基于MATLAB的柴油機凸輪型線擬合優化設計研究

楊建坤

（中海油能源發展油田建設工程分公司，天津300452）

1 引 言

凸輪軸是發動機中非常重要的零件，而凸輪型線對發動機的性能有很大的影響，一臺發動機的經濟性能是否優越，排放性能是否完好，工作是否可靠，以及其振動、噪聲條件是否能控制在較低的限度，常常與其配氣機構的設計是否合理有密切的關系。

當發動機的總體布置結構、目標參數和綜合限定條件確定后，配氣機構零件的結構設計已在很大程度上受到了邊界條件的制約，配氣機構優化設計的重點相應地轉移到凸輪型線的設計上來。筆者利用MATLAB 軟件，通過編寫相應程序對進口柴油機的凸輪型線進行擬合的方法，為發動機凸輪型線的設計、優化提供了高效、低成本開發的有利條件。

2 配氣凸輪型線優化設計的方法

利用一種高次方凸輪基本段的擬合方法，在利用三次插值樣條函數以及回彈法等的基礎上，對完成了的經光順的挺柱升程表利用高次多項式進行擬合，并對其進行優化設計。

根據原型發動機的進排氣門挺柱升程表，利用MATLAB 軟件，通過編寫程序來對這些離散的數值進行擬合，擬合完成后找出原型機挺柱升程所滿足的數值規律，隨后在此基礎上對原型機的配氣機構進行優化設計。

3 配氣凸輪型線優化前后的動力學分析

某進口柴油發動機配氣機構采用下置凸輪軸式2 氣門機構，為了改變原型機HC 和NOx 排放過高的現象，對原型機配氣機構進行了優化，優化前后發動機配氣機構參數對比如表1 所示。

通過MATLAB 軟件編寫了相應的程序，對原型發動機挺柱升程值和所對應的曲軸轉角進行了擬合，并對優化后和優化前發動機進排氣門挺柱升程、速度、加速度所對應的凸輪軸轉角進行了對比分析，優化前后的進排氣門挺柱升程與凸輪軸轉角關系，對比結果見圖1，優化前后進排氣挺柱速度與凸輪軸轉角關系對比結果見圖2，優化前后進排氣挺柱加速度與凸輪軸轉角關系對比結果見圖3。

表1 優化前后發動機配氣機構參數對比表

圖1 優化前、后進排氣挺柱升程與凸輪軸轉角關系對比圖

圖2 優化前、后進氣挺柱速度與凸輪軸轉角關系對比圖

圖3 優化前、后進氣挺柱加速度與凸輪軸轉角關系對比圖

4 結 論

筆者利用MATLAB 語言編制了發動機配氣凸輪擬合及優化設計的相應程序，通過這個程序不僅可以對曲線進行擬合，而且能夠對其進行動力學計算，得出了升程、速度和加速度曲線，用圖形顯示了改變前后的升程、速度和加速度的變化情況。通過優化設計前后的對比分析，我們知道優化后發動機的最大速度和最大加速度與原型機相比較沒有改變，這就使得優化后的配氣機構能夠與原型機的其他系統相匹配，較好地反應了優化后配氣機構的動力特性，這為今后對發動機配氣凸輪型線進行優化設計及制造提供了重要的理論依據。

［1］ 尚漢冀，內燃機配氣凸輪機構－設計與計算［M］.上海：復旦大學出版社，1988.

［2］ 浦耿強，蔣國英，白羽.高速發動機配氣機構凸輪設計［J］.汽車科技，1998，145（4）：1-2.

［3］ 洪家娣，洪振邦.高速凸輪機構的動態優化設計研究［J］.華東交大學報，1993（3）：31-32.