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摘 要：现代发动机都采取延长进、排气门开启时间的方法，以改善进、排气状况，从而提高其动力性能指标。依据GT-POWER软件对4115柴油机进行建模，设置各种结构参数、边界条件和初始条件，计算柴油机功率、扭矩和油耗等外特性曲线，验证其符合要求。对配气相位角度进行组合，确定进、排气提前角和迟闭角的角度范围，细化分组研究各组配气相位在全负荷工况下对柴油机动力性和经济性的影响，确定每个转速下的最优配气相位。模拟结果表明：在最佳配气相位下，扭矩、功率都有所提升，燃油消耗率也随之降低，达到优化配气相位的预期目标。最后利用优化好的配气相位进行凸轮型线设计。

关键词：柴油机 配气机构 配气相位 凸轮型线设计

中图分类号：TK429 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0001-02

近年来，环境污染成为世界关注的焦点问题，而汽车排放已经成为许多城市空气污染的主要原因之一。配气机构是内燃机的重要组成部分，配气相位角对柴油机整机性能有着一定的影响，研究表明：进气提前角和排气迟闭角直接影响换气过程，因此对动力性的影响比较显著。而过大的进气提前角和排气迟闭角又会使得动力性能急剧下降。所以，合理选择配气相位角能够提高柴油机的综合性能。配气凸轮作为配气机构的关键零件，对配气机构的工作性能起着决定性作用。配气凸轮型线的优劣直接关系到发动机的动力性、经济性、排放性、可靠性以及振动噪声水平。因此，如何设计出合理的凸轮型线是整个配气机构设计中最为重要的问题[1-3]。

1 配气机构模型的建立及参数设置

利用仿真软件对配气机构进行模拟分析是研究配气机构的重要手段。在GT-POWER软件中建立4115柴油机配气机构的模型，主要包括进排气系统、涡轮增压系统、喷油组件、气缸、曲轴箱等。配气机构计算模型设置的参数主要包括结构参数，边界条件、初始条件等。结构参数由设计得到，边界条件和初始条件由发动机的特性获得。设置转速为1000、1500、2000、2500、3000时的运算结果，仿真计算得出模型的扭矩、功率与实际值的偏差在工程允许范围之内。所以可以基于建好的模型进行研究[4-6]。

2 配气相位的研究及优化

内燃机的换气过程是为了排出已燃废气和吸入新鲜充量的过程，而换气过程的好坏很大程度上取决于气门正时时刻，本文从平移配气相位和改变气门正时和持续期两方面来进行优化。通过改变凸轮的转角实现配气相位平移，改变气门正时和持续期的方法是：改变凸轮转角和升程曲线。运行软件得出发动机的功率、扭矩、充气效率和燃油消耗率，对比分析确定出最优配气相位[7-8]。

经过比较两种优化方法，可以得到各转速下的最优配气相位，如表1所示。

3 配气凸轮型线设计

利用优化好的配气相位进行凸轮型线的设计，圆弧凸轮含有缓冲段与工作段，由于进排气凸轮工作角度不同，所以两个凸轮的缓冲段相同但工作段不同，需要分别设计。采用等加速—等速型方法设计缓冲段。跟据计算结果得出进气凸轮工作段升程、速度、加速度随凸轮转角的变化曲线[9]，如图图1、图2、图3所示。

4 结论

（1）为了提高发动机的动力和性能指标，采用可变配气相位，保证在每个工况下都可以以最佳状态运转，输出最大的功率和扭矩。从而达到了优化配气相位的目的。

（2）在最优配气相位中，进气提前角和排气迟闭角随着转速的增大而增大。进气提前角增大是因为减少进气阻力，使燃油空气混合物的进气量增大，提高的充气效率，使燃烧更完全，获得更多的功率和扭矩；排气迟闭角增大是因为可以充分利用下止点时气流的惯性，排除更多废气，进气阻力减少就可以增大进气量，使得下一循环的充气效率提高，提高发动机输出的功率和扭矩。

（3）每个转速下选出的最优配气相位与原柴油机的配气相位相比，功率、扭矩、充气效率都有所提高，燃油消耗率也有所下降，达到优化配气相位的目的。

参考文献

[1]潘玉蕊.汽车发动机配气机构的设计与研究[D].重庆：重庆大学，2008.

[2]李洁.增压柴油机进气系统匹配与研究[D].昆明：昆明理工大学，2014.

[3]曲伟东.重型LNG发动机配气相位及凸轮型线优化[D].武汉：武汉理工大学，2010.

[4]王伟，王淑晶，张耀贤.GT—POWER在配气相位优化设计上的应用[J].农业技术与装备，2012（9）：34-36.

[5]班宾.汽油机可变配气正时控制策略究—基于GT-POWER软件仿真[D].西安：长安大学，2012.

[6]刘宇.基于GT-POWER的汽油机仿真及优化设计[D].长春：吉林大学，2006.

[7]秦辉.N330柴油机配气凸轮型线改进及优化设计[D].武汉：武汉理工大学，2011.

[8]安娜，斯海林，绍毅明.某增压汽油机配气相位优化设计[J].重庆科技学院学报，2013，15（5）：107-110.

[9]袁兆成.内燃机设计[M].北京：机械工业出版社，2012.