隨著發動機向高速化發展,須對設計出的配氣機構建立運動學和動力學計算模型,驗算其在不同轉速下的運動狀態及受力情況,為改進設計提供指導。

    計算模型的建立

    模型建立的依據

    模型的建立一般是根據配氣機構的結構特點、分析研究的目的和計算精度等要求而定。為了分析影響氣門動態響應的主要因素,采用單質量模型已經足夠了。主要是分析配氣機構剛度、阻尼及凸輪輪廓線對頂置凸輪軸式配氣機構運動學和動力學特性的影響。為分析問題方便和簡化模型注解方程,采用單質量動力學計算模型。

    換算原則是換算前后動能不變。針對具體的配氣機構結構形式,計算公式有所差別,如有lV可能取0,即沒有搖臂,那么上述公式的相應項就應舍去。按照換算原則,結合實際的結構形式計算實際的當量質量。

    軟件設計

    軟件的程序及界面均以Matlab為平臺開發。利用Matlab數值計算功能強大,圖形處理方便快捷的特點,開發了使用方便的界面。在界面中,輸入必要的計算參數后就可以得到計算結果。即在界面中輸入某一具體的凸輪轉角,即可得到結果輸出曲線中對應處的精確值。

    計算實例

    對471Q發動機進氣門的運動學和動力學進行計算,輸入的參數如下:當量質量為0.1378kg,彈簧預緊力為180N,彈簧剛度為25N/mm,當量剛度為3N/mm,氣門間隙為0.2mm,搖臂比為1,內阻尼為0.025kg/s,外阻尼為0.0345kg/s,擬合階數為35,擬合方式為多項式。擬合步長(弧度計)為0.0015,基圓半徑為31mm,凸輪軸轉速為2650r/min,凸輪輪廓線數據文件為jqtlz.dat。

    從軟件的運行結果可以看到,進氣門開啟時刻的速度僅為0.3669m/s,加速度為98.6210m/s2,凸輪轉角為-65.9。氣門的開啟速度較小,氣門所受沖擊較小。此刻加速度曲線低于0點,即處于負加速段,氣門速度在減小,有利于氣門平穩開啟。該凸輪輪廓線為對稱式,氣門落座時也比較平穩。  

    計算程序完成了對頂置凸輪軸配氣機構運動學和動力學的計算,其結果得到了驗證。使用該程序可以計算發動機在不同轉速的氣門運動情況,可作為配氣機構初步設計、詳細設計及現有配氣機構驗算的有力工具。