机械类参考

第17卷　第2期机械科学与技术

Vol.17　No.2汽车发动机气门机构的运动学分析

刘锦阳　朱本华

(上海交通大学　上海　200030)

Ξ

刘锦阳

摘　要　对顶置式气门机构进行了运动学分析,程、速度和加速度,。计算结果表明,。关键词　　　引　言

目前,大部分汽车发动机配气机构都是经摇臂驱动的顶置凸轮轴式的气门机构,顶置式凸轮与下置式凸轮不同,主要表现在以下几方面:

(1)　顶置式凸轮其凸轮轴在发动机上部,凸轮直接经摇臂驱动进、排气阀门;下置式凸轮则在发动机下部,凸轮经过推杆、摇臂来驱动进、排气阀门。故前者用的是摆动曲底推杆凸轮机构,后者用的是直动平底或球底推杆盘形凸轮机构。

(2)　设Ad是顶置式凸轮摇臂柱面中心A当凸轮以顶点D与摇臂接触时的位置,C为凸轮轴心,如图1所示,则任一瞬时凸轮的转角以CAd与CD的夹角Αr表示,凸轮转动的角速度Ξ是

。而下置Αr对t的导数

式凸轮以凸轮与平底

推杆或球底推杆接触时的转角Α、。ΑΞs表示是Α或Α。s对t的导数

(3)　由文献[1]

可知,下置式凸轮的　　图1　顶置凸轮、摇臂和气门的摇臂比在一定条件下运动关系图近似为常数;顶置式

凸轮的摇臂比随时间t变化。

对顶置式凸轮气门升程的研究已有报导[1]。本文分别用精确、近似解法计算了气门的速度和加速度。计算结果表

Ξ收稿日期:19970523

明,与下置式凸轮不同,对称顶置式凸轮可求得对称的平底

),但气门的运动规律y(Α)是不对称的。推杆运动规律h(Α

用牛顿迭代法解非线性方程求得缓冲段升程的运动规律可解决顶置式凸轮机构变摇臂比难以求解的困难。

按等步长递增的Α、速度和加速度。r求出气门的升程

在计算过程中发现,近似解法具有不需求挺柱升程对转角的三阶导数的优点,且计算结果与精确解基本吻合。

1　气门的运动学分析1.1　精确解

图1给出了以匀角速度Ξ逆时针旋转的顶置凸轮与摇臂从动件的关系。图中,凸轮转角以CAd与CD的夹角Αr表示,当气门升程增加时,Α。r<0;当气门升程减小时,Αr>0凸轮上F点与平底推杆接触时的升程和转角分别为h和;r0、Αrs分别为凸轮基圆与摇臂曲底柱面半径;lc为摇臂轴心O与凸轮中心C的距离;la为A与O的距离。由 ACE

[1]

可求得任意位置A与C的距离为

2

R=AC=(CE2+AE2)1

(1)2

)2+(r0+rs+h)2)1 =((h′其中,h′为h对Α的导数。当凸轮顶点D与摇臂接触时(Αr

=0),R的最大值为

(2)Rd=R Α=0=r0+rs+hmax　　由图1可知

22

) Σ=arccos[(lc+R2-la2lcR]

222

) Σd=arccos[(lc+Rd-la2lcRd]

(r0+rs+h)]Ε=arctg(CEAE)=arctg[h′

(3)(4)

　　当气门升程增加时,如图1a,Α<0,Αs<0,Αr<0,由于h′

>0,则Ε>0。当气门升程减小时,如图1b,Α>0,Αs>0,Αr>0,由于h′<0,则Ε<0。于是凸轮转角Αr与Α的关系均为

(Σ-Σ(Σ-Σ(5)Αr=Αs-d)=Α+Ε-d)