汽油机油泵凸轮支撑结构的研究.pdf

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1、·8·内燃机与配件汽油机油泵凸轮支撑结构王冠；谭丕强(同济大学)的研究摘要：随着汽油机增压直喷机型的逐步应用，高压燃油喷射压力也随着排放法规的严格要求而逐步提高，目前为了应对2019年实施的国6a阶段排放法规，高压燃油喷射压力也逐步提高到350bar及以上，随之而来的凸轮轴驱动的高压油泵凸轮承受的接触力也逐步增大。通过本文的研究，可以发现与悬臂支撑结构的油泵凸轮相比，油泵凸轮的两侧支撑结构可以大大缓解各凸轮产生的变形，有利于配气机构的的稳定、可靠的工作，对改进凸轮轴设计有指导意义。关键词：油泵凸轮；多体动力学；气门凸轮；轴颈支撑Key

2、words：oilpumpcam；muhi—bodydynamics；valvecam；journalsupport0引言缸内直喷发动机不同于气道喷射发动机，需要增加高压油泵使燃油达到一定的压力【lI。燃油泵凸轮是直喷式汽油机不可或缺的零件[21。燃油泵凸轮通常由进气或排气凸轮轴驱动并布置在尾端，燃油泵凸轮在进气凸轮轴上的布置是其设计的关键所在，直接决定了正时驱动系统的可靠性【31。本文通过建立配气机构和燃油泵多体动力学模型，对比分析了油泵凸轮悬臂支撑结构和两侧支撑结构的动态响应，可以发现采用两侧支撑结构的燃油泵凸轮可以大大缓解各气门

3、凸轮和油泵凸轮的变形、降低气门落座速度散差，有利于配气机构的稳定、可靠的工作，对改进凸轮轴设计有着指导意义。1燃油泵凸轮的常规布置燃油泵凸轮一般布置在进气或排气凸轮轴尾端，并且避免和凸轮轴的其他负载(如机械真空泵，水泵等)搭载在同一根凸轮轴上。通常燃油泵凸轮采用悬臂支撑结构或两侧支撑结构，如图1所示。油泵轴觋{轴颈．凸轮+悬臂支撑结构两侧支撑结构图1常见的燃油泵凸轮布置由于两侧支撑结构需要在凸轮轴尾端增加一档轴颈，故会增加缸盖长度，并需要增加相关的轴承盖，螺栓，油路等布置需求，从而增加成本。目前大多数主机厂在150—200bar燃油喷

4、射压力的直喷机上采用悬臂结构来降低发动机长度和成本。2高燃油喷射压力对油泵凸轮的影响随着2019年国6a排放法规的日益临近，为了满足排放法规，特别是对于严格的颗粒物排放要求，主机厂目前大多希望采用更细的直喷燃油颗粒，提高燃油雾化效果来帮助燃烧。而更细的燃油颗粒喷射势必要求更高的燃油喷射压力，故而目前针对国6a排放的汽油机大多将直喷机型的燃油喷射压力从150—200bar提高到350bar及以上。燃油喷射压力的增高对高压油泵泵油能力提出了新的要求，高压油泵新的设计也同时会更改燃油泵凸轮型线，并通过其柱塞直径，柱塞弹簧的设计变更从而增加整

5、体燃油泵凸轮的受力。表l显示了一些典型的高燃油喷射压力对高压油泵设计和油泵凸轮受力的影响。表1典型的高燃油喷射压力对高压油泵设计和油泵凸轮受力的影响油压I弹簧力FI弹簧力F2’凸轮升程柱塞直径I静态合力．．．．，j，i————一．，．．．．J，200bar524N812N3．2510mm2383N从表1中可以看出，虽然高压油泵的设计不同造成油泵凸轮的受力也不同，但大趋势是随着燃油喷射压力的逐步增大，油泵凸轮所受到的静态合力也逐步增大。3配气机构动力学分析配气机构动力学分析是研究配气机构运动规律的一个重要途径。多体系统动力学中的运动学分

6、析是以系统中连接物体与物体的运动副作为出发点，所进行的位移、速度和加速度的分析都是基于与运动副对应的约束方程来进行的㈩。本研究将通过针对特定机型的CAE分析来进行结构对比分析。表2是本研究采用的发动机的具体参数。表2发动机主要参数参数名称参数值排量1．5L气击上驭4每缸进气门数凸轮轴布置DOHC燃油泵凸轮类型4凸轮燃油泵凸轮和1缸气门凸轮相位差62．6。CA图2显示了此次进行分析的VALDYN配气机构动力学模型图。配气机构动力学模型主要由凸轮轴及各轴颈支撑，各个缸的单气门机构，尾端的高压油泵机构组成。动力学计算需要考虑到整个气门机构从

7、动件的弹性构件以及弹簧造成的弹性变形，通过将每个缸的所有单气门机构的激振InternalCombustionEngine&Parts‘9‘㈤丫强一r‰·a单气门机构，b凸轮轴轴颈支撑(可选择油泵凸轮悬臀或双侧)：c高压油泵机构．图2配气机构动力学模型图和高压油泵的受力模型和激振整合到凸轮轴上，并通过凸轮轴的轴颈支撑加以约束，可以得到凸轮轴的各个凸轮和整体的动力学特性。本文针对200bar油泵喷射压力加油泵凸轮悬臂结构(以下简称方案a)，350bar油泵喷射压力加油泵凸轮悬臂结构(以下简称方案b)以及350bar油泵喷射压力加油泵凸轮两

8、侧支撑结构(以下简称方案c)，以上三者进行了动力学对比。本文所述X方向为垂直于气门轴向方向，Y方向为气门轴线方向。3．1油泵凸轮动态接触力对比图3油泵凸轮动态接触力从图3的油泵凸轮动态接触力来看，由于350bar高压油泵