某款汽油發(fā)動(dòng)機(jī)閥系設(shè)計(jì)優(yōu)化分析

張林，惠昭晨（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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某款汽油發(fā)動(dòng)機(jī)閥系設(shè)計(jì)優(yōu)化分析

張林，惠昭晨
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

為了提升某款汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。在原發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸型線的基礎(chǔ)上進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，設(shè)計(jì)了兩種新的凸輪軸型線，為此做了閥系運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，并作以比較。

凸輪軸型線；閥系；運(yùn)動(dòng)學(xué)；動(dòng)力學(xué)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.047

CLC NO.: U464Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-144-04

前言

發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，凸輪軸型線一直是設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重點(diǎn)[1]。凸輪軸型線不僅關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性還關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，并且設(shè)計(jì)不優(yōu)的凸輪軸型線設(shè)計(jì)直接影響到整機(jī)的可靠性[2]。

1、分析目的

分析并評(píng)價(jià)單閥系運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果。

2、計(jì)算描述

模型搭建如圖1所示。

3、配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

3.1運(yùn)動(dòng)學(xué)分析概述

運(yùn)動(dòng)學(xué)分析主要是計(jì)算在凸輪型線作用下，求出從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，檢查相關(guān)指標(biāo)是否滿足要求。運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算不考慮零部件間的脫離，認(rèn)為系統(tǒng)是剛性的，從動(dòng)件嚴(yán)格按凸輪型線確定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)[3]。凸輪型線優(yōu)化設(shè)計(jì)也在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中進(jìn)行。

3.2運(yùn)動(dòng)學(xué)分析主要評(píng)價(jià)指標(biāo)

1）運(yùn)動(dòng)學(xué)凸輪與從動(dòng)件間接觸應(yīng)力，該應(yīng)力不能超過(guò)材料許用限值；

2）凸輪型線有無(wú)負(fù)曲率；

3）額定轉(zhuǎn)速及最大瞬時(shí)超速時(shí)氣門彈簧裕度要大于1.4，避免飛脫現(xiàn)象的發(fā)生。

4）進(jìn)氣門與活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)最小間隙要大于1.2mm；排氣門與活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)最小間隙要大于1.3mm。

3.3運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算結(jié)果

各方案進(jìn)排氣單閥系運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表1、2所示。

表1　進(jìn)氣方案運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算結(jié)果對(duì)比

表2　排氣方案運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算結(jié)果對(duì)比

由計(jì)算結(jié)果可以看出：各方案下凸輪與搖臂最大接觸應(yīng)力都低于限值；進(jìn)氣方案2下氣門彈簧裕度不滿足要求，這主要是因?yàn)樵摲桨笟忾T升程較大包角較小造成的，其他方案均滿足要求。進(jìn)排氣方案1、2均存在負(fù)曲率，而從加工難易的角度看，一般要求凸輪型線無(wú)負(fù)曲率，因此綜合判斷方案3（原始方案）較好。

為保證進(jìn)氣門與活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)最小間隙大于1.2mm，排氣門與活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)最小間隙大于1.3mm，氣門關(guān)閉活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)兩者距離要求如表3所示。

表3　氣門關(guān)閉活塞到TDC時(shí)兩者距離

4、配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析

4.1動(dòng)力學(xué)分析概述

由于實(shí)際配氣機(jī)構(gòu)是一個(gè)彈性系統(tǒng)，工作時(shí)機(jī)構(gòu)的彈性變形會(huì)使位于傳動(dòng)鏈末端的氣門運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生畸變，并增大整個(gè)機(jī)構(gòu)各零部件間的相互作用力，因此必須進(jìn)行配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，主要查看是否有從動(dòng)件飛脫、氣門早關(guān)、氣門反跳等不良現(xiàn)象[3]。

4.2動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果

1）各缸進(jìn)排氣門落座速度都滿足<1m/s的要求限值，氣門落座平穩(wěn)，沖擊小，無(wú)氣門早關(guān)、反跳的不良現(xiàn)象。

2）各缸進(jìn)排氣凸輪與平面挺柱動(dòng)力學(xué)接觸應(yīng)力均低于1200MPa的限值，不會(huì)造成凸輪的過(guò)度磨損。

3）氣門彈簧動(dòng)力學(xué)特性滿足要求，彈簧無(wú)并圈現(xiàn)象發(fā)生。

4.3動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果

圖8、9、10、11結(jié)果對(duì)比顯示：采用方案3時(shí)，進(jìn)排氣門落座速度及進(jìn)排氣凸輪與搖臂接觸應(yīng)力均低于方案1、方案2，且滿足要求。

從各方案各轉(zhuǎn)速下動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果來(lái)看：進(jìn)排氣方案1、2，均存在氣門落座后反跳現(xiàn)象，對(duì)氣門座圈沖擊力大，這主要是緩沖段設(shè)計(jì)不合理造成的。而進(jìn)排氣方案3（即原2.0NA進(jìn)排氣凸輪型線）氣門落座相對(duì)較平穩(wěn)。

進(jìn)排氣方案1、2均增大了氣門升程，因此在高速時(shí)可以看到氣門彈簧受力存在尖峰，是彈簧并圈現(xiàn)象的反應(yīng)，因此如若要增大氣門升程，氣門彈簧需重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)校核。

5、結(jié)論

1）運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析表明，方案3優(yōu)于方案1、2。

2）在方案3下，為保證進(jìn)氣門與活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)最小間隙為1.2mm，進(jìn)氣門關(guān)閉活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)氣門與活塞最小距離為3.07mm。為保證排氣門與活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)最小間隙為1.3mm，排氣門關(guān)閉活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)兩者最小距離為1.51mm。

3）在方案3下，閥系運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)均滿足要求。

[1]王雪雁,林漫群.汽油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車,2013,(4)42.

[2]蘇圣,胡景彥.凸輪軸型線的設(shè)計(jì)及分析[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2011,(4)38.

[3]錢德猛,錢多德.車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車,2013,(4)43.

A petrol engine valve system design optimization analysis

Zhang Lin,Hui Zhaochen
（Anhui Jianghuai Automotive Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230601）

In order to promote a petrol engine,engine performance and fuel economy.On the basis of the original engine camshaft lines for design optimization,design the two kinds of new type camshaft line,do the valves kinematics and dynamics analysis,and to compare.

The camshaft type line; The valves; kinematics; dynamics

U464

A

1671-7988（2016）08-144-04

張林（1989-），男，助理工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的工作。