配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計返回開始第二節(jié)配氣機(jī)構(gòu)運動學(xué)和凸輪型線設(shè)計第三節(jié)配氣機(jī)構(gòu)動力學(xué)第四節(jié)凸輪軸及氣門驅(qū)動件設(shè)計第一節(jié)配氣機(jī)構(gòu)型式及評價第五節(jié)可變配氣相位及其機(jī)構(gòu)（VVT）配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計配氣機(jī)構(gòu)應(yīng)保證氣缸內(nèi)換氣良好，充氣系數(shù)高，換氣損失小，使發(fā)動機(jī)有良好的動力性和經(jīng)濟(jì)性，同時要求本身工作平穩(wěn)可靠，噪聲低第一節(jié)配氣機(jī)構(gòu)型式及評價DEFabγ一、型式無凸輪電磁氣門機(jī)構(gòu)無凸輪電液驅(qū)動氣門機(jī)構(gòu)二、氣門的通過能力評價1.時間斷面2.平均通過斷面3.時間斷面豐滿系數(shù)主要用來比較同樣大小氣門，升程規(guī)律不同時的氣門通過能力4.比時間斷面F為活塞頂面積。主要用來對不同大小的發(fā)動機(jī)進(jìn)行充氣能力的比較5．凸輪型線豐滿系數(shù)三、氣門直徑與氣門最大升程的關(guān)系H/d=0.25時，氣門口與氣門座處的流通面積相等進(jìn)氣門的H/dvi=0.26~0.28排氣門的H/dve=0.3~0.35本章開始第二節(jié)配氣機(jī)構(gòu)運動學(xué)和凸輪型線設(shè)計一、平底挺柱的運動規(guī)律速度三角形與△AOB相似又∵∴偏心距e等于平底挺柱的幾何速度設(shè)計時平底挺柱的底面半徑要大于emax，即大于由得二、凸輪外形與平底挺柱運動規(guī)律間的關(guān)系接觸點A沿挺柱表面的移動速度為接觸點A沿凸輪軸表面的移動速度為

所以凸輪各點的曲率半徑為應(yīng)大于3毫米三、凸輪外形與滾子挺柱運動規(guī)律的關(guān)系用滾子挺柱時，凸輪型面可以是凹面的，即可以有負(fù)曲率。但是，滾子挺柱與平底挺柱運動規(guī)律的換算已知滾子挺柱規(guī)律，求平底挺柱規(guī)律。已知平底挺柱規(guī)律，求滾子挺柱規(guī)律。四、凸輪的工作段和緩沖段設(shè)計1.緩沖段設(shè)計①設(shè)置緩沖段的必要性由于氣門間隙L0(mm)的存在，使得氣門實際開啟時刻晚于挺柱動作時刻。由于彈簧預(yù)緊力F0(N)的存在，使得機(jī)構(gòu)在一開始要產(chǎn)生壓縮彈性變形，等到彈性變形力克服了氣門彈簧預(yù)緊力之后，氣門才能開始運動。c.由于缸內(nèi)氣壓力的存在，尤其是排氣門，氣缸壓力的作用與氣門彈簧預(yù)緊力的作用相同，都是阻止氣門開啟，使氣門晚開。上述原因使氣門實際開啟時刻晚于理論時刻，實際落座時刻早于理論時刻。造成開起沖擊大、落座速度高。機(jī)構(gòu)振動、噪聲和磨損加劇。②緩沖段參數(shù)及基本類型H0：緩沖段高度。進(jìn)氣門開：進(jìn)氣門關(guān)：排氣門開：排氣門關(guān)：一般H0＝0.15~0.3mm。

V0：緩沖段速度，V0＝0.006~0.025mm/degΦ0：緩沖段包角，Φ0＝10°～40°典型緩沖段型線：a.等加速－等速型

等速段：

b.余弦型VoHoΦoΦ01α等加速段：2.凸輪工作段設(shè)計①高次方多項式凸輪型線邊界條件X=0時y=Hmax，給定冪指數(shù)p、q、r、s，列方程求解方程系數(shù)挺柱加速度挺柱升程挺柱速度緩沖段開始等速段等加速段優(yōu)缺點：負(fù)加速度小，正向慣性力小，桃尖的接觸應(yīng)力小。加速度曲線連續(xù)，沖擊小，有利于向高速發(fā)展。方程形式簡單。可用于非對稱凸輪設(shè)計。負(fù)加速度曲線平緩，與氣門彈簧的適應(yīng)性不太好正加速度值大②低次方組合型線優(yōu)缺點：i．時間斷面大，設(shè)計上比較靈活；ii．三階以上導(dǎo)數(shù)不連續(xù)，平穩(wěn)性有影響；iii．只能用于對稱凸輪除起始點與緩沖段連續(xù)外，其他的邊界條件就是保證各段升程及三階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，最大升程Hmax是給定值。最大升程點對應(yīng)的挺柱速度為零，該處的加速度和第三階導(dǎo)數(shù)不作限制。本章開始第三節(jié)配氣機(jī)構(gòu)動力學(xué)實際氣門運動規(guī)律（夸大畫法）由于機(jī)構(gòu)的彈性變形，位于傳動鏈末端的氣門運動與理想的運動有很大的畸變，嚴(yán)重時造成運動件飛脫、氣門反跳、噪聲增加和零部件加速損壞左圖是采用激光速度傳感器利用多普勒原理實測得到的高速汽油機(jī)氣門運動規(guī)律。二、配氣機(jī)構(gòu)單質(zhì)量動力學(xué)模型

配氣機(jī)構(gòu)單質(zhì)量動力模型搖臂當(dāng)量質(zhì)量Mv—氣門組質(zhì)量，Mp—推桿質(zhì)量I—搖臂轉(zhuǎn)動慣量系統(tǒng)中M所受力氣門彈簧力：機(jī)構(gòu)彈性力：C0(x-y)氣壓力：Fg內(nèi)粘性阻尼力質(zhì)量M的運動微分方程初始條件的確定氣門實際開啟時刻是在消除氣門間隙和克服彈簧預(yù)緊力之后，即設(shè)中間變量其中一般用龍格—庫塔方法求解微分方法組，可以計算出氣門的動態(tài)位移、速度和加速度，還能夠計算機(jī)構(gòu)彈性變形、判斷飛脫、落座速度等。

凸輪型線的靜態(tài)評價

1、凸輪型線豐滿系數(shù)對于只有升程數(shù)據(jù)表的情況

2、最小曲率半徑平底挺柱凸輪表面的最小曲率半徑表示為滾子挺柱，凸輪表面曲率半徑可以是負(fù)值，也就是說可以使凹面凸輪。但是最小負(fù)曲率半徑要大于滾子直徑和砂輪半徑。3、K值ta--示在凸輪軸轉(zhuǎn)速為nc的時候，凸型線正加速度寬度所占的時間（s）；--為配氣機(jī)構(gòu)基頻（Hz）的自振周期(s)。--為凸輪型線上升段正加速度段寬度；--為配氣機(jī)構(gòu)一個自振周期對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角。

一般認(rèn)為，能夠使配氣機(jī)構(gòu)運行平穩(wěn)的K值應(yīng)該滿足機(jī)構(gòu)自振頻率的計算和實測1、計算自振頻率在不考慮機(jī)構(gòu)阻尼和外力的情況下，配氣機(jī)構(gòu)單質(zhì)量模型的自由振動方程為其通解為（Hz）（弧度/秒）2、實測自振頻率自振頻率的實測有三種方法：（1）在氣門上安裝位移傳感器，在氣門與搖臂之間塞進(jìn)一個厚度不大的薄金屬片，例如螺絲刀的平面。轉(zhuǎn)動凸輪軸將氣門壓開一定的開度，然后突然撤去金屬片，將位移傳感器傳出的信號記錄下來，此時的位移信號應(yīng)該是一個周期衰減波形，假設(shè)此時的周期是T（s），則配氣機(jī)構(gòu)的自振頻率為（2）在進(jìn)行氣門運動規(guī)律測量時，通常都是在氣門上安裝有加速度傳感器，測量的信號就是氣門運動的加速度。在負(fù)加速度段，加速度信號是一個周期波動的曲線。假設(shè)曲線的橫坐標(biāo)是時間t，則每兩個波峰或者波谷之間的距離就是振動周期T，則對周期T取倒數(shù)，就可以得到自振頻率f。為避免大的測量誤差。在測量時需要多取幾個波峰或者波谷求平均值。（3）實測機(jī)構(gòu)剛度和運動質(zhì)量三、凸輪型線動力修正當(dāng)量挺柱升程設(shè)計時先選定理想的氣門升程曲線，然后再求當(dāng)量挺柱升程。氣門升程y必須4階導(dǎo)數(shù)以上連續(xù)。如果氣門升程曲線是高次多項式，稱為多項動力凸輪。本章開始第四節(jié)凸輪軸及氣門驅(qū)動件設(shè)計一、凸輪軸基本結(jié)構(gòu)參數(shù)1、異缸同名凸輪夾角

φ＝A/2A—發(fā)火間隔角2、同缸異名凸輪夾角（適用于對稱凸輪）上述角度的計算，均不包含緩沖段當(dāng)進(jìn)排氣凸輪與挺柱接觸點的連線與凸輪軸線不平行時，也就是接觸點的位置相差γ角時，如下圖：則此時的同缸異名凸輪夾角為：凸輪與曲軸位置的確定壓縮上止點膨脹下止點排氣桃尖上止點進(jìn)氣桃尖進(jìn)氣下止點—φe1————φi1-—φe2—

———φi2——φΨ當(dāng)活塞位于壓縮上止點時，進(jìn)排氣凸輪相對于挺柱中心線的夾角

這是確定凸輪軸與曲軸相對工作位置，即正時位置所必須掌握的

二、挺柱、推桿、搖臂和氣門的設(shè)計一般按照

1.挺柱對于平面挺柱：其材料與凸輪軸材料配對底平面最小半徑應(yīng)大于最大挺柱幾何速度當(dāng)缸徑比較時，凸輪升程也大，考慮結(jié)構(gòu)要緊湊，常采用滾子挺柱。例如油泵凸輪挺柱。2.推桿要求有足夠的剛度，重量要輕，不直度不超過0.1~0.2mm，為保證壓桿穩(wěn)定性應(yīng)采用空心鋼管型結(jié)構(gòu)。液壓挺柱吊杯式液壓挺柱球閥彈簧剛度要小于油道壓力停車回流防止結(jié)構(gòu)下置凸輪軸推桿挺柱式浮動擺臂式SOHC樞軸搖臂式3.搖臂及其支承有足夠的抗彎剛度：搖臂采用T型斷面，搖臂軸采用空心軸。搖臂應(yīng)盡量避免懸臂安裝，與氣門接觸面要淬硬。注意加強(qiáng)支座剛度。4.氣門設(shè)計要求： 進(jìn)氣門：a.有足夠的進(jìn)氣流量，流動阻力?。?/p>

b.重量輕；c.耐磨性好；

d.密封性好。 排氣門：a.有較低的溫度，耐熱性好；

b.耐磨性好；

c．密封性好。氣門的主要尺寸：A.lv：取決于缸蓋和氣門彈簧的安裝高度B.d：受限于缸蓋上的空間尺寸βdv

C.氣門桿直徑dv大時，外表面積大，有利于傳熱。一般進(jìn)排氣門桿一樣D.氣門錐角γ

γ小，氣體流通斷面積大；γ大，自位作用好，大升程時氣體流動阻力小。一般γ＝45°。增壓柴油機(jī)γ＝30°，因受力變形大。材料：進(jìn)氣門：（300～400oC）40Cr、35CrMo、38CrSi、42Mn2V排氣門：（500oC）4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo。氣門頭部背錐角β除影響氣門剛度外，還影響進(jìn)氣阻力。某項試驗表明，當(dāng)β=20°時有最大的進(jìn)氣流量。βdv5.氣門彈簧彈簧剛度預(yù)緊力校核：B點，

基本尺寸彈簧剛度的校核有效圈數(shù)彈簧總?cè)?shù)彈簧剪切應(yīng)力轎車發(fā)動機(jī)氣門彈簧的工作應(yīng)力已超過800Mpa（800N/mm2），同時為保證發(fā)動機(jī)的可靠度，通常要求氣門彈簧的疲勞壽命≥2×107

次(安全行駛2×104km)頂置凸輪擺臂機(jī)構(gòu)的凸輪—氣門運動規(guī)律

6.氣門與活塞是否相碰的計算缸墊按壓緊后的計算曲柄連桿機(jī)構(gòu)的間隙均偏向一側(cè)，使活塞處于最高處。畫出活塞位移曲線按照其門的實際開閉時刻畫出氣門升程曲線。觀察兩條曲線是否相碰本章開始工況凸輪軸相位詳細(xì)內(nèi)容停機(jī),冷啟動,怠速最小重疊角重疊角最小改善燃燒穩(wěn)定性。在冷啟動時，需求濃度較低。改善怠速穩(wěn)定性，降低怠速速度。改善燃油經(jīng)濟(jì)性。中、低負(fù)荷排氣相位完全提前，進(jìn)氣相位小幅提前提前進(jìn)氣門關(guān)閉時刻，而氣門重疊角仍保持較小負(fù)荷增加相應(yīng)增加氣門重疊角，增加“稀釋”效應(yīng)減小泵氣損失。降低進(jìn)氣真空。高負(fù)荷,

中、低轉(zhuǎn)速排氣相位滯后

進(jìn)氣相位提前提前進(jìn)氣門關(guān)閉時刻，提高充氣效率。提高中速段扭矩。廢氣稀釋量調(diào)節(jié)到最大。高負(fù)荷，高轉(zhuǎn)速排氣相位滯后，進(jìn)氣相位滯后

為提高充氣效率，推遲進(jìn)氣門晚關(guān)角。一、發(fā)動機(jī)變工況對配氣相位的要求典型收益策略介紹固定相位可變定時功率/扭矩改善怠速排放燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)氣2位置小幅度調(diào)節(jié)(8to15cam°)1983-現(xiàn)在歐洲/亞洲TDCBDCIEDIXX進(jìn)氣連續(xù)可變大幅度調(diào)節(jié)(20to30cam°)1995ToyotaVVTiTDCBDCIEDIXXXX排氣連續(xù)可變大幅度調(diào)節(jié)(20to30cam°)1997FordZetecTDCBDCIEDEXXX進(jìn)排氣等相位調(diào)節(jié)[單凸輪]連續(xù)可變大幅度調(diào)節(jié)(20to30cam°)200XTDCIEDE

&

IXX進(jìn)排氣獨立相位調(diào)節(jié)連續(xù)可變大幅度調(diào)節(jié)(20to30cam°)1996BMWTDCDEDIIEXXXX應(yīng)用相位調(diào)節(jié)示意圖日產(chǎn)配氣相位應(yīng)用類型及優(yōu)點傳統(tǒng)螺旋槽式VVT結(jié)構(gòu)最小重疊角位置最大重疊角位置VVT-i工作原理圖可變配氣相位（張緊輪式）排氣凸輪軸進(jìn)氣凸輪軸功率調(diào)整調(diào)整功率時，鏈條下部短，上部長，進(jìn)氣門延遲關(guān)閉角加大。進(jìn)氣管內(nèi)氣流速高，氣缸充氣量足。因此高轉(zhuǎn)速時，功率大?？勺兣錃庀辔慌ぞ卣{(diào)整凸輪軸調(diào)整器向下拉長，于是鏈條上部變短，下部變長。因為排氣凸輪軸被齒形帶固定了，此時排氣凸輪軸不能被轉(zhuǎn)動，進(jìn)氣凸輪軸被轉(zhuǎn)一個角度，進(jìn)氣門延遲關(guān)閉角變小。在這個位置時，在中、低轉(zhuǎn)速，可獲得大扭矩輸出.可變配氣相位怠速怠速時，進(jìn)氣門提前開角度變小，進(jìn)排氣重疊角小，減小怠速抖動.功率調(diào)整轉(zhuǎn)速在3700rpm以上時，左側(cè)凸輪軸調(diào)整器向上，右側(cè)調(diào)整器向下運動，進(jìn)氣門延遲關(guān)閉。扭矩調(diào)整轉(zhuǎn)速在1000rpm以上時，進(jìn)氣門提前關(guān)閉。左側(cè)凸輪軸調(diào)整器向下，右側(cè)調(diào)整器向上運動?？勺兣錃庀辔宦菪坌偷谝淮~片型第二代葉片型市場競爭性:?成本下降30%ˉ?更緊湊?重量下降40%?性能更佳-?轉(zhuǎn)子/定子用鋁壓鑄成型?錐形鎖銷?皮帶輪/鏈輪粉末冶金成形?鋼制零部件?齒輪傳遞負(fù)載市場競爭性:?成本下降20%ˉ?更緊湊?耐久性/穩(wěn)定性提高?轉(zhuǎn)子/定子粉末冶金成形?鏈輪/皮帶輪集成設(shè)計200020022005葉片液壓油液壓油密封條集成定子/鏈輪:強(qiáng)度增加成形更精細(xì)(更少的切削加工)翼板臂(與葉片):增加強(qiáng)度(撞擊)減小泄漏成形更精細(xì)(更少切削加工)轉(zhuǎn)子和定子間的軸承位于葉片的最小直徑處4個刮油封:減小泄漏成形更精細(xì)(減少切削加工)座孔在罩板上成形-·鎖銷:直形銷-·取消鎖銷襯套轉(zhuǎn)子上為直孔軸向定位-·封裝孔精細(xì)成形與凸輪軸的阻力扭矩負(fù)載不重合精細(xì)成形內(nèi)置回位彈簧內(nèi)部封裝特定應(yīng)用/可選經(jīng)成形加工的前罩板:強(qiáng)度增加(形狀)多特征集成-鎖銷座·彈簧座·定子螺栓凸臺·液壓油道·控制閥工作原理彈簧軸閥的運動方向閥芯-鋁制電樞-鋼制罩殼-鋁制板-鋼杯-不銹鋼支架-鋼（電鍍）繞線架-尼龍6/6HS內(nèi)置濾清器凸輪位置傳感器曲軸位置傳感器四通路PWM控制閥V2V1供油目標(biāo)輪控制動力系統(tǒng)控制模塊(PCM)0.00.20.40.60.81.0102030405060機(jī)油壓力(psi)時間(sec)提前滯后相位調(diào)整時間(50°曲軸轉(zhuǎn)角)

@90°C相位器位置控制閥進(jìn)氣