一种进气门型线设计方法及进气门与流程

1.本发明涉及进气门型线设计技术领域，尤其是涉及一种进气门型线设计方法及进气门。


背景技术：

2.现有发动机制动方法包含减压制动、泄气制动及排气制动等。其中，减压制动是使用最普遍的制动方法之一，其通过将压缩冲程中气缸内高温高压气体释放获得制动扭矩。
3.如图1所示，减压制动通过在排气门型线中增加cr段（压缩释放段，此时，排气门打开），并对cr段进行设计达到需要的制动性能：推迟cr段开启相位并增大cr段最大升程，即排气门开启时活塞更接近上止点、增加高温高压气体释放量，能够在提升制动扭矩的同时增大制动爆压。但是，为了避免排气门与活塞碰撞，cr段最大升程值受到限制。另外，排气门结构强度对制动爆压限值的要求同样限制了cr段开启相位。因此，采用减压制动的方法发动机的制动扭矩受限。
4.因此，如何在制动爆压限值内提升发动机的制动扭矩，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的第一个目的是提供一种进气门型线设计方法，旨在制动爆压限值内提升发动机的制动扭矩。
6.本发明的第二个目的是提供一种进气门。
7.为了实现上述第一个目的，本发明提供了如下方案：一种进气门型线设计方法，包括：在进气门型线中增设sgi段，所述sgi段用于在排气门型线的cr段的后期进气门二次开启；确定所述sgi段的设计参数及其取值范围；基于所述设计参数及其所述取值范围建立包含所述sgi段的进气门型线的数学代理模型；通过所述数学代理模型对所述sgi段进行优化设计；获取优化所述sgi段后的进气门型线。
8.在一个具体的实施方案中，所述sgi段的设计参数包括所述sgi段的开启相位、最大升程以及持续期。
9.在另一个具体的实施方案中，确定所述设计参数的取值范围具体包括：根据所述sgi段的开启相位位于所述cr段的最大升程相位之后来确定所述sgi段的开启相位的取值范围；以气门不与活塞相撞来确定所述sgi段的最大升程的取值范围；以所述气门不发生飞脱来确定所述sgi段的持续期的取值范围。
10.在另一个具体的实施方案中，建立包含所述sgi段的数学代理模型具体包括：在所述设计参数的取值范围内取值，以建立所述设计参数的多个样本点；根据所述样本点获取对应的进气门型线；将预设发动机的一维仿真模型代入不同的所述进气门型线中计算，并获取各所述样本点对应的发动机的制动扭矩及制动爆压，以建立所述制动扭矩及制动爆压的样本空间；建立以所述设计参数为自变量，以所述制动扭矩及制动爆压为因变量的数学代理模型。
11.在另一个具体的实施方案中，对所述sgi段进行优化设计具体包括：将所述数学代理模型以所述制动扭矩最大化为优化目标，以所述制动爆压的限值及所述设计参数的取值范围为约束条件，进行优化计算，得到优化后的所述设计参数。
12.在另一个具体的实施方案中，建立所述设计参数的多个样本点具体为通过拉丁超立方方法建立；所述数学代理模型具体通过利用样本空间训练神经网络得到。
13.在另一个具体的实施方案中，获取优化所述sgi段后的进气门型线之后还包括：将优化所述sgi段后的进气门型线代入到所述一维仿真模型中进行计算，判断结果是否相符；若是，则输出设计结果；若否，则修正所述一维仿真模型，再次进行优化设计。
14.在另一个具体的实施方案中，判断结果是否相符具体包括：判断制动性能与优化结果的偏差值是否大于预设差。
15.在另一个具体的实施方案中，所述制动扭矩的计算公式为：t=-1427.6+140x
1-0.58x2+0.1x
3-129x
12
+0.01x
22
+0.035x
32
+0.06x1x2+0.52x1x
3-0.003x2x3+34.8x
13-5.7x
23-0.00075x
33
;所述制动爆压的计算公式为：p=59-4.3x1+0.14x2+0.178x3+3.56x
12-0.0016x
22-0.006x
32-0.0036x1x2+0.003x1x
3-0.0005x2x
3-1.0x
13
+7x
23
+7.2x
33
;其中，t是指制动扭矩；x1是指最大升程；x2是指持续期；x3是指开启相位。
16.根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。
17.为了实现上述第二个目的，本发明提供了如下方案：一种进气门，包括气门及凸轮轴；所述凸轮轴顶升所述气门运动，所述凸轮轴的轨迹线为进气门型线，所述进气门型线采用如上述中任意一项所述的进气门型线设计方法设计而成。
18.本发明提供的进气门型线设计方法，通过在进气门型线上增设sgi段，并通过进行优化设计，使得进气门能够在排气门型线的cr段后期二次开启，通过发动机气流惯性下的
扫气作用，促使缸内压缩产生的高温高压气体更多的进入排气管中，减小气体在做功冲程中的做功能力，从而在不影响制动爆压情况下提升制动扭矩。同时，由于更多高压气体的排出，做功冲程中缸压降低，在排气冲程中当排气门开启时，排气管内更多的高压气体进入气缸，进一步提升制动性能。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为现有技术中的气门型线；图2为本发明一种实施例提供的进气门型线设计方法的流程图；图3为本发明另一种实施例提供的进气门型线设计方法的流程图；图4为本发明提供的进气门型线的示意图；图5为本发明提供的sgi段设计参数的示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图2-图5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶面”、“底面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.名词解释：减压制动：在压缩冲程中当活塞接近上止点时打开排气门，将气缸内的高温高压气体释放到排气管中。
24.cr段：排气门型线中实现减压制动过程的那部分型线。
25.飞脱：凸轮由气门开启运转到气门关闭角度时，气门由于迟滞，仍然处于开启状态，这时气门飞脱。
26.结合图2-图5，本发明一方面提供了一种进气门型线设计方法，通过在进气门型线中增设sgi段（进气门二次开启段），并优化sgi段，使得进气门在cr段后期二次开启，通过发动机的扫气作用增加cr过程中缸内气体的释放量，减小做功冲程的缸压，从而提升发动机的制动扭矩。
27.具体地，如图2所示，进气门型线设计方法包括步骤s1、步骤s2、步骤s3、步骤s4及步骤s5。
28.步骤s1：在进气门型线中增设sgi段。
29.如图4所示，sgi段用于在排气门型线的cr段的后期进气门二次开启，是指能够实现排气门型线的cr段后期进气门二次开启的那部分型线。
30.需要说明的是，cr段的后期是指cr段的最大升程后所对应的相位。
31.步骤s2：确定sgi段的设计参数及其取值范围。
32.具体地，sgi段是由开启相位、持续期及最大升程确定，因此，sgi段的设计参数包括开启相位、持续期及最大升程，如图5所示。
33.对应地，确定设计参数的取值范围也就是确定sgi段的开启相位、持续期及最大升程的取值范围。
34.sgi段的开启相位的取值范围是根据sgi段的开启相位位于cr段的最大升程相位之后来确定的。
35.sgi段的最大升程的取值范围是以气门不与活塞相撞来确定的，最大升程值根据实际发动机的机型存在上限。
36.sgi段的持续期的取值范围是以气门不发生飞脱来确定的。气门开启与关闭速度越快即气门型线越陡峭，发动机换气效果越好，但过于陡峭的气门型线容易造成气门飞脱，因此，最大升程值和持续期之间根据实际机型存在一定约束关系，最大升程最大，持续期越长，反之亦然。需要说明的是，这里的气门为进气门上的气门。
37.步骤s3：基于设计参数及其取值范围建立包含sgi段的进气门型线的数学代理模型。
38.步骤s3具体包括步骤s31、步骤s32及步骤s33。
39.具体地，步骤s31：在设计参数的取值范围内取值，以建立设计参数的多个样本点，根据样本点获取对应的进气门型线。
40.需要说明的是，在设计参数的取值范围内取值是指分别在sgi段的开启相位的取值范围、最大升程的取值范围及持续期的取值范围内分别取值，以获取包含sgi段的开启相位、最大升程以及持续期这三个设计参数的样本点，并根据所获取的样本点来得到对应的进气门型线。
41.可以理解地，样本点的个数可以根据需要进行设定，并不限于某一或者某些特定值。
42.以样本点的个数为500个为例，当sgi段的开启相位的取值范围、最大升程的取值范围及持续期的取值范围确定以后，可以利用拉丁超立方方法确定各个设计参数的500个样本点，将这些设计点导入获取设计参数的集合中，即，每个设计参数都可以有500个不同的值，或者是，基于各个设计参数中的不同值的组合共同建立500个总的样本点，即，总共创建500个不同设计参数的组合，这些组合中，至少有一个设计参数的值不同，将这500个组合导入获取设计参数的集合中。需要说明的是，采用拉丁超立方方法进行抽样仅是本发明的一个具体实施方式，在实际应用中，也可以选择其它抽样方式。
43.步骤s32：将预设发动机的一维仿真模型代入不同的进气门型线中计算，并获取各样本点对应的发动机的制动扭矩及制动爆压，并建立制动扭矩及制动爆压的样本空间。
44.需要说明的是，预设发动机是指标定发动机，选定发动机的机型，创建与该机型匹配的一维仿真模型。
45.将该一维仿真模型代入进气门型线中计算，可以得到对应不同样本点时，发动机
的制动扭矩及制动爆压的数据，以建立制动扭矩及制动爆压的样本空间的集合。
46.步骤s33：建立以设计参数为自变量，以制动扭矩及制动爆压为因变量的数学代理模型。
47.数学代理模型具体可以通过利用样本空间训练神经网络得到，需要说明的是，采用样本空间训练神经网络的方法得到数学代理模型仅是本发明的一个具体实施方式，在实际应用中，也可以选择其它的方法获取数学代理模型。
48.进一步地，本发明具体公开了制动扭矩的计算公式为：t=-1427.6+140x
1-0.58x2+0.1x
3-129x
12
+0.01x
22
+0.035x
32
+0.06x1x2+0.52x1x
3-0.003x2x3+34.8x
13-5.7x
23-0.00075x
33
；制动爆压的计算公式为：p=59-4.3x1+0.14x2+0.178x3+3.56x
12-0.0016x
22-0.006x
32-0.0036x1x2+0.003x1x
3-0.0005x2x
3-1.0x
13
+7x
23
+7.2x
33
;其中，t是指制动扭矩；x1是指最大升程；x2是指持续期；x3是指开启相位。需要说明的是，t的单位是nm，p的单位为bar，x1的单位为mm，x2的单位为deg，x3的单位为deg，通过上述计算公式，分别获取制动扭矩及制动爆压的值。
49.步骤s4：通过数学代理模型对sgi段进行优化设计。
50.具体地，对sgi段进行优化设计具体包括：将数学代理模型以制动扭矩最大化为优化目标，以制动爆压的限值及设计参数的取值范围为约束条件，进行优化计算，得到优化后的设计参数。
51.步骤s5：获取优化sgi段后的进气门型线。
52.将步骤s4中获取的设计参数来代入进气门型线中，来获取优化sgi段后的进气门型线。
53.在一些实施例中，如图3所示，本发明公开了步骤s5之后还包括步骤s6：将优化sgi段后的进气门型线代入到一维仿真模型中进行计算，判断结果是否相符，若是，则输出设计结果；若否，则修正一维仿真模型，返回至步骤s3再次进行优化设计。
54.具体地，判断结果是否相符具体包括：判断制动性能与优化结果的偏差值是否大于预设差。
55.这里的预设差是指根据实际需要进行设定的差值，本实施例以预设差为3%为例。如果偏差值小于或者等于3%，则表明制动性能与优化结果的偏差值是允许范围内，输出设计结果。如果偏差值大于3%，则表明制动性能与优化结果的偏差值不在允许范围内，此时，对一维仿真模型进行可靠性验证，并修正不可靠的仿真模型，此时，如果一维仿真模型不可靠，则修正一维仿真模型后，重新执行步骤s3。
56.本发明提供的进气门型线设计方法，通过在进气门型线上增设sgi段，并通过进行优化设计，使得进气门可以在排气门型线的cr段后期二次开启，通过发动机气流惯性下的扫气作用，促使缸内压缩产生的高温高压气体更多的进入排气管中，减小气体在做功冲程中的做功能力，从而在不影响制动爆压情况下提升制动扭矩。同时，由于更多高压气体的排出，做功冲程中缸压降低，在排气冲程中当排气门开启时，排气管内更多的高压气体进入气缸，进一步提升制动性能。
57.本发明第二方面提供了一种进气门，进气门包括气门及凸轮轴，凸轮轴顶升气门
运动，凸轮轴顶升气门的轨迹线为进气门型线。需要说明的是，凸轮轴与气门之间可以设置其它部件进行动力传递，不限于直接将气门置于凸轮轴上滑动。
58.进气门型线采用如上述中任意一项实施例中的进气门型线设计方法设计而成。
59.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
60.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创造特点相一致的最宽的范围。
61.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
62.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。