【摘要】：可變配氣技術(shù)是提升發(fā)動機性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。作為一種新型的全可變配氣機構(gòu),電磁驅(qū)動配氣機構(gòu)能夠提供完全獨立、連續(xù)可變且可以實時調(diào)節(jié)的氣門運動規(guī)律,將其應(yīng)用于發(fā)動機進氣系統(tǒng),能夠增加滿負(fù)荷工況下的充氣效率,并大幅度地降低部分負(fù)荷工況下的泵氣損失,從而有效地提升發(fā)動機的動力性和燃油經(jīng)濟性。而在發(fā)動機排氣系統(tǒng)應(yīng)用電磁驅(qū)動配氣機構(gòu),可以進一步的發(fā)揮全可變配氣機構(gòu)的優(yōu)勢,提升工質(zhì)膨脹比,減小排氣損失,并降低有害排放物的濃度。但是受制于燃燒過后缸內(nèi)氣體的高壓力和高溫度的影響,在發(fā)動機排氣系統(tǒng)應(yīng)用電磁驅(qū)動配氣機構(gòu)仍然存在著巨大的挑戰(zhàn)性。針對此問題,本文基于一種動圈式電磁直線執(zhí)行器的電磁驅(qū)動配氣機構(gòu),通過理論分析、仿真計算和試驗研究相結(jié)合的方法對其在發(fā)動機排氣系統(tǒng)的應(yīng)用展開深入的研究,并進一步分析全可變進排氣門對發(fā)動機性能的提升效果,探索新的技術(shù)方案來改善發(fā)動機性能,具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。論文的主要工作和研究成果包括以下幾個方面:(1)對在發(fā)動機排氣系統(tǒng)中應(yīng)用電磁驅(qū)動配氣機構(gòu)的需求進行了分析,基于此改進了電磁直線執(zhí)行器樣機,并測試了其運動性能。在此基礎(chǔ)上對某四缸發(fā)動機原型機進行改造,提出了構(gòu)建無凸輪發(fā)動機試驗平臺的技術(shù)方案。隨后建立了發(fā)動機工作過程數(shù)值仿真模型,并通過試驗驗證了其準(zhǔn)確性,為后續(xù)的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。(2)研究了電磁驅(qū)動排氣門在不同氣體壓力下的開啟性能及其能耗變化規(guī)律。基于Matlab/Simulink環(huán)境建立了面向控制的發(fā)動機排氣過程仿真模型,并提出了基于電動直線負(fù)載模擬器的試驗系統(tǒng)方案,以負(fù)載模擬器來模擬排氣壓力環(huán)境,開展了相關(guān)試驗測試。通過仿真與試驗結(jié)果驗證了電磁驅(qū)動排氣門的開啟性能,分析了氣體壓力對氣門開啟的影響規(guī)律,表明其初步具備在發(fā)動機排氣系統(tǒng)應(yīng)用的條件。此外,還揭示了氣門運行模式和氣體壓力對配氣機構(gòu)能耗的影響規(guī)律。(3)針對電磁驅(qū)動配氣機構(gòu)工作中存在的發(fā)熱問題,根據(jù)傳熱學(xué)理論對其進行了熱特性分析�；趯Σ煌岱桨傅木C合論證分析,提出了基于動圈自身泵吸效應(yīng)的散熱方案,其不需要較大結(jié)構(gòu)變更和額外動力源驅(qū)動。通過氣隙通道內(nèi)的流場仿真計算,以及對配氣機構(gòu)長時間穩(wěn)定運行的溫升測試試驗,驗證了該方案的散熱效果。(4)全面研究了不同排氣門運行策略對發(fā)動機性能的影響規(guī)律,確定了不同發(fā)動機工況下電磁驅(qū)動配氣機構(gòu)的最佳運行模式。在滿負(fù)荷工況下,基于不同的排氣門運行模式對于發(fā)動機動力性和自身能耗的影響,提出了最佳排氣門運行模式的定義原則,并通過聯(lián)合仿真優(yōu)化平臺對其進行全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的優(yōu)化,使其達(dá)到發(fā)動機動力性與配氣機構(gòu)能耗的良好折衷。在部分負(fù)荷工況下,以發(fā)動機燃油經(jīng)濟性為優(yōu)化目標(biāo),對氣門運行模式進行優(yōu)化,最終得到了排氣門最佳運行模式MAP圖。通過研究表明無凸輪發(fā)動機相對于原型機而言,有效轉(zhuǎn)矩平均提高8.9%,有效燃油消耗率降低約5%～15%。(5)基于電磁驅(qū)動配氣機構(gòu)在發(fā)動機進排氣系統(tǒng)的應(yīng)用,探討了增加發(fā)動機幾何壓縮比技術(shù)方案的可行性。提出利用排氣門可變這一有效手段來消除掃氣干涉現(xiàn)象的方案,其能夠強化掃氣效果,降低缸內(nèi)壓縮始點溫度,并通過與進氣門運行策略和發(fā)動機空燃比的聯(lián)合優(yōu)化,最終有效抑制了發(fā)動機爆燃傾向,達(dá)到將壓縮比提升至13.5,進一步提高發(fā)動機熱效率的目的。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK403
【圖文】：

動車排放污染物初步核算為４４７２．５萬噸，這不僅是造成灰霾、光化學(xué)煙霧污染的重逡逑要原因，而且會直接影響群眾健康［２］。因此世界各國均制定了強制性汽車排放法規(guī)和逡逑標(biāo)準(zhǔn)，以控制汽車排放物的影響，圖１．１所示為不同國家所推行的汽油車排放法規(guī)的逡逑各個時間段。我國也從２０１６年開始實施第四階段乘用車燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)來降低乘用逡逑車油耗１３）。長久以來，節(jié)能減排已經(jīng)成為內(nèi)燃機技術(shù)進步的重要驅(qū)動力，也是世界汽逡逑２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５邋２０１６邋２０１７邋２０１８逡逑■歐洲邐Ｅｕｒｏ４邋〉邐Ｅｕｒｏ５邋＾邋二、：．．邋Ｅｕｒｏ６逡逑美國邐ＥＰＡ２００７￣）邐ＥＰＡ２０１０邐〉逡逑印度邐Ｅｕｒｏ２〉邐Ｅｕｒｏ３邐〉Ｅｕｒｏ４逡逑中國邋｜邐ｉ３邐）邋Ｉ邋Ｈ４邋）邋｜邐＾５邐），：國５邐〕逡逑邐邋邐逡逑圖１．１世界各國排放實施計劃逡逑Ｉ逡逑

動車排放污染物初步核算為４４７２．５萬噸，這不僅是造成灰霾、光化學(xué)煙霧污染的重逡逑要原因，而且會直接影響群眾健康［２］。因此世界各國均制定了強制性汽車排放法規(guī)和逡逑標(biāo)準(zhǔn)，以控制汽車排放物的影響，圖１．１所示為不同國家所推行的汽油車排放法規(guī)的逡逑各個時間段。我國也從２０１６年開始實施第四階段乘用車燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)來降低乘用逡逑車油耗１３）。長久以來，節(jié)能減排已經(jīng)成為內(nèi)燃機技術(shù)進步的重要驅(qū)動力，也是世界汽逡逑２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５邋２０１６邋２０１７邋２０１８逡逑■歐洲邐Ｅｕｒｏ４邋〉邐Ｅｕｒｏ５邋＾邋二、：．．邋Ｅｕｒｏ６逡逑美國邐ＥＰＡ２００７￣）邐ＥＰＡ２０１０邐〉逡逑印度邐Ｅｕｒｏ２〉邐Ｅｕｒｏ３邐〉Ｅｕｒｏ４逡逑中國邋｜邐ｉ３邐）邋Ｉ邋Ｈ４邋）邋｜邐＾５邐），：國５邐〕逡逑邐邋邐逡逑圖１．１世界各國排放實施計劃逡逑Ｉ逡逑

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本文編號：2721529