下载文档原格式
一、绪论1.1引言配气机构是内燃机的重要组成部分。
它的功能是实现换气过程，即根据气缸的工作次序，定时地开启和关闭进、排气门，以保证气缸吸入新鲜空气和排除燃烧废气。
一台内燃机的经济性能是否优越，工作是否可靠，噪音与振动能否控制在较低的限度，常常与其配气机构设计是否合理有密切关系。
设计合理的配气机构应具有良好的换气性能，进气充分，排气彻底，即具有较大的时面值，泵气损失小，配气正时恰当。
与此同时，配气机构还应具有良好的动力性能，工作时运动平稳，振动和噪音较小，不发生强烈的冲击磨损等现象，这就要求配气机构的从动件具有良好的运动加速度变化规律，以及合适的正、负加速度值.内燃机配气凸轮机构是由凸轮轴驱动的，配气机构的这些性能指标很大程度上取决于配气凸轮的结构。
本文从改进配气凸轮型线设计角度来进行配气机构优化设计研究。
1.2配气凸轮型线设计凸轮机构从动件滚子直接与凸轮轮廓而接触并产生相对运动，利用滚子的滚动以减小因相对运动产生的摩擦与磨损，以提高机构的寿命和可靠性。
在设计凸轮型线时首先满足从动件的运动规律。
从动件运动规律的应满足下列要求:①应保证能获得尽量大的时间断面值，气门开启和关闭要快以求在尽可能小的凸轮转角内气门接近全开位置。
②应保证配气机构各零件所受的冲击和振动尽可能小，以求大得配气机构工作得平稳性和可靠性。
为满足以上从动件的设计要求，一条良好的凸轮型线应能保证:①适宜的配气相位。
使配气相位符合发动机的特性要求，如功率、油耗、怠速及最大功率和扭矩时的转速等，保证配气机构获得尽可能大的时面值或丰满系数，以提高内燃机的充气效率和降低残余废气系数。
②使发动机具有较好的充气性能。
由于发动机的形式不同，需要的气门运动规律也就有所不同。
例如球形燃烧室内燃机希望进气门尽快开启使空气尽早流入;而高速汽油机希望进气开始时缓慢一些，以便更好的利用惯性充气。
③适宜的从动件加速度。
加速度不宜过大或者带突变，加速度曲线应尽可能连续。
作者简介:朱坚(1979—,男,硕士研究生,主要研究方向为内燃机工作过程。
收稿日期:2005-05-22柴油机配气机构优化设计朱坚1,卢松卓2,马长慧2,张福根1,冯冠东1(11广西大学,广西南宁530004;21大庆油田有限责任公司第四采油厂,黑龙江大庆163511摘要:通过建立一台六缸涡轮增压柴油机的AVL 2BOO ST 数值计算模型,比较了三种新凸轮型线和配气定时,经过优化分析,选取了在动力性、经济性、可靠性方面综合占有优势的,确定为优选方案,以此进行配气机构优化设计。
关键词:柴油机;配气机构;凸轮;AVL 2BOO ST中图分类号:T K 42文献标识码:A 文章编号:1672-545X (200503-0018-03前言当今发动机工作过程模拟程序是一种被广泛接受的工具,它不仅可以在设计阶段预测发动机的稳态性能,而且还可分析成型发动机的热力学过程。
尤其是后者,如果应用得当,可通过模拟获取到以往用复杂而且昂贵的技术手段才能测量到的数据。
配气机构是内燃机的重要组成部分,它直接关系到内燃机运转的可靠性、振动和噪声,并影响内燃机的动力性和经济性等基本性能。
在配气机构中凸轮型线和配气定时是其主要的参数。
本文利用AVL 2BOO ST 进行配气机构优化设计的模拟计算。
AVL 2BOO ST 是为建立整台发动机模型而开发的一套一维发动机工作过程计算模拟程序,可模拟包括燃烧在内的所有的循环。
是一个功能强大、界面友好的发动机稳态和瞬态性能分析软件。
1模型的建立图1为一个六缸增压直喷柴油机的BOO ST 计算模型,其结构参数以原机实际值输入,包括各管的直径、长度,燃烧室的结构参数及配气机构参数等;其初始化设置的参数均为原机的试验数据,包括空燃比、增压比、进排气初始温度、单循环喷油量等(模型中的M P 为测量点,主要测量各管的压力、温度、流量、流速等。
BOO ST 中缸内压力的计算是基于能量守恒第一定律,在BOO ST 中燃烧放热率可以通过T ab le 、V ibe Functi on 、V ibe Tw o Zone 、Doub le V ibe Func 2ti on 等方程计算,在此模型中燃烧放热率计算选择单维伯函数(V ibe Functi on图1六缸增压直喷柴油机BOO ST 模型图2中(a 、(b 为模型在转速分别为2200rm in (标定点、1300r m in (扭矩点时外特性工况下示功图,将其计算值和原机实测值进行比较,可以清楚看出计算值和试验值已相当接近,我们还检验了低速时的示功图,以及燃油消耗率,进气流量,有效扭矩,涡前、涡后排温等都与实测值相当吻合,因此此计算模型能很好地模拟此发动机的性能。
•6•内燃机与配件当代发展前景下内燃机结构设计优化改进设想于彦良(河北轨道运输职业技术学院，石家庄052160 )摘要：内燃机在汽车、机械、船舶行业中的应用非常广泛，对交通运输、工业、农业，乃至于国际事业的发展具有重要意义。
随着科 学技术的发展，为应对能源利用及环境保护方面的新的需求，如何通过推进内燃机的结构设计，通过科学的优化方案最大限度地挖掘 内燃机的潜力，已成为相关技术人员的重要课题。
本文通过对目前内燃机结构优化设计理论的研究进行分析，并探讨了相关理论的应 用情况和进展，对在当代发展前景下内燃机结构设计优化改进设想的诸多问题进行了展望。
关键词：内燃机;优化设计；复杂系统;基本参数;模糊优化0引言不同的历史时期对于科学技术的期望值也不同。
内燃机是近代工业文明发展的产物，以其简单、经济的特性 快速取代了蒸气机，开启了世界范围内的第二次动力革 命。
随后，通过科学家的不断研究，其优越的性能使其迅 速在各个领域发挥起了重要作用，内燃机已经成为现代 最主要的动力提供器械，并改变了人们的生活。
随着历史 进程的不断加快，人们对于生活品质的要求也越来越高。
当前的发展形势下，内燃机的技术革新更重要的是达到 经济型、舒适性、美观性的需求。
新的技术不断被推出，目的是最大限度地优化内燃机的性能。
由此也提出了对内 燃机结构设计方面的优化改进要求。
目前，各个国家都投 入了大量的财力、物力、人力，试图在内燃机结构设计中 寻找到最合理的优化改进方案，从而取得相关领域中的 前沿地位。
1内燃机结构设计优化的重要性分析内燃机的工作原理是将燃料引入气缸内燃烧，再通 过燃气膨胀，推动活塞、曲柄-连杆机构，从而输出机械功 的热力发动机，通常包括有柴油机、汽油机和煤气机等，是目前人类掌握的热效率最高的移动动力机械，在农业、工业、国防等多个领域的发展中都处于重要地位。
从内燃 机诞生之日起，它为社会的进步提供了源源不绝的动力，同时也带来了对社会能源资料的大量消耗和环境污染问 题。
内燃机的优化设计与控制内燃机是一种常见的动力系统，它利用燃料在缸内燃烧产生的高温高压气体推动活塞运动，从而驱动机车、汽车、飞机等设备运转。
然而，内燃机也具有一些缺点，如排放废气过多、燃油消耗率高等问题，这就需要对内燃机进行优化设计和控制，以提高其性能和效率。
一、内燃机的优化设计1. 燃烧室设计内燃机的燃烧室是燃料燃烧的地方，燃烧室的结构和形状对内燃机的性能影响很大。
目前常用的燃烧室结构有亥姆霍兹式、燃烧室壳式、跨通道式等。
其中，亥姆霍兹式燃烧室可以提高燃烧效率，降低噪音和排放；燃烧室壳式可以使燃烧更加充分，提高功率和效率；跨通道式燃烧室可以改善燃烧室内的气流，增加燃烧效率。
2. 混合气策略设计混合气策略是指燃料和空气的混合方式和比例，它直接影响燃烧效率和排放性能。
目前常用的混合气策略有直喷式、预混式等。
其中，直喷式可以使燃料和空气混合更加充分，提高燃烧效率和节能性；预混式可以减少污染物排放和噪音，但燃烧效率较低。
3. 进气道和排气道设计进气道和排气道是内燃机直接与外界联系的管道，它们的设计对内燃机的性能也有很大影响。
进气道的设计应使空气能够流过燃烧室，从而充分混合燃料；排气道的设计应使废气排出顺畅，从而降低排放和噪音。
二、内燃机的控制1. 点火系统控制点火系统控制是指控制点火时机和点火能量的大小，从而实现燃烧的控制。
点火时机可以根据负荷和转速等参数自动调整，以实现最佳的燃烧效率和节能效果；点火能量的大小可以根据燃料种类和性质调整，以实现最佳的点火效果和燃烧效率。
2. 燃油喷射系统控制燃油喷射系统控制是指控制燃料喷射的时间、压力和数量，从而实现燃料的控制。
燃油喷射时间可以根据负荷和转速等参数自动调整，以实现最佳的燃烧效率和节能效果；燃油喷射压力和数量可以根据燃料喷射位置和喷射方式调整，以实现最佳的混合气策略和燃烧效率。
3. 排放控制系统排放控制系统是指对废气进行控制和处理，以减少有害物质的排放。
目前常用的排放控制技术有三元催化器、氧传感器、再循环排气等。
关于内燃机进气道的优化设计分析热工101班周维顺1001100135摘要：发动机进气道系统的气体流动特性复杂，影响发动机的充气效率和换气损失，对发动机的动力性和经济性有重要的影响。
以A VL—FIRE软件为平台，进而利用CFD技术进行三维稳态CFD分析和优化，研究发动机内的进气道内的气体流动状况是目前的研究热点。
采用合适的湍流模型和计算方法对发动机气道内的三维流场进行数值模拟，得到了不同气门升程下详细的流场信息。
通过流场分析，找到了进气道不合理的部位，提出了进气道改进优化措施，并再次进行了数值模拟计算，并进行优化前后的对比，达到内燃机的优化效果。
关键词：内燃机进气道A VL—FIRE CFD 优化措施仿真（1）我们为什么要对内燃机的气道进行优化这是一个值得深思熟虑的问题。
进气道作为发动机进气系统的重要组成部分，其结构直接影响进入气缸的空气量、气体的速度分布及其湍流状况等，这些因素都直接关系到发动机的燃烧过程，从而影响发动机的经济性、动力性和排放性。
因此，对发动机进气道内气体的流动特性进行分析对了解和研究发动机的工作性能是至关重要的。
传统进气道研发采用经验设计和稳流实验相结合的方法，研制周期长且较难得到理想方案，已不能适应现代高性能发动机研制工作的需要。
在现代发动机的研发中，进气道的设计和进气道一气门一燃烧室的匹配变得十分重要。
为获得良好的混合物质量和高燃烧率，新鲜充量的运动需要合适的宏观和微观结构：宏观结构包括缸内大尺度充气运动，如涡流和滚流；微观结构通常用湍流强度、湍流积分尺度和湍流时间尺度来度量，它们决定了火焰的传播速度。
因此由进气过程产生、在进气门关闭时刻建立的缸内流场结构对着火燃烧前燃烧室内的流场结构具有重要影响，并影响后续的燃烧过程。
在发动机产品的开发阶段，应用CFD 能准确找出气道结构不合理的部位，进行改进优化。
能够有效缩短设计周期，降低设计成本。
所以对内燃机的进气道进行优化是很重要的。
配气机构动力学性能分析与优化设计在机械工程领域，配气机构是内燃机中至关重要的组成部分。
它决定了内燃机的性能和效率。
因此，对配气机构的动力学性能进行分析和优化设计是非常重要的。
本文将探讨配气机构的动力学性能分析与优化设计的相关内容。
一、配气机构的基本原理和构成配气机构是指控制气缸进、排气门开启和关闭的机构。
它由凸轮轴、凸轮、从动件等组成。
在发动机工作过程中，凸轮轴转动带动凸轮，凸轮与从动件之间的接触和分离来控制气缸的进、排气门的开关。
配气机构的设计和调整直接影响了发动机的性能。
二、配气机构的动力学性能分析1. 运动学分析运动学分析主要研究配气机构各零件的运动规律。
通过分析凸轮轴的转动、凸轮的摆动以及从动件的运动，可以得到气缸的进、排气门的开启和关闭时间、行程以及过程的加速度等关键参数。
运动学分析为动力学分析提供了基础数据。
2. 动力学分析动力学分析研究的是配气机构各零件在运动过程中所受到的力和力矩的大小和方向。
动力学分析包括配气机构的加速、惯性力、冲击力等。
通过分析配气机构的动力学性能，可以评估其工作状态和负载情况，从而为优化设计提供依据。
三、配气机构的优化设计1. 减小惯性力减小惯性力可以降低机械的负荷和损耗，提高机械的运行效率。
通过优化凸轮的轮廓和材料选择，可以减小凸轮的质量和惯性力。
2. 提高精度配气机构的精度直接关系到发动机工作的稳定性和可靠性。
通过优化配气机构的加工工艺和装配工艺，可以提高其加工精度和动作精度。
另外，合理选择材料和热处理工艺也可以提高配气机构的抗疲劳性能和使用寿命。
3. 降低噪音和振动优化设计可以减小配气机构的噪音和振动。
采用减震装置、降低配气机构的质量和惯性矩等措施可以有效地降低噪音和振动。
4. 环境友好优化设计还应考虑环境保护因素。
选择环保材料和采用低能耗加工工艺是提高配气机构环境友好性的有效手段。
结论配气机构的动力学性能分析与优化设计可以提高内燃机的工作效率和可靠性，降低噪音和振动，保护环境。
汽车内燃机配气机构的优化设计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。
关键词：内燃机；配气机构；凸轮型线；优化设计ABSTRACTThe valve train is one of the most important mechanisms in a internal combustion engine, whether the performances are good or bad, that affecting the power performance, economic performance, emissions performance of the engine, as well as affecting the reliability and wear performances of the whole engine. Along with the requests of the engine’s high power, super-speed, people demand a higher index. That is, when the engine runs under a high speed, it can still work steadily and dependably, which demand that the valve train system should have a high performance. Cam profile is the hard core of the valve train, which design is one of the important ways to carry out valve train optimal design. Simulation calculation and experimentation research are two important ways to carry out research and development on valve train of internal-combustion engine.Key words:Internal combustion engine; Valve train; Cam profile; Optimal design目录摘要 (1)ABSTRACT (2)1 课题背景 (5)1.1 配气机构的研究历程 (5)1.2 配气机构优化设计的目的及意义 (5)2 配气机构简介 (7)2.1配气机构概述 (7)2.2配气机构采用的新技术 (8)2.2.1顶置凸轮轴技术 (8)2.2.2 多气门技术 (9)2.2.3 可变气门正时配气机构(VV A) (9)3 总布置设计 (11)3.1 气门的布置形式 (11)3.1.1 气门顶置式配气机构 (11)3.2 凸轮轴的布置形式 (11)3.3 凸轮轴的传动方式 (11)3.4 每缸气门数及其排列方式 (11)3.5 气门间隙 (12)4 配气定时工作原理 (13)5 配气机构的零件和组件 (14)5.1 气门组 (14)5.1.1 气门 (14)5.1.2 气门座圈 (18)5.1.3 气门导管 (18)5.1.4 弹簧设计计算 (18)5.2 气门传动组 (23)5.2.1 凸轮轴 (23)5.2.2 凸轮型线设计 (24)5.2.3 缓冲段设计 (25)5.2.4 排气凸轮型线的优化设计 (26)5.2.5 凸轮轴进排气凸轮角度设计 (26)5.2.6 基本段设计 (27)5.2.7 曲轴正时带轮与凸轮轴正时带轮 (28)5.2.8 挺柱 (28)5.2.9 推杆 (28)5.2.10 摇臂 (28)设计总结 (30)参考文献 (31)谢辞 (32)1 课题背景1.1 配气机构的研究历程作为发动机的重要组成部件，配气机构的研究内容从最初单纯的凸轮经验设计，发展到常将配气机构传动链当作完全刚性物体只进行运动学计算，再发展到了整个配气机构的运动学与动力学的综合研究。
R175A柴油发动机新型配气机构设计改进摘要：本文主要内容是以R175A柴油发动机为基本机型，对其配气机构的进行改进，采用一种新型的旋转式进、排气道，实现发动机工作时的进、排气。
其关键技术是将进、排气用同一组气门来完成发动机的工作循环。
关键词：气缸盖；气门；换气道凸轮轴；压缩比。
本设计改进是一项发明创新性设计，如今在国内外发动机设计方面是一种新的设计思路，主要是解决进、排气门如何实现同时进、排气的问题。
打破了进、排气门的划分，将进、排气用同一个气门来完成。
其目的在于增强进、排气能力、提高发动机功率、降低油耗。
我认为这种结构设计有很高的研究价值，会对发动机的发展产生很大的影响。
一、设计方案决定对R175A型柴油发动机进行改进。
R175A柴油发动机是一台单缸发动机，工作循环的冲程数为四冲程，缸径75毫米。
水冷式发动机，二气门式发动机也就是气缸中设有一个进气门和一个排气门。
根据R175A柴油发动机的特点，考虑到是单缸、二气门式发动机，体积比较少，要想增大进气量，方法之一是增加气门数，但是发动机缸盖空间比较小，无法增加气门，所以想通过把一个进气门、一个排气门的结构改成两个气门既是进气门又是排气门的结构，这就相当于增加了气门数，对气门的设计变成对进排气道的设计，也就是用何种方法来实现两气门同时进、排气的构想。
通过结构分析，提出设计方案：旋转式进排气道设计。
二、改进后R175A柴油发动机新型配气机构的结构气道的改进：在缸盖上设计一个套筒穿入缸盖里面尽量靠近气门的位置，作为气体流动的通道。
同时也是冷却水腔的隔离套，使排气时换气道得到更好的冷却，改善换气道得工作环境。
靠近气门的位置开两个孔，套筒里面设计有可以旋转的换气道凸轮轴，气道中间布置一斜板，将进、排气道隔开，斜板可以加入耐热材料。
换气道凸轮轴的布置与传动的改进：为了配合气门的准确的开启和关闭，保证配气正时，新设计了凸轮轴—换气道凸轮轴，把它置入套筒内，通过其旋转来控制进、排气。
《发动机配气机构动力学分析及优化》硕士学位论文结论内燃机配气机构是内燃机的重要组成部分，由于受高温、高压、高速的影响，使其有别于一般的凸轮机构，设计起来要复杂得多。
为提高配气机构的性能，需要对配气机构每个部分做全面、细致、深入的研究，本文正是在这一宗旨指导下，采用多质量模型对内燃机配气机构进行了动力学分析。
与单质量模型相比，多质量模型不仅可以对气门的动态响应情况进行分析，而且可以对气门系各个部件如凸轮轴、摇臂轴、气门座、气门杆的运动情况及受力情况进行分析，从而对各个部件的强度进行校核，对气门系传动链的薄弱环节进行强化。
为了分析配气机构运动过程中产生的各种动力学现象，并用来解决工程中的实际问题，针对类似于CA488发动机结构的配气机构建立了四质量模型。
研制了气门摩擦磨损试验台，可以用来分析488、6102、6110三种发动机配气机构的运动状态。
落座冲击力是影响气门摩擦磨损的主要因素，本文分析了影响落座冲击力的主要因素，并通过理论计算给出了落座冲击力与凸轮轴转速、气门间隙之间的关系。
论文完成的工作有如下几个方面：1.本文根据气门与气门座之间的冲击力作用，设计了一种可用来测量气门副冲击疲劳磨损的动力学模型，可测量CA488、6102、6110三种机型配气机构的疲劳磨损状况。
采用该模型对6102配气机构进行测试，测试结果验证了理论计算结果的准确性。
2.参考已有的配气机构动力学计算模型，建立了一种合适的动力学模型，对运动质量进行了合理的划分，使计算出的数值更加符合实际的配气机构运动情况。
能够计算出气门与气门座动态接触过程的状态参数，即接触力和接触变形。
将本模型应用于测试6102发动机配气机构的试验台进行了实际模拟计算，得出了气门加速度的变化规律，在各种转速下的气门落座冲击力随凸轮轴转速的变化，以及落座冲击力随凸轮轴转速与气门间隙的变化规律。
3.理论计算与实测结果都表明，发动机转速存在一理论上限值，当转速超过这一数值后，不仅落座冲击力急剧增大，而且气门还会发生反跳现象，这对配气机构的正常工作是不利的，因而在工作过程中，应尽量避免在极限转速附近工作，而且在发动机设计过程中就应考虑到这一问题，使设计转速38低于极限转速。
内燃机结构设计及优化研究第一章绪论内燃机是将燃料燃烧产生的能量转化为热能、机械能或电能的一种热机器。
与传统的蒸汽机相比，内燃机具有体积小、重量轻、动力密度大等优点，已经成为了现代工业和交通运输的重要动力源。
在内燃机的结构设计与优化研究中，主要包括发动机结构设计、气缸壁温度分布优化、燃烧室设计、燃油喷射与混合、排放减少等方面。
第二章发动机结构设计发动机结构设计是内燃机设计的重要组成部分。
在内燃机的结构设计过程中，需要考虑几个重要因素，包括发动机功率、重量、耐久性、可靠性和燃油经济性等。
在结构设计中，需要通过计算机辅助设计软件或虚拟样机技术来优化分析设计参数，包括气缸尺寸、曲轴轴距、气门活塞行程、喷油器喷油时间和燃烧室形状等。
第三章气缸壁温度分布优化气缸壁温度分布对内燃机的性能和寿命有着重要影响。
在设计中，需要考虑各个零部件的材料、造型和散热设计等因素，以提高工作效率和降低热损失。
为了实现气缸壁温度分布的优化，可以在气缸壁内部设置散热路线，增加散热表面积，使用高导热材料等方法，同时还需要通过模拟计算和实验验证来指导气缸壁温度分布的优化。
第四章燃烧室设计燃烧室设计是影响内燃机燃烧效率的重要因素，也是有效降低排放的重要手段。
在燃烧室设计中，需要考虑燃烧室的几何形状、气缸缸盖形式、点火时间和燃烧室内壁的材料等因素。
通过对燃烧室的优化设计，可以有效降低能量损失和有害气体排放，提高内燃机的工作效率和经济性。
第五章燃油喷射与混合燃油喷射与混合是影响内燃机燃烧效率和排放水平的关键技术。
在燃油喷射与混合过程中，需要考虑喷油器的喷油时间、喷油速率、喷油角度、喷油位置和喷嘴形状等因素。
同时还需要考虑混合气体的环境条件、空气比等因素。
通过燃油喷射与混合的优化，可以有效提高内燃机的燃烧效率和降低排放量。
第六章排放减少内燃机的排放对环境和健康产生着不可忽视的影响。
为了降低排放，需要通过多种手段来减少有害气体的排放。
其中包括使用先进燃油注射和油气分离技术、使用高效的净化器、采用交替燃烧或混合燃烧技术等。
发动机配气机构优化改进设计的开题报告一、选题背景近年来，发动机配气机构优化改进的研究越来越受到关注。
随着汽车市场的不断扩大和环保要求的加强，对发动机的性能和燃烧效率要求也越来越高。
发动机配气机构在发动机中起着举足轻重的作用，它直接影响发动机的输出性能和燃油经济性。
二、研究目的本文旨在通过对现有的发动机配气机构进行分析和探究，找出其不足之处，针对这些不足之处进行改进设计，提高发动机的性能和燃油经济性。
具体目标包括：1. 深入分析和了解现有的发动机配气机构的结构和工作原理；2. 分析现有发动机配气机构的不足之处，如能量损失、排放问题等；3. 针对不足之处提出改进设计方案，并进行数值模拟计算；4. 在实验台上验证改进设计方案的优越性。
三、研究内容1. 发动机配气机构的基本结构和工作原理；2. 发动机配气机构的性能参数的计算和分析，如升程、开启面积、阀门速度等；3. 分析现有发动机配气机构的不足之处，如能量损失、排放问题等；4. 针对现有的不足之处提出改进设计方案，并进行数值模拟计算；5. 实验台上验证改进设计方案的优越性。
四、研究方法1. 文献研究法：通过查询相关的文献资料，了解发动机配气机构的基本结构和工作原理；2. 数值模拟法：利用 CATIA、Ansys 等软件，对改进设计方案进行数值模拟计算；3. 实验研究法：在实验室的发动机试验台上，对改进设计方案进行性能测试，验证其优越性。
五、论文结构本文共分为五个部分：1. 绪论：介绍发动机配气机构优化改进的背景和目的；2. 相关理论：介绍发动机配气机构的基本结构和工作原理，以及性能参数的计算和分析方法；3. 现有发动机配气机构的不足之处：对现有发动机配气机构的能量损失、排放问题等进行分析；4. 针对现有不足之处的改进设计方案：设计改进方案，并进行数值模拟计算；5. 实验研究：在实验室的发动机试验台上，对改进设计方案进行性能测试，并与原型实验进行对比。
六、预期成果1. 对发动机配气机构的基本结构和工作原理有深入的了解；2. 对现有发动机配气机构的不足之处有清晰的认识；3. 提出改进设计方案，并进行数值模拟计算；4. 在实验室中验证改进设计方案的优越性；5. 有望为更好地理解和改进发动机配气机构的性能和燃油经济性提供新思路。
配气机构机械系统的多目标优化及模糊解法1.引言配气机构是内燃机的核心部件之一，在发动机研发中起着至关重要的作用。
为了满足市场需求和法规要求，优化配气机构已成为研究热点之一。
本文将介绍配气机构机械系统的多目标优化及模糊解法。
2.配气机构优化目标优化配气机构的目标是提高发动机功率和燃油经济性，同时减少排放和噪音。
主要的性能指标包括进气道和排气道的流量、曲轴输出扭矩、最大功率、最大扭矩、燃油经济性、排放等级和噪音水平。
3.多目标优化方法多目标优化是指在优化过程中同时考虑多个目标函数，采用数学建模和优化算法对多个指标进行全面优化。
在配气机构的优化中，使用多目标优化方法可以有效地提高发动机的总体性能。
目前常用的多目标优化方法有遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等。
这些算法在优化过程中可以快速搜索参数空间，并找到最佳解。
4.模糊解法模糊解法是指将不确定性或模糊性的问题用模糊数学方法进行描述和处理，使得模糊问题得以解决。
在对配气机构进行优化时，常常面对参数不确定、模糊性高的问题，此时模糊解法是一种有效的工具。
模糊解法通过建立模糊集合和模糊规则来描述问题，运用模糊逻辑对问题进行求解。
在配气机构的优化中，可以运用模糊解法对不确定、模糊信息进行建模，从而提高优化效果。
5.实验结果以某发动机13.0L发动机为例，采用遗传算法对配气机构进行优化，得到的最优参数如下：进气闭合角度：145度；排气闭合角度：100度；进气开启角度：27度；排气开启角度：35度。
在此参数下，发动机的最大功率为369.3kW，最大扭矩为2065Nm，燃油经济性为176.2g/kWh，排放达到欧6排放标准。
同时，噪音水平也得到了一定的降低。
6.结论配气机构机械系统的多目标优化及模糊解法是提高发动机性能的有效途径。
本文介绍了多目标优化的方法和模糊解法的应用，并以某发动机为例展示了优化效果。
在实际应用中，应根据具体情况选择最合适的优化方法，以达到最佳效果。
内燃机配气机构优化设计摘要：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。
关键词：内燃机配气机构优化设计凸轮型线Abstrack：The valve train is one of zhe most important mechanisms in a internal combustion engine, whether the performance, emissions performance of the engine, as well as affecting the reliability and wear performances of the whole engine. Along with the requestsof the engine’s high power, super-speed,people demand a higher index. That is, when the engine runs under a high speed, it can still work steadily and dependably, which demand that the valve train system should have a high performance. Cam profile is the hard coreof the valve train, which design is one of the important ways to carry out valve train optimal design.Key words: Internal-combustion engine,V alve train,Optimization design,Cam profile1.绪言当前，世界面临最严峻的挑战是能源和环境问题，“节约能源，保护环境”成为各个国家的重要发展战略。
内燃机是目前热效率最高的热力发动机，广泛应用于国民经济的各个领和部门，它所发出的功率占全世界所有动力装置总功率的90%左右，预计在今后相当长的时期内，内燃机因其特有的优势仍将处于不可替代的地位。
配气机构是内燃机的重要组成部分。
它的功能是实现换气过程，即根据气缸的工作次序，定时地开启和关闭进、排气门，以保证气缸吸入新鲜空气和排除燃烧废气。
一台内燃机的经济性能是否优越，工作是否可靠，噪音与振动能否控制在较低的限度，常常与其配气机构设计是否合理有密切关系。
配气机构在实际工作过程中会产生弹性振动，一般不能将配气机构看作绝对刚体来考虑。
在考虑构件弹性变形情况下，计算气门及其传动构件的真实运动情况和受力情况。
动力学计算，是根据作用在弹性系统中各构件上力的平衡关系，考虑系统中的阻尼、间隙、脱离、落座等各种因素，建立气门运动微分方程来求解一定转速下气门的真实运动情况。
在高速发动机中，气门弹簧颤振常常会造成系统脱离、噪声及弹簧断裂等问题。
多质量动力计算将气门弹簧考虑到质量弹性系统中去，这为深入地研究配气机构的运动，设计良好的凸轮廓线提供了有效的方法。
为了进行配气机构动力学特性分析，需将配气机构作必要的简化，建立配气机构的动力学模型。
简化模型必须选择恰当，才能获得可靠的计算结果。
可以将配气机构看作是一组无重量的弹簧和集中质量相互联系组成的系统。
在简化过程中，可以把位于挺柱一侧的构件质量和刚度转换到气门一侧。
2.内燃机配气机构的动力学计算通常采用单自由度或多自由度的质量一弹簧模型。
从理论上说多自由度模型比较精确，但在实际计算中工作量太大，而且某些系数很难精确测定;而单自由度模型由于刚度阻尼等参数容易获得，分析气门位移、速度、加速度等运动规律比较合适，而且单质量模型的方程也比较简单。
这里详细分析单自由度动力学模型的计算方法。
配气机构单自由度模型，将气门的运动简化成一个集中质量M 的运述，M 包含有气门质量以及其它传动零件换算到气门处的质量。
结合图示的下置式配气机构结构形式，有：22221/3//M M M M M M L M L =+++++气门弹簧盘+卡块气门弹簧摇臂推杆挺柱(2-1)图（1）M 的一端通过刚度为C 的气门弹簧与气缸盖相连，而另一端联结一假想的刚度为C 的“弹簧”，此“弹簧”的上端则由“当量凸轮”直接控制。
由公式(2-1)可以推出，气门的运动规律与挺柱运动规律之伺的关系。
这里假设作用在集中质量M 上的外力总和为F ，则 22/F ma Md y dt ==式中M 为集中质量，山为凸轮转角速度，外力F 包括:① 配气机构弹性恢复力h F CJ =② 气门弹簧的弹力"()t F C y =-⋅∂结合建立的动力学模型，可以分析系统脱离、气门落座、气门反跳等情况。
明确配气机构动力学特性。
3.参数设置配气机构计算模型需要设置的参数包括结构参数，边界条件(初始条件及边界条件)，还有单元的刚度、质量及阻尼等参数。
结构参数由图纸即可查到。
边界条件由发动机的特性获得。
刚度、质量等参数需要通过三维模型及有限元软件分析获得，也可以通过实测方法获得。
阻尼参数一般根据TYCON 软件参数推荐值选取28。
这里主要介绍一下相关单元质量及刚度参数获得方法。
配气机构实验方法1）配气机构动态测试建立配气机构动态性能测试平台，进行发动机配气机构动态性能测试，对采集到的动态信号进行分析处理，进一步分析配气机构的工作特性3slH551。
配气机构动态性能测试包括配气机构气门加速度信号、位移信号、瞬时转速和上止点信号的采集，也包括采集发动机的一些稳态参数，如压力和温度等。
配气机构动态测试实验的目的是为了得到配气机构的动态信号，以分析配气机构的工作状态。
为了真实地了解配气机构的性能，需要知道的参数有气门加速度、速度、位移等动态信号。
由于发动机内部空间的大小因素及考虑到传感器的布置问题，可以只测量加速度、速度、位移中的加速度和位移信号或者其中一种。
而速度则可以通过加速度或位移通过微分或积分得到。
转角编码器则是用来测量发动机曲轴的瞬时转速及确定上止信号.2)配气机构受力测试测试配气机构相关部件的受力，分析配气机构受力情况，与模拟进行对比，验证配气机构模拟计算的有效性。
根据配气机构的结构，选取配气机构中相关部件，如推杆、摇臂等在其相应的部件粘贴应变片，先进行标定，然后进行台架测试，通过测量应变来确 部件受力情况。
3）发动机台架功率及可靠性试验在凸轮型线改进设计、试制完成以后，在发动机台架上进行了发动机性能可靠性试验。
进行总功率试验，考察最大功率和最大扭矩是否达到设计值标准，若不够想，则需要对原设计进行一些调整。
在对配气相位做细微调整的同时，又对气管等对充气性能有影响的部位做了适当的修改。
保证总功率指标完全达到设计要求。
在总功率试验后，进行发动机耐久性考核，考察配气机构性能的稳定性，作平稳性，以及主要摩擦副凸轮与挺柱的磨损情况是否正常。
配气机构动态性能测试和配气机构受力测试分别从不同角度通过试验的方验证模拟计算模型及计算的有效性，主要用于设计过程中评价模型的准确性及验证设计的合理性。
而发动机总功率试验及可靠性试验则是用于设计完成时，总体评价和考核的。
4.总结通过配气机构的模拟计算及实验测试，在配气机构计算和测试本身以及模拟计算和实验测试方法方面都取得了一些结论和经验:)l配气机构进气部分模拟计算结果表明，原进气凸轮型线方案下，进气部分气门升程丰满系数不高;凸轮与挺柱间最大接触应力略有超过凸轮与挺柱材料允许的接触应力范围;凸轮与挺柱间油膜润滑系数在理想的范围内，润滑效果较好:气门落座平稳无反跳，弹簧无并圈现象.由此可见，进气部分比较合理，从性能优化角度来看，充气性能有待提高，并且凸轮与挺柱间接触应力有待降低，需要通过配气凸轮型线改进设计来实现。
2)排气部分模拟计算结果表明，原排气凸轮型线方案下，排气部分气门升程丰满系数也不高;凸轮与挺柱间最大接触应力超过材料允许的范围;凸轮与挺柱间油膜润滑系数不在理想范围之内，润滑效果不好;气门落座平稳无反跳，弹簧无并圈现象。
由此可见，从性能优化角度来看，气门升程丰满系数有待提高，凸轮与挺柱间接触应力和润滑效果有待改善，需要通过配气凸轮型线改进设计来实现。
3)进行配气凸轮型线改进设计，分析了配气凸轮型线设计的主要影响因素及趋势，并提出了优化的进、排气凸轮型线方案，在新的型线方案下，进气部分在凸轮与挺柱接触应力方面、凸轮与挺柱油膜润滑效果方面均在理想范围，进气部分综合性能好:排气部分在新的型线方案下，凸轮与挺柱间接触应力及润滑有较好的改善，排气部分综合性能较好。
4)由配气机构受力测试结果可以看出，测试部件受力计算与试验测试具有一致性。
配气机构受力测试实验验证了模拟计算的有效性和配气凸轮型线设计方法的可行性。
5)配气机构模拟计算及测试实验结果表明，配气机构模拟计算方法在获取准确的结构参数及边界条件前提下，是进行配气机构性能分析及优化设计的有效手段。
参考文献【1】许道延、丁贤华.高速柴油机概念设计与实践，北京:机械工业出版社，2004【2】马乔林.我国车用柴油机的技术现状及发展趋势.柴油机，1998【3】徐其龙，影响柴油机发展的相关因素及对策.小型内燃机，1995【4】翟爽.高速柴油机配气机构优化设计方法与配气凸轮型线设计软件研究.〔硕士学位论文〕长沙:沏南大学，2002【5】廖晓山.汽车发动机配气机构.长春:吉林人民出版社，1981【6】马永有，黄亚宇，初学丰.内燃机配气机构凸轮型线设计方法研究.昆明理工大学学报。
1999 【7】杨小华，俞水良，胡青，冯迎霞.柴油机高次方配气凸轮型线的动力学优化设计.机电工程技术，2004【8】赵冬青，苏铁熊，赵振锋，孟继祖.顶置凸轮轴配气机构运动学和动力学计算.车用发动机，。
