摘要：本文以S195型柴油機配氣機構(gòu)實體作為模型，結(jié)合相關(guān)圖紙得出各零部件的質(zhì)量、剛度、阻尼等相關(guān)信息，在AVL中的Excite Timing Drive子模塊建立S195型柴油機配氣機構(gòu)的動力學(xué)模型，對配氣機構(gòu)氣門進行動力學(xué)仿真計算，得出各零件間的相互作用力、氣門升程、速度、加速度等在一個工作循環(huán)內(nèi)的曲線，據(jù)此對配氣機構(gòu)進行動力學(xué)仿真分析。結(jié)果表明：仿真所得的升程曲線基本上與設(shè)計的理論升程一致，并且改型配氣機構(gòu)的各零部件的受力也未超過一般情況的允許范圍;配氣機構(gòu)的氣門并未出現(xiàn)飛脫現(xiàn)象;氣門打開后，氣門閥座力瞬間變?yōu)榱?，此現(xiàn)象可說明沒有出現(xiàn)明顯的氣門反跳現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：柴油機 ;配氣機構(gòu);動力學(xué)分析

1 引言

隨著內(nèi)燃機的設(shè)計、制造水平的提高，在體積、質(zhì)量力求更小的同時，其速度和功率卻在逐漸增大。為了滿足上述的各方面要求，必須將提高內(nèi)燃機的各項性能、降低排放、減少各零部件之間的磨損作為高性能內(nèi)燃機的主要研究方向。

配氣機構(gòu)作為發(fā)動機的兩大機構(gòu)之一，對發(fā)動機的性能有重要影響，發(fā)動機的配氣機構(gòu)設(shè)計的合理與否，毫無疑問將直接影響發(fā)動機的各方面性能_[1]。發(fā)動機在運轉(zhuǎn)時，配氣機構(gòu)的各零部件之間會相互接觸，必然導(dǎo)致剛度偏小的零件出現(xiàn)彈性變形，嚴(yán)重時將導(dǎo)致氣門出現(xiàn)落座反跳、飛脫、內(nèi)外彈簧并圈、凸輪軸過度磨損等現(xiàn)象。這些不良情況的出現(xiàn)必將導(dǎo)致發(fā)動機不能在預(yù)先設(shè)計的狀態(tài)下運行，使其各方面性能惡化_[2～3]。

動力學(xué)仿真分析要求我們把配氣機構(gòu)進行簡化，根據(jù)作用在配氣機構(gòu)各零件上力的關(guān)系，針對進、排氣門的運動建立可求解的微分方程，同時各零件的彈性變形阻尼、剛度、質(zhì)量等因素也必須納入我們的考慮范圍。通過這種簡化，我們就能夠較為方便但又不失合理準(zhǔn)確地分析配氣機構(gòu)各零部件的受力及運動情況_[4]。

目前，對柴油機配氣機構(gòu)進行動力學(xué)分析已成為發(fā)動機性能分析的一個重要組成部分_[5～6]。同時，配氣機構(gòu)的升級也是對發(fā)動機整機性能優(yōu)化的有效途徑_[7～8]。

2 研究方法與方案

2.1數(shù)值模擬計算模型的建立與驗證

根據(jù)S195型發(fā)動機配氣機構(gòu)的實際零部件布置情況，所建原機模型如圖1所示，計算模型由13個單元組成。包括凸輪軸、凸輪軸相位、氣門、氣門的內(nèi)外彈簧、凸輪、推桿、挺柱搖臂等。

對標(biāo)定轉(zhuǎn)速（1000r/min）下工況進行了模擬，并對模擬結(jié)果進行分析討論。

3 結(jié)果分析

3.1 氣門升程及其速度

在一個工作循環(huán)內(nèi)，氣門兩次開啟，氣門升程曲線類似于半正弦波，最大氣門升程約為0.0108m?？梢钥闯?，氣門升程曲線十分平滑，沒有出現(xiàn)斷點，說明在發(fā)動機運行時，配氣機構(gòu)的氣門并未出現(xiàn)飛脫現(xiàn)象。

其次對氣門速度進行分析，在圖2中，氣門速度近似呈分段的一次函數(shù)進行變化，先由0m/s逐漸增加到最大值2.4m/s，再迅速降至-2.2m/s，最后又逐漸變?yōu)榱?，完成一次開啟。

可以看出，氣門絕對速度在最大值附近時，出現(xiàn)了較為明顯的波動，這可能與凸輪型線的設(shè)計及參數(shù)的設(shè)置有關(guān)。落座時，氣門速度并沒有立刻歸零，出現(xiàn)了較為明顯的波動，原因在于存在的氣門間隙。氣門在回落時本身以一定的速度與氣門座接觸，接觸后會出現(xiàn)多次震蕩，最后速度變?yōu)?。而這種速度的波動正是發(fā)動機所產(chǎn)生的噪聲的主要來源。氣門落座時沒有明顯的反跳現(xiàn)象。

3.2 氣門加速度

氣門的加速度值要求控制在可取范圍值之內(nèi)，以防止氣門飛脫現(xiàn)象的出現(xiàn)。加速度值的異常變化會造成配氣機構(gòu)的劇烈震動。

3.3 凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力

凸輪與挺柱的相互接觸必然會造成兩零件間的相互磨損。因此必須驗證其接觸力大小是否在需用范圍之內(nèi)。凸輪與挺柱間的接觸力從0開始急劇增大，在1500N附近變化。在氣門上升期間的變化尤為劇烈，總體呈上升趨勢;而在氣門回落期間，接觸力變化相對緩慢，一直呈下降趨勢;氣門落座時，接觸力變化也較為劇烈，這可能是因為零件間的不平滑接觸所造成，但總體在可接受范圍之內(nèi)。

4 結(jié)論

1. 升程曲線與理論升程曲線基本一致，并且改型配氣機構(gòu)的各零部件的受力也未超過一般情況的允許范圍;

2. 配氣機構(gòu)的氣門并未出現(xiàn)飛脫現(xiàn)象;氣門打開后，氣門閥座力瞬間變?yōu)榱?，此現(xiàn)象可說明沒有出現(xiàn)明顯的氣門反跳現(xiàn)象。

3. 仿真分析的結(jié)果符合S195柴油機的運行情況，仿真模型準(zhǔn)確合理，為S195型柴油機配氣機構(gòu)研究提供了參考。

參考文獻：

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作者簡介：姓名：陸大勇（1994-），性別：男，民族：漢，籍貫：江蘇省連云港市灌南縣，職務(wù)/職稱：學(xué)生?學(xué)歷：碩士在讀單位：江蘇大學(xué)?研究方向：動力工程;所在省市：江蘇省鎮(zhèn)江市