第5期（总第238期） 2018年10月
车用发动机 VEHICLEENGINE
No 5(Serial No 238)
Oct2018
考虑凸轮轴变形的配气机构动力学分析
刘洪建”，白书战，李振宁，柳海涛，李国祥
(1山东大学能源与动力工程学院，山东济南250061：2滩柴重机股份有限公司，山东潍坊261108。
摘要；针对单间系和整间系动力学计算存在的差异问题，基于多质量动力学理论建立了配气机构动力学模型，对比研究了单阀系和整阀系动力学特性，分析了凸轮轴变形对配气机构动力学的影响，并总结了导致单阀系和整阀系动力学结果差异的具体原固。研究表明，整阀系凸马轮轴在各种动力的耦合下发生了担转和弯曲变形，产生了配气的相位误差，造成了各阀系结果的不均匀，固而在反映配气机构动力学差异问题上整间系较单阀系更有优势。
关键词：配气机构动力学分析轮轴：变形 DOI: 10 3969/j issn 1001-2222 2018 05 004
文献标志码：B
中图分类号：TK4234
文章编号：1001-2222（2018)05-0020-06
配气机构作为发动机的重要组成部分，控制发动机的换气过程，按照发动机配气相位和发火顺序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜充量及时进人气缸，废气及时排出，实现发动机工作循环1。配气机构性能的好坏3」，直接影响到发动机的动力性、经济性、可靠性及振动噪声特性”。因此，对配气机构的性能要求也越来越高。
过去在进行配气机构气门运动规律计算时，常将配气机构各部件视为始终接触的刚性体，气门运动规律主要取决于凸轮外型，故只进行运动学计算，是一个纯几何间题。但实际的配气机构是一弹性系统，尤其是在高速工作时，配气机构的弹性变形使气门运动规律严重偏离运动学分析所得的理论运动规律3]。因此，需要对配气机构进行动力学计算。针对以往在配气机构单阀系和整阀系动力学计算中普遍出现的差异问题，基于多质量动力学建模理论，对某柴油机建立了排气机构单阀系多质量动力学模型及整阀系动力学模型。结合三维建模软件及有限元分析软件确定了模型的主要参数+，对比分析了单阀系和整阀系动力学特性，找到了造成二者差异的具体原因，为配气机构的设计、分析与优化提供了参考。
收稿日期：2018-06-08；修回日期：2018-08-04
基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFD0700705）
1配气机构动力学分析基础 1.1多质量动力学建模理论
动力学模型是内燃机配气机构研究的重要内容之一[5]。根据简化后的集中质量个数，动力学模型可分为单质量和多质量模型。单质量模型虽结构简单，但它把配气机构所有零部件集中为一个质量点，仅能反映气门运动规律，与实际情况不符了；多质量模型通过增加质点数量，尽可能多地反映出配气机构各零部件动力学特性因而得到广泛应用。
基于以上考虑，本研究采用了“6十4”多质量动力学理论模型，即在建立多质量模型时，把挺柱、推杆、摇臂总成、气门桥总成、气门杆组件、气门分别等效为6个质量点，把气门弹簧等效为4个质量点。配气机构多质量动力学模型将实际配气机构描述成一个串联质量系统，该模型可简化为10个串联的集中质量：M：为挺柱质量，M2为推杆质量，M：为摇臂总成质量，M.为气门桥总成质量，Ms为气门杆质量（包括气门耗上部、气门锁夹、弹簧帽、气门弹簧总质量的5%），M，为气门质量（包括气门杆下部、气门阀面），M：为弹簧每一个有效圈的质量（评 7～10）。当弹簧两圈之间的运动距离大于安装间隙时，即yi—y(计1)入≥0（i=7～10），弹簧会出现并圈，此时用K；当y:一y(计1)一入≤0时，K=0。根据各质点受力，列出以下微分方程：
作者简介：刘洪建（1993一），男，硕士，主要研究方向为发动机节能减排技术；1441103297@qqcom，
通讯作者：白书战（1979一），男，副教授，博士生导师，主要研究方向为发动机排放控制技术；baishuzhan@sdueduen