某发动机正时驱动系统动力学计算分析-江淮

1、某发动机配气正时驱动系统动力学计算分析徐立强（江淮汽车股份有限公司，合肥市紫云路 99 号，邮编 230601）摘要：本文应用 AVL Excite Timing Drive 软件，对某发动机配气正时驱动系统进行动力学模拟，分析整个阀系系统，链条传动系统以及液压张紧器的动态特性，评估整个配气正时驱动系统的性能。关键词：配气正时驱动系统；链条；液压张紧器；凸轮轴主要应用软件：AVL Excite Timing Drive前言某发动机正处于研发阶段，其配气正时驱动系统为典型的链条传动系统，通过应用 AVL Excite Timing Drive 软件模拟整个配气正时驱动系统，分析全阀系的动力学性能

2、，链条的运转受力情况，以及液压张紧器的工作情况，从而在研发阶段就发现整个系统可能存在的问题，进而提出优化更改建议，提升产品质量和研发效率。配气正时驱动系统结构形式及模型搭建阀系结构形式及模型建立该发动机阀系结构采用双顶置凸轮轴直驱平面挺柱形式，如图 1。据此建立起的单阀系模型如图 2 所示。2.2 正时驱动系统结构及模型建立 正时驱动系统二维结构如图 4 所示。度在 4000rpm 以下转速工况也都满足要求；在 6000rpm 以上转速工况气门落座速度稍微超过限值。在额定转速及以下转速工况进排气凸轮与挺柱间接触良好，无飞脱；虽超速下允许轻微的接触损失，但在超速时第 4 缸进排气凸轮与挺柱间接触

3、损失较大，但接触损失并未对气门升程产生很大影响。1000rpm ex_valve lift6500rpm in_valve lift88cylinder1mm cylinder2mm cylinder3mm cylinder4mmLiftmm Liftmm Liftmm Liftmm7766554433221100108011701260equiv. cam angledeg13501440108011701260equiv. cam angledeg13501440图 9 1000rpm 时的各缸排气门升程exhaust valve contact stress图 10 6500rpm 时的

4、各缸进气门升程6500rpm in_valve contact stress7e+0088e+008Pre Prere at C re at CaaPrere at Ca6e+0087e+008Prere at CaPrere at CaPrere at Ca6e+0085e+008Prere at CaPrere at Ca5e+0084e+0084e+0083e+0083e+0082e+0082e+0081e+0081e+00800108011701260equiv. cam angledeg13501440108011701260equiv. cam angledeg13501440图

5、11 1000rpm 时排气门与平面挺柱接触应力ex_valve max contact velocity图 12 6500rpm 进气门与平面挺柱接触应力in_valve max contact velocity0.450.40.350.30.250.8Max. Contact Velocity cylinder 1m/s Max. Contact Velocity cyl 2m/s Max. Contact Velocity cyl 3m/s Max. Contact Velocity cyl 4 m/scyl1m/s cyl 2m/s cyl 3m/s cyl 4m/s0.70.60.5

6、0.40.20.150.10.0500.30.20.101000200030004000Speedrpm50006000700010002000300040005000Speedrpm60007000图 13 各缸排气门在各转速下的最大落座速度图 14 各缸进气门各转速下最大落座速度3.2 凸轮轴扭矩及扭转角度 进排气凸轮轴出现的最大扭矩都在凸轮齿轮紧固螺栓允许的限值范围内。凸轮轴扭转角度小于 1 度凸轮转角，因此对配气相位角度影响很小。1000rpm camshaft torque6500rpm in_camshaft torque8ex_camshaft-TorqueN.m in_cams

7、haft-TorqueN.m406x-TorqueN.m3042021000-2-4-10-6-20-8-30108011701260equiv. cam angledeg13501440108011701260equiv. cam angledeg13501440图 15 1000rpm 时进排气凸轮轴扭矩图 16 6500rpm 时进气凸轮轴扭矩x-TorqueN.mMax. Contact Velocitym/sarPereat CLiftmmx-TorqueN.mMax. Contact Velocitym/saPrereat CLiftmmex_cam angular vibrati

8、onin_cam angular vibration0.80.8x-Angledeg x-Angledeg0.663271x-Angledeg x-Angledeg0.60.6339960.60.40.40.20.200-0.2-0.2-0.4-0.4-0.6-0.6-0.670929-0.741866-0.8-0.82021040.0492021040.049100030004000500060007000100030004000500060007000SpeedrpmSpeedrpm图 17 排气凸轮轴各转速下扭转角度图 18 进气凸轮轴各转速下扭转角度3.3 链条及张紧器的位移和受力 各

9、转速工况下链条运动轨迹基本平稳，未出现大的抖动。由各转速工况下张紧器受力情况看，4000rpm 时受力较稳定无冲击，其他各工况下均有冲击，张紧器能保持正常工作，链条受力也正常但有冲击。x-Angledegx-Angledeg1000rpm tener force6500rpm tener force-50-100-150-200-250-300-350-400-450-5000 a-ForceN a-ForceN-200-400-600-800-1000-1200108011701260equiv. cam angledeg13501440108011701260equiv. cam angl

10、edeg13501440图 22 1000rpm 时张紧器受力图 23 6500rpm 时张紧器受力1000rpm chain force5004003002001000-100-200-30010001200140016001800200022002400260028003000equiv. cam angledeg图 24 1000rpm 时链条受力情况6500rpm chain force8006004002000-200-400-600-80010001260152017802040230025602820308033403600equiv. cam angledeg图 25 6500

11、rpm 时链条受力情况4结束语利用 AVL Excite Timing Drive 软件能很好的模拟分析发动机配气正时驱动系统，能够得出各部件的运动和受力情况，能根据运动和受力情况发现系统中可能存在的问题，并能针对问题提出优化更改建议，因此通过应用该软件能很好地提升产品质量和设计效率。参考文献 AVL Excite Timing Drive 用户培训手册a-ForceNa-ForceNa-ForceNa-ForceN connection force 31-32N contact to crshaft sprocketNcontact to ex_camshaft sprocketN contact to f ixed guideNcontact to in_camshaft sprocketN contact to