气动发动机配气机构设计及优化研究

ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｕｓｉｎｇＡＶＬＥｘｃｉｔｅＴｉｍｉｎｇＤｒｉｖｅ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｓｅａｌｉｎｇ，ａｉｒ
ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｄｒｉｖｉｎｇｆｏｒｃｅ，ａｃｏｎｅｓｅａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈｇａｉｎｓｂｅｎｅｆｉｔｓｆｒｏｍ ａｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ
第 ３３卷 第 ７期
重 庆 理 工 大 学 学 报（自然科学）
２０１９年 ７月
Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．７
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）
Ｊｕｌ．２０１９
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８４２５（ｚ）．２０１９．０７．００１
ＴｈｅＶａｌｖｅｔｒａｉｎＤｅｓｉｇｎａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｎＡｉｒｐｏｗｅｒｅｄＥｎｇｉｎｅ
ＹＡＮＧＪｉｎｇ１ａ，１ｂ，ＴＡＯＷｅｎｚｈｕ１ａ，１ｂ，ＨＥＬｉａｎｇｅ１ａ，１ｂ，ＸＵＥＱｉｎｇｈｕａ２， ＬＵＯＸｉａｎｆａｎｇ１ａ，１ｂ，ＹＡＮＧＤｏｎｇ１ａ，１ｂ
（１．ａ．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｂ．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＰａｒｔｓＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００５４，
ｔｈｒｅｅｌａｙｅｒｒｏｔａｔｉｏｎａｎｄｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ，ｉｓａｄｏｐｔｅｄ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｍｕｌｔｉｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓａｒｅｕｓｅｄｔｏ
ｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｖａｌｖｅｓ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙｉｄｅｎｔｉｆｉｅｓｔｈｅｐｒｏｐｅｒｖａｌｖｅｔｉｍｉｎｇｓ．Ｔｈｅ
ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ），２０１９，３３（７）：１－１１．
Leabharlann Baidu
气动发动机配气机构设计及优化研究
杨 靖１ａ，１ｂ，陶文祝１ａ，１ｂ，何联格１ａ，１ｂ，薛清华２，罗贤芳１ａ，１ｂ，杨 东１ａ，１ｂ
（１．重庆理工大学 ａ．车辆工程学院；ｂ．汽车零部件先进制造技术教育部 重点实验室，重庆 ４０００５４；２．重庆开物工业有限公司，重庆 ４０１３３１）
２
重庆理工大学学报
ｖａｌｖｅ，ｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｅｎａｂｌｅｔｈｅａｉｒｐｏｗｅｒｅｄｅｎｇｉｎｅｗｉｔｈａｆｏｕｒｓｔｒｏｋｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｂａｌａｎｃｅ
ｔｈｅｅｎｇｉｎｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｍｉｎｉｍｉｚｅｔｈｅｎｅｇａｔｉｖｅｗｏｒｋｄｕｒｉｎｇｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｖａｌｖｅ
ｔｒａｉｎｂｅｃｏｍｅｓｔｈｅｍｏｓｔｅｓｓｅｎｔｉａｌｐａｒｔｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅａｉｒｐｏｗｅｒｅｄｅｎｇｉｎｅ．Ｔｈｅｅｘｃｈａｎｇｅ
ｖａｌｖｅａｎｄｅｘｈａｕｓｔｖａｌｖｅａｒｅｄｒｉｖｅｎｂｙｃａｍｓ，ｗｉｔｈｔｈｅｃａｍ ｐｒｏｆｉｌｅｓｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄｖｉａｖａｌｖｅｔｒａｉｎ
Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＯｐｅｎＭａｔｅｒｉａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０１３３１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇａｎｄｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ａｓｅｌｅｃｔｅｄｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅ ｉｓｍｏｄｉｆｉｅｄｉｎｔｏａ１２０ｋＷ ｐｉｓｔｏｎｔｙｐｅｌａｒｇｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｉｒｐｏｗｅｒｅｄｅｎｇｉｎｅ．Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ａｎｅｗ ｔｙｐｅｏｆｔｒｉｖａｌｖｅｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆａｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅａｉｒｖａｌｖｅ，ａｎｅｘｃｈａｎｇｅｖａｌｖｅａｎｄａｎｅｘｈａｕｓｔ
本文引用格式：杨靖，陶文祝，何联格，等．气动发动机配气机构设计及优化研究［Ｊ］．重庆理工大学学报（自然科学），２０１９，３３（７）：１－１１． Ｃｉｔａｔｉｏｎｆｏｒｍａｔ：ＹＡＮＧＪｉｎｇ，ＴＡＯＷｅｎｚｈｕ，ＨＥＬｉａｎｇｅ，ｅｔａｌ．ＴｈｅＶａｌｖｅｔｒａｉｎＤｅｓｉｇｎａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｎＡｉｒｐｏｗｅｒｅｄＥｎｇｉｎｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ
收稿日期：２０１９－０３－２２
基金项目：重庆市科学 技 术 委 员 会 基 础 与 前 沿 研 究 一 般 项 目 （ｃｓｔｃ２０１７ｊｃｙｊＡＸ０１２０）；重 庆 市 研 究 生 科 研 创 新 项 目 （ＣＹＳ１８３０３）
作者简介：杨靖，女，教授，博士生导师，主要从事发动机性能开发及整机匹配搭载研究，Ｅｍａｉｌ：ｙａｎｇｊｉｎｇ１０＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ． ｃｏｍ；通讯作者 陶文祝，男，硕士研究生，主要从事发动机配气机构分析及优化研究，Ｅｍａｉｌ：１０５９２１４１９２＠ ｑｑ．ｃｏｍ。
摘 要：基于节能减排的需求，将某柴油机开发为 １２０ｋＷ 活塞式大排量气动发动机。提出 了一种全新的运用高压气阀、换气阀及排气阀三气阀配气型式的结构，以配合四冲程气动发动 机工作过程。为了平衡零件温度并尽量减少压缩负功，配气机构的设计成为气动发动机研发的 核心。换气及排气采用了凸轮驱动形式，运用 ＡＶＬＥｘｃｉｔｅＴｉｍｉｎｇＤｒｉｖｅ建立了配气机构分析模 型，并进行了凸轮型线设计。高压气阀考虑到密封、气量调节及驱动力等因素后，采用了同心三 层旋转与摆动相结合、利用锥面密封的气阀结构方案。对三气阀的合理匹配进行了多目标优 化，找出了合适的配气相位。仿真及台架试验结果表明：利用传统柴油机设计改造，可快速成功 地改型为气动发动机，所设计的三气阀配气机构可靠性高。三气阀气动发动机功率完全达到设 计要求，最高能量转换效率达到 ５５％，从而验证了本研究方案的可行性和有效性。 关 键 词：气动发动机；凸轮设计；配气相位；气耗率；转换效率 中图分类号：Ｕ４６４．１３４＋．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－８４２５（２０１９）０７－０００１－１１