[发明专利]配气凸轮型线的优化设计方法

说明书

技术领域

本发明属于发动机设计领域，涉及一种配气凸轮的型线设计，特别是根据已知的凸轮参数设计出一条更优化的凸轮型线。

背景技术

配气机构是内燃机的重要组成部分，它的功用是实现工作循环之间气缸充量的更换，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出燃烧废气。常见的配气机构都是由配气凸轮驱动的，配气机构设计的好坏很大程度上取决于配气凸轮的轮廓形状。配气凸轮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、噪音及排放指标。它还对发动机的耐久和可靠性也会产生直接影响。随着内燃机强化程度的不断提高，一方面要求配气系统具有高效的充气性能，进排气门的时间-面积值(时面值)足够大，泵气损失小，配气正时恰当；另一方面又希望配气机构具有良好的动力学特性，振动、噪音小，工作可靠，有较好的耐磨性能，能稳定、耐久地工作。这是两个相互制约的条件，因此对凸轮设计的最好方法就是优化设计。

在配气凸轮型线设计方面，国内很早就对此进行了研究。其中复旦大学的尚汉冀教授编写的《内燃机配气凸轮机构设计与计算》一书详细介绍了各种组合式和整体式函数凸轮型线的设计方法。对于组合式凸轮型线，其设计时的输入参数是每段型线的包角，无法预知最大正负加速度的任何信息。文献《用最大速度位置和最大加速度位置设计高次多项式配气凸轮》(谢宗法程勇张小印王增才常英杰柏建亭曹心诚，《内燃机学报》2005/03)对此进行了创新改进，提出了可以控制最大速度位置和最大加速度位置的设计方法。但是没有在设计时直接控制其数值。而配气系统的冲击、振动以及噪音，和气门运动过程中的最大正、负加速度有很大的关系。如果能在设计时预先进行控制，那么将会节省设计工作量。此外文献《配气凸轮设计的进展》(李惠珍袁兆成乐俊秉刘佳才，《内燃机学报》1989/01)中提到，配气机构运动链的飞脱总是发生在第一正加速度终点附近。如果由正加速度转负加速度的速度过快，容易产生飞脱现象。因此控制好凸轮正加速度曲线下降段的包角，防止由正加速度转负加速度过快，就能很好的防止配气机构飞脱现象的产生。

因此，本发明在设计型线的时候将最大正负加速度和正加速度下降段的包角列为设计参数，能够很好地预先控制机构受力以及防止飞脱现象的产生。

发明内容

本发明的目的是提出一种新的配气凸轮型线设计方法，在保证丰满系数的前提下快速降低配气机构受力，提高最低飞脱转速，改善配气机构运转稳定性和可靠性。

在设计配气凸轮型线的时候，首先需要确定型线的类型，如复合摆线2型，高次方程型等，然后求解出相应型线的数学公式，最后利用数学公式优化设计出最佳凸轮型线。在求解数学公式的时候，选择影响机构受力和冲击的最大正加速度Amax和最大负加速度Amin，影响机构飞脱的正加速度下降段包角θ这三个参数以及其它设计参数作为数学公式的变量。这样在优化设计阶段，通过控制Amax和Amin就能够很好的改变机构的受力，控制θ角可以迅速改善机构的飞脱情况。

附图说明

图1为理想加速度曲线；

图2为1/4波正弦的气门加速度曲线；

图3为挺柱升程曲线；

图4为凸轮升程曲线；

图中：a为凸轮加速度，φ为凸轮转角，L₁、L₃、L₄为1/4波三角函数曲线，L₂、L₅为恒值直线，Amax最大加速度，Amin最小加速度，α₁、α₂、α₃、α₄、为各段型线的包角点，θ为型线L₃的包角，H最大挺柱升程。

下面根据附图来具体描述本发明的具体实施方法：

具体实施方式

在设计凸轮型线的时候，通常从设计气门或挺柱型线入手，设计出理想的气门或挺柱型线，然后换算得到理想的凸轮型线。