开题报告-参考范文

毕业设计开题报告

题 目：

4108柴油机配气机构动力学分析及优化

一、选题的依据及意义：

配气机构是发动机的重要组成部分.配气机构的设计影响发动机的充气效率以及换气质量,因此对发动机的（略）经济性、有害排放有较大的影响.配气机构的工作可靠性和噪声直接影响发动机的整机可靠性和噪声.随着发动机性能和排放要求的不断提高,使得配气机构的研制更加迫切. 本文以4108柴油机发动机配气机构为研究对象,对其配气机构参数、配气凸轮型线、动力学等设计原理作了深入研究和分析,并进行优化设计发动机的配气机构,同时对发动机相关系统的优化。

二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：

随着内燃机高功率、高速化发展，人们对其性能指标的要求更高，这给配气机构的设计以及制造工艺增加了难度。目前广泛采用的是气门－凸轮式配气机构，它具有保证气缸密封性的优点。配气机构系统研究内容归纳起来主要有两个方面，一方面是零部件的设计，包括凸型线，气门摇臂机构的设计，气门弹簧及气门等零部件的设计，其中又以凸轮型线的设计尤为关键，这是因为凸轮作为整个机构的原动件，它直接控制整个机构的运动。另一方面是机构的动力学问题，而对于机构动力性能的研究，又主要集中在气门的运动规律上。国外对配气机构的振动模型、摩擦及配气相位和可变气门正时等的研究有一些报道。国内也在致力于研究更精确的气门振动模型、凸轮挺柱副的动力润滑、非对称凸轮型线以及凸轮型线的拟合等问题，主要表现在以下几个方面：（1）设计了许多性能优良的凸轮型线；（2）配气机构由刚性设计发展为弹性设计；（3）由孤立研究凸轮设计发展到配气机构系统设计。

内燃机配气凸轮的研究已经涉及到配气机构性能的各个方面，包括型线、挺柱的运动规律、气门振动模型、挺柱与凸轮的接触应力、摩擦应力等。在研究更精确的气门振动模型、凸轮挺柱副的动力润滑、非对称凸轮型线以及凸轮型线的拟合等方面上，国内外都有很大的发展。

现代发动机配气机构采用的技术主要有以下三方面。

1）顶置凸轮轴技术。气门－凸轮式配气机构具有保证气缸密封性的优点，尤其是进排气门能够持久地保证燃烧室的密封性，四冲程内燃机大多采用气门-凸轮式配气机构。气门-凸轮式配气机构按气门布置分为侧置气门和顶置气门机

构。顶置气门配气机构，内燃机的充气系数较高，燃烧室比较紧凑，内燃机有较好的性能指标，是侧置气门机构所不能达到的，故侧置气门机构已被淘汰。顶置气门配气机构根据凸轮轴的放置位置分成凸轮轴下置型和顶置凸轮轴型。绝大部分柴油机采用凸轮轴下置型，但这种机构高速运转时会产生较大的惯性力和噪声，消耗较大的动力。顶置凸轮轴型（OHC）是把凸轮轴放在气门上方，省去了推杆、挺柱，可分成SOHC型和DOHC型。 SOHC型只用一根凸轮轴来驱动进、排气门； DOHC型采用两根凸轮轴来分别驱动进、排气门。这种结构适用于进、排气门呈v形排列的内燃机。还有些机构将顶置凸轮轴放在气门室罩里，凸轮直接作用于气门上，这种机构省去了摇臂，高速时气门工作良好，零件惯性力极小，工作平稳。

凸轮轴的传动类型有3种：正时齿轮传动、正时链轮传动和驱动带传动。其中，正时齿轮传动主要用于要求长寿命和大载荷的内燃机，如船用、商用车和赛车内燃机；正时链轮传动，广泛应用于轿车内燃机，一般来说，它比正时齿轮传动机构噪音小；驱动带传动或齿形带传动是最新出现的传动方式，主要用于顶置凸轮轴内燃机上。

2）多气门技术。配气机构的最新发展是改善燃料经济性，其关键在于如何提供更多的新鲜空气，多气门内燃机很早就已经出现了，但仅用于赛车，目的是减轻排气门的热负荷和机械负荷，但并未能在内燃机制造业得到推广。促使多气门内燃机产量迅速提高的原因在于自动控制技术的快速发展和生产工艺水平的不断提高，多气门配气方案能保证内燃机在整个负荷和速度范围内形成最佳混合气，并适时适度送入气缸。多气门内燃机不仅可以提高内燃机功率，还可以降低燃油消耗，减少排污。据分析4气门内燃机燃油消耗比2气门内燃机燃油消耗低6%~8%。

3）可变配气定时及气门升程技术。常规内燃机配气相位都是按内燃机性能要求，通过试验确定某一转速和负荷条件下较为适合的配气相位。为了在更大地曲轴转速范围内提高功率指标，降低燃料消耗，现代多气门内燃机气门开启相位可以改变、升程也可以改变，称作可变气门运动配气机构（VVT）。通过这套机构对配气过程的调节和控制，低、中转速时，活塞运动速度低，气流动力学特性差，因而要求“缩小”相位重叠角，以减少工作混合气倒流，保证低、中转速时扭矩

曲线形状较好，降低燃油消耗率。在中高转速时，活塞运动速度快，气流动力学特性好，因而要求“放大”相位重叠角，废气排放彻底，进气量充分，可相应增加内燃机扭矩。显然，采用这一机构，可以提高内燃机性能、降低污染、改善怠速性能。

实现可变气门技术有多种途径，按照有无凸轮轴可分为基于凸轮轴的可变气门机构和无凸轮轴的可变气门机构两类。传统气门控制技术都是由凸轮轴机械推动的，电磁气门控制技术采用由电磁驱动的组件推动气门，根据ECU需要进行动作，这也正是VTEC等气门控制技术追求的最高境界。

4）无凸轮电液驱动配气机构。无凸轮电液驱动配气机构是一种新式的配气机构，与传统的凸轮轴式配气机构相比，它的特点是气门的运行由电液来控制“它的显著优点是气门在内燃机各个循环中的开启位置、开启持续时间和气门开启时刻的气门升程等可以相互独立”所以，采用这种机构的内燃机在工作过程中，能够在各种转速下调整运行参数，并达到最佳\所以，采用这种机构的发动机就会消耗较少的燃油，动力性要更好，同时从发动机排出的污染物也降低，起到了保护环境的作用。

5）液压挺柱配气机构。液压挺柱配气机构也是内燃机的设计人员所开发的新式配气机构，配有这种机构的发动机振动和噪声均减小，原因在于它通过液压机构来补偿气门杆身产生的热膨胀，导致配气机构所带来的撞击噪声也相应减小。所以液压挺柱在配气机构中的应用也越来越广泛。

当今内燃机配气机构的发展趋向是在排量不变的前提下，提高内燃机性能指标。不论是多气门配气机构还是在此基础上演化而来的可变气门运动配气机构，其基本出发点都是，在更大范围内使内燃机动力指标、经济指标和生态指标等达到最优，这是传统配气机构无法完成的。 三、本课题研究内容

（1）在满足性能指标的前提下设计YC4108型柴油机的配气机构。

（2）应用AVL Excite软件建立YC4108柴油机的动力学模型，通过模拟计算，分析该柴油机配气机构的动态特性。经动力学计算，依据气门动力学升程、凸轮与挺准间的动态接触应力和气门落座速度等考察是否存在飞脱和落座反跳等现象。