摘 要

近年来随着环保意识的不断加强，节能减排成为了所有行业的一个共同的发展目标。作为船舶的的核心部件，柴油机便成为了船舶实现降低排放和提高效率等目标的一个重要的研究对象。作为柴油机重要的组成部分之一，配气机构在保证柴油机正常运行方面起到了非常重要的作用。因为当柴油机配气机构中的排气阀发生漏气时，柴油机的热效率就会在一定程度上下降，同时导致积碳的产生。因此，对于柴油机配气机构的研究十分重要。这为柴油机配气机构的维护和保养以及故障诊断提供了理论依据和技术参考。本文通过对MAN 6L16/24型柴油机配气机构的建模与仿真，得出了排气阀在柴油机不同转速和不同气阀间隙的情况下，落座力的变化规律。主要内容如下：

1. 通过Pro/E建立MAN 6L16/24型柴油机配气机构的模型，将其导入Adams中并添加约束关系，同时在Adams中建立配气机构的柔性体。
2. 在Adams中模拟不同转速及不同气阀间隙下，排气阀落座力大小的变化规律，并根据落座力的大小分析影响的因素。

通过上述仿真的结果，得出了如下结论：MAN 6L16/24型柴油机排气阀落座力的大小与柴油机转速气阀间隙有关。随着转速和气阀间隙的增加，排气阀落座力的大小也随之增加。

关键词：船舶柴油机，仿真，排气阀，落座力

Abstract

In recent years, energy conservation and emission reduction have become a development goal for all industry with increasing environmental consciousness. As a core component of ship, the diesel engines is an important equipment, which can reduce emissions and improve efficiency. As one of the important components of diesel engines, the gas distribution mechanism ensure the normal operation of the diesel engine. It has also played a very important role. Because when the exhaust valve in the valve train of diesel engine is malfunctioned, that will result the leakage. And then the diesel engine’s efficiency will be decreased in a certain extent, while the emissions will increase a lot of harmful substances. Therefore, it’s very important for valve train of diesel engine to research. Based on the MAN 6L16/24-type of valve train of diesel engine modeling and simulation in diesel engine exhaust valve was obtained seating force changes in different speeds and different valve clearance cases. For maintenance and repair of diesel engine exhaust valve to provide a theoretical foundation and technical reference. Main content as follows: build MAN 6L16/24 type of valve train of diesel engine model by using Pro/E, then import it into Adams and added constraints established in both the Adams flexible body of valve. In Adams simulated the seating force under different speed and valve clearance, and according to the seating force analysis of impact factor. According to the results of the simulation and came to the following conclusion: MAN 6L16/24 diesel engine exhaust valve seat size associated with speed valve clearance for diesel engines. With the increase of speed and valve clearance, the seating force of exhaust valve will also increases.

Key words: marine diesel engine, simulation, exhaust valve seat, seating force

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的目的及意义 1

1.2 国内外柴油机配气机构故障分析及仿真研究研究现状 1

1.2.1 柴油机配气机构故障诊断与分析 2

1.2.2 基于Adams的柴油机配气机构动力学模型 3

1.3 本文的主要工作 4

第2章 柴油机配气机构动力学模型 5

2.1 配气机构动力学 5

2.1.1 单质量模型 5

2.1.2 二质量模型 6

2.2 多体动力学基本理论 6

2.2.1 多体动力学概述 6

2.2.2 多体动力学数学模型 7

2.3 仿真研究对象 10

2.4 配气机构多体动力学模型 12

2.4.1 配气机构刚性模型的建立 12

2.4.2 在Adams中添加约束关系 14

2.4.3 配气机构柔性体的建立 16

2.5本章小结 17

第3章 配气机构动力学仿真结果及分析 19

3.1模拟不同转速情况下气阀落座力 19

3.2 模拟不同气阀间隙的情况下落座力 20

3.2.1 600r/min下不同气阀间隙实验 21

3.2.2 800转/分下不同气阀间隙实验 22

3.2.3 1000r/min下不同气阀间隙实验 23

3.3 本章小结 26

第4章 结论与展望 27

4.1 结论 27

4.2 展望 27

致 谢 29

参考文献 30

第1章 绪论

1.1课题研究的目的及意义

如今无论是船舶还是汽车，柴油机作为动力已经成为这些设备的核心部件。只有柴油机稳定、高效地运行才可以保证设备的正常工作。因此柴油机的每个部件都是重要的研究目标。而作为柴油机3大机构之一，配气机构的主要功能是控制柴油机的换气过程，它可以根据柴油机的工作循环和发火次序，定时地开启和关闭进排气阀，从而达到气缸吸入新鲜空气和排除废气，保证了柴油机高的热效率。因此在柴油机设计中，配气机构设计占有非常重要地位,其设计不仅影响柴油机整体的质量、可靠性、持久性和稳定性,而且还决定了柴油机在制造、运输、使用上的成本。因而国内外都十分重视对于柴油机配气机构的研究。

由于船舶柴油机气阀的工作条件十分恶劣，气阀阀面不仅要与高温高压的燃气直接发生接触，而且还要承受交替进行的热负荷和冲击性交变载荷。因此船舶柴油机的进排气阀很容易发生形变，造成机械性能降低的同时还会存在漏气，甚至会影响整个柴油机性能。如果进排气阀与阀座之间的密封不严，再加上高温高压的气体不断地冲击阀面与阀座，就会进一步加重漏气的情况。此外在机械惯性力和弹簧作用力的交替影响之下，在排气阀关闭时，阀座将承受巨大的冲击力，这也会导致排气阀阀面发生形变或者磨损，从而导致漏气。除此之外，配气机构中的推杆与摇臂、摇臂与气阀等接触件之间也同样存在不同程度的碰撞与磨损。这些现象的发生都将会改变气阀开启的角度，从而影响柴油机的配气正时。

对于柴油机配气机构的设计，一方面希望增大进排气阀落座时的速度，使气阀能够快速地打开和关闭，以便获得良好的换气效果，从而提高热效率和经济性，但这样会加剧气阀与阀座间的碰撞，导致气阀磨损的速率加快。另一方面，希望减小接触载荷和碰撞时的冲击性交变载荷，从而减小振动和噪声，增加进排气阀的可靠性并且延长其使用寿命 ^[1]。因此在设计之前利用软件对柴油机配气机构进行模拟仿真便尤为重要，通过模拟可以找出既能使气门迅速关闭和开启，又能最大限度的减小气阀间的磨损速度的折衷点，以获得最佳的换气过程。而且还可以通过仿真研究配气机构气阀落座力及气阀开启角度的变化情况。利用软件模拟不仅可以节省大把的时间，也可以比较真实地反应实际的情况。此外故障诊断也是柴油机发展的一个重要方向，目前受到越来越多的重视^[2]。所以对配气机构的模拟与仿真研究意义重大。