随着发动机向高速化发展,须对设计出的配气机构建立运动学和动力学计算模型,验算其在不同转速下的运动状态及受力情况,为改进设计提供指导。

    计算模型的建立

    模型建立的依据

    模型的建立一般是根据配气机构的结构特点、分析研究的目的和计算精度等要求而定。为了分析影响气门动态响应的主要因素,采用单质量模型已经足够了。主要是分析配气机构刚度、阻尼及凸轮轮廓线对顶置凸轮轴式配气机构运动学和动力学特性的影响。为分析问题方便和简化模型注解方程,采用单质量动力学计算模型。

    换算原则是换算前后动能不变。针对具体的配气机构结构形式,计算公式有所差别,如有lV可能取0,即没有摇臂,那么上述公式的相应项就应舍去。按照换算原则,结合实际的结构形式计算实际的当量质量。

    软件设计

    软件的程序及界面均以Matlab为平台开发。利用Matlab数值计算功能强大,图形处理方便快捷的特点,开发了使用方便的界面。在界面中,输入必要的计算参数后就可以得到计算结果。即在界面中输入某一具体的凸轮转角,即可得到结果输出曲线中对应处的精确值。

    计算实例

    对471Q发动机进气门的运动学和动力学进行计算,输入的参数如下:当量质量为0.1378kg,弹簧预紧力为180N,弹簧刚度为25N/mm,当量刚度为3N/mm,气门间隙为0.2mm,摇臂比为1,内阻尼为0.025kg/s,外阻尼为0.0345kg/s,拟合阶数为35,拟合方式为多项式。拟合步长(弧度计)为0.0015,基圆半径为31mm,凸轮轴转速为2650r/min,凸轮轮廓线数据文件为jqtlz.dat。

    从软件的运行结果可以看到,进气门开启时刻的速度仅为0.3669m/s,加速度为98.6210m/s2,凸轮转角为-65.9。气门的开启速度较小,气门所受冲击较小。此刻加速度曲线低于0点,即处于负加速段,气门速度在减小,有利于气门平稳开启。该凸轮轮廓线为对称式,气门落座时也比较平稳。  

    计算程序完成了对顶置凸轮轴配气机构运动学和动力学的计算,其结果得到了验证。使用该程序可以计算发动机在不同转速的气门运动情况,可作为配气机构初步设计、详细设计及现有配气机构验算的有力工具。