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淺析柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀
（作者未知） 2010/8/15
論文關(guān)鍵詞:柴油機(jī) 配氣機(jī)構(gòu)動態(tài)設(shè)計
論文摘要:系統(tǒng)介紹了新技術(shù)和先進(jìn)設(shè)計方法在柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，并就各種新技術(shù)對柴油機(jī)性能的影響進(jìn)行了詳盡分析，同時對配氣機(jī)構(gòu)的先進(jìn)設(shè)計方法和傳統(tǒng)設(shè)計方法的優(yōu)缺點進(jìn)行了綜合比較。
配氣機(jī)構(gòu)對發(fā)動機(jī)性能具有重要影響。它的主要功能是實現(xiàn)柴油機(jī)的換氣過程，根據(jù)氣缸的工作次序，定時地開啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門，以保證氣缸吸人新鮮空氣和排除廢氣’。在柴油機(jī)設(shè)計中，配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計占有重要地位，其設(shè)計一質(zhì)量不僅直接影響柴油機(jī)的技術(shù)性能、工作可靠性、耐久性和平穩(wěn)性，而且還決定了發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊性和制造、使用的成本，因此國內(nèi)外對配氣機(jī)構(gòu)的研究都非常重視。
現(xiàn)今對柴油機(jī)的設(shè)計，一方面希望氣門加速度較大，以使氣門能夠迅速開、關(guān)，從而得到較好的換氣效果，以提高動力性和經(jīng)濟(jì)性;另一方面，希望載荷保持相對較小，以減少加速度，從而減少振動和噪聲，延長使用壽命、2。隨著計算數(shù)學(xué)和電子計算機(jī)在配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計階段的運用，通過選用不同的凸輪型線、包角、重疊角、氣門直徑、升程等參數(shù)，進(jìn)行多種方案的計算，可從中選出最接近于所希望要求的方案，也可以通過設(shè)計參數(shù)的調(diào)整，從而獲得接近于理想的充氣效率和配氣正時。目前，配氣機(jī)構(gòu)的研究在技術(shù)應(yīng)用和設(shè)計方法上都取得了一定的進(jìn)展。
1技術(shù)應(yīng)用
1.1頂置凸輪軸技術(shù)
頂置氣門配氣機(jī)構(gòu).可以增大發(fā)動機(jī)的充氣系數(shù)，使燃燒室的結(jié)構(gòu)更加緊湊，從而使發(fā)動機(jī)有較好的性能指標(biāo)。頂置氣門配氣機(jī)構(gòu)根據(jù)凸輪軸的放置位置可以分為下置型凸輪軸和頂置型凸輪軸。下置型凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)會在高速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生較大的慣性力、振動和噪聲，消耗較大的動力。為了解決這一問題，頂置凸輪軸技術(shù)應(yīng)運而生。頂置凸輪軸技術(shù)的一種方式是將凸輪軸置于氣門上方，從而省去了推桿、挺柱;另一種形式是將頂置凸輪軸放于氣門室罩內(nèi)，凸輪直接作用于氣門上，從而省去了搖臂。頂置凸輪軸能夠保證高速時氣門工作良好，零件慣性力較小，工作較為平穩(wěn)可靠。
1.2多氣門技術(shù)
配氣機(jī)構(gòu)改進(jìn)的關(guān)鍵在于如何提供更多的新鮮空氣，而增加氣門數(shù)則是提高流通面積、增加充氣系數(shù)最有效的方法之一。如用兩個進(jìn)氣門代替一個進(jìn)氣門，流通截面增加30%-35%，可以大大改進(jìn)充氣系數(shù)，并提升內(nèi)燃機(jī)功率。多氣門內(nèi)燃機(jī)還可以降低燃油消耗，減少排污。研究表明，4氣門內(nèi)燃機(jī)燃油耗比2氣門內(nèi)燃機(jī)燃油耗低6%-8%。因此，多氣門技術(shù)已成為內(nèi)燃機(jī)發(fā)展中的一個重要方向。
1.3可變配氣正時
常規(guī)內(nèi)燃機(jī)的配氣相位是按內(nèi)燃機(jī)性能要求，通過試驗確定較為合適配氣相位。為了在更大的曲軸轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提高功率指標(biāo)，降低燃料消耗，現(xiàn)代多氣門內(nèi)燃機(jī)氣門開啟相位可以改變，升程也可以改變，稱作可變氣門結(jié)構(gòu)一。通過可變配氣機(jī)構(gòu)對配氣過程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，在低、中轉(zhuǎn)速時，活塞運動速度低，氣流動力學(xué)特性較差，因而要求“縮小”相位重疊角，以減少混合氣倒流，保證低、中轉(zhuǎn)速時有較好的扭矩曲線形狀，顯著地降低燃油消耗率。在高轉(zhuǎn)速時，活塞運動速度快，氣流動力學(xué)特性好，因而要求“放大”相位重疊角，從而使廢氣排出徹底，進(jìn)氣充分，可相應(yīng)增加內(nèi)燃機(jī)扭矩。目前，可變氣門正時配氣系統(tǒng)大致可分為兩種形式:一種稱為可變凸輪相位的配氣機(jī)構(gòu)，另一種稱為可變配氣正時及氣門升程的配氣機(jī)構(gòu)。
1.4創(chuàng)立性能優(yōu)良的凸輪型線
隨著計算數(shù)學(xué)發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，凸輪型線已經(jīng)從原來的幾何型線過渡到函數(shù)型線，如多項式高次方凸輪、復(fù)合正弦一拋物線凸輪、復(fù)合擺線凸輪、多項動力凸輪、N次諧波凸輪以及分段函數(shù)凸輪等閻。這些凸輪型線的輪廓型線由連續(xù)變化的函數(shù)曲線所形成，其曲率半徑的變化是連續(xù)的，因而挺柱和氣門的加速度曲線甚至高階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，其加速度脈沖相對較小，一般不會發(fā)生慣性力突變現(xiàn)象，在柴油機(jī)高速運轉(zhuǎn)時，可以減輕以至消除配氣機(jī)構(gòu)中接觸件的脫離和彈跳現(xiàn)象，改善配氣機(jī)構(gòu)的動力性能，同時其時面值也足夠大，對柴油機(jī)充氣性能有很大改善。
2設(shè)計方法
2.1由靜態(tài)設(shè)計過渡到動態(tài)設(shè)計
在靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計中，將配氣機(jī)構(gòu)看作絕對剛體，不考慮它在運動時的彈性變形，用該方法設(shè)計凸輪型線，主要用以下三項指標(biāo)來判別其好壞:
(1)靜態(tài)充氣性能。通常用挺柱升程、豐滿系數(shù)和時一面值來表示，希望此值越大越好。
(2)靜態(tài)加速度峰值。即挺柱的最大正負(fù)加速度值。其絕對值越小，凸輪軸的高速動態(tài)性能越好。
(3)輪廓面最小曲率半徑或凸輪與挺柱表面的接觸應(yīng)力。設(shè)計凸輪時，應(yīng)避免凸輪曲率半徑過小，否則會導(dǎo)致接觸應(yīng)力過大，使凸輪出現(xiàn)過早磨損。
用靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計的凸輪，雖然加速度曲線不連續(xù)，配氣機(jī)構(gòu)（未完，下一頁）
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