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全可变液压气门机构气门落座特性及多缸均匀性的研究

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全可变液压气门机构气门落座特性及多缸均匀性的研究

作者：黄玉珍山东大学

学位级别：硕士

全可变液压气门机构系统（Fully Hydraulic Variable Valve System,简称 FHVVS）是可变配气相位技术发展的最新进展之一,其可以实现气门升程最大值、气门开启的持续期和气门的关闭时刻三者连续可变。装有FHVVS的发动机可以减小泵气损失... 详细信息

全可变液压气门机构系统（Fully Hydraulic Variable Valve System,简称 FHVVS）是可变配气相位技术发展的最新进展之一,其可以实现气门升程最大值、气门开启的持续期和气门的关闭时刻三者连续可变。装有FHVVS的发动机可以减小泵气损失,可以实现气门停滞和停缸,可以采用可变有效排量,实现内部EG还可以简化配气机构结构等。总之,全可变液压气门机构系统是实现发动机低能耗和低污染的有效途径,因而具有重要的理论意义和使用价值。本文在搭载此FHVVS的BJ486EQ汽油机上,进行气门运动规律试验研究工作,重点研究了 FHVVS的气门落座特性、多缸均匀性和气门升程循环波动,论文主要的研究工作和成果如下:（1）介绍了 FHVVS的整体结构布局和工作原理,该系统主要由进气凸轮、液压挺柱部件、前后壳体、电控传动部件和齿轮传动部件等组成,这些零部件共同构成了 FHVVS的气门驱动机构、气门控制机构和落座缓冲机构。其工作原理是,凸轮推动和液压传动控制进气门开启和关闭,采用液压控油阀代替电磁阀作为控油的控制开关,气门落座缓冲机构控制气门落座速度。（2）介绍试验样机和试验装置,验样机选用BJ486EQ汽油机,FHVVS安装在汽缸盖上,宽度和长度方向均不超过原气缸盖尺寸,最大限度的保持了气缸盖的通用性和整体结构的紧凑性。搭建的倒拖试验台架模拟了配气机构的实际运行状态,包括液压润滑系统和气门传动系统,采用激光位移传感器测量FHVVS的气门升程。试验测试系统可实时采集凸轮轴角标信号、液压压力信号、激光位移信号等。（3）主要研究了 FHVVS的气门落座过程和特征,分析了锥顶节流方案和侧面节流方案的气门落座缓冲机构所产生的气门落座速度、反跳高度和冲击噪音。试验结果表明,侧面节流方案的最小节流面积较小,该方案的气门落座速度、气门反跳高度和落座冲击噪音得到显著改善,实现了全可变液压气门系统的气门平稳落座。（4）本课题研究的FHVVS机构应用在四缸发动机,分为两个壳体,一、二缸共用一套泄油控制机构,安装在前壳体里;而三、四缸共用另一套泄油控制机构,安装在后壳体里。由于加工误差、液压传动能量损失等原因,FHVVS机构各缸之间的气门升程存在差异。FHVVS机构主要存在一二缸和三四缸之间气门升程的不均匀、同一壳体的两个气缸之间气门升程的不均匀、同一缸的两个气门之间的不均匀,因此在搭载FHVVS的倒拖试验台架上,测量各个气门的气门升程,研究多缸发动机气门升程均匀性。（5）研究FHVVS机构的气门升程循环波动,分析循环波动的影响因素,并做相关试验。在不同转速下,测试8个气门小升程（H=2mm左右）,计算8个气门升程的平均值、最大升程值波动率和时面值波动率,画出气门升程曲线分布图和气门升程最大值分布图并分析规律,改善气门升程循环波动。

关键词：全可变液压气门机构试验样机气门落座特性多缸均匀性气门升程循环波动

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全可变液压气门机构对柴油机燃烧过程的影响

全可变液压气门机构对柴油机燃烧过程的影响

作者：杨淑贤山东大学

学位级别：硕士

传统柴油机由于其燃烧方式的特点,排放较高,在降低柴油机的排放污染的同时又保持较高的热效率是实现节能减排的一种有效途径。全可变气门系统（Fully Variable Valve System,FVVS）能连续调整气门升程、关闭相位以及持续期,这对提高发... 详细信息

传统柴油机由于其燃烧方式的特点,排放较高,在降低柴油机的排放污染的同时又保持较高的热效率是实现节能减排的一种有效途径。全可变气门系统（Fully Variable Valve System,FVVS）能连续调整气门升程、关闭相位以及持续期,这对提高发动机动力性、降低发动机燃油消耗、降低排放等具有重要意义。本文使用自主开发的一套全可变液压气门系统,研究了进气门早关对发动机燃烧过程的影响,进行的主要工作如下:（1）介绍了 FVVS的结构组成和各部分的工作原理。该系统在结构上主要包含了驱动机构、控制机构和落座缓冲机构三部分。详细介绍了机械式控制机构的组成和工作原理。进气门升程的测量结果显示,该套机构可以实现对进气门最大升程、持续期和关闭角的连续挑这个,该套机构达到了预期目的,可进一步用于着火台架进行试验。（2）搭建了试验测试台架。将该全可变液压气门安装在了一台两缸柴油机（SD2100TA）上,使柴油机第一缸的配气正时保持不变,第二缸的配气正时采用进气门早关。将原机下置式的凸轮轴改为了顶置式凸轮轴,并将进排气凸轮集中在一根凸轮轴上,取消了进气凸轮轴,使得全可变液压气门机构的安装方便紧凑。将柴油机整体式的进排气管改为了独立式,方便对进气流量和排气温度进行测量。（3）介绍了着火后发动机缸内压力示功图的测录以及数据处理过程和方法。为了消除传感器在测量过程中的随机误差,利用多循环求平均来消除这种误差。在利用缸压曲线求取压力升高率和放热率时需要先进行滤波和光顺处理,本文中采用巴特沃斯滤波和五点三次光顺方法,使求得的压力升高率和放热率曲线锯齿大幅降低、曲线清晰易辨识。（4）着火台架试验结果显示,进气门早关能大幅降低最大燃烧压力,延长滞燃期,使燃烧相位推后。小负荷时,放热率的峰值随着IVC的提前而降低,中高负荷时,放热率的峰值随着IVC的提前而增大。放热率峰值和压力升高率的变化趋势基本一致。进气门早关能有效减少进气量,提高排气温度,有利于小负荷时实现后处理器催化剂在高效率区工作。进气门早关能在使指示热效率基本保持不变的前提下大幅降低最大燃烧压力,减缓柴油机机械负荷。

关键词：全可变液压气门机构进气门早关柴油机放热率最大燃烧压力

全可变液压气门机构改善汽油机燃油经济性的试验研究

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全可变液压气门机构改善汽油机燃油经济性的试验研究

作者：闫帅山东大学

学位级别：硕士

全可变气门机构(Fully Variable Valve System,简称FWS)能够使气门最大升程、气门开启持续角及配气相位三者连续可变。本文的研究对象为搭载有FWS系统的BJ486EQ无节气门汽油机(简称,FWS样机),在FWS样机上进行了进气性能和燃烧性能的试... 详细信息

全可变气门机构(Fully Variable Valve System,简称FWS)能够使气门最大升程、气门开启持续角及配气相位三者连续可变。本文的研究对象为搭载有FWS系统的BJ486EQ无节气门汽油机(简称,FWS样机),在FWS样机上进行了进气性能和燃烧性能的试验研究。通过与原机试验结果对比,详细分析了FWS系统对燃烧过程及燃油经济性的影响。主要研究内容如下：第一,样机的改进和试验台架的搭建。在BJ486EQ汽油机上安装了FWS系统,并对相关系统进行了改进设计;为研究FWS系统对燃油经济性的影响,搭建了发动机试验台架,改进了相应试验设施和试验测试系统。第二,设计模拟信号输出装置。通过该装置向发动机ECU输入进气压力和节气门开度的模拟电压信号,来控制FWS样机工作过程中的喷油量。第三,FWS系统对泵气损失的影响。研究发现,FWS能够采用进气门早关(EIVC)的方式控制进入气缸内的工质数量,从而取消节气门,这种无节气门汽油机将大幅度地降低泵气损失。在平均有效压力为0.19MPa时,FWS样机的泵气损失仅为原机的23.5%。第四,FWS系统对发动机燃烧过程的影响。通过试验测量进气流量和缸内压力,分析了无节气门汽油机燃烧放热规律、缸内循环变动及燃油经济性。研究结果表明,与原机相比,在相同的进气质量流量下FWS样机在压缩终点的缸内压力温度都偏低,导致FWS样机滞燃期过长,燃烧速率慢,后燃现象明显,循环变动率高,使燃烧性能恶化。第五,点火提前角对FWS样机燃烧过程的影响。研究表明,随点火提前角的增大,缸内最高燃烧压力升高,放热重心越靠近上止点。FWS系统可以在一定程度上改善无节气门汽油机的燃油经济性。

关键词：全可变液压气门机构无节气门汽油机泵气损失循环变动燃油经济性

全可变液压气门机构对汽油机泵气损失及机械效率的影响

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内燃机与动力装置 2019年第6期36卷 1-5,29页

作者：吴俢江李智敏谢宗法魏枫展山东莱钢节能环保工程有限公司山东济南271100 山东大学机械工程学院山东济南250061

设计一种全可变液压气门机构(fully hydraulic variable valve system,FHVVS),实现气门最大升程、开启持续角和配气相位的连续可变,通过进气门早关方式取代传统节气门来控制发动机的负荷。试验结果表明:与传统节气门汽油机相比,无节气... 详细信息

设计一种全可变液压气门机构(fully hydraulic variable valve system,FHVVS),实现气门最大升程、开启持续角和配气相位的连续可变,通过进气门早关方式取代传统节气门来控制发动机的负荷。试验结果表明:与传统节气门汽油机相比,无节气门汽油机可以显著降低中小负荷工况下的平均泵气损失压力,大幅度降低泵气损失、提高机械效率。在小于等于50%负荷工况点,发动机转速为2000 r/min时无节气门汽油机的机械效率可以提高3.6%~10.2%,3000 r/min时机械效率可以提高2.8%~7.1%。

关键词：气门升程全可变液压气门机构汽油机平均泵气损失压力机械效率

全可变液压气门机构发动机进气性能及控制策略的研究

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全可变液压气门机构发动机进气性能及控制策略的研究

作者：马希利山东大学

学位级别：硕士

传统汽油机靠节气门调节进气流量,小负荷时节气门开度小、泵气损失大,导致燃油消耗率过高;配气机构的凸轮型线固定不变,不能兼顾全部工况下的进气需要。因此研究气门升程和开启持续期全可变的配气机构来取代节气门实现进气量的调节,满... 详细信息

传统汽油机靠节气门调节进气流量,小负荷时节气门开度小、泵气损失大,导致燃油消耗率过高;配气机构的凸轮型线固定不变,不能兼顾全部工况下的进气需要。因此研究气门升程和开启持续期全可变的配气机构来取代节气门实现进气量的调节,满足发动机各工况下最佳进气量需求,对提高发动机经济性、动力性和排放性能具有重要意义。本文以K157FMI发动机为基础,对其进气部分重新设计,研制了全可变液压气门机构,该机构利用大包角凸轮型线控制气门的上升过程,用活塞腔内液体的排出控制气门回落过程,通过调节控制器的泄油时刻来控制开启持续期。本文主要内容如下：首先,对全可变液压气门机构的气门运动规律进行了理论计算与实验测量。运用容积法将液压系统简化为挺柱腔和活塞腔两个集中容积,并将液压气门机构简化为受液压驱动力作用的单质量系统,二者结合建立液压气门运动学模型。运用LVDT位移传感器实测了气门升程。实验验证了理论计算的准确性,结果表明该机构进气门升程0-7.4mm、关闭角进气上止点后260°CA范围内连续可调。其次,运用AVLBOOST软件建立了发动机的仿真模型。实测了发动机气道流量系数、进气流量、进气管压力、缸内压力,以实验结果为基础,对仿真模型进行了修正。进气流量实验表明FVVT机构可以控制充量系数在0-1内连续变化,实现进气量的精确控制;进气压力波验证了波动周期与管长的关系;缸内压力结果表明全可变液压腔气门机构可以显著降低吸气压力损失。最后,提出了发动机怠速、部分负荷、全负荷工况下的气门运动规律控制策略,确定实现此种气门运动规律的控制器的泄油初始相位角。模拟计算了各种工况下的发动机性能：怠速工况降低了残余废气系数,提高了进气流速,稳定性得到改善;部分负荷工况减小了吸气压力损失,提高了燃油经济性;全负荷工况增加进气流量,提高了动力性。

关键词：全可变液压气门机构进气性能数值仿真控制策略

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全可变液压气门机构发动机的性能模拟

全可变液压气门机构发动机的性能模拟

作者：顾珂韬山东大学

学位级别：硕士

传统的发动机配气系统其气门升程和配气相位都是固定不变的,不能同时兼顾高、低速性能,也就不能满足日益增长的燃油经济性、排放性、动力性要求。同时由于节气门的作用使汽油机在中低负荷时具有强烈的泵气损失,导致燃油消耗率较高,排放... 详细信息

传统的发动机配气系统其气门升程和配气相位都是固定不变的,不能同时兼顾高、低速性能,也就不能满足日益增长的燃油经济性、排放性、动力性要求。同时由于节气门的作用使汽油机在中低负荷时具有强烈的泵气损失,导致燃油消耗率较高,排放恶化。因此研究可根据车速、负荷的变化实现气门升程从0至最大设计升程的连续可变、配气相位可在180°CA内同时连续变化的全可变气门机构是非常必要的,利用进气门的关闭时刻替代节气门控制进气量对降低泵气损失,实现发动机的节能减排具有重大意义。本文所研究的全可变液压气门机构由进气凸轮和液压机构共同作用控制进气门的开启,通过泄油控制器控制液压机构的泄油时刻来决定气门的关闭,以此实现发动机在不同转速负荷条件下气门升程及配气相位的全可变。本文以K157FMI发动机为样机,对全可变液压气门机构的发动机性能进行了模拟研究,主要内容如下：首先,选用了合理的数学模型和物理模型,主要包括进、排气质量流率模型、气缸周壁传热模型、燃烧放热模型和平均机械损失压力等。为进行发动机整机性能模拟奠定了理论基础。其次,根据发动机实际情况,利用BOOST软件建立了正确的原机发动机性能循环模拟模型,详细分析了模型中各模块参数的确定和输入,主要包括各连接管道参数、空气滤清器参数、消音器参数、化油器参数、气缸基本结构尺寸、气门运动规律和配气相位参数、燃烧放热模型参数、缸壁传热模型参数和气道流量系数等。利用实测的发动机外特性曲线与循环模拟模型计算的原机外特性曲线进行分析对比验证了模型的正确性和可靠性。然后,在循环模拟模型的基础上,利用实测的全可变液压气门机构的气门运动规律取代原机的气门运动规律,实现对采用全可变液压气门机构的发动机性能进行模拟计算。计算结果表明：利用全可变液压气门机构能取代节气门作用控制进气量,从而使发动机在中低负荷时有效改善燃油经济性。同时由于降低了泵气损失,对发动机的动力性也略有提高。最后,在利用全可变液压气门机构实现全可变配气的基础上实现米勒循环,对发动机性能进行了预测。

关键词：发动机全可变液压气门机构泵气损失性能模拟米勒循环

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基于柴油机全可变液压气门机构的排气热管理

基于柴油机全可变液压气门机构的排气热管理

作者：刘鹏业山东大学

学位级别：硕士

随着环境压力的迫在眉睫以及绿色发展理念的深入人心,现在全球范围内对于发动机NOx的排放的要求愈发严格,在当下净化发动起排放废气的方法中,选择性催化还原(SCR)是被广为采用的净化方式,这种处理方式对与温度有最低限值要求,但是在城... 详细信息

随着环境压力的迫在眉睫以及绿色发展理念的深入人心,现在全球范围内对于发动机NOx的排放的要求愈发严格,在当下净化发动起排放废气的方法中,选择性催化还原(SCR)是被广为采用的净化方式,这种处理方式对与温度有最低限值要求,但是在城市实际运行时,由于柴油机频繁处于启停的低负荷工况下,导致车辆的排气温度很难达到SCR后处理的所需的最低限值。本文改进了一台SD2100TA型两缸柴油机的配气机构,加装了基于课题组设计的一套全可变液压汽门机构(FHVVS,fully hydraulic variable valve system),研究了 FHVVS 对于提高SD2100TA柴油机在低负荷工况下排气温度的可行性。具体研究内容如下:(1)实测了在1200和1650r/min转速下,几种不同负荷和不同进气门关闭角度下发动机进气、燃烧等参数;建立了 GT-Power仿真模型,依据实验机型的主要技术参数和实验数据处理得到的放热率确定燃烧模型,并且基于实验数据对模型进行标定。(2)对FHVVS关于柴油机的进气所产生的影响进行了探究。进气门早关(EIVC)能够对过量空气系数进行连续调节;提早关闭进气门,能够有效降低发动机的缸内最大压力。(3)研究了全可变液压气门对缸内燃烧的影响。通过仿真模型对FHVVS样机在不同转速和不同负荷下进行模拟计算,得出在进气门提前关闭能够降低气缸内的工质总热容,使燃烧温度上升。(4)对SD2100TA型柴油机的排气热管理进行了研究,研究表明,采用进气门早关和排气门早开的方式可以显著提高柴油机在中低负荷下的排气温度。但排气门开启过早会导致缸内压力下降的过快进而降低扭矩,使发动机动力性能降低,油耗增加;增大供油提前角会使发动机的排气温度下降,增加了燃烧温度,导致升成的NOx增加;但是供油提前角过小的话就会导致燃烧重心后移,燃油放出的能量不能有效地用于活塞做功,从而降低发动机的燃油经济性;提升排气背压在一定程度上能够提升排气温度,但是在中高转速情况下过大的排气背压会导致燃油经济性的恶化。

关键词：全可变液压气门机构进气门早关排气温度排气热管理放热率

车用发动机全可变液压气门机构气门运动特性的研究

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车用发动机全可变液压气门机构气门运动特性的研究

作者：黄硕山东大学

学位级别：硕士

全可变气门机构（fuly variable valve system）能够使得气门最大升程、气门开启持续角、配气相位三者连续可变。本文研究对象为一套适用于EQ486汽油机的全可变液压气门机构（SDFVVS）。该机构由凸轮带动液压气门驱动机构推动气门开启... 详细信息

全可变气门机构（fuly variable valve system）能够使得气门最大升程、气门开启持续角、配气相位三者连续可变。本文研究对象为一套适用于EQ486汽油机的全可变液压气门机构（SDFVVS）。该机构由凸轮带动液压气门驱动机构推动气门开启。泄油控制机构泄油之后,油压降低,控制气门回落,落座缓冲机构可以使得气门平稳落座,从而实现气门升程和配气相位的全可变。由于泄油控制机构取代了传统液压气门机构中的电磁阀,使该机构具有高速适应性能好、工作可靠和成本低廉的优点。本文针对全可变液压气门机构进行了实验研究,主要进行了以下工作：第一,搭建实验台架。为了方便测得气门运动规律,对EQ486汽油机缸盖进行改装,改进了配气凸轮轴的传动系统。选择合适的调频电机,驱动凸轮轴转动,以模拟气门机构在发动机上的实际运行状况。通过选用和正确安装激光位移传感器,以确保气门升程的测量精度。通过设计低压供油系统,保证气门机构的润滑和全可变液压气门系统正常运转。第二,进行气门运动规律的实验研究。实验数据表明,气门最大升程和气门开启持续期会随着发动机转速和泄油相位角的增大而增大。但发动机转速对气门最大升程和气门开启持续期的影响有限,泄油相位角起到决定性作用。对于全可变液压气门机构,气门落座速度与发动机转速之间无明显关联,气门落座速度主要取决于气门最大升程,随气门最大升程的增大而增大。试验结果进一步表明,全可变液压气门机构（SDFVVS）能够实现气门升程、开启持续角和配气相位三者的连续可变,各缸气门运动规律均匀一致,能够满足多缸发动机的使用要求。第三,研究了液压气门机构各缸相互干涉的问题。全可变液压气门机构的结构特点是一、二缸共用一套蓄能器,三、四缸共用另一套蓄能器。该结构特点导致一、二缸之间和三、四缸之间的压力波动会产生相互干涉。这种干涉主要表现为先点火一缸的气门出现异常反跳,该现象在高转速、中等泄油相位角的条件下尤为明显。本文详细分析了各缸干涉产生的现象和特征,探讨了各缸相互干涉的原因,提出了解决此问题的关键因素,并最终设计了具体的改进方案。

关键词：全可变液压气门机构试验台架气门升程气门异常反跳

基于配气凸轮驱动的全可变液压气门机构气门运动规律的研究

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基于配气凸轮驱动的全可变液压气门机构气门运动规律的研究

作者：强超山东大学

学位级别：硕士

当代社会中,汽车已经成为人类生活的重要组成部分。汽车在为人类提供舒适和便捷的同时,也带来了环境污染、能源危机等一系列问题。这些问题都对汽车,特别是其核心——发动机提出了更高的要求。传统发动机的配气机构采用的是固定配气定时... 详细信息

当代社会中,汽车已经成为人类生活的重要组成部分。汽车在为人类提供舒适和便捷的同时,也带来了环境污染、能源危机等一系列问题。这些问题都对汽车,特别是其核心——发动机提出了更高的要求。传统发动机的配气机构采用的是固定配气定时,很难兼顾高速和低速时的进气性能,节气门的节流作用使换气过程中的泵气损失增大,导致发动机燃油经济性和排放性恶化。所以,研究气门最大升程、开启持续角和配气相位三者的连续可变的全可变气门机构便有着十分重要的现实意义。本文所研究的就是一种发动机全可变液压气门机构（简称SDFVVS）。该机构取消了节气门,由机械-液压机构联合控制气门运动,从而实现气门最大升程和开启持续角的连续可变。本文以K157FMI发动机为样机,从运动学和动力学两方面对SDFVVS机构的气门运动规律进行了研究,主要内容有以下几个方面。首先分析SDFVVS机构的基本结构和传动链形式,将结构划分为高压和低压部分或者控制和驱动部分。机构的工作过程主要有气门开启、气门关闭及落座以及挺柱回落等三个阶段,分别阐述其工作原理。另外对机构主要的控制部件——泄油控制器与落座缓冲机构加以分析,同时对液压活塞、气门弹簧、液压挺柱等主要部件加以设计,为后续工作打下基础。然后对SDFVVS机构进行运动学分析与设计。介绍了平底液压挺柱及配气凸轮的运动规律,并结合SDFVVS机构的实际情况分析凸轮型线设计的基本思想与要求。将凸轮型线分为缓冲段和工作段两部分,首先选定合适的缓冲段类型并设计其曲线方程,之后利用计算机编程的方法计算得到工作段曲线方程的设计结果并对其准确性加以验证。设计结果表明,通过对SDFVVS机构凸轮型线的合理设计,可以使SDFVVS机构的气门在理想的时刻开启和落座,从而实现理想的气门运动规律。最后对SDFVVS机构进行动力学仿真分析。在配气机构单质量动力学模型的基础上建立SDFVVS机构的动力学模型并分析其计算方法,利用ADINA软件建立相应的有限元仿真分析模型并计算得到不同转速和泄油角条件下SDFVVS机构的动力学仿真分析的结果,将该结果与实验测得的气门运动规律加以对比,验证动力学仿真模型的准确性并分析误差产生的原因。仿真分析结果进一步表明,SDFVVS机构可以实现对气门运动规律的直接控制,并在很大范围内改变发动机进气门的最大升程和开启持续角,使气门运动规律能够根据泄油角和转速的不同进行相应的改变,从而实现气门最大升程、开启持续角和配气相位的连续可变。

关键词：全可变液压气门机构气门运动规律凸轮型线有限元仿真