發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)探析

孫勝軍

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)所發(fā)揮的功能是按照各個(gè)氣缸的工作要求對(duì)進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)以規(guī)定的實(shí)踐啟動(dòng)或者關(guān)閉。發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)是否合理，與配氣機(jī)構(gòu)的性能密切相關(guān)，不僅可以確保發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的安全可靠性，而且還能夠有效地控制噪聲。要使發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)發(fā)揮良好的效能，就要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。本論文針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)展開(kāi)研究。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；配氣機(jī)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；改進(jìn)措施

面對(duì)能源不斷消耗，不僅使得一些不可再生能源趨于枯竭，而且還造成了環(huán)境污染。從生態(tài)環(huán)境的角度出發(fā)，為了節(jié)約能源，并更好地保護(hù)環(huán)境，就需要著力探討汽車能源消耗以及給環(huán)境帶來(lái)的污染問(wèn)題。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的重要設(shè)備。作為動(dòng)力裝備，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗量是非常大的，也是導(dǎo)致環(huán)境污染的重要根源。要響應(yīng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，就需要發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大功率的同時(shí)，還要降低所消耗的燃料量，以避免大量地排放的污染氣體。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，配氣機(jī)構(gòu)是重要的組成部分。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能如何，配氣機(jī)構(gòu)發(fā)揮著重要的作用。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的現(xiàn)行技術(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)性能如何直接關(guān)乎到發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行指標(biāo)。只有當(dāng)配氣機(jī)構(gòu)的充氣性能符合規(guī)定要求的時(shí)候，才能夠確保發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，且具有一定的可靠性。對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)且功率很大的發(fā)動(dòng)機(jī)尤其如此。如果對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)要求很高，就要在確保動(dòng)力學(xué)性能良好的情況下提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性。由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，零件之間還會(huì)存在著摩擦性，因此，一些零件要提高質(zhì)量，特別要確保零件具有耐摩擦性。這些問(wèn)題的存在，都會(huì)增加配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度。（圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)）

配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，要考慮到結(jié)構(gòu)的型式以及凸輪型線的設(shè)計(jì)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作需要，在配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，要使充氣系數(shù)盡量高一些，以使各氣缸在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中都能夠保持良好的換氣狀態(tài)。在進(jìn)氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉以及排氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中，嚴(yán)格遵循科學(xué)規(guī)律來(lái)完成。配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要與所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)配套。如果發(fā)動(dòng)機(jī)為四沖程的，配套的配氣機(jī)構(gòu)為氣門(mén)—凸輪式的即可。氣門(mén)—凸輪式的配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)行可靠，可以確保燃燒室的密封具有持久性。中國(guó)的汽車工業(yè)發(fā)展迅速，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)也不斷創(chuàng)新并獲得了長(zhǎng)足發(fā)展。那么，配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上也要多方面考慮，由此而使得配氣機(jī)構(gòu)的發(fā)展空間擴(kuò)大。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)改進(jìn)

現(xiàn)代的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為多門(mén)技術(shù)綜合，多采用雙頂置凸輪軸技術(shù)，在氣門(mén)開(kāi)關(guān)的技術(shù)設(shè)計(jì)上，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行需要可以采用連續(xù)可變氣門(mén)和多氣門(mén)技術(shù)。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)采用連續(xù)可變氣門(mén)技術(shù)，可以使得發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性有所增強(qiáng)，雖然氣量的改變，氣門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間得到了調(diào)整，但是發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)的進(jìn)氣量并沒(méi)有改變。進(jìn)氣量的多少?zèng)Q定了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，因此，進(jìn)氣量沒(méi)有改變，很顯然汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的性能也沒(méi)有得到有效完善。這就需要在采用連續(xù)可變氣門(mén)技術(shù)的時(shí)候，要在原有的基礎(chǔ)上將可變氣門(mén)升程加入其中，以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)開(kāi)啟的角度，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)氣量增加，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力加大，運(yùn)轉(zhuǎn)速度加快。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的氣門(mén)進(jìn)行設(shè)計(jì)，就需要優(yōu)化配氣凸輪的型線設(shè)計(jì)，并提出優(yōu)化方案。

2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣門(mén)性能優(yōu)化。通常汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門(mén)升程系數(shù)為0.4964，這個(gè)系數(shù)很難提高發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的充氣效率，更不會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的功率有所提高。根據(jù)進(jìn)氣凸輪的潤(rùn)滑系數(shù)和平面挺柱的潤(rùn)滑系數(shù)可以明確，油膜的潤(rùn)滑系數(shù)中，最小值為0.118。在凸輪桃尖附近所在位置的潤(rùn)滑系數(shù)介于0.15至0.30之間的潤(rùn)滑效果是最好的。進(jìn)氣凸輪不僅潤(rùn)滑效果不良，而且平面挺柱也需要更好地潤(rùn)滑。如果在進(jìn)氣凸輪的工作段與緩沖段之間潤(rùn)滑效果不佳，就會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的氣門(mén)值超標(biāo)。此時(shí)，如果進(jìn)氣凸輪依然保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，挺柱接觸的應(yīng)力相對(duì)平穩(wěn)，彈簧裕度限定在規(guī)定范圍內(nèi)而沒(méi)有產(chǎn)生飛脫的現(xiàn)象，就說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力性能良好。經(jīng)過(guò)分析可以得出結(jié)論，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)以優(yōu)化，就是要改善配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)氣門(mén)的充氣性能，提高升程系數(shù)，使?jié)櫥瑮l件得以改善，以確保凸輪型線有效連接，氣門(mén)的躍度值被控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

2.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的排氣門(mén)性能優(yōu)化。發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的排氣門(mén)性能所采用的是運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法，以更好地確定優(yōu)化方向。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的排氣門(mén)升程系數(shù)為0.5299。排氣凸輪的油膜潤(rùn)滑系數(shù)為 0.126，將其與平面挺柱潤(rùn)滑的系數(shù)進(jìn)行比較，往往排氣凸輪進(jìn)入到緩沖段，在與基圓所連接的位置，就會(huì)使氣門(mén)超出躍度值。此時(shí)，如果配氣機(jī)構(gòu)的氣門(mén)能夠平穩(wěn)地落座，沒(méi)有出現(xiàn)飛脫的現(xiàn)象，彈簧也沒(méi)有并圈，就說(shuō)明汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。如果出現(xiàn)氣門(mén)彈簧反跳的現(xiàn)象，則是彈簧顫振的結(jié)果。

要對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的排氣門(mén)進(jìn)行優(yōu)化，就要提高排氣門(mén)的升程系數(shù)，很好地改善排氣凸輪的潤(rùn)滑條件，確保排氣門(mén)凸輪型線光滑，躍度值能夠控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

3 總結(jié)

綜上所述，隨著近年來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的質(zhì)量要求也相應(yīng)地有所提高。雖然配氣機(jī)構(gòu)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要而有所改善，但是，要改善其廢氣的排放量，就要確保配氣機(jī)構(gòu)具有良好的充氣性能，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的安全可靠性。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作需要優(yōu)化技術(shù)，有助于該改善發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行質(zhì)量，提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率。

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