【文章內(nèi)容簡介】 配氣正時恰當。與此同時，配氣機構(gòu)還應(yīng)具有良好的動力性能，工作時運動平穩(wěn)，振動和噪音較小，不發(fā)生強烈的沖擊磨損等現(xiàn)象，這就要求配氣機構(gòu)的從動件具有良好的運動加速度變化規(guī)律，以及合適的正、負加速度值。隨著汽車及發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展，對配氣機構(gòu)也提出了更高的要求，其相關(guān)新技術(shù)也得到了發(fā)展。 現(xiàn)代汽車配氣機構(gòu)的研究現(xiàn)狀隨著內(nèi)燃機高功率、高速化發(fā)展，人們對其性能指標的要求更高，這給配氣機構(gòu)的設(shè)計以及制造工藝增加了難度。目前廣泛采用的是氣門－凸輪式配氣機構(gòu)，它具有保證氣缸密封性的優(yōu)點。配氣機構(gòu)系統(tǒng)研究內(nèi)容歸納起來主要有兩個方面，一方面是零部件的設(shè)計，包括凸輪型線，氣門搖臂機構(gòu)的設(shè)計，氣門彈簧及氣門等零部件的設(shè)計，其中又以凸輪型線的設(shè)計尤為關(guān)鍵，這是因為凸輪作為整個機構(gòu)的原動件，它直接控制整個機構(gòu)的運動。另一方面是機構(gòu)的動力學問題，而對于機構(gòu)動力性能的研究，又主要集中在氣門的運動規(guī)律上。國外對配氣機構(gòu)的振動模型、摩擦及配氣相位和可變氣門正時等的研究有一些報道。國內(nèi)也在致力于研究更精確的氣門振動模型、凸輪挺柱副的動力潤滑、非對稱凸輪型線以及凸輪型線的擬合等問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）設(shè)計了許多性能優(yōu)良的凸輪型線；（2）配氣機構(gòu)由剛性設(shè)計發(fā)展為彈性設(shè)計；（3）由孤立研究凸輪設(shè)計發(fā)展到配氣機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計。內(nèi)燃機配氣凸輪的研究已經(jīng)涉及到配氣機構(gòu)性能的各個方面，包括型線、挺柱的運動規(guī)律、氣門振動模型、挺柱與凸輪的接觸應(yīng)力、摩擦應(yīng)力等。在研究更精確的氣門振動模型、凸輪挺柱副的動力潤滑、非對稱凸輪型線以及凸輪型線的擬合等方面上，國內(nèi)外都有很大的發(fā)展。 配氣凸輪優(yōu)化設(shè)計方法配氣凸輪是影響配氣機構(gòu)工作狀況的關(guān)鍵零件，如何設(shè)計和加工出具有合理外形的凸輪軸是整個配氣機構(gòu)設(shè)計中最關(guān)鍵的問題。對內(nèi)燃機氣門通過能力的要求，實際上是對由凸輪外形所決定的氣門位移規(guī)律的要求，氣門開閉迅速就能增大時面值，但這將導致氣門機構(gòu)運動件的加速度和慣性負荷增大，沖擊、振動加劇，機構(gòu)動力特性變差。因此，對氣門通過能力的要求與機構(gòu)動力特性的要求間存在一定矛盾，應(yīng)視所設(shè)計發(fā)動機的特點，如發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速、性能要求、配氣機構(gòu)剛度大小等，主要在凸輪外形設(shè)計中兼顧解決。配氣凸輪型線優(yōu)化設(shè)計的任務(wù)就是在確保配氣機構(gòu)能可靠工作的前提下尋求最佳的凸輪設(shè)計參數(shù)。凸輪型線的設(shè)計己從靜態(tài)設(shè)計、動態(tài)設(shè)計發(fā)展到系統(tǒng)動力學優(yōu)化設(shè)計，圖圖2 分別為雙質(zhì)量運動學模型與多質(zhì)量動力學模型。系統(tǒng)動力學設(shè)計考慮配氣機構(gòu)的彈性變形，可更精確地描述配氣機構(gòu)的運動和受力情況，并統(tǒng)一考慮機構(gòu)動態(tài)參數(shù)與凸輪型線，從而實現(xiàn)凸輪型線優(yōu)化設(shè)計。 靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計，將配氣機構(gòu)看作絕對剛體，不考慮它在運動時的彈性變形。用靜態(tài)方法設(shè)計的圓弧凸輪，容易引起較大的振動和噪音。轉(zhuǎn)速增高時，有時會產(chǎn)生飛脫和反跳，不僅加劇了內(nèi)燃機的振動、噪音和零件間的磨損，還會使充氣性能有所下降。 動態(tài)優(yōu)化設(shè)計動態(tài)優(yōu)化設(shè)計，考慮彈性變形，把配氣機構(gòu)看作是彈性系統(tǒng)。用動態(tài)優(yōu)化設(shè)計方法的凸輪有多項動力凸輪、正弦拋物線凸輪、n 次諧波凸輪等。多項動力凸輪從彈性變形角度出發(fā)設(shè)計凸輪外形，未考慮配氣機構(gòu)的彈性振動，沒有從根本上解決配氣系統(tǒng)的振動等問題。動態(tài)優(yōu)化設(shè)計雖然考慮了配氣機構(gòu)的彈性變形和振動問題，但僅僅只是單純地設(shè)計凸輪，沒有從整個配氣機構(gòu)運動狀況出發(fā)，未明確指出配氣機構(gòu)動態(tài)參數(shù)和凸輪型線之間有系統(tǒng)優(yōu)化問題，有一定的局限性?，F(xiàn)在己出現(xiàn)針對系統(tǒng)優(yōu)化的模型，將凸輪型線與配氣系統(tǒng)的動態(tài)行為統(tǒng)一考慮。這種模型較為全面地評價了對配氣系統(tǒng)的各種要求，達到了較好的效果。 簡化閥系雙質(zhì)量運動學模型 配氣機構(gòu)多自由度動力學模型 系統(tǒng)動力學優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)動力學優(yōu)化設(shè)計將配氣凸輪型線與配氣機構(gòu)動態(tài)參數(shù)（剛度和質(zhì)量）統(tǒng)一考慮在內(nèi)，進行凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計。配氣凸輪型線、凸輪轉(zhuǎn)速和配氣機構(gòu)參數(shù)之間有一個最優(yōu)化匹配關(guān)系，即系統(tǒng)優(yōu)化問題。而實際上配氣機構(gòu)剛度、質(zhì)量和凸輪型線的試驗成本太高，進行多方案研究成本更高，就出現(xiàn)了用單質(zhì)量模型及其它各種動力學模型進行了計算。為了使動力學模型與實際相符，先用試驗結(jié)果考核動力學模型，待兩者得到的結(jié)果相近后，才做匹配和優(yōu)化計算。3 現(xiàn)代發(fā)動機配氣機構(gòu)采用的技術(shù)現(xiàn)代發(fā)動機配氣機構(gòu)采用的技術(shù)主要有以下三方面。 頂置凸輪軸技術(shù)氣門－凸輪式配氣機構(gòu)具有保證氣缸密封性的優(yōu)點，尤其是進排氣門能夠持久地保證燃燒室的密封性，四沖程內(nèi)燃機大多采用氣門—凸輪式配氣機構(gòu)。氣門—凸輪式配氣機構(gòu)按氣門布置分為側(cè)置氣門和頂置氣門機構(gòu)。頂置氣門配氣機構(gòu)，內(nèi)燃機的充氣系數(shù)較高，燃燒室比較緊湊，內(nèi)燃機有較好的性能指標，是側(cè)置氣門機構(gòu)所不能達到的，故側(cè)置氣門機構(gòu)己被淘汰。頂置氣門配氣機構(gòu)又由凸輪軸的放置位置分成凸輪軸下置型和頂置凸輪軸型。絕大部分柴油機采用凸輪軸下置型，但這種機構(gòu)高速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生較大的慣性力和振動及噪聲，消耗較大的動力。目前的趨向是把凸輪軸放在氣門上方，省去了推桿、挺柱，稱頂置凸輪軸型（OHC）；還有些機構(gòu)將頂置凸輪軸放在氣門室罩里，凸輪直接作用于氣門上，這種機構(gòu)省去了搖臂，高速時氣門工作良好，零件慣性力極小，工作平穩(wěn)。頂置凸輪軸型（OHC）又可分成SOHC 型和DOHC 型。前者只用一根凸輪軸來驅(qū)動進、排氣門；而后者采用兩根凸輪軸來分別驅(qū)動進、排氣門。這種結(jié)構(gòu)適用于進、排氣門呈v 形排列的內(nèi)燃機。凸輪軸的傳動類型有三種：正時齒輪傳動、正時鏈輪傳動和驅(qū)動帶傳動。其中，正時齒輪傳動主要用于要求長壽命和大載荷的內(nèi)燃機，如船用、商用車和賽車內(nèi)燃機；正時鏈輪傳動，廣泛應(yīng)用于轎車內(nèi)燃機，一般來說，它比正時齒輪傳動機構(gòu)噪音?。候?qū)動帶傳動或齒形帶傳動是最新出現(xiàn)的傳動方式，主要用于頂置凸輪軸內(nèi)燃機上。 多氣門技術(shù) 配氣機構(gòu)的最新發(fā)展是改善燃料經(jīng)濟性，其關(guān)鍵在于如何提供更多的新鮮空氣，多氣門內(nèi)燃機很早就已經(jīng)出現(xiàn)了，但僅用于賽車，目的是減輕排氣門的熱負荷和機械負荷，但并未能在內(nèi)燃機制造業(yè)得到推廣。意大利布加奇公司首先創(chuàng)出具有四個排氣門和一個進氣門的內(nèi)燃機。促進多氣門內(nèi)燃機產(chǎn)量迅速提高的原因在于自動控制技術(shù)的快速發(fā)展和生產(chǎn)的工藝水平越來越高，可以充分發(fā)揮多氣門配氣方案的優(yōu)越性，保證內(nèi)燃機在整個負荷和速度范圍內(nèi)形成最佳混合氣，并適時適度送入氣缸。多氣門內(nèi)燃機優(yōu)點很明顯，如圖3 用2 個進氣門取代1個進氣門，流通截面加大30%～35%以上，可大大改進充氣系數(shù)。因此，多氣門內(nèi)燃