进气歧管设计.docx
- 文档编号:4459997
- 上传时间:2022-12-01
- 格式:DOCX
- 页数:21
- 大小:694.68KB
进气歧管设计.docx
《进气歧管设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《进气歧管设计.docx(21页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
进气歧管设计
基于UG的柴油机配气机构优化设计
作者:
浙江科技学院李西秦刘冰
摘要:
针对柴油机配气机构运转不平稳的问题,通过改变凸轮型线进行凸轮轴的优化设计,同时应用UG软件建立柴油机配气机构三维模型,并对配气机构进行运动学仿真。
试验结果表明,改进后系统的最大加速度显著下降,配气机构运转平稳性显著提高。
关键词:
配气机构;凸轮优化;UG
柴油机配气机构的功能是依照工作循环的要求,定时开启和关闭各缸的进、排气门,不仅要保证气缸进气充分、排气彻底,同时还应满足振动噪声小,可靠性高等要求。
凸轮轴作为配气机构中的关键零件,其轮廓型线对配气机构的性能有着直接的影响。
原顶置气门、下置凸轮轴、中心固定摇臂、2气门结构柴油机的凸轮外形是由几段圆弧与直线以及阿基米德螺旋线相接而成,具有较大的丰满系数,但其升程曲线加速度突变,机构冲击大、振动大。
随着发动机转速的不断提高,其配气机构运转不平稳的问题日显突出。
1凸轮优化设计
凸轮型线含缓冲段和工作段两部分。
由于只有二次以上的曲线才能与基圆相切,新设计中缓冲段采用二次抛物线(等加速段)和直线(等速度段)组成,且上升缓冲段与下降缓冲段对称的方式。
上升缓冲段数学表达式如下:
式中,h(φc)为凸轮升程;φc为凸轮转角。
等加速段可保证从动件由实际基圆过渡到缓冲段工作时,速度由零逐渐增大,无突变;等速段可保证气门机构间隙变化大时,气门仍以不变的速度升起或落座。
新设计中工作段采用高次多项式型线。
高次多项式具有连续、高阶可导的性质,与缓冲段衔接很平滑。
高次多项式型函数凸轮适用于转速较高、平稳性要求较高的柴油机,其从动件加速度光滑程度高,配气机构工作平稳,具有参数调整方便、自由度大的特点,通过参数优化很容易满足各项要求。
一般而言,在设计中可以取任意多项式的项数和幂指数,项数越多,所得到的配气机构的动力性越好。
幂指数越大,则挺柱升程曲线越丰满,使凸轮外形最小曲率半径增大,有利于减小该处的接触应力,降低磨损,但其负加速度初段形状不好,会提高对气门弹簧的要求,而且还使最大正加速度值提高,正加速度段宽度减小,导致配气机构振动加剧。
我们通过缓冲段和工作段在交界点处应连续等条件求出多项式各系数值,选定高次七项式作为凸轮工作段型线函数式,挺柱升程为
在缓冲段设计完成以后,再确定基本工作段,使之至少二阶连续可导,并且在基本工作段始点的挺柱升程、挺柱速度和挺柱加速度数值与缓冲段终点的相应数值保持相等,即保持连续。
以保证整个挺柱升程曲线的高次光滑性,改善柴油机在高速情况下的工作平稳性。
对于上述凸轮型线,其速度、加速度在整个曲线段内平顺连续是不成问题的。
但其丰满系数和凸轮最小曲率半径相对较小,使气门机构出现飞脱的转速较低,导致负加速度段对气门弹簧的适应性不好,影响了柴油机工作的可靠性。
为保证在气门升程最大处有一最大负加速度,这里取a=2,并且b>4。
鉴于原柴油机配气机构运转不平稳,机构冲击、振动大,而将加速度和加速度变化率的绝对值之和最小作为优化目标函数,以丰满系数不小于设定值等作为约束条件,对凸轮型线进行优化设计。
经Metlab软件计算和Lingo软件编程计算,根据设定的目标函数用分枝定界法得到优化方程式的全局最优解,计算结果为
2配气机构的建模、仿真与验证Unigraphics(简称UG)是美国EDS公司面向制造行业的CAD/CAE/CAM开发的软件,为一个高度集成化的产品工程解决方案,用户使用UG软件能够数字化地创建和获取三维产品定义。
它的功能覆盖整个产品开发过程:
从概念设计、功能分析、工程仿真和数字化的制造等各个领域,已经在制造业得到普遍的应用。
将由平面挺柱升程关系
(2)式所得到凸轮型线的极坐标方程式的极坐标导人到UG的表达式工具中去,即可绘制出改进后凸轮精确型线,并通过拉升操作完成新凸轮轴实体的制作(见图1)。
根据生产图纸可将原凸轮轴以及其他零件的实体一一导人UG,完成原机实体模型。
继而定义建立机构各个零件的连接方式,最终完成配气机构模型的虚拟装配总成(见图2)。
UG的运动仿真分析依赖于ADAMS解算器,在设定运动副后,机构在指定的时间段中运动,同时对该时间段中的步数进行运动分析,并将结果转换成动画、图表和报表文件,机构的运动过程还可以生成照片级动画和MPEG电影文件。
在装配总成模型中创建相应的运动连杆、运动副和运动源后,就可实现配气机构在UG运动模块中的仿真。
将新设计的凸轮轴装入模型中,即得到改进后机构运动的仿真结果;将原凸轮轴装入模型中,可得到改进前机构运动的仿真结果。
改进前、后的挺柱位移、速度、加速度、加速度变化率对照曲线见图3~图6。
从图3中可以看到,改进前后凸轮的最大升程相同,新设计的凸轮丰满系数略有下降;从图4和图6中可以看到,新机构中挺柱运动的最大速度、最大加速度和最大加速度变化率都有不同程度的下降,尤其是最大加速度下降幅度较大,效果显著。
在台架进行性能和可靠性试验过程中,样机配气机构运转平稳,性能稳定。
300h全负荷可靠性试验后,拆检配气机构后看到凸轮表面和挺柱底面仅有均匀亮痕,无明显磨损,其他摩擦副均正常,无明显磨损、冲击痕迹。
3结论
1)改进后的凸轮以高次多项式作为凸轮型线,使挺柱的最大加速度下降,运转平稳,其性能优于传统的儿何凸轮。
2)下置式凸轮轴配气机构是一个弹性系统,其弹性变形会对气门运动产生较大的影响,在设计凸轮外形时,应重视配气机构的动力学分析,用动力学分析结果来指导配气机构系统的设计,以达到完美的结果。
3)UG在实体建模、机构运动仿真、动力学仿真等方面具有一定的优势,应用前景广泛。
参考文献:
[1]郭磊.高次多项式凸轮型线特性参数对配气机构性能影响的研究[J].内燃机工程,2005
(1):
20—23.
[2]陆际清.汽车柴油机设计[M].北京:
清华大学出版社,1990.
[3]刘惟信.机械最优化设计[M].第2版.北京:
清华大学出版社.1994.
[4]谢金星,薛毅.优化建模与LINDO/LINGO软件[M].北京:
清华大学出版社,2005.
[5]UnigraphicsSolutionsInc.UG运动分析培训教程[M3.胡晓康,译.北京:
清华大学出版社.2002.(end)
再看进气歧管通道控制IMRC:
实物图:
细节:
零件图:
项目说明
1活瓣阀
-
进气歧管转换系统
2进气歧管转换真空马达
3涡流阀真空马达
IMRC让进气通道的长度改变以让发动机转速随着汽缸的进气量而改变。
类似IMTV,参考IMTV路径图,IMRC控制路径是:
零件3(中央真空供应)-->IMRC阀的3号管-->零件4(IMRC电磁阀)-->IMRC阀的4号管-->零件6后面的一个马达(IMRC进气歧管转换真空马达)-->驱动IMRC翼板关闭或者开启.
当发动机起动时所产生的真空透过电磁阀(上图4号零件)作用到IMRC的真空马达。
怠速时,IMRC是关闭的,也就是维持在较慢进气速率,俗称长歧管,歧管维持在高真空状态,但不是歧管真的变长或内部空气跑的比较长
当发动机转速增加到大约
4500r/min,IMRC会开启。
当发动机转速降低到大约
4300r/min,则IMRC会关闭。
通过这样的动作来改变进气通道的长度,以满足在不同的发动机转速和负荷下的进气要求。
IMRC开启时,可调整不同比例的开啟角度,达到在不同转速达到不同的进气速率,但是却会造成歧管的低真空.
而福克斯当然必须对IMRC开启/关闭做相关的点火调整与进气量调整,以校正不同转速下的进气速率与点火角度。
当我们全时打开IMRC时,会发现我们只要稍微採下油门的瞬间,瞬间油耗InstantFuel马上冲到30/100km
稍微对汽车引擎学理有些研究的人,就会知道,真空值与车子省不省油,有直接关係!
低真空相当於大脚油门的真空值
总结一下:
可变进气歧管分為涡流阀IMTV与进气歧管通道控制IMRC----共2个可变筏门做总体进气流量控制,阀门由真空吸力控制~达到设定转速后开启!
IMTV/IMRC时间点:
转速0~2800时---IMTV与IMRC关闭状态!
转速2800~4500时---IMRC关闭,IMTV开启!
转速4500转以上---IMRC/IMTV皆为开启状态!
也就是说共有三种流量设定:
~2800转内為低流量;
2800~4500转為中流量;
4500转后為高流量!
这三种设定与福克斯的发动机工况图是一致的:
用数据说话:
福克斯1.8的发动机工况图
福克斯的发动机是典型的高转速发动机,最大扭矩出现在4000转,第一波扭力峰值出现在2800转附近。
至此,车子开始加速有力,4000转为爆发点,此后加速能力开始下降。
按照这个数据,换档行车,发动机转速在2800转以上比较理想。
很多车友感觉转速上3000需要使劲踩就是因为IMTV打开了!
!
!
IMTV建议全时开啟就对了~3000转内比较有力!
IMRC开啟时3000~4500转比关闭时有力狠多喔!
但相对油耗就得多喷一些些嘍
前.后都设定全开的话~建议搭配2.3喷嘴使用喔!
注:
下图的1,2对应上图的5号零件,3,4对应上图的4号零件。
真空管原厂状态:
1,2是控制IMTV!
原厂设定在2800转左右会阻断通往2的真空,IMTV即开启!
!
3,4是控制IMRC!
原厂设定在4500转左右会阻断通往4的真空,IMRC即开启!
!
上图特意标出了真空和电磁阀的控制路径,真空管是由歧管上方连接引擎处,有一条主真空管(上图3号零件)接出来--透过二分管分成前~后2条真空管,后面的真空管就是红色编号1控制IMTV,经过5号零件涡流阀电磁阀,从2号管流出,按照蓝色路径流到6号零件IMTV马达,控制涡流阀门。
这样大家都了解可变进气歧管VIS是怎样玩了吧!
!
!
福克斯,我选择,我中意~
[每日热点]:
张柏芝将以1亿身价签约陈冠希所在公司
回复本帖举报评分Top
碎梦追风
加关注|发短消息
支柱会员
财产:
440爱卡币
帖子:
189帖查看>>
注册:
2007-04-23
来自:
广东|东莞
状态:
离线
3楼
发表于2011-05-2923:
02
以下内容就是IMRC/IMTV不同开启时机的排列组合,如果没有兴趣,可以忽略。
转载自台湾论坛,按照原作者的思路整理而成。
台湾车友在过年期间用UKSCT以涡轮车设定做了全时打开IMRC与关闭IMRC的测试,最大的油耗差异发生在一般道路驾驶,而不是高速公路驾驶
当IMRC全时打开时,每100KM的油耗高速表现差了1-2/100,一般道路高速竟然差了3-4/100之谱...
较快的进气效率固然可以有较佳的性能表现,在涡轮进气设定上也是较好的性能表现,但是大家最关心的油耗,却是表现不佳的.
果然有一好没俩好..........国外相关报导也表示,IMRC控制得当,可以节省1-3mpg(milepergallon)的油耗表现
保持短歧管的正确方法:
一.塞住1的真空管~IMTV则永久打开!
!
二.塞住3的真空管~IMRC则永久打开!
!
保持长歧管的正确方法:
一.1,2真空管对接~IMTV则永远关闭!
!
二.3,4真空管对接~IMRC则永远关闭!
!
进阶应用:
一.2800转前维持长歧管~2800转后歧管全开
做法:
把3的管子堵住....只供应1的真空吸力,再把2用三分接头连接2跟4的管子.
二.4500转前维持长歧管~4500转后歧管全开
做法:
把1的管子堵住....只供应3的真空吸力,再把4用三分接头连接2跟4的管子.
那鱼大想问一下...把3的管子堵住....只供应1的真空吸力,再把2用叁分接头连接2跟4的管子之后.
那座ㄉ孔ㄋ(2,3,4座孔)...是不是封起来就好ㄌ阿.
你要接的是2800转内IMTV/IMRC关闭~2800转后全开的模式吗?
就再说明清楚一点吧
1的真空管一样接在1的座孔上
2的座孔先接一小段真空管,另一端接三分接头(可用雨刷用的三分接头)~然后连接2,4的真空管!
所以只有3,4的座孔是空的,不需要特别去堵住它,原本3的真空管要堵起来喔
正确的长.短歧管切换方式!
之前有公佈的歧管切换方式都不是正确的切换方法喔!
最好的做法是拔真空管~拔电插头后使其漏真空,不建议使用!
真空管是由歧管上方连接引擎处,有一条主真空管(上图3号零件)接出来--透过二分管分成前~后2条真空管!
接前面的真空管控制IMRC,接后面的真空管就控制IMTV!
错误的做法:
直接拔除电筏插头----IMRC会全开没错,但是会发生漏真空喔!
且IMTV依然会自动开闭
把真空管3~4对接----这样对接会让IMRC全时关闭喔!
IMTV依然会自动开闭
正确的做法:
一.IMRC自动-IMTV全开-------拔掉IMTV真空管,并且用小螺丝塞住拔掉的真空管,避免漏真空.IMRC真空管接法不变.
二.IMRC全关-IMTV全开-------拔掉IMTV真空管,IMRC真空管2根都直接接到二分座上.
三.IMRC全开-IMTV全开-------直接把二分座拔掉,把主真空管封住即可!
f图中的黄色标记处的上方是4个点火线圈插头、下方是四个喷油嘴插头、中间的是传感器的插头,红色标记处是油轨的固定螺栓处,绿色标记处是油轨的油管接头。
所需工具:
10#长套筒扳手、化油器清洗剂、润滑剂或机油
操作要点:
1、断开线路插头。
2、用10#套筒扳手松开油轨固定螺栓。
3、用润滑剂或少量机油润滑喷油嘴插入进气道的部位(防止拔出喷嘴时损坏喷油嘴密封圈)。
4、向上拉住油轨使喷油嘴从进气道中拔出,注意喷油嘴下部的密封圈是否掉落!
5、用化油器清洗剂清洁喷嘴口部。
6、将喷嘴口部的密封圈涂上润滑剂或机油,安装回位。
7、安装油轨固定螺栓、线路插头。
8、确认安装无误,着车。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 歧管 设计