某款汽油發動機閥系設計優化分析

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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某款汽油發動機閥系設計優化分析

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發動機動力性和經濟性。在原發動機凸輪軸型線的基礎上進行了設計優化，設計了兩種新的凸輪軸型線，為此做了閥系運動學和動力學分析，并作以比較。

凸輪軸型線；閥系；運動學；動力學

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.047

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

前言

發動機設計時，凸輪軸型線一直是設計人員關注的重點[1]。凸輪軸型線不僅關系到發動機的動力性還關系到發動機的經濟性，并且設計不優的凸輪軸型線設計直接影響到整機的可靠性[2]。

1、分析目的

分析并評價單閥系運動學及動力學計算結果。

2、計算描述

模型搭建如圖1所示。

3、配氣機構運動學分析

3.1運動學分析概述

運動學分析主要是計算在凸輪型線作用下，求出從動件的運動規律，檢查相關指標是否滿足要求。運動學計算不考慮零部件間的脫離，認為系統是剛性的，從動件嚴格按凸輪型線確定的運動規律進行運動[3]。凸輪型線優化設計也在運動學分析中進行。

3.2運動學分析主要評價指標

1）運動學凸輪與從動件間接觸應力，該應力不能超過材料許用限值；

2）凸輪型線有無負曲率；

3）額定轉速及最大瞬時超速時氣門彈簧裕度要大于1.4，避免飛脫現象的發生。

4）進氣門與活塞運動學最小間隙要大于1.2mm；排氣門與活塞運動學最小間隙要大于1.3mm。

3.3運動學計算結果

各方案進排氣單閥系運動學計算結果對比如表1、2所示。

表1　進氣方案運動學計算結果對比

表2　排氣方案運動學計算結果對比

由計算結果可以看出：各方案下凸輪與搖臂最大接觸應力都低于限值；進氣方案2下氣門彈簧裕度不滿足要求，這主要是因為該方案氣門升程較大包角較小造成的，其他方案均滿足要求。進排氣方案1、2均存在負曲率，而從加工難易的角度看，一般要求凸輪型線無負曲率，因此綜合判斷方案3（原始方案）較好。

為保證進氣門與活塞運動學最小間隙大于1.2mm，排氣門與活塞運動學最小間隙大于1.3mm，氣門關閉活塞到達上止點時兩者距離要求如表3所示。

表3　氣門關閉活塞到TDC時兩者距離

4、配氣機構動力學分析

4.1動力學分析概述

由于實際配氣機構是一個彈性系統，工作時機構的彈性變形會使位于傳動鏈末端的氣門運動產生畸變，并增大整個機構各零部件間的相互作用力，因此必須進行配氣機構動力學計算，主要查看是否有從動件飛脫、氣門早關、氣門反跳等不良現象[3]。

4.2動力學分析結果

1）各缸進排氣門落座速度都滿足<1m/s的要求限值，氣門落座平穩，沖擊小，無氣門早關、反跳的不良現象。

2）各缸進排氣凸輪與平面挺柱動力學接觸應力均低于1200MPa的限值，不會造成凸輪的過度磨損。

3）氣門彈簧動力學特性滿足要求，彈簧無并圈現象發生。

4.3動力學計算結果

圖8、9、10、11結果對比顯示：采用方案3時，進排氣門落座速度及進排氣凸輪與搖臂接觸應力均低于方案1、方案2，且滿足要求。

從各方案各轉速下動力學計算結果來看：進排氣方案1、2，均存在氣門落座后反跳現象，對氣門座圈沖擊力大，這主要是緩沖段設計不合理造成的。而進排氣方案3（即原2.0NA進排氣凸輪型線）氣門落座相對較平穩。

進排氣方案1、2均增大了氣門升程，因此在高速時可以看到氣門彈簧受力存在尖峰，是彈簧并圈現象的反應，因此如若要增大氣門升程，氣門彈簧需重新進行優化設計校核。

5、結論

1）運動學及動力學計算結果對比分析表明，方案3優于方案1、2。

2）在方案3下，為保證進氣門與活塞運動學最小間隙為1.2mm，進氣門關閉活塞到達上止點時氣門與活塞最小距離為3.07mm。為保證排氣門與活塞運動學最小間隙為1.3mm，排氣門關閉活塞到達上止點時兩者最小距離為1.51mm。

3）在方案3下，閥系運動學及動力學均滿足要求。

[1]王雪雁,林漫群.汽油機配氣機構的設計優化[J].小型內燃機與摩托車,2013,(4)42.

[2]蘇圣,胡景彥.凸輪軸型線的設計及分析[J].拖拉機與農用運輸車,2011,(4)38.

[3]錢德猛,錢多德.車用汽油發動機設計開發[J].小型內燃機與摩托車,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，主要從事發動機設計的工作。