某款汽油发动机阀系设计优化分析

张林，惠昭晨（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）



某款汽油发动机阀系设计优化分析

张林，惠昭晨
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

为了提升某款汽油机发动机动力性和经济性。在原发动机凸轮轴型线的基础上进行了设计优化，设计了两种新的凸轮轴型线，为此做了阀系运动学和动力学分析，并作以比较。

凸轮轴型线；阀系；运动学；动力学

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.047

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

前言

发动机设计时，凸轮轴型线一直是设计人员关注的重点[1]。凸轮轴型线不仅关系到发动机的动力性还关系到发动机的经济性，并且设计不优的凸轮轴型线设计直接影响到整机的可靠性[2]。

1、分析目的

分析并评价单阀系运动学及动力学计算结果。

2、计算描述

模型搭建如图1所示。

3、配气机构运动学分析

3.1运动学分析概述

运动学分析主要是计算在凸轮型线作用下，求出从动件的运动规律，检查相关指标是否满足要求。运动学计算不考虑零部件间的脱离，认为系统是刚性的，从动件严格按凸轮型线确定的运动规律进行运动[3]。凸轮型线优化设计也在运动学分析中进行。

3.2运动学分析主要评价指标

1）运动学凸轮与从动件间接触应力，该应力不能超过材料许用限值；

2）凸轮型线有无负曲率；

3）额定转速及最大瞬时超速时气门弹簧裕度要大于1.4，避免飞脱现象的发生。

4）进气门与活塞运动学最小间隙要大于1.2mm；排气门与活塞运动学最小间隙要大于1.3mm。

3.3运动学计算结果

各方案进排气单阀系运动学计算结果对比如表1、2所示。

表1　进气方案运动学计算结果对比

表2　排气方案运动学计算结果对比

由计算结果可以看出：各方案下凸轮与摇臂最大接触应力都低于限值；进气方案2下气门弹簧裕度不满足要求，这主要是因为该方案气门升程较大包角较小造成的，其他方案均满足要求。进排气方案1、2均存在负曲率，而从加工难易的角度看，一般要求凸轮型线无负曲率，因此综合判断方案3（原始方案）较好。

为保证进气门与活塞运动学最小间隙大于1.2mm，排气门与活塞运动学最小间隙大于1.3mm，气门关闭活塞到达上止点时两者距离要求如表3所示。

表3　气门关闭活塞到TDC时两者距离

4、配气机构动力学分析

4.1动力学分析概述

由于实际配气机构是一个弹性系统，工作时机构的弹性变形会使位于传动链末端的气门运动产生畸变，并增大整个机构各零部件间的相互作用力，因此必须进行配气机构动力学计算，主要查看是否有从动件飞脱、气门早关、气门反跳等不良现象[3]。

4.2动力学分析结果

1）各缸进排气门落座速度都满足<1m/s的要求限值，气门落座平稳，冲击小，无气门早关、反跳的不良现象。

2）各缸进排气凸轮与平面挺柱动力学接触应力均低于1200MPa的限值，不会造成凸轮的过度磨损。

3）气门弹簧动力学特性满足要求，弹簧无并圈现象发生。

4.3动力学计算结果

图8、9、10、11结果对比显示：采用方案3时，进排气门落座速度及进排气凸轮与摇臂接触应力均低于方案1、方案2，且满足要求。

从各方案各转速下动力学计算结果来看：进排气方案1、2，均存在气门落座后反跳现象，对气门座圈冲击力大，这主要是缓冲段设计不合理造成的。而进排气方案3（即原2.0NA进排气凸轮型线）气门落座相对较平稳。

进排气方案1、2均增大了气门升程，因此在高速时可以看到气门弹簧受力存在尖峰，是弹簧并圈现象的反应，因此如若要增大气门升程，气门弹簧需重新进行优化设计校核。

5、结论

1）运动学及动力学计算结果对比分析表明，方案3优于方案1、2。

2）在方案3下，为保证进气门与活塞运动学最小间隙为1.2mm，进气门关闭活塞到达上止点时气门与活塞最小距离为3.07mm。为保证排气门与活塞运动学最小间隙为1.3mm，排气门关闭活塞到达上止点时两者最小距离为1.51mm。

3）在方案3下，阀系运动学及动力学均满足要求。

[1]王雪雁,林漫群.汽油机配气机构的设计优化[J].小型内燃机与摩托车,2013,(4)42.

[2]苏圣,胡景彦.凸轮轴型线的设计及分析[J].拖拉机与农用运输车,2011,(4)38.

[3]钱德猛,钱多德.车用汽油发动机设计开发[J].小型内燃机与摩托车,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

张林（1989-），男，助理工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司，主要从事发动机设计的工作。