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乘用车两缸柴油机的关键技术研究

张学文  
【摘要】:论文在分析了国内外同类柴油机的技术现状和发展趋势的基础上,结合微型乘用车市场需求,提出了开发小排量乘用车两缸柴油机的思路。针对乘用车两缸柴油机的关键技术难题,对两缸柴油机的振动、噪音、动力性、经济性及排放展开研究: 1)对比分析了0—180°CA和0—360°CA曲拐布置的两缸柴油机的平衡性以及对增压器的匹配影响,确定了360°CA的发火顺序;针对0—360°CA曲拐布置的两缸柴油机,设计了平衡系统;对不同曲轴平衡重的配比对轴系动力学的影响进行了分析研究,确定合理的平衡重的配比;对曲轴进行扭振分析,设计了曲轴扭振减震器;对两缸柴油机的转矩波动特性和转速波动特性进行了研究,确定了飞轮的转动惯量。 2)利用气门正时优化和DOE软件对配气相位进行了优化,得到发动机在低速、最大转矩、额定功率工况时不同的配气相位对柴油机的充量系数、燃油消耗和泵气损失的影响。兼顾柴油机的高低速性能,选择了合理的配气相位;通过动力学计算结果,得到凸轮和摇臂滚子之间的接触应力、赫兹压力、气门落座速度等动力学特性参数; 3)针对两缸柴油机进、排气管内压力波动较大的问题,提出了增压器的匹配优化方案,采用旁通废气放气阀式涡轮增压器,在兼顾了柴油机的高低速性能的基础上,通过改变涡轮尺寸、压气机端流通部分尺寸,以及改变压气机叶轮的形状,提高增压器的效率;针对不同结构的EGR入口管进行EGR率均匀性分布计算,优化EGR入口位置,优化各缸EGR的均匀性。 4)对发动机的总体布置进行研究,确定供油系统、冷却系统、润滑系统;在发动机台架上进行柴油机的燃烧开发,对不同的燃烧室进行了对比试验,确定压缩比;进行增压器的优化匹配确定增压器;对不同喷雾夹角、孔径、流量的喷油器及油嘴伸出量(NTP)进行试验研究,确定了喷油器及NTP。对发动机匹配不同变速箱的速比对整车的排放和性能进行了分析研究,选择合适的变速箱速比。 通过对发动机柴油机的关键技术研究,设计开发了一款高压共轨、两缸、四气门、增压柴油机并匹配应用于整车,试验结果表明:两缸柴油机的动力性、经济性、噪声、振动均能满足乘用车的要求。升功率达到43kW/L,升转矩达到136N.m/L,排放满足欧Ⅳ标准。


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