1. 研究目的与意义（文献综述）

自内燃机问世以来，无论是柴油机还是汽油机，都在不断的改造进步中形成了各自比较稳定的体系。随着燃料资源的不断短缺与环境污染的加剧，内燃机正朝着高功率、低排放的方向发展。特别是对柴油机来说，相比于汽油机来说有着更大的发展空间，有更好的经济性能与排放性能，其发展速度远快于汽油机，应用领域也在不断扩大。通过对柴油机的燃烧室等内部结构进行优化以及排放后处理等技术，很大程度上解决了柴油机的氮氧化物和颗粒的排放问题^[1]。柴油机的应用也从仅限于重型机械上使用扩展到家用轿车领域。从柴油机的技术发展来看，柴油机很可能成为动力机械的主流。因此大家对柴油机的性能要求也在不断提高，包括动力、经济性、耐用性、排放性能等，对柴油机的每一个细节部分进行细致的优化设计已经成为了现今柴油机发展的大趋势^[2]。

而柴油机的配气机构作为柴油机的一个重要部件，控制柴油机的进气与排气两个过程，即为排出本次循环的已燃气体与吸入下一循环的新鲜充量的过程^[3]。配气机构的特殊位置使得气工作条件相当恶劣，尤其是排气阀，长期在高温条件下工作，这就需要对配气机构的材料有着较高的要求^[4]。不仅柴油机的使用性能在很大程度上受到整个进排气过程完善程度的影响，同时配气机构的各个零件的耐用程度也决定着柴油机使用的稳定性。随着柴油机发展方向的潮流，其配其机构也采用了许多如可变配气正时、多个气门、凸轮轴定置等技术，合理地调节优化内燃机配气系统的各个参数对提高内燃机性能有极大的帮助^[5]。传统的配气系统研究方案是进行不同方案的试凑，需要实际进行多种柴油机实验台架的搭建，难以满足柴油机复杂的设计要求不仅在参数的精准度及其测量结果上上有一定的误差，多次进行实验也增加了内燃机的研发效率与经济成本^[6]。

利用内燃机仿真软件对其配气系统的性能进行研究，不仅在很大程度上解决了研发成本的问题，同时研究结果更准确以及可以在短时间内尝试多种方案，大大促进了对内燃机配气系统的优化。柴油机配气机构凸轮线在不断的发展过程中，经历了静态优化设计、动态优化设计、整体优化设计^[7]。对于配气机构来说，其大部分零件的设计都有一定的限制，而配气凸轮线较为灵活，同时整个柴油机的配气机构的动力也来源于凸轮，配气机构的相关性能好坏在很大程度上取决与凸轮的设计，因此对凸轮线的参数设计模拟研究对配气机构的性能至关重要^[8,9]。

早在上个世纪六十年代，就有许多国外的专家学者对内燃机的配气系统进行研究，已经形成了较为成熟的体系。由于内燃机的转速较快，配气系统一个循环的工作时间极短，传统的两气门技术已经无法胜任。而由于技术限制和研究成本的原因，早期的多气门配气技术仅仅出现在赛车身上，主要为了获得更好的动力性能，而未在柴油机身上得到推广。最先应用多气门技术到柴油机的是意大利的布加齐公司，采用里四个排气门配一个进气门的设计。自上个世纪八十年代以来，多气门技术得到大力推广，内燃机的工作效率也得到质的飞跃。多气门增大了气体的流通面积，改善充气系数，不仅可以提高功率，还可以降低内燃机的排放污染。许多的外国企业对配气机构的优化进行了大量的研究。日本雅马哈公司在1985年发表了有关模拟柴油机气门运动的论文，主要介绍了单顶置以及双顶置两种不同形式凸轮结构的模拟。sae在1988年刊登关于多种多质量系统的分析方法。福特公司分别在1989年和1991年做了关于液压间隙调节器的动力学的特性以及配气系统和气门弹簧模型两方面的研究。avl公司在2006年在运用多质量模型方法的基础上对柴油机凸轮进行的研究优化^[10]。r scheucher和w hallinger在2007年利用贝赛尔样条曲线进行了凸轮的优化设计^[11]。

2. 研究的基本内容与方案

2．1研究内容

以z170柴油机的配气系统作为研究对象，设计z170柴油机配气系统测量实验方案并利用avl仿真软件进行模拟实验研究。主要针对不同用途柴油机典型工况，通过建立柴油机配气机构中各零部件的三维实体模型，再利用avl软件的excite td模块，分析配气机构的动态性能，研究影响配气机构性能的各个因素，并利用avl软件的boost模块对配气相位及凸轮型线进行优化设计。

3. 研究计划与安排

(1)查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需技术方案及措施。确定方案，完成英文翻译、文献阅读报告及考题报告。 （第1周——第3周） （2）学习avl excite tdavl软件，搜集z170柴油机配气机构相关参数。（第4周——第5周）

（3）学习相关建模软件使用方法，获取刚度、阻尼等参数。 （第6周——第8周）

（4）利用avl excite td仿真软件建立z170柴油机配气机构的动力学、运动学模型，设计z170柴油机配气系统实验方案。 （第9周——第9周）

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 翟爽.高速柴油机配气机构优化设计方法与配气凸轮型线设计软件研究[d].硕士学位论文, 湖南大学, 2002.

[2] 刘忠民,俞小莉,沈瑜铭,齐放,李建锋,谭建松,魏志明,侯岳,吴云龙. 配气机构综合实验系统的开发与研制[j].内燃机工程, 2005.

[3] 张桂昌. 柴油机配气机构动力学分析及凸轮型线优化设计[d]. 硕士学位论文, 天津大学, 2009.

[4] cerdoun m., carcasci c., ghenaiet a. an approach for the thermalanalysis of internal combustion engines’ exhaust valves [j]. appliedthermal engineering. 2016, 102: 1095-1108.