發動機氣門彈簧的選用

沈玉芳，韋玉昆

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

發動機氣門彈簧的選用

沈玉芳，韋玉昆

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

為確保某種高應力小空間的氣門彈簧的選用，在獲得氣門彈簧靜態參數之后有必要進行發動機配氣機構動力學計算。為此，針對某機型發動機，使用動力學分析軟件VALDYN，對三種參數的氣門彈簧分別進行配氣機構的動力學分析，以確保氣門彈簧選用的可靠性。

氣門彈簧；配氣機構；動力學分析

配氣機構是汽車發動機最重要的組成部分之一，而氣門彈簧是配氣機構氣門組的重要零件。其功用是保證氣門關閉時能緊密地與氣門座或氣門座圈貼合，并克服在氣門開啟時配氣機構產生的慣性力，使傳動件始終受凸輪控制而不相互脫離。

針對某發動機，為了滿足高應力、小空間、輕量化等的要求，根據計算公式設計出三種方案氣門彈簧。為確認氣門彈簧設計方案的選用，建立配氣機構動力學模型，進行相關計算，以保證氣門彈簧選用的可靠性。

1　氣門彈簧靜態參數

為配合使用已量產的氣門鎖夾及氣門彈簧座，且滿足氣門單槽改三槽的設計更改，氣門彈簧需要重新設計。根據氣門的安裝高度及最大升程時所需要的負荷，設計三種可滿足條件的靜態氣門彈簧設計。

其中，方案一為圓形鋼絲圓柱狀變節距氣門彈簧，材料為CrSiVNi，如圖1所示。此方案優點是結構簡單，使用普遍，缺點是優化的材料導致成本增加。

圖1　方案一氣門彈簧

方案二為卵形鋼絲圓柱變節距氣門彈簧，材料為CrSiV，如圖2.采用卵形截面鋼絲來設計制造高應力螺旋彈簧具有降低并緊高度，減輕重量，減少應力等優點［1］，缺點是工藝控制需加強。

圖2　方案二氣門彈簧

方案三為圓形鋼絲蜂窩狀變節距氣門彈簧簧，材料為CrSiV，如圖3所示。此方案優點是可適應空間要求，缺點是工藝控制需加強。

圖3　方案三氣門彈簧

三種氣門彈簧方案的具體參數如表1所列。

表1　氣門彈簧靜態參數對比表

表2　進氣側結果對比

2　配氣機構模型建立

該發動機配氣機構屬于帶機械式平面挺柱的頂置凸輪軸氣門頂置式配氣機構（OHC），其結構示意如圖4所示［2］。為比較氣門彈簧三種方案的優劣，使用動力學的計算軟件VALDYN進行計算分析。此軟件結合配氣機構，簡化配氣機構相關部件設置或進行轉換，最終建立單閥系動力學計算模型，如圖5所示。在輸入參數過程中，除已知部分參數外，模型中各零件質量及慣量由Pro/E建模計算得到，氣門彈簧數據由VALDYN中的VALKIN模塊獲得。

圖4　配氣機構

圖5　單閥系動力學模型

3　分析結果

針對進氣側及排氣側輸入相關數據，得到三種氣門彈簧方案的最終結果對比，其中進氣側如表2所列，排氣側如表3所列。

表3　排氣側結果對比

分析結果的指標值如表4所列，通過對比可知，進氣側的方案一在5 000 rpm狀態下凸輪軸與氣門挺柱的接觸應力705 MPa，超過指標值700 MPa，超標的應力圖，如圖6所示；排氣側的方案二在5 000 rpm狀態下凸輪軸與氣門挺柱的接觸應力704 MPa，超過指標值700 MPa，超標的應力圖如圖7所示。

表4　指標值

圖6　進氣側超標轉速應力圖

圖7　排氣側超標轉速應力圖

4　結束語

根據分析結果可知，對于此機型的發動機，方案一及方案二均在5 000 rpm狀態下凸輪軸與氣門挺柱的接觸應力過大，會導致零件磨損，有使配氣機構功能性減弱的風險。因此氣門彈簧優先選擇方案三。

［1］陳立.橢圓或卵形鋼絲高應力螺旋彈簧設計和制造［J］.機械工業標準化與質量，2014，（7）：51-57.

［2］張加麗，薄關鋒.泛亞C14發動機配氣機構單閥系動力學分析［J］.電子世界，2012，（3）：66-68.

The Selection of Valve Spring in Engine

SHEN Yu-fang，WEI Yu-kun
（SAIC GM Wuling Automation Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

In order to ensure a selection of valve spring in the high stress and small space，it’s necessary to calculate valve-train dynamics analysis after the static parameters of valve spring.So，use a dynamic analysis software，VALDYN，to calculate three parameters of valve springs valve-train dynamics analysis in an aircraft engine，ensure the reliability of the valve spring is chosen.

valve spring；valve-train；dynamics analysis

U464

A

1672-545X（2016）07-0142-02

2016-04-08

沈玉芳（1987-），女，湖北武漢人，本科，助理工程師，研究方向：發動機配氣機構的設計與開發；韋玉昆（1986-），女，廣西南寧人，本科，助理工程師，研究方向：發動機零部件的設計與開發。