【正文】 旦的成績(jī)主要體現(xiàn)在程序、型線設(shè)計(jì)和凸輪靠模計(jì)算等方面。濰柴和山大都對(duì)ＷＤ６１８．４２柴油機(jī)其配氣凸輪型線的改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)很關(guān)注，一起運(yùn)用Ｂｏｏｓｔ軟件和Ｔｙｃｏｎ軟件，讓配氣相位和輪廓線函數(shù)都得到了優(yōu)化。在充氣效率得到提高的同時(shí)，也進(jìn)排氣凸輪的最大接觸應(yīng)力降低了很多。行業(yè)對(duì)配氣凸輪的關(guān)注度越來越高，專業(yè)研究者從傳統(tǒng)的凸輪經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)開始向配氣機(jī)構(gòu)在內(nèi)的動(dòng)力學(xué)分析研究方向轉(zhuǎn)變。凸輪型線的設(shè)計(jì)有兩種方法：靜態(tài)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。如今又出現(xiàn)了新的設(shè)計(jì)方法：動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。所謂靜態(tài)設(shè)計(jì)是把配氣機(jī)構(gòu)當(dāng)作絕對(duì)剛體，它在運(yùn)動(dòng)過程中的彈性變形可以忽略不計(jì)。但是現(xiàn)實(shí)生活中，凸輪自身還是有彈性變形，而且氣門與凸輪的中間部分也都是可變的。由此在配氣凸輪型線設(shè)計(jì)過程中，配氣機(jī)構(gòu)的彈性變形還是需要考慮到，這便是動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)優(yōu)于靜態(tài)設(shè)計(jì)，前者更能將配氣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和受力情況詳細(xì)準(zhǔn)確的描述出來。由于在設(shè)計(jì)中考慮到了配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)參數(shù)，使凸輪型線的設(shè)計(jì)達(dá)到了最優(yōu)化。在國(guó)際范圍內(nèi)，凸輪曲線工作段有很多種設(shè)計(jì)方法，比如說高次多項(xiàng)式型，等加速一等減速型，多項(xiàng)動(dòng)力凸輪等，這些中多項(xiàng)動(dòng)力凸輪普遍運(yùn)用。它有良好的高速適應(yīng)性，原因在于它的氣門升程曲線取某種高次多項(xiàng)式。在內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，無論凸輪軸是什么樣的結(jié)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)都可以匹配到相應(yīng)正確的動(dòng)力學(xué)模型。模型種類很多，有質(zhì)量型模型，還有有限元模型。在多質(zhì)量模型方面，吉大研究比較超前。一般情況下，對(duì)稱型的凸輪型線最為常見。它的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，方便制造。另外，如果發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的時(shí)候，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律會(huì)恒定不變。對(duì)稱型固然很好，但隨著科技的發(fā)展，為了提高內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速和其抗壓性能，現(xiàn)在已經(jīng)開始選用非對(duì)稱型的凸輪型線。新研發(fā)的超高增壓二次進(jìn)氣技術(shù)，是上海交大顧教授開發(fā)的，它也選用了非對(duì)稱[14]。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷創(chuàng)新完善，計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)在汽車研發(fā)領(lǐng)域中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，如計(jì)算流體力學(xué)（ＣＦＤ）軟件ＦＩＲＥ、ＦＬＵＥＮＴ、ＷＡＶＥ、ＦＬＯＷＭＡＳＴＥＲ等；發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真軟件ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ、ＢＯＯＳＴ等；發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配軟件ＣＲＵＩＳＥ、ＧＴ－Ｄｒｉｖｅ等[20]。但是，如今凸輪型線優(yōu)化設(shè)計(jì)中配氣系統(tǒng)的優(yōu)化僅是從配氣機(jī)構(gòu)的本身的角度出發(fā)的，只在滿足動(dòng)力學(xué)特性的前提下，因要考慮到豐滿系數(shù)的存在，不能從整個(gè)換氣過程的流動(dòng)損失入手，直觀地評(píng)價(jià)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣性能的好壞只能用充氣效率等整機(jī)性能參數(shù)來評(píng)價(jià)。近年來國(guó)內(nèi)外己開始將內(nèi)燃機(jī)循環(huán)工作過程的計(jì)算機(jī)模擬程序與單純的配氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序相結(jié)合，即將包含了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算的配氣凸輪優(yōu)化設(shè)計(jì)程序納入內(nèi)燃機(jī)整機(jī)循環(huán)工作過程模擬軟件中，形成機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)與內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)優(yōu)化的全面模擬軟件包。顯然，這些軟件一經(jīng)成熟必將成為今后內(nèi)燃機(jī)配氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及整機(jī)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的極為有效和實(shí)用的工具軟件。本文將設(shè)計(jì)出兩種凸輪型線，然后利用ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ軟件建立的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)模型，分析兩種凸輪型線對(duì)柴油機(jī)性能參數(shù)的不同影響，為柴油機(jī)今后的改進(jìn)提供理論依據(jù)。配氣機(jī)構(gòu)是內(nèi)燃機(jī)的重要組成部分，而配氣凸輪在配氣系統(tǒng)中起著決定性的作用，是配氣系統(tǒng)的核心，其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響內(nèi)燃機(jī)的性能指標(biāo)。這些指標(biāo)不僅包括動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、也包括運(yùn)轉(zhuǎn)性能，如內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)、噪音及排放指標(biāo)。此外，它也會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性和工作的可靠性能[24]。因此，對(duì)內(nèi)燃機(jī)配氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究，特別是對(duì)內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展尤其重要。配氣相位直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣性能，特別是尤其決定的進(jìn)氣遲閉角、排氣提前角、氣門重疊角對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃燒過程的好壞起著非常重要的作用，因而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及污染排放性能都有不可忽視的影響。內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)研究的兩種重要手段是模擬計(jì)算和試驗(yàn)研究。通過數(shù)值模擬的方法進(jìn)行優(yōu)化，大大減少了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)工作量，使研制的周期大幅度縮短，同時(shí)還可以得到很多在實(shí)驗(yàn)中所無法得到的信息。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及預(yù)測(cè)模型的不斷發(fā)展改進(jìn)，使得計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)研制和開發(fā)中得到了普遍的應(yīng)用。第二章第二章配氣凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計(jì)在柴油機(jī)中，配氣機(jī)構(gòu)主要由凸輪驅(qū)動(dòng)，所以，凸輪的設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及其配氣機(jī)構(gòu)有著至關(guān)重要的意義。所謂的凸輪設(shè)計(jì)，實(shí)際上就是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)，選擇出與之相匹配的凸輪型線類型及參數(shù)。凸輪的設(shè)計(jì)手段日新月異，在計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的今天，柴油機(jī)配氣凸輪型線的設(shè)計(jì)已從之前的只考慮靜態(tài)分析發(fā)展為動(dòng)靜態(tài)全面分析優(yōu)化設(shè)計(jì)的水平，將配氣凸輪型線和配齊機(jī)構(gòu)統(tǒng)一起來分析，從總體上考慮，對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)性能進(jìn)行整體而全面的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中凸輪外形的設(shè)計(jì)極為重要，這是由于配氣凸輪的形狀直接決定了氣門開關(guān)的快慢、開度的大小、開啟時(shí)間的長(zhǎng)短。因此，時(shí)間斷面的大小、配氣機(jī)構(gòu)各零件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其承載情況均由配氣凸輪的外形決定。在實(shí)際情況中內(nèi)燃機(jī)的換氣時(shí)間是極其短暫的，要在如此短暫的時(shí)間間隔內(nèi)得到盡可能充分的換氣，而同時(shí)又能使機(jī)構(gòu)中各零件的承載情況都處在許可范圍之內(nèi)，就必須設(shè)計(jì)正確的凸輪形線。在設(shè)計(jì)凸輪外形時(shí)應(yīng)滿足下列要求：1）凸輪外形設(shè)計(jì)應(yīng)保證能獲得盡可能大的時(shí)面值，意思就是，氣門開啟和關(guān)閉的速度要盡可能的快，以求氣門接近全開位置發(fā)生在盡可能大的凸輪轉(zhuǎn)角內(nèi)；2）凸輪外形設(shè)計(jì)應(yīng)保證配氣機(jī)構(gòu)各零件所受的沖擊和跳動(dòng)盡可能小，意思就是正、負(fù)加速度要小，并且加速度不發(fā)生突變，以求使配氣機(jī)構(gòu)工作得到更好的可靠性和耐久性。上述兩方面要求是互相矛盾的，必須根據(jù)具體情況妥善加以解決。3）根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)規(guī)律正確的選取配氣相位、凸輪的緩沖段和基本段升程及兩者的包角和基圓半徑等這些凸輪的初始設(shè)計(jì)參數(shù)。4）氣門和氣門座的工作條件也在考慮改善范圍內(nèi)，應(yīng)使氣門的升起和落座發(fā)生在凸輪的緩沖段內(nèi)，因此凸輪的緩沖段要足夠大。5）凸輪最小曲率半徑不能過小。小曲率半徑會(huì)導(dǎo)致凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力過大,使凸輪過早磨損,一般認(rèn)為最小曲率半徑應(yīng)大于等于2 mm。6）配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性以及應(yīng)力條件都會(huì)對(duì)凸輪型線的設(shè)計(jì)產(chǎn)生限制，凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力在配氣機(jī)構(gòu)各零件中最為嚴(yán)重。接觸面的最大接觸應(yīng)力一般被作為挺柱與凸輪接觸表面的工作可靠性的估計(jì)依據(jù)，最大許用接觸應(yīng)力不應(yīng)過大，否則就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的磨損、刮傷和點(diǎn)蝕，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)裂紋和碎裂。最大許用接觸應(yīng)力根據(jù)凸輪與挺柱配對(duì)使用的材料、表面處理、潤(rùn)滑條件，挺柱形式、凸輪廓線形狀等各種不同情況而具有不同的值，可在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到。目前常用的凸輪外形可分為兩大類，一是由若干段簡(jiǎn)單幾何曲線構(gòu)成的圓弧凸輪；一是由函數(shù)曲線組成的函數(shù)凸輪。時(shí)面值較大是圓弧凸輪具有的典型優(yōu)點(diǎn)，但由于其曲率半徑不連續(xù)，造成加速度曲線發(fā)生突變，這會(huì)引起配氣機(jī)構(gòu)的振動(dòng)和噪聲，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生氣門反跳，破壞配氣相位。隨這內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速向著高速化發(fā)展這些現(xiàn)象變得更趨嚴(yán)重。為適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)高速化的需要，函數(shù)凸輪應(yīng)運(yùn)而生。函數(shù)凸輪的最大優(yōu)點(diǎn)就是：在凸輪整個(gè)工作段中，加速度曲線不出現(xiàn)突變，而是逐漸變化的，這樣就能很好的彌補(bǔ)圓弧凸輪所存在的缺陷了。函數(shù)凸輪采用的函數(shù)曲線有多種形式，大體上可以分為兩大類：一類是組合式；另一類則是整體式。組合式凸輪的主要特點(diǎn)就是其基本工作段升程曲線是由若干段不同的函數(shù)曲線組合而成的分段曲線。這些函數(shù)曲線為三角函數(shù)、低次多項(xiàng)式等。常見的組合式凸輪有：復(fù)合正弦凸輪、復(fù)合擺線凸輪、復(fù)合正弦拋物線加速度凸輪等。整體式凸輪，顧名思義，就是凸輪的基本工作段升程曲線由一個(gè)函數(shù)曲線表示。高次多項(xiàng)式凸輪是目前在整體式函數(shù)凸輪中應(yīng)用較廣的。在傳統(tǒng)的函