通过修改进气凸轮型线,将一台1.5L采用废气再循环的涡轮增压直喷汽油机由奥托循环改为米勒循环运行。试验结果显示,在对米勒循环和奥托循环两种不同运行方式进行的对比试验中,在低负荷下,米勒循环的泵气损失比奥托循环小。随着负荷的增加,米勒循环的影响开始减小,与奥托循环泵气损失的差异逐渐变小,阻碍米勒循环热效率的改进。此外,米勒循环还降低了压缩终了温度,从而增加了燃烧持续期和排气温度,使其难以提高最佳油耗点的燃油经济性。就废气再循环对米勒循环和奥托循环的影响也进行了对比试验。随着废气再循环率的增加,两种循环的热效率均呈现先升后降的趋势。但采用米勒循环减少了进气时间和气门升程,大大降低了缸内滚流比和湍动能,从而延迟了已燃50%质量分数对应的曲轴转角(MBF50)并延长了燃烧持续期,这使其在高负荷下的热效率和燃油经济性均低于奥托循环。     

R16V280ZJ型柴油机配气凸轮动力学计算

介绍R16V280ZJ型柴油机配气凸轮型线的运动学计算和相应的配气机构动力学计算,并进行了分析。结果表明,该凸轮型线能满足柴油机强化功率的要求,同时配气机构也有较好的动力学性能。     

12V240ZJ6E型柴油机配气凸轮动力学计算

介绍12V240ZJ6E柴油机配气凸轮型线的运动学计算和相应的配气机构动力学计算,并与目前12V240ZJ6系列柴油机采用的凸轮型线进行对比分析。通过比较,认为该凸轮型线能满足柴油机强化功率的要求,同时配气机构也有较好的动力学性能。     

气门与活塞碰撞故障分析及凸轮型线优化设计

针对新开发的某四气门反转柴油机出现的气门与活塞碰撞问题,基于AVL-EXCITE TD软件进行配气机构仿真分析。结果表明:原正转机凸轮型线直接应用于反转机,导致反转机气门与活塞发生干涉。采用梯形函数和气门分段加速度函数对原凸轮型线进行优化设计。经运动学、动力学及性能试验验证:优化后的凸轮型线解决了气门与活塞碰撞问题,且改善了柴油机燃烧性能,燃油消耗率降低约5(g·kW-1·h-1)。