配气凸轮型线的优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种配气凸轮的优化设计方法，包括用于优化设计的基本凸轮设计参数的选择，特别是最大正加速度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。具体的实施方法是：先确定加速度曲线型线类型，选择相应的数学曲线类型并求出加速度曲线的数学公式。然后根据发动机设计要求确定参数的限制范围。最后根据加速度曲线数学公式，在所确定的参数限制范围中进行优化设计，确定出最优的参数值并得到最优化的凸轮型线。利用本发明专利技术的设计方法设计得到的配气凸轮型线，具有较高的飞脱转速，较低的最大接触应力，并具有较大的时面值或丰满系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于发动机设计领域，涉及凸轮参数设计出 一条更优化的凸轮型线。种配气凸轮的型线设计，特别是根据已知的
技术介绍
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，本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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3Amin，影响机构飞脱的正加速度下降段包角e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9角可以迅速改善机构的飞脱情况。附图说明 图l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，小为凸轮转角，1^丄3丄4为1/4波三角函数曲线丄2丄5为 恒值直线，Amax最大加速度，Amin最小加速度，c^、 a2、 a3、 a 4、为各段型线的包角点，e 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专利技术的具体实施方法 具体实施例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。 首先我们给出理想的挺柱加速度随曲轴转角变化的曲线图(如图l)，此时，挺柱 升程曲线的时面值最大，但是出现了加速度阶跃，这在实际应用中既不可靠、也无法实现。 因而需要将出现阶跃的区域用其它曲线代替，考虑到在加速度最高点时能够以斜率为0的 形式进行衔接，可以选择1/4波正弦、l/4椭圆以及高次方等曲线进行替换。无论是气门开 启还是下降阶段，挺柱加速度曲线都是先加速后减速的过程，故在设计挺柱型线时，可只设 计型线的一半。由图2可以知道挺柱加速度曲线由五段曲线组成，其中Lp L3、 L4为所确定 的函数曲线；L2、 L5为恒值直线，对应着最大加速度Amax和最小加速度Amin ; a ^ a 2、 a 3、 。4、为各段型线的包角点，9为型线1^的包角(如图2)。 选定加速度曲线类型后求出相应的数学公式，然后根据发动机设计要求确定参数 的限制范围，特别是最大正加速度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e这三个参数；最后根据加速度曲线数学公式，在所确定的参数限制范围中进行 优化设计，确定出最优的参数值并得到最优化的凸轮型线。 具体实施例 此处以1/4波正弦为例说明本设计方法，椭圆和高次方型线数学公式的设计同理 可得。图2为1/4波正弦的挺柱加速度曲线，即其中1^、1^、1^4为1/4波三角函数曲线； 由图2的加速度曲线图可以给出加速度公式，如数学式1所示 [数学式l]4<formula>formula see original document page 5</formula> 由上面的加速度公式经过两次积分，可以得到挺柱速度、升程曲线的函数如数学 式2和数学式3所示 [数学式2]<formula>formula see original document page 5</formula> 其中，C, C,。为常数项，、 d5为各段型线的包角，Amax是最大正加速度值，Amin 是最大负加速度值，e为正加速度下降段包角。 将相关边界条件代入，就可以解出挺柱加速度、速度和升程曲线的分段函数。在上 面的加速度和升程公式中，Q、 C2、 C3、C4、 C5、 C6、 C7、C8、 C9、 C1Q这10个常数项可由数学式4-13 表示[数学式4] [数学式5] [数学式6] [数学式7]说明书4/7页c^+[，屮-'+氛《(2(4-a3))Fr2a! 2 ■ + [~5 + — 『 /r ;rC6 = 0C8 =[(——)2-(~~L)2+:;< 一 ,！22 2 n1 2 29 2(a4-a3),r,26>、z ,2, 、2 1 2 1 r 2 23Rax +[( 43 )42 +4 3、K;r — —— ;r其中w为设计角速度，V。为挺柱落座速度。上述10个参数中，a p a 2、 a 3、 a 4的值可由常数项a数学式14_17求得 [数学式14]一一fi2—^/^一4及j及3 a 2 = & a A [数学式16] a 3 = a 2+ Q6>4 + y4max T min尺，=丄—+ a126>、2 2& = ;45 + 4nax (—) — 一U丄+(一2斌-)Aiine 一； Jmin(' ^2 4斌<92 1 2《5 --^^ -5^iin《6 =一一^max^-4nin(成—最终，根据以上数学式1-26本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配气凸轮型线的优化设计方法，包括以下步骤进行：（１）确定凸轮加速度曲线类型。（２）根据加速度曲线类型求出数学公式；（３）根据发动机设计要求确定参数的限制范围，特别是最大正加速度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；（４）根据加速度曲线数学公式，在所确定的参数限制范围中进行优化设计，确定出最优的参数值并得到最优化的凸轮型线。

【技术特征摘要】
一种配气凸轮型线的优化设计方法，包括以下步骤进行(1)确定凸轮加速度曲线类型。(2)根据加速度曲线类型求出数学公式；(3)根据发动机设计要求确定参数的限制范围，特别是最大正加速度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；(4)根据加速度曲线数学公式，在所确定的参数限制范围中进行优化设计，确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘福水，杜巍，陆滢，王长园，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]