内燃机配气机构多体系统动力学研究

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1、华中科技大学硕士学位论文各种新技术应用于气门机构运行规律的测试工作中。3)气门弹簧气门弹簧的作用就是保证气门在开启后能够及时的归位并使气门在落座后与气门座保持良好的密封。气门弹簧的工作条件是很恶劣的，它在承受着交变动载荷的同时，还承受来自缸内燃烧而产生的热负荷，疲劳断裂和应力松弛是弹簧的主要失效形式[7]。现代发动机转速越来越高，功率越来越大，对气门弹簧的要求也是越来越高。人们对气门弹簧的研究主要表现为：气门弹簧对内燃机工作特性的影响；气门弹簧失效机理的分析；气门弹簧在工作过程中的共振现象；气门弹簧的强化措施等等。4)气门间隙气门间隙就是为了防止在热态条件下气门等构件发生热

2、变形而导致气门关闭不严，由内燃机厂根据构件的材料、热膨胀系数而设定的间隙。气门间隙在工作过程中是变化的，这对发动机工作过程有着很大的影响。如果气门间隙过大，一方面会使气门开启持续时间变短，气门开度不足，影响到进气和排气，从而降低柴油机的功率；另一方面会使气门、摇臂等运动件之间的碰撞加剧，进而增加机构的磨损和噪声。如果气门间隙过小，运动机构受热膨胀，会使气门关不不严而漏气，缸内燃气无法正常燃烧，影响到发动机油耗和功率[8][9]。在实际中，我们往往是在内燃机工作状况发生不稳定的时候才通过一定的诊断程序来判断是否气门间隙是否有问题，然后在必要的情况下凭借经验对其做一定的调整。对

3、于气门间隙的研究，大多是局限于对气门间隙形成的机理分析和对气门间隙调整方法的探讨上。如果我们获得气门在热态条件下的变化规律，这将对气门间隙的调整有重要的指导作用。目前，对热态条件下气门间隙变化的研究并不多。5)接触力及碰撞问题在配气机构设计中，考虑的比较多的是构件在传动过程的接触和碰撞问题，这 些因素对系统工作的可靠性、平稳性以及零件的使用寿命产生着重要的影响。其中 凸轮与挺柱之间的接触、气门和气门座之间的碰撞是研究中热点。计算机技术的快 速发展大大促进了配气机构动力学的发展，人们通过多种分析软件来模拟配气机构的动态过程，取得了很好的效果。3华中科技大学硕士学位论文1.2.

4、2配气机构技术的发展现状及发展趋势经过多年的研究，人们发展了多种配气机构新技术。目前，多气门技术，顶置凸轮技术，可变气门正时和可变气门升程等技术已经发展成熟并得到了推广。1)多气门技术[10][11]多气门技术，是为了适应高转速发动机进、排气的需求而产生的。所谓多气门，就是指内燃机机每个气缸都设有两个以上的气门。多气门发动机技术最早是由法国的标志汽车公司提出的，并于1912年将该技术应用与其生产的赛车上[11]。之后，该技术只应用于特殊用途的车辆，直至七八十年年代，日本、欧洲相续开发出多气门汽油机和高速柴油机并应用于普通的民用汽车。如今，国内外大部分车都装用多气门发动机，其

5、中四气门结构已经成为一种主流的形式。多气门结构具有如下优点：(1)多气门使得进、排气的通过面积增加，一方面能够提高发动机的进气量，另一方面使排气更加充分，从而提高内燃机的功率。(2)从进气方式上看，多气门可使缸内可燃混合气均匀混合，燃烧更加充分，可改善燃烧的经济性，减少污染物的排放量。(3)采用多气门结构便于将喷油器（或火花塞)布置在靠近燃烧室的中心的位置，可以改善燃气的混合和燃烧。(4)多气门技术为扩大废气再循环率提供了可能，能最大限度的降低NOx的排放量[12]。(5)采用多气门，可将气阀设计的很小、很轻，这样可使配气机构在高速时冲击、噪声相应减小。就目前而言，四气门技

6、术已经是相当成熟，在一些轿车上已经采用五气门发动机。为了提高进、排气效率，提升发动机的升功率，国内外正在进行五气门或者更多气门的发动机的开发。气门数越多，缸盖和燃烧室制造的难度和成本都在增加，所以我们在设计开发过程中既考虑到采用多气门技术对发动机动力的输出、燃油的经济性和降低排放量的贡献程度，还考虑到制造成本等问题。总的说来，多气门技术是配气机构发展的一个主流。2)凸轮轴顶置式配气机构从不同的角度，配气机构有不同的分类：按气门的布置方式可分为气门顶置和气门侧置式；按凸轮轴的布置位置分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮4华中科技大学硕士学位论文轴上置式；按照凸轮轴的驱动方式分

7、为齿轮传动式、链条传动式和齿带传动式等。目前，凸轮轴下置式顶置气门机构在中、低速内燃机上应用的较多，随着内燃机向高速化发展，凸轮轴顶置式顶置气门机构将会是配气机构的主流形式。(1)凸轮轴下置式顶置气门机构该类型的配气机构中，曲轴以齿轮传动、带传动等方式驱动凸轮轴旋转，凸轮通过挺柱、推杆将力传递给摇臂，使摇臂绕摇臂绕摇臂轴旋转。当摇臂旋转到一定的位置时，就与气门接触并驱动气门运动。凸轮轴下置式配气机构的优点在于，凸轮轴离曲轴比较近，传动简单可靠。但是该机构零件多，而且系统刚性差，它较适用于转速不高的内燃机[13]。(