汽车内燃机配气机构的优化设计

汽车内燃机配气机构的优化设计

摘要

配气机构作为内燃机的重要组成部分，其设计合理与否直接关系到内燃机的动力性能、经济性能、排放性能及工作的可靠性、耐久性。随着内燃机高功率、高速化，人们对其性能指标的要求越来越高，要求其在高速运行的条件下仍然能够平稳、可靠地工作，因而对其配气机构提出了更高的要求。配气凸轮型线是配气机构的核心部分，配气凸轮型线设计是配气机构优化设计的重要途径之一。模拟计算和实验研究是内燃机配气机构研究两种重要手段。

关键词：内燃机；配气机构；凸轮型线；优化设计

ABSTRACT

The valve train is one of the most important mechanisms in a internal combustion engine, whether the performances are good or bad, that affecting the power performance, economic performance, emissions performance of the engine, as well as affecting the reliability and wear performances of the whole engine. Along with the requests of the engine’s high power, super-speed, people demand a higher index. That is, when the engine runs under a high speed, it can still work steadily and dependably, which demand that the valve train system should have a high performance. Cam profile is the hard core of the valve train, which design is one of the important ways to carry out valve train optimal design. Simulation calculation and experimentation research are two important ways to carry out research and development on valve train of internal-combustion engine.

Key words:Internal combustion engine; Valve train; Cam profile; Optimal design

目录

摘要 (1)

ABSTRACT (2)

1 课题背景 (5)

1.1 配气机构的研究历程 (5)

1.2 配气机构优化设计的目的及意义 (5)

2 配气机构简介 (7)

2.1配气机构概述 (7)

2.2配气机构采用的新技术 (8)

2.2.1顶置凸轮轴技术 (8)

2.2.2 多气门技术 (9)

2.2.3 可变气门正时配气机构(VV A) (9)

3 总布置设计 (11)

3.1 气门的布置形式 (11)

3.1.1 气门顶置式配气机构 (11)

3.2 凸轮轴的布置形式 (11)

3.3 凸轮轴的传动方式 (11)

3.4 每缸气门数及其排列方式 (11)

3.5 气门间隙 (12)

4 配气定时工作原理 (13)

5 配气机构的零件和组件 (14)

5.1 气门组 (14)

5.1.1 气门 (14)

5.1.2 气门座圈 (18)

5.1.3 气门导管 (18)

5.1.4 弹簧设计计算 (18)

5.2 气门传动组 (23)

5.2.1 凸轮轴 (23)

5.2.2 凸轮型线设计 (24)

5.2.3 缓冲段设计 (25)

5.2.4 排气凸轮型线的优化设计 (26)

5.2.5 凸轮轴进排气凸轮角度设计 (26)

5.2.6 基本段设计 (27)

5.2.7 曲轴正时带轮与凸轮轴正时带轮 (28)

5.2.8 挺柱 (28)

5.2.9 推杆 (28)

5.2.10 摇臂 (28)

设计总结 (30)

参考文献 (31)

谢辞 (32)

1 课题背景

1.1 配气机构的研究历程

作为发动机的重要组成部件，配气机构的研究内容从最初单纯的凸轮经验设计，发展到常将配气机构传动链当作完全刚性物体只进行运动学计算，再发展到了整个配气机构的运动学与动力学的综合研究。国外自20世纪初就有许多学者开始进行这方面的深入研究；相比而言，国内则起步较迟，20 世纪70 年代起才开始全面研究凸轮设计与动力学分析，研究的重点放在凸轮型线设计、多质量动力学研究方面。

电子计算机的采用和测试技术的发展为配气机构动力学的研究开辟了新途径。利用电子计算机进行多方案的选择, 并预测配气机构动力学的性能已经成为有效而节省的手段。目前，国际上已有各种配气凸轮设计软件，国内也出现了一些类似的软件，这些软件在速度与计算精度上都有所提高。

1.2 配气机构优化设计的目的及意义

目前，随着人们生活水平的提高，汽车、摩托车日益成为人们生活当中重要交通工具，对机械产品的需求量是越来越大，产品质量要求是越来越高。同时，随着科学技术的发展，机械产品与设备也日益向高速、高效、精密、轻量化和自动化方向发展。产品的结构也日趋复杂，对其工作性能的要求也越来越高，为使产品能够安全可靠地工作，其结构系统必须具有良好的静动态特性。同时，设备在工作时产生的振动和噪声，会损害操作者的身心健康，污染环境。因此必须对机械产品进行动态分析和动态设计，以满足机械结构静、动态特性与低振动、低噪声的要求。这一切都要求工程师在设计阶段就能精确的预测出产品或工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场等技术参数进行分析计算。为了在工程应用中节约成本、提高设计效率、缩短设计周期，很多厂家已经把前期的软件模拟作为检验设计成败的一个关键步骤。

发动机在车辆中是动力部件，其性能直接影响车辆在使用中的工作状况和可靠性。发动机的发展向着大功率轻重量的方向发展，使得其刚度不断减少，从而加剧了发动机的振动和结构噪声，这类振动将直接影响发动机的寿命。因此对发动机必须进行动态设计与分析，把动态特性作为设计的重要目标。

配气机构是发动机的重要组成部分，发动机配气机构，经常处在高温、高压下工作，因此气门机构是发动机最容易发生故障的零部件之一。而配气机构性能的好坏, 直接影响到发动机的经济性、可靠性, 并对发动机噪声与振动产生直接影响【4】。

而配气机构的主要零件气门既是燃烧室的组成部分，又是气体进、出燃