内燃机配气机构机械噪声的产生机理及其控制措施
蒋明刚，200710603128，车辆工程072班
摘要:本文对发动机的机配气机构机械噪声的产生机理进行了简要说明,并针对这些噪声的产生机理提出了一些减小噪声的合理改进措施。
序论：配气机构作为发动机两大机构之一，是发动机的重要组成部分。其功能是实现换气过程，定时开启和关闭气门，以保证吸入新鲜空气和排出废气。配气机构由于零件多，结构比较复杂，而且高速运转，所以在发动机运行过程中，它产生的机械噪声在发动机总体机械噪声中占有很大比重，所以研究配气机构机械噪声的产生机理及控制措施，对进一步减小发动机噪声，以及提高发动机整体的经济型，排放性能有很大作用。
1 .配气机构噪声产生的机理
四冲程内燃机基本都采用气门—
凸轮式配气机构。这种机构包括凸轮
轴、挺柱、挺杆、摇臂、气门等。零件
多、刚度差是配气机构的显著特点，因
而易于激发起振动和噪声。其基本结构
如右图所示：
（1）正时齿轮的啮合噪声；
齿轮噪声是由于在齿轮啮合过程
中，齿轮受到连续的冲击、振动而产生
的。在齿轮的加工与安装中都必然有误
差，齿廓表面也不可能是绝对准确的渐
开线曲面，啮合中由于力的作用会引起
变形等，这些都是引起噪声的原因。齿
轮传动机构中的齿轮噪声，实际上还会
由一些其他原因引起，如传动节负荷的
变动，驱动轴的跳动，电机转动不稳等，
都会引起齿于齿之间的撞击，也就会引
发噪声，所以齿轮传动中的齿轮噪声，
是一种因素很复杂的噪声。
（2）摇臂与凸轮表面之间摩擦振动噪
声；
由于凸轮和挺柱之间在很大的正
压力之下进行相对滑动，因此存在很大
的摩擦力。这种摩擦力不可避免的要激发起摩擦振动，产生噪声。
（3）气门杆与摇臂的敲击噪声；
由于内燃机可达到很高的工作温度，必须考虑配气机构各个传动零件的膨胀。未采用液力挺柱的配气机构中，常温下在气门杆与摇臂之间必须留给有气门间隙。开启气门时，摇臂越过气门间隙才能压迫气门杆运动，这就产生了撞击，发出噪声，且集中于配气机构自然频率附近频段。采用液力挺柱可避免这种噪声。
（4）气门落座噪声；
打开的气门依靠弹簧的作用力回复到关闭状态。在这种强大的作用力下，气门与气门座之间将产生撞击，发出噪声，其频谱峰值出现在气门座与缸盖系统的固有频率附近。
（5）高速运转时传动链脱节产生噪声；
内燃机高速运动时，配气机构的各个零件可达很高的速度，而且方向变换频繁，故其加速度很高。此时有可能出现传动链脱节现象。传动链脱节现象主要发生在气门落座过程中。
考虑如上图所示的下置凸轮配齐机构。正常情况下，凸轮转到一定角度，便开始了气门落座运动。此时，气门、摇臂、推杆和挺柱都在气门弹簧的压力下作加速运动。为了使传动链不脱节，当凸轮轴转速随内燃机转速的提高而提高时，气门、摇臂、推杆和挺柱的加速度也必须跟着提高。而这些加速度是由气门弹簧力产生的，其最大可能的加速度受到气门弹簧刚度系数的限制。所以，如果凸轮轴转速过高，气门、摇臂、推杆和挺柱的加速度会跟不上凸轮位置的改变，产生传动链脱节现象。
研究表明，内燃机低速时的噪声，主要是气门开关时的撞击以及从动件和凸轮顶部的摩擦振动所产生的。高速时的配气机构是由于气门的不规则运动所引起的。由内燃机配气机构的动力学可知，实际的配气机构为一弹性系统。工作时，弹性形变会使位于传动链末端气门处的运动产生很大畸变，使气门的升程、速度，特别是加速度运动曲线“失真”，造成气门的运动有时迟后于挺柱，有时则超前于挺柱，使传动链出现脱节，气门开闭不正常，产生“飞脱”和“反弹”等不规则运动现象。这种现象在内燃机低速运转时并不出现，在高速运转时由于配气机构从动惯性力增大，使得整个机构的振动、气门不规则运动加剧，从而产生强烈的噪声，严重时还会使内燃机的正常工作遭到破坏。因此，高速时配气机构的噪声主要和气门的不规则运动有关。
2 .影响配气机构噪声的因素及控制措施
要降低配气机构的噪声，主要途径是控制气门的冲击力。
（1）润滑；
良好的润滑能减少摩擦，降低摩擦噪声。推荐怠速是凸轮与挺柱之间的最小油膜厚度为2μm，1000r/min是最小油膜厚度为3μm。
凸轮转速越高，油膜越厚。所以内燃机高速运转时，配气机构的摩擦振动和噪声就不突出了。
（2）减小气门间隙；
减小气门间隙可减少因间隙的存在而产生的撞击。但为了保证气门的正常工作，在一般配气机构中必须保持必要的间隙。采用“液力挺柱”，可以从根本上消除气门间隙，从而消除传动中的撞击，并可以有效的控制气门的落座速度，因而可以使配气机构的噪声显著降低。
（3）转速；
配气机构噪声级随着内燃机的转速的增加而增加，总的趋势近于正比关系。
（4）选用性能优良的凸轮线型；
通常凸轮设计可采用在运动学设计的基础上，考虑各种动力因素的影响，即在设计凸轮外形时，事先对通过运动学设计的凸轮进行动力学修正，使气门按理想的规律运动。目前设计凸轮时，较为多见的是预先选一个理想的气门升程曲线。这种曲线应当使气门升程曲线率系数足够大；保证内燃机充气性能良好；加速度曲线平滑以保证配齐机构动态特性良好等。然后设计凸轮的线型。比较符合上述要求的凸轮线型有多种，应用较广的是多项动力凸轮。今年来还出现了高次简谐凸轮和滞后动力凸轮。高次简谐凸轮除了能满足配气机构其他方面的要求之外，突出的优点是加速度曲线平滑、振动小、噪声低。这是由于考虑到设计高次简谐凸轮的基本思想是：使配气机构产生的强迫振动的激发力是一个取决于挺柱位移变化规律的周期函数，凸轮轴每转一周，变化一次，变化周期为2π。根据傅里叶级数理论可知，该周期函数可以分解为一系列频率为基频率倍数的简谐力的叠加，而配气机构的振动又可以看作为所有这些简谐力所激发的强迫振动的总和。其中在内燃机转速范围内，频率等于配气机构固有频率的那些简谐力能够激发起系统的共振。在设计凸轮外形时，以一个统一的简谐方程式表达凸轮型线，把那些能激发共振的谐量去掉。试验表明：这种凸轮型线在内燃机高速运转时，能给出令人满意的气门运动和低的配气机构噪声。
（5）提高配气机构零件的刚度；
其中包括各元件的刚度和摇臂轴及其支承座的刚度。刚度提高后可以使配气机构的固有频率提高，减小振动，缩小气门运动的畸变。提高弹簧预紧力或弹簧的刚度，虽然能减少振动并防止传动链脱节，但这会引起传动链载荷增加，磨损加剧，并使气门落座情况更加恶化。
缩短推杆长度是减轻系统重量、提高刚度的有效措施。顶置凸轮轴取消了推杆，对减小噪声特别有利。
（6）减轻驱动元件的重量
减轻重量可提高配气机构的固有频率，减小惯性力。在配气机构中，气门对系统的固有频率影响最大。其次是推杆、摇臂等。但减轻重量往往要收到多方面的限制，因此需要综合权衡。在配气机构中，缩短推杆的长度是减轻系统重量、提高刚度的一项有效措施。对高速内燃机，应力求把凸轮已经气门，甚至取消推杆，即多为的上置式凸轮轴，这对减小噪声改善动力性特征是有利的。
结论：
噪声污染已经成为现代社会的一代公害。噪声可以使人的听力收到损害，造成严重的噪声性耳聋，严重的噪声也会对人体神经系统、心血管系统，肠胃系统造成
不良影响，严重的影响着人们的身心健康。同时，高频的噪声也会有物声疲劳，对建筑物造成损伤。发动机噪声是汽车的主要噪声源，要降低整车噪声，应首先从降低发动机噪声着手。配气机构是发动机的重要组成部分，同时也是一个重要的噪声源。研究配气机构的噪声机理于控制措施对于整车于发动机的噪声控制具有重要的意义。对发动机配齐机构进行优化能有效降低它所产生的噪声，提高发动机的整机性能。
参考文献：
[1] 吴炎庭袁卫平主编. 内燃机噪声与振. 机械工业出版社, 2001
[2] 杨庆佛主编. 内燃机噪声控制. 山西人民出版社，1985
一、填空题 1．充气效率越高，进人气缸内的新鲜气体的量就__多_____，发动机研发出的功率就__高____。 2．气门式配气机构由__气门组___ 和___气门传动组______组成。 3．四冲程发动机每完成一个工作循环,曲轴旋转__2___周，各缸的进、排气门各开启___1____ 次,此时凸轮轴旋转___1___周。 4．气门弹簧座是通过安装在气门杆尾部的凹槽或圆孔中的___锁片____或___锁块____ 固定的。 5．由曲轴到凸轮轴的传动方式有下置式、上置式和中置式等三种。 6．气门由__头部___和 ___杆身____两部分组成。 7．凸轮轴上同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置与既定的___配气相位____相适应。 8．根据凸轮轴___旋向_____和同名凸轮的 ____夹角____可判定发动机的发火次序。 9．汽油机凸轮轴上的斜齿轮是用来驱动__机油泵___和__分电器____的。而柴油机凸轮轴上的斜齿轮只是用来驱动___机油泵____的。 10．在装配曲轴和凸轮轴时,必须将___正时标记____对准以保证正确的___配气相位__。 二、判断题 1．充气效率总是小于1的。 ( √ ) 2．曲轴正时齿轮是由凸轮轴正时齿轮驱动的。 ( X ) 3．凸轮轴的转速比曲轴的转速快1倍。 ( X ) 4．气门间隙过大，发动机在热态下可能发生漏气，导致发动机功率下降。( √ ) 5．气门间隙过大时，会使得发动机进气不足，排气不彻底。 ( √ ) 6．对于多缸发动机来说，各缸同名气门的结构和尺寸是完全相同的，所以可以互换使用。 ( X ) 7．为了安装方便，凸轮轴各主轴径的直径都做成一致的。 ( X ) 8．摇臂实际上是一个两臂不等长的双臂杠杆，其中短臂的一端是推动气门的。 ( X ) 9.非增压发动机在进气结束时，气缸内压力小于外界大气压。（ X ） 10.发动机在排气结束时，气缸内压力小于外界大气压。（ X ） 11.进气门迟闭角随着发动机转速上升应加大。（ X ） 12.气门重叠角越大越好。（ X ）
内燃机 内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。 广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。 活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。 内燃机的发展历史 活塞式内燃机自19世纪60年代问世以来，经过不断改进和发展，已是比较完善的机械。它热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好，所以获得了广泛的应用。全世界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站和战车等都以内燃机为动力。海上商船、内河船舶和常规舰艇，以及某些小型飞机也都由内燃机来推进。世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位，它在人类活动中占有非常重要的地位。 活塞式内燃机起源于用火药爆炸获取动力，但因火药燃烧难以控制而未获成功。1794年，英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力，并且第一次提出了燃料与空气混合的概念。1833年，英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动活塞作功的设计。 之后人们又提出过各种各样的内燃机方案，但在十九世纪中叶以前均未付诸实用。直到1860年，法国的勒努瓦模仿蒸汽机的结构，设计制造出第一台实用的煤气机。这是一种无压缩、电点火、使用照明煤气的内燃机。勒努瓦首先在内燃机中采用了弹力活塞环。这台煤气机的热效率为4%左右。 英国的巴尼特曾提倡将可燃混合气在点火之前进行压缩，随后又有人著文论述对可燃混合气进行压缩的重要作用，并且指出压缩可以大大提高勒努瓦内燃机的效率。1862年，法国科学家罗沙对内燃机热力过程进行理论分析之后，提出提高内燃机效率的要求，这就是最早的四冲程工作循环。
第三章凸轮机构 案例导入：通过内燃机的配气凸轮机构、绕线凸轮机构导入凸轮机构的概念，从中观察发现：从动件的运动规律是由凸轮轮廓曲线决定的，只要凸轮轮廓设计得当，就可以使从动件实现任意给定的运动规律。在实际生产中，通常是根据需要对从动件的运动规律提出要求，再由从动件的运动规律设计凸轮轮廓，这就是本章的重点。 第一节概述 一、凸轮机构的应用、组成和特点 在各种机器中，为了实现各种复杂的运动要求经常用到凸轮机构，在自动化和半自动化机械中应用更为广泛。 图3-1所示为内燃机配气凸轮机构。凸轮1以等角速度回转，它的轮廓驱使从动件2（阀杆）按预期的运动规律启闭阀门。 图3-2所示为绕线机中用于排线的凸轮机构，当绕线轴3快速转动时，经齿轮带动凸轮1缓慢地转动，通过凸轮轮廓与尖顶A之间的作用，驱使从动件2往复摆动，因而使线均匀地缠绕在轴上。 图3-3为应用于冲床上的凸轮机构示意图。凸轮1固定在冲头上，当冲头上下往复运动时，凸轮驱使从动件2以一定的规律水平往复运动，从而带动机械手装卸工件。 图3-4为自动送料机构。当带有凹槽的凸轮1转动时，通过槽中的滚子，驱使从运件2作往复移动。凸轮每回转一周，从动件即从储料器中推出一个毛坯，送到加工位置。 图3-1内燃机配气凸轮机构图3-2 绕线机的凸轮机构 从以上的例子可以看出：凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。 凸轮机构的优点为：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑、设计方便。它的缺点是凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易于磨损，所以通常多用于传力不大而需要实现特殊运动规律场合。 二、凸轮机构的分类 根据凸轮和从动件的不同形状和形式，凸轮机构可按如下方法分类。 1.按凸轮的形状分
单元三配气机构 一、填空题 1．充气效率越高，进人气缸内的新鲜气体的量就__多_____，发动机研发出的功率就__高____。 2．气门式配气机构由__气门组___ 和___气门传动组______组成。 3．四冲程发动机每完成一个工作循环,曲轴旋转__2___周，各缸的进、排气门各开启 ___1____ 次,此时凸轮轴旋转___1___周。 4．气门弹簧座是通过安装在气门杆尾部的凹槽或圆孔中的___锁片____或___锁块____ 固定的。 5．由曲轴到凸轮轴的传动方式有下置式、上置式和中置式等三种。 6．气门由__头部___和___杆身____两部分组成。 7．凸轮轴上同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置与既定的___配气相位____相适应。 8．根据凸轮轴___旋向_____和同名凸轮的____夹角____可判定发动机的发火次序。 9．汽油机凸轮轴上的斜齿轮是用来驱动__机油泵___和__分电器____的。而柴油机凸轮轴上的斜齿轮只是用来驱动___机油泵____的。 10．在装配曲轴和凸轮轴时,必须将___正时标记____对准以保证正确的___配气相位__。 二、判断题 1．充气效率总是小于1的。( √) 2．曲轴正时齿轮是由凸轮轴正时齿轮驱动的。( X) 3．凸轮轴的转速比曲轴的转速快1倍。( X) 4．气门间隙过大，发动机在热态下可能发生漏气，导致发动机功率下降。( √) 5．气门间隙过大时，会使得发动机进气不足，排气不彻底。( √) 6．对于多缸发动机来说，各缸同名气门的结构和尺寸是完全相同的，所以可以互换使用。( X) 7．为了安装方便，凸轮轴各主轴径的直径都做成一致的。( X) 8．摇臂实际上是一个两臂不等长的双臂杠杆，其中短臂的一端是推动气门的。 ( X) 9.非增压发动机在进气结束时，气缸内压力小于外界大气压。（X） 10.发动机在排气结束时，气缸内压力小于外界大气压。（X）
第三章配气机构习题三 一、填空题 1.气门弹簧座一般是通过锁块或锁销固定在气门杆尾端的。 2.摇臂通过衬套空套在摇臂轴上，并用弹簧防止其轴向窜动。 3.采用双气门弹簧时，双个弹簧的旋向必须相反。 4.气门间隙过大，气门开启时刻变晚，关闭时刻变早；气门间隙过小，易使气门关闭不严，造成漏气。 5．充气效率越高，进入气缸内的新鲜气体的量就越多，发动机所发出的功率就越高。6．凸轮轴上同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置与既定的配气相位相适应。 7.汽油机凸轮轴上的斜齿轮是用来驱动分电器和机油泵的。而柴油机凸轮轴上的斜齿轮只是用来驱动的机油泵。 二、解释术语 1.气门锥角: 气门密封锥面的锥角。 2.充气效率：实际进入气缸的新鲜充量与在进气状态下充满气缸容积的新鲜充量之比。 三、判断题（正确打√、错误打×） 1. 进气门头部直径通常比排气门的大，而气门锥角有时比排气门的小。(√) 2. 凸轮轴的转速比曲轴的转速快一倍。(×) 3. 采用液力挺柱的发动机其气门间隙等于零。(√) 4. 挺柱在工作时既有上下运动，又有旋转运动。(√) 5. 气门的最大升程和在升降过程中的运动规律是由凸轮转速决定的。(×) 6. 凸轮轴的轴向窜动可能会使配气相位发生变化。(√) 四、选择题 1.摇臂的两端臂长是（B）。 A、等臂的 B、靠气门端较长 C、靠推杆端较长 发动机的进、排气门锥角是（B）。 A、相同的 B、不同的 3.一般发动机的凸轮轴轴颈是（B）设置一个。 A、每隔一个气缸 B、每隔两个气缸 4.下述各零件中不属于气门传动组的是（A ）。 A.气门弹簧 B.挺住 C.摇臂 D.凸轮轴 5.气门间隙过大，发动机工作时（B ）。 A．气门早开B．气门迟开C．不影响气门开启时刻 6.气门的升程取决于（A ）。 A．凸轮的轮廓B．凸轮轴的转速C．配气相位 7.发动机一般排气门的锥角较大，是因为（A ）。 A．排气门热负荷大B．排气门头部直径小C．配气相位的原因 8.下面哪种凸轮轴布置型式最适合于高速发动机（B ）。 A．凸轮轴下置式B．凸轮轴上置式C．凸轮轴中置式 五、问答题 1. 采用液力挺柱有哪些优点 就降低噪音，耐磨、免调节、使用寿命也更久。对气门调节更方便，准确，降低了能源消耗，也简化了维修。
1.配气机构的作用及组成 一、功用： 是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环或发火次序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气或空气得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。 二、组成： 气门组：气门及与之关联的零件； 气门传动组：从正时齿轮到推动气门动作的所有零件。 2.为什么要预留气门间隙？什么是气门间隙?为什么要留气门相位? 在气门杆尾端与摇臂端（侧置式气门机构为挺杆端）之间留有气门间隙，是为补偿气门受热后的膨胀之需的. 发动机发动时，气门将因气温升高而膨胀。如果气门以其传动件之间在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态下，气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严，造成发动机在压缩和作功行程中的漏气，从而使功率下降，严重时甚至不易启动。为了消除这种现象，通常在发动机冷态装配时，在气门与其传动机构中预留一定的间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。这一间隙被称为气门间隙。 但是，如果气门间隙留得太大，冷态下传动零件之间以及气门和气门座之间产生撞击，而且加速磨损，同时使得气门开启的持续时间减少，汽缸的充气情况变坏。 所以高级轿车上都采用液压挺柱，挺柱长度能自动变化，随时补偿气门的热膨胀量，故不需要预留气门间隙。 3.为什么有的配气机构中采用两个套装的气门弹簧 你所指两套装置的气门弹簧我可否理解成控制气门开闭的弹簧。 所有的气门弹簧都是大簧套小簧；并且是是旋向相反。 采取这种结构的原因是防止因为气门弹簧旋向的原因产生谐振，造成气门关闭不严，所以设置成旋向相反的两个气门弹簧，让它们的谐振频率相反进行抵消，消除谐振引起的气门关闭不严的现象 4.什么是点火提前角,其过大或过小有什么危害 点火提前角：从点火时刻起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度称为点火提前角。 点火过早，会造成爆震，活塞上行受阻，效率降低，磨损加剧。点火过迟，气体做功效率低，排气声大。不论点火过早或过迟，都会影响转速的提升。 若点火提前角过大，则活塞还在向上止点运动时，气体压力已达很大的数值，活塞受到迎面而来的反向压力的作用，压缩行程的负功增加使发动机功率下降，甚至有时造成曲轴反转使发动机不能工作。而且点火提前角过大也易于发生不正常燃烧--爆燃。 若点火提前角过小，混合气的燃烧将在逐渐增大的容积内进行，因而燃烧最高压力降低，而且补燃增加，热损失增大，于是发动机功率下降，油耗增加，并使发动机过热 5.膜片弹簧式离合器特点？ 6.从动盘摩擦片上的铆钉为什么要沉入摩擦片平面以下? 如果不沉头，摩擦的就不是摩擦片，而是铆钉了。 五、问答题 1.汽油机燃料供给系的作用是什么？ 2.化油器的作用是什么？ 3.主供油装置的作用是什么？它在哪些工况下参加供油？ 4.为什么把加浓装置称为省油器？ 5.在加速泵活塞与连接板之间为什么利用弹簧传力？
内燃机课程设计 凸轮说明书 题目90kW四行程四缸汽油机凸轮型线设计学院机电工程学院 专业热能与动力工程专业 班级热动1002 学号 姓名 指导老师刘军 日期2013-6-25
90kW四行程四缸汽油机凸轮型线设计 前言 四冲程汽车发动机都采用气门式配气机构，其功用是按照发动机的工作顺序和工作循环要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。其中，凸轮机构作为机械中一种常用机构，在自动学和半自动学当中应用十分广泛，凸轮外形设计在配气机构设计中极为重要，这是由于气门开关的快慢、开度的大小、开启时间的长短都取决于配气机构的形状。因此，配气凸轮的外形设计和配气凸轮型线设计就决定了时间的大小、配气机构各零件的运动规律及其承载情况。 任务书首先对凸轮进行设计，然后利用最大速度和最大加速度位置基于高次方程凸轮运动规律进行凸轮型线的优化设计，建立数学模型，并设计图论过渡段和绘制图轮廓图。 凸轮的设计 1.给定的参数及要求 （1）凸轮设计转速n c =4636r/min； （2）进气门开启角233°（曲轴转角），凸轮工作段包角 116.5°； （3）排气门开启角220°（曲轴转角），凸轮工作段包角 110°； （4）气门重叠角15°（曲轴转角），凸轮转角7.5°； （5）凸轮基圆直径 28mm； （6）进气门最大气门升程h vmax =8.2，排气门最大气门升程h vmax =8。 2.凸轮型线类型的选择 配气机构是发动机的一个重要系统，其设计好坏对发动机的性能、可靠性和
寿命有极大的影响。其中凸轮型线设计是配气机构设计中最为关键的部分，在确定了系统参数后，重要的问题是根据发动机的性能和用途，正确选择凸轮型线类型及凸轮参数。 凸轮型线有多种，如复合正弦，复合摆线，低次方，高次方，多项动力，谐波凸轮等。其中，高次方、多项动力、谐波凸轮等具有连续的高阶倒数的凸轮型线，具有良好的动力性能，能满足较高转速发动机配气机构工作平稳性的要求。 由于凸轮设计转速为n c =2318 r/min ，即每分钟凸轮轴转2318圈，属于高速发动机，且为使发动机运动件少，传动链短，整个机构的刚度大，因此我们用双圆弧凸轮的凸轮轴上置式配置机构。 由于四冲程发动机每完成一个工作循环，每个气缸进、排气一次。这时曲轴转两周，而凸轮轴只旋转一周，所以曲轴与凸轮轴的转速比或传动比为2:1，即由上式已知可知曲轴的转速为2318*2=4636r/min 。 3.计算凸轮的外形尺寸 图一 圆弧凸轮的几何参数示意图 由上图可知，圆弧凸轮有五个参数：基圆半径r 0=PR ，腹弧半径r 1=OA ，
内燃机噪声源的形成及其控制措施 曹志芬 （漳州职业技术学院，福建漳州363000） 摘要：根据内燃机噪声产生的性质不同，分别对噪声源的形成进行分析，探讨降噪的相应措施。关键词：内燃机；机械噪声；燃烧噪声；气体动力噪声 中图分类号：TK401文献标识码：A 文章编号：1000-6494（2008）06-0043-04 The Formation of Noise Source and the Measure to Control It CAO Zhi-fen (Zhangzhou Institute of Technology,Zhangzhou 363000,China) Abstract:According to different properties of noise produced in internal combustion engine,this paper analyses separately the formation of noise source and studies the relevant measures. Key words:internal combustion engine;mechanical noise;combustion noise;noise of gas power 随着世界工业化和经济一体化的不断加快，世界能源危机和环境污染问题日趋严重，可持续发展的呼声越来越高，节约能源，保护生态环境，减少污染已成为世界各国的共识。噪声污染是当今世界三大公害之一，据国外有关资料表明，城市噪声的70%来源于交通噪声,而交通噪声主要是汽车噪声，约占交通噪声的80%左右,内燃机噪声和振动对汽车整车的噪声有着决定性的影响。因此，内燃机噪声是城市环境噪声污染的主要声源,其在生理和心理两方面都对人类产生严重的危害。为此应对内燃机噪声进行控制，从声源控制、噪声传播路径控制方面入手，积极采取降噪技术措施。 1主要噪声源的形成及其控制措施 内燃机是以周期性完成工作循环的动力机，这 种周期性包括空气工质运动以及发出动力的周期性，因而就形成了空气运动和机械部件的振动激励源，从而引起噪声。内燃机噪声按产生的性质可分为气体动力噪声、燃烧噪声、机械噪声三种，气体动力噪声主要是在进气和排气过程中产生，它直接向大气幅射，而机械噪声和燃烧噪声则是通过内燃机的外表面向外幅射。通常柴油机噪声较汽油机高，非增压内燃机噪声较增压机高，风冷内燃机噪声较水冷 机高些。 1.1燃烧噪声 燃烧噪声是内燃机噪声的主要声源，气缸内可 燃混合物燃烧而引起气体压力周期性的急剧变化，使活塞、气缸盖、气缸体、连杆、活塞销、曲轴等零件受到一定强度的动力载荷，从而产生结构振动和噪声，通过缸盖、活塞、连杆、曲轴、机体向外幅射。燃烧噪声与内燃机的燃烧方式和燃烧速度密切相关,由于燃烧过程进行的方式不同，在汽油机中，如果发生爆燃和表面点火等不正常燃烧时，将产生较大的燃烧噪声。在柴油机的燃烧过程中，滞燃期对燃烧过程影响很小，在急燃期内由于燃烧室内气体压力急剧上升，致使发动机各部件振动而引起噪声，压力升高率是激发燃烧噪声的一个根本困素。汽油机由于热力工作过程较为柔和平稳，最高爆发压力低，因此汽油机的燃烧噪声比柴油机小。 1.1.1燃烧噪声的主要影响因素1.1.1.1 结构因素 燃烧室的结构型式及整个燃烧系统的设计对压 力升高率、最高燃烧压力及气缸压力频谱曲线有明显的影响,故对燃烧噪声的影响很大，影响滞燃期的因素也将直接影响燃烧噪声,因此要控制燃烧噪声，在设计燃烧系统时必须尽可能地缩短滞燃期。一般而言，汽油机以半球形燃烧室噪声较高，浴盆形燃烧室较低。柴油机用直接喷射式燃烧室比用间接喷射式燃烧室噪声要高，半分开式的球形燃烧室以油膜蒸发混合方式为主，压力升高率小，燃烧噪声最低。 作者简介：曹志芬（1962-），女，高级工程师，主要从事柴油机研发与教学工作。 收稿日期：2008-07-26 内燃机 Internal Combustion Engines 第6期2008年12月 No.6Dec.2008
重庆工学院 毕业设计（论文）题目：135柴油机配气机构设计
摘要 本篇论文是关于135型柴油机配气机构设计的，主要是对135型柴油机的主要运动零件设计以及一些辅助系统的简要设计。通过热力计算、动力计算，并根据性能进行合理的零件设计，从而使135柴油机具备更好的经济性能和动力性能。本文除了包括配气机构的设计外，还包括进排气及配气系统设计。 关键词：135型；柴油机；设计；动力计算
Abstract This thesis is about the design of gas distribution mechanism of 135 type diesel engine, mainly is the brief design mainly exercise on type 135 diesel engine parts and some auxiliary system design. Through the calculation of thermodynamic calculation, dynamic, and parts of reasonable design according to performance, so that the 135 diesel engine has the better economic performance and dynamic performance. In addition to this design includes a gas distribution mechanism, also includes the design of inlet and exhaust and the gas distribution system,. Key words: type 135; diesel engine; design; dynamic calculation
第三章配气机构习题一答案 一、填空题 1.根据气门安装位置的不同，配气机构的布置形式分为侧置式和顶置式两种。 2.顶置式气门配气机构的凸轮轴有下置、中置、上置三种布置型式。 3.顶置式气门配气机构的挺杆一般是筒式或滚轮式的。 4.摇臂通过衬套空套在摇臂轴上，并用弹簧防止其轴向窜动。 5.奥迪100型轿车发动机挺杆为液压挺柱，与摇臂间无间隙。所以不需调整间隙。 6.曲轴与凸轮轴间的正时传动方式有齿轮传动、链传动、齿形带传动等三种形式。 二、解释术语 1.充气系数: 充气系数指在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜气体质量与在标准大气压状态下充满气缸的新鲜气体质量之比。 2.气门间隙: 发动机在冷态下，气门杆尾端与摇臂（或挺杆）端之间的间隙。 三、判断题（正确打√、错误打×） 1.采用顶置式气门时，充气系数可能大于1。（×） 2.CA1092型汽车发动机采用侧置式气门配气机构。（×） 3.气门间隙是指气门与气门座之间的间隙。（×） 4.凸轮轴的转速比曲轴的转速快一倍。（×） 5.挺杆在工作时，既有上下往复运动，又有旋转运动。（√） 四、选择题 1.YC6105QC柴油机的配气机构的型式属于（A）。 A.顶置式 B、侧置式 C、下置式 2.四冲程发动机曲轴，当其转速为6000r/min时，则同一气缸的进气门，在1min时间内开闭次数应该是（A）。 A、3000次 B、1500次 C、750次 3.顶置式气门的气门间隙的调整部位是在（C）。 A、挺杆上 B、推杆上 C、摇臂上 4.曲轴正时齿轮与凸轮轴正时齿轮的传动比是（C）。 A、1∶1 B、1∶2 C、2∶1 5.四冲程六缸发动机，各同名凸轮之间的相对位置夹角应当是（C）。 A、120° B、90° C、60° 6.CA6102发动机由曲轴到凸轮轴的传动方式是（A）。 A、正时齿轮传动 B、链传动 C、齿形带传动 7. 曲柄连杆机构的作用之一是在发动机做功行程时把作用在活塞顶部的气体压力转变为曲柄的( )。 A、扭力 B、旋转力 C、驱动力 D、动力 8. 在发动机配气机构中，用于控制气门的适时开启和关闭，同时驱动油泵、机油泵和分电器工作的机件是( )。 A、凸轮轴 B、正时齿轮 C、摇臂轴 D、摇臂 9. 发动机热态时，气门杆会因温度升高而( )，若不预留间隙，则会使气门关闭不严。 A、弯曲 B、伸长 C、缩短 D、磨损 10. 若发动机气门间隙过大，会使气门( )，引起充气不足，排气不畅。 A、开启量过大 B、开启量过小 C、关闭不严 D、漏气
内燃机燃烧噪声与机械噪声对整机噪声影响综述在整车噪声中，发动机运行产生的噪声比例最大，尤其是在卡车或柴油机车上，发动机噪声占整车噪声的75%以上。2002年7月阎效东[12]综述了车用内燃机噪声控制技术的发展历程、现状和最新发展趋势，指出我国内燃机噪声控制技术在保护环境中的地位，也提到内燃机由很多零部件组成，它们刚性地连接在一起，相互作用产生噪声，所以识别内燃机噪声就变得很困难。 内燃机噪声一般可以分为机械噪声、燃烧噪声和空气动力性噪声，空气动力性噪声又包括进气噪声和排气噪声，它们可以通过消声器来控制,其中机械噪声和燃烧噪声合称为内燃机表面噪声[1]。由于不同噪声产生的机理不同，控制的方法也有所不同，所以正确识别和分离内燃机噪声源是开展发动机噪声控制的基础。其中燃烧噪声是从机体表面辐射出的噪声，它是由于气缸内压力突然增大,发动机各机械零部件相互碰撞产生振动进而引发出的噪声。空气动力性噪声主要是指进气噪声、排气噪声，由于这些声辐射源空间位置分隔较远，容易进行识别。但机械噪声和燃烧噪声都发生于内燃机内部并经内燃机结构表面向外辐射，两者在发生的时间、空间、传播的途径和信号的基本频域特征等方面都重叠交织在一起，如何识别和分离这两类噪声并计算其对整机噪声的贡献度是柴油机噪声控制领域的重要任务之一[6]。 传统的识别方法多是用来识别发动机的主要辐射噪声部件,但不能识别辐射噪声的类型。新型方法可以分离柴油机的燃烧噪声与机械噪声，并识别出了柴油机在不同的运行工况下燃烧噪声与机械噪声对整机噪声声功率的贡献度。除了进排气噪声，柴油机的主要噪声是燃烧噪声和机械噪声。当我们测量整机声功率和燃烧噪声声功率时，机械噪声声功率就可以通过整机声功率减去燃烧噪声声功率得到，进而燃烧噪声和机械噪声占整机噪声的比例就可以通过燃烧噪声声功率或者机械噪声声功率求得。有文献研究表明，在高辐射噪声运行工况时，机械噪声是发动机噪声的主要成份,因此,针对柴油机的噪声控制首先要控制柴油机的机械噪声。 国内外学者对内燃机噪声源识别做了一些研究[2-5],目前国内采用较多的是分别运行法[3]和盲源分离技术[5]等。 文献[3]魏凯等通过研究摩托车发动机的振动发现，发动机转速不变时，随
浅析柴油机配气机构的发展现状 论文关键词:柴油机配气机构动态设计 论文摘要:系统介绍了新技术和先进设计方法在柴油机配气机构设计中的应用，并就各种新技术对柴油机性能的影响进行了详尽分析，同时对配气机构的先进设计方法和传统设计方法的优缺点进行了综合比较。 配气机构对发动机性能具有重要影响。它的主要功能是实现柴油机的换气过程，根据气缸的工作次序，定时地开启和关闭进、排气门，以保证气缸吸人新鲜空气和排除废气’。在柴油机设计中，配气机构设计占有重要地位，其设计一质量不仅直接影响柴油机的技术性能、工作可靠性、耐久性和平稳性，而且还决定了发动机的结构紧凑性和制造、使用的成本，因此国内外对配气机构的研究都非常重视。 现今对柴油机的设计，一方面希望气门加速度较大，以使气门能够迅速开、关，从而得到较好的换气效果，以提高动力性和经济性;另一方面，希望载荷保持相对较小，以减少加速度，从而减少振动和噪声，延长使用寿命、2。随着计算数学和电子计算机在配气机构设计阶段的运用，通过选用不同的凸轮型线、包角、重叠角、气门直径、升程等参数，进行多种方案的计算，可从中选出最接近于所希望要求的方案，也可以通过设计参数的调整，从而获得接近于理想的充气效率和配气正时。目前，配气机构的研究在技术应用和设计方法上都取得了一定的进展。 1技术应用 1.1顶置凸轮轴技术 顶置气门配气机构.可以增大发动机的充气系数，使燃烧室的结构更加紧凑，从而使发动机有较好的性能指标。顶置气门配气机构根据凸轮轴的放置位置可以分为下置型凸轮轴和顶置型凸轮轴。下置型凸轮轴配气机构会在高速运转时产生较大的惯性力、振动和噪声，消耗较大的动力。为了解决这一问题，顶置凸轮轴技术应运而生。顶置凸轮轴技术的一种方式是将凸轮轴置于气门上方，从而省去了推杆、挺柱;另一种形式是将顶置凸轮轴放于气门室罩内，凸轮直接作用于气门上，从而省去了摇臂。顶置凸轮轴能够保证高速时气门工作良好，零件惯性力较小，工作较为平稳可靠。 1.2多气门技术 配气机构改进的关键在于如何提供更多的新鲜空气，而增加气门数则是提高流通面积、增加充气系数最有效的方法之一。如用两个进气门代替一个进气门，流通截面增加30%-35%，可以大大改进充气系数，并提升内燃机功率。多气门内燃机还可以降低燃油消耗，减少排污。研究表明，4气门内燃机燃油耗比2气门内燃机燃油耗低6%-8%。因此，多气门技术已成为内燃机发展中的一个重要方向。 1.3可变配气正时 常规内燃机的配气相位是按内燃机性能要求，通过试验确定较为合适配气相位。为了在更大的曲轴转速范围内提高功率指标，降低燃料消耗，现代多气门内燃机气门开启相位可以改变，升程也可以改变，称作可变气门结构一。通过可变配气机构对配气过程进行调节和控制，在低、中转速时，活塞运动速度低，气流动力学特性较差，因而要求“缩小”相位重叠角，以减少混合气倒流，保证低、中转速时有较好的扭矩曲线形状，显著地降低燃油消耗率。在高转速时，活塞运动速
一．名词解释。 1. 充气效率 2. 气门间隙 3. 配气相位 4. 气门重叠 5. 进气持续角 6. 进气提前角 7. 排气迟后角 二．填空题。 1. 凸轮轴通过正时齿轮由驱动，四冲程发动机一个工作循环凸轮轴转周，各气门开启次。 2. 顶置气门式配气机构的凸轮轴布置有三种形式，它们是、、和。 3. 气门叠开角是和之和。 4. 气门间隙是指在与之间留有适当的间隙。气门间隙过大，气门开启时刻变，关闭时刻变；气门间隙过小，易使气门。 5. 气门采用双弹簧结构时，外弹簧刚度较，内弹簧刚度较，且两弹簧的旋向。
6. 曲轴与凸轮轴之间的传动方式有、、 和三种。 7. 气门弹簧座一般是通过或固定在气 门杆尾端的。 8. 造成气门关闭不严的原因 是、、 、和。 9. 气门间隙两次调整法的实质是，。三．判断题。 1. 气门间隙是指气门与气门座之间的间隙。( ) 2. 进气门头部直径通常比排气门的大，而气门锥角有时比排气门的小。( ) 3. 凸轮轴的转速比曲轴的转速快一倍。( ) 4. 采用液力挺柱的发动机其气门间隙等于零。 ( ) 5. 挺柱在工作时既有上下运动，又有旋转运动。( ) 6. 气门的最大升程和在升降过程中的运动规律是由凸 轮转速决定的。( ) 7. 排气持续角指排气提前角与排气迟后角之和。( ) 8. 正时齿轮装配时，必须使正时标记对准。( )
9. 为了安装方便，凸轮轴的轴颈从前向后逐道缩小。( ) 10. 四冲程六缸发动机的同名凸轮夹角为120。( )60 11. 一般进气门的气门间隙比排气门的间隙略小。( ) 12. 配气相位中，对发动机性能影响最大的是进气提前角。( ) 13. 在任何时候，发动机同一缸的进排气门都不可能同时开启。 ( ) 14. 凸轮轴的轴向窜动可能会使配气相位发生变化。( ) 15. 摇臂是一个双臂杠杆，为了加工方便，一般摇臂的两臂是等长的。( ) 16. 进气门关闭不严会引起回火，排气门关闭不严会引起排气管放炮。( ) 17. 为改善气门的磨合性，磨削气门工作锥面时，其角度应比气门座大0.5~1.0。( ) 四．选择题。 1. 曲轴与凸轴的传动比是（）。 A．1∶1 B．1∶2 C．2∶1
本科专业职业生涯设计 姓名 学号 年级 专业 系（院） 指导教师 2010年 4 月 15 日
目录 第一部分 同舟共济，自强不息，我的汽车工程师之路 (5) 前言 (5) 1 自我探索 (5) 1.1 职业兴趣 (5) 1.1.1 自我评估的结果：ECR (5) 1.1.2 职业测评的结果：SRI (6) 1.1.3 职业兴趣探索小结 (6) 1.2 职业能力 (7) 1.2.1 自我评估的结果：RIC (7) 1.2.2 职业测评的结果：RIS (7) 1.2.3 360度评估结果 (8) 1.2.4 职业能力探索小结 (8) 1.3 职业价值观 (9) 1.3.1 职业价值观测评结果 (9) 1.3.2 职业价值观小结 (9) 1.4 个性特征 (9) 2 了解和分析职业 (10) 2.1 世界大背景 (10) 2.2 国内汽车行业行情 (10) 2.3 汽车行业人才需求情况 (11) 3 匹配抉择 (11) 3.1 性格与爱好的匹配 (11) 3.2 性格与价值取向的匹配 (11) 3.3 爱好与价值取向的匹配 (11) 3.4 我的职业目标 (12) 3.4.1 同济大学汽车学院简介 (12) 3.4.2 执行路线 (13)
4 自我监控和调整 (13) 4.1 监控 (13) 4.1.1 目的 (13) 4.1.2 内容要素 (14) 4.2 修正方案 (14) 5 结束语 (14) 第二部分 汽车内燃机配气机构的优化设计 (15) 摘要 (15) ABSTRACT (16) 1 课题背景 (16) 1.1 配气机构的研究历程 (17) 1.2 配气机构优化设计的目的及意义 (17) 2 配气机构简介 (18) 2.1配气机构概述 (18) 2.2配气机构采用的新技术 (20) 2.2.1顶置凸轮轴技术 (20) 2.2.2 多气门技术 (20) 2.2.3 可变气门正时配气机构(VVA) (21) 3 总布置设计 (22) 3.1 气门的布置形式 (22) 3.1.1 气门顶置式配气机构 (22) 3.2 凸轮轴的布置形式 (22) 3.3 凸轮轴的传动方式 (22) 3.4 每缸气门数及其排列方式 (22) 3.5 气门间隙 (23) 4 配气定时工作原理 (23) 5 配气机构的零件和组件 (24) 5.1 气门组 (24)
车用发动机设备噪声形成原因及控制措施(新编版) Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0038
车用发动机设备噪声形成原因及控制措施 (新编版) １．噪声的主要危害 噪声污染不仅对人们的自我感觉和工作能力产生消极的影响，而且能导致健康严重失调、疲劳、早期失聪、高血压、神经疾病等。 ２．车用发动机噪声的形成与对策 发动机噪声主要包括燃烧噪声、机械噪声、进排气噪声、冷却风扇及其他部件发出的噪声。燃烧噪声是在可燃混合气体燃烧时，因气缸内气体压力急剧上升冲击发动机各部件，使之振动而产生的噪声。柴油中的十六烷值不合适或喷油时间过于提前，会引起发动机工作粗暴，使噪声急剧增大。汽油机由于过热、汽油品质不良和点火提前角过大等原因造成高频爆炸声、敲缸。 发动机内部的燃烧过程和结构振动所产生的噪声，是通过发动
机外表面以及与发动机外表面刚性连接结构的振动向大气辐射的，因此称为发动机表面噪声。根据发动机表面噪声产生的机理，又可分为燃烧噪声和机械噪声。燃烧噪声主要是由于气缸内周期性变化的压力作用而产生的，与发动机的燃烧方式和燃烧速度密切相关；机械噪声是发动机工作时各运动件之间及运动件与固定件之间作用的周期性变化的力所引起的，它与激发力的大小和发动机结构动态特性等因素有关。一般来说，低转速时，燃烧噪声占主导地位，高转速时，机械噪声占主导地位。 降低燃烧噪声，需改善燃烧条件，提高燃烧质量，以达到圆滑的压力波形。采用合理布置火花塞和气门以及采用合适的燃烧室型式和冷却方式即可以达到最有效的燃烧。在燃油方面，汽油的辛烷值越高，点火质量及抗爆振性能越好；对柴油机来说，要选择合适的十六烷值的柴油，如果达不到，可加入点火加速剂，提高点火质量，这样可有效地防治因燃油燃烧引起的噪声。 机械噪声包括活塞敲击声、气门机构冲击声、正时齿轮运转声等。减小活塞敲击声，可采取减小活塞与缸壁之间的间隙和使活塞
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 湖北文理学院 毕业设计(论文)正文题目 基于PRO/E的四缸内燃机凸轮配气机构的结 构设计及运动仿真分析 专业机械设计制造及其自动化 班级机制0812班 姓名李旭东 学号08116249 指导教师 职称 李梅 副教授 2012年5 月23日
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊基于PRO/E的四缸内燃机凸轮配气机构的结构设计及运动仿 真分析 摘要：配气机构作为内燃机的重要组成部分，其设计合理与否直接关系到内燃机的动力性能、经济性能、排放性能及工作的可靠性、耐久性。随着内燃机高功率、高速化，人们对其性能指标的要求越来越高，要求其在高速运行的条件下仍然能够平稳、可靠地工作，因而对其配气机构提出了更高的要求。配气凸轮型线是配气机构的核心部分，配气凸轮型线设计是配气机构优化设计的重要途径之一。模拟计算和实验研究是内燃机配气机构研究两种重要手段。 运用多体力学的方法对配气机构进行了动态仿真分析，采用数字多体程 序的方法，建立了配气系统的理论模型，进行配气机构的运动学、动力学分析，除了得到气门的升程、速度、加速度外，还考虑了摇臂与气门之间的碰撞，以及摇臂支座的柔性。因此得到气门与摇臂之间的碰撞力，摇臂支座的柔性衬套的受力，气门弹簧力，凸轮轴支座反力，气门座反力及凸轮与摇臂之间的压力角等。为凸轮型线、摇臂形状和整个配气机构的设计改进提供了重要依据。 利用pro/e强大的分析仿真功能, 对凸轮式配气机构的运动特性以及弹簧刚度对系统运动的影响进行了仿真分析, 得出弹簧刚度与气门振动的关系图, 为改善系统动力学性能和关键零部件设计提供了依据。利用计算机软件仿真, 有利于降低研发成本并缩短产品的开发周期。 关键词：内燃机；配气机构；凸轮型线；优化设计;汽车；发动机；配气系统；顶置凸轮；动态仿真
第31卷第3期重庆大学学报 Vo.l 31 No .3 2008年3月 Jour nal of Chongqi n g U niversity M ar .2008 文章编号:1000-582X (2008)03-0294-05 内燃机配气机构系统动力学分析 张晓蓉1,2 ,朱才朝2 ,吴佳芸 2 (1.重庆科技学院机械学院,重庆400042;2.重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030) 摘 要:内燃机配气机构直接影响着内燃机的性能和可靠性。论文对顶置四气门配气机构工作过程进行了分析,采用理论计算和实验方法确定了配气机构动力学模型的主要参数,利用AVL / TYCON 分析软件建立了顶置配气机构凸轮轴)摇臂)气门系统的一维动力学分析模型,并对其动态特性进行了数值仿真,验证了动力学模型及分析结果的正确性,为配气机构动态性能的评价和优化提出了理论依据。 关键词:内燃机;配气机构;动力学 中图分类号:TH 132.47 文献标志码:A System Dynam ic Analysis of Engine Valve -train ZHANG X i a o-ro ng 1,2 ,ZHU C a i -cha o 2 ,W U J i a -yun 2 (1.C ollege o fM echan ical Eng i n eeri n g ,Chongqi n g U niversity o f Science and Techno l o gy ,Chongqing 400042,P .R .China ; 2.State K ey Laboratory o fM echan ica lTrans m issi o n ,Chongqing University ,Chongq i n g 400030,P .R.Ch i n a)Abst ract :Va l v e tra i n is the key factor for the perfor m ance and reliab ility of eng ine .W e analyze the w or k i n g m echanis m of over head va l v e train w ith four valves ,and obtained the m a i n para m eters o f dyna m ic m odeli n g w ith t h eore tica l and experi m ental m ethods .On the basis of the above stud i e s ,w e buil d the m odel o f ca m shaf-t rocke-t valve syste m w ith AVL /TYCON soft w are .Its dyna m ic characteristics is si m ulated and ver ified by experi m ents .Th is paper prov ides a theoretical approach for the evaluati o n and opti m izati o n of dyna m ic perfor m ance of valve tra i n .K ey w ords :eng i n e ;va lve -train ;dyna m ics 配气机构是内燃机的重要组成部分,其设计优良与否直接影响内燃机的性能指标。这些指标不仅包括动力性、经济性,也包括运转性能如内燃机的振动、噪声、排放指标和可靠性等,因而开展配气机构系统动力学研究具有重要意义。 配气凸轮机构一直是内燃机研究的重要组成部分,研究内容已从最初单纯的凸轮经验设计,拓展到整个配气机构的运动学与动力学的综合研究。国外自20世纪初就有许多学者开始进行这方面的深入 研究;相比而言,国内则起步较迟,20世纪70年代起才开始全面研究凸轮设计与动力学分析,研究的重点放在凸轮型线设计、多质量动力学研究方面 [1-3] 。目前,国际上已有各种配气凸轮设计软件, 国内也出现了一些类似的软件,这些软件在速度与计算精度上都有所提高。文中以顶置四气门配气机构为例,通过理论计算和利用实验方法确定了配气机构动力学模型的主要参数,利用TYCON 分析软件建立了该配气机构的凸轮轴)摇臂)气门系统动力
凸轮轴和配气相位：配气机构精髓所在对于四冲程汽油机来说，发动机能够良好工作的基础有四点：一是需要良好的气缸密封性，保证气缸压力正常，这由活塞、气缸、活塞环、气缸垫、气门、缸盖保证；二是合适混合气的浓度，这由燃油供给系统指供；三是良好的润滑和冷却、这由发动机的冷却系统来保证；四是足够的点火能量，这由点火系统提供；五是正确的配气时间和点火时间：即在进气时进气门适时的打开，当压缩和作功时必须关闭，当排气时排气门要及时打开，保证燃烧后的废气排出。在混合气被压缩到一定程度后，点火系统要适时的点燃混合气。对于这些必需有时间保证的控制，在原系统的设计的基础上，需要维修工在装配时保证配气时间和点火时间的正确，这些操作的理论基础即是发动机的工作原理和配气相位。面对多种设计的配气机构和点火系统，本文将分析发动机工作原理和配气机位在发动机维修中的指导意义。 配气相位是研究发动机工作时气门的开启和关闭时间的，配气相位的基础是气门的早开和晚关。因为气门的开启和关闭由凸轮驱动，而凸轮的曲线设计决定了气门在打开和关闭时需要一段时间，而全开的时间更短，为了保证充气效率，在凸轮设计上保证气门提前打开并迟后关闭。 理解四冲程发动机的工作原理对理解配气相位有重要作用 为了了解配气相位，要从四冲程发动机的工作原理中应掌握三点内容: 一是进气、压缩、作功、排气这四个冲程中活塞的运动方向，冲程开始时活塞处于哪个点、结束时处于哪个点：进气和作功活塞下行，开始于上止点、结束于下止点；压缩与排气活塞上行，开始于下止点、结束于上止点。
二是四个冲程中气门的状态：进气时进气门打开、排气时排气门打开，在其它冲程时处于关闭状态； 三是什么时间点火：压缩即将结束，活塞到达上止点前的某一时刻，火花塞点燃气缸的混合气； 进气门开启时间：为了实现进气门早开，在进气冲程的前一个冲程即排气冲程即将结束时，也就是活塞到达上止点前某刻进气门开始开启，当排气结束活塞处于上止点时，进气门处于微开状态，这体现了进气门的早开。 进气门完全关闭时间：进气结束活塞处于下止点时，进气门并没有完全关闭，当活塞上行一段，此时已是压缩冲程，进气门才完全关闭，这体现了进气门的晚关。 排气门开启时间：为了实现排气门早开，在排气冲程的前一个冲程即作功冲程即将结束时，也就是活塞到达下止点前某刻排气门开始开启，当作功结束活塞处于下止点时，排气门处于微开状态，这体现了排气门的早开。 排气门完全关闭时间：排气结束活塞处于上止点时，排气门并没有完全关闭，当活塞下行一段，此时已是进气冲程，排气门才完全关闭，这体现了排气门的晚关。 配气相位中重要的是两个点：压缩结束上止点和排气结束上止点。在压缩结束活塞处于上止点时，进气门和排气门均处于完全关闭状态；而在排气结束活塞处于上止点时，进气门和排气门均没有完全关闭，此时即将完全关闭的是排气门、而即将打开的是进气门。 维修中的应用主要是能依据凸轮轴位置来判断某缸是处于压缩结束还是排气结束上止点。 多缸发动机同位缸的概念 多缸发动机为了保证工作平稳，要求各缸作功应均匀间隔，所以在曲轴的设计上出现了有两个缸的活塞运动方向相同，此时的两个缸被称为同位缸。当两缸活塞上行时，一个缸处于压缩冲程、另一个缸处于排气冲程，当他们处于上止点时，运用配气相位的知识，通过凸轮轴位置可以判断哪个缸处于排气结束，哪个缸处于压缩结束：两个气门均完全关闭的气缸处于压缩结束，而两个气门均处于微开一点的气缸是排气结束。 满足配气相位的要求，在曲轴的驱动下，定时的打开的关闭气门；采取化油器供油的发动机，凸轮轴上还设有偏心轮，用于驱动汽油泵；同时凸轮轴上的螺旋齿轮驱动分电器，有些发动机的螺旋齿轮同时驱动分电器和机油泵