汽车专业毕业设计汽车内燃机配气机构的优化设计.doc

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1、 汽车内燃机配气机构的优化设计目 录第一部分同舟共济，自强不息，我的汽车工程师之路4前言41 自我探索41.1 职业兴趣41.1.1 自我评估的结果：ECR41.1.2 职业测评的结果：SRI51.1.3 职业兴趣探索小结51.2 职业能力61.2.1 自我评估的结果：RIC61.2.2 职业测评的结果：RIS61.2.3 360度评估结果61.2.4 职业能力探索小结71.3 职业价值观81.3.1 职业价值观测评结果81.3.2 职业价值观小结81.4 个性特征82 了解和分析职业82.1 世界大背景82.2 国内汽车行业行情92.3 汽车行业人才需求情况93 匹配抉择93.1 性格与爱好

2、的匹配93.2 性格与价值取向的匹配93.3 爱好与价值取向的匹配103.4 我的职业目标103.4.1 同济大学汽车学院简介103.4.2 执行路线114 自我监控和调整114.1 监控114.1.1 目的114.1.2 内容要素124.2 修正方案125 结束语12第二部分汽车内燃机配气机构的优化设计13摘要13ABSTRACT131 课题背景141.1 配气机构的研究历程141.2 配气机构优化设计的目的及意义142 配气机构简介152.1配气机构概述152.2配气机构采用的新技术172.2.1顶置凸轮轴技术172.2.2 多气门技术172.2.3 可变气门正时配气机构(VVA)183

3、总布置设计193.1 气门的布置形式193.1.1 气门顶置式配气机构193.2 凸轮轴的布置形式193.3 凸轮轴的传动方式193.4 每缸气门数及其排列方式193.5 气门间隙204 配气定时工作原理205 配气机构的零件和组件215.1 气门组215.1.1 气门215.1.2 气门座圈255.1.3 气门导管255.1.4 弹簧设计计算265.2 气门传动组315.2.1 凸轮轴315.2.2 凸轮型线设计315.2.3 缓冲段设计335.2.4 排气凸轮型线的优化设计335.2.5 凸轮轴进排气凸轮角度设计345.2.6 基本段设计345.2.7 曲轴正时带轮与凸轮轴正时带轮355.

4、2.8 挺柱355.2.9 推杆355.2.10 摇臂36设计总结36参考文献37谢辞38第一部分同舟共济，自强不息，我的汽车工程师之路前言关于人生发展阶段的论述，孔子曾在论语为政中说：“吾十有五而志于学，三十而立，四十而不惑，五十而知天命，六十而耳顺，七十而从心所欲，不逾矩。”职业是一个崇高而又神圣的词汇，他带给我们荣耀与满足，令我们的一生有所成就，让我们在夕阳映衬白发的时候有值得骄傲的回忆。而职业生涯规划就是我们掌握自己命运的一个重要手段，我们要学会利用它，发挥它最大的潜力来为我们的职业插上翅膀，放飞我们的梦想，成就我们的未来。1 自我探索基本理论概括：“知人者智，自知者明”1.1 职业兴

5、趣自我职业兴趣的探索源于自我认识，如果希望自己能在属于自己的跑道上跑得更快更好，那么就要有一副好的装备。正如一辆好车，起决定性作用的就是它的发动机，而我们就业的“发动机”就是我们的职业兴趣。1.1.1 自我评估的结果：ECR类型特点企业型（E）喜欢领导决策；常常被认为是具有权威性的、有抱负的和具有说服力的；擅长言语技能。事务型（C）常常被认为是实用的、顺从的、友善的和保守的；喜欢结构性和条理性强的工作，例如分类、处理数字和文字等。实用型（R）可能缺乏社交技能；更喜欢具体的工作任务；也许显得有些直率、实际和固执；通常具备一些技能和技巧。1.1.2 职业测评的结果：SRI类型特点社会型（S）喜欢人

6、际交往，具有很好的沟通技能；关注社会问题，倾向于服务团体；对教育活动等感能力。实用型（R）可能缺乏社交技能；更喜欢具体的工作任务；也许显得有些直率、实际和固执；通常具备一些技能和技巧。研究型（I）喜欢以任务为导向；对数学和科学等感兴趣；常常被认为是独立的、善于分析的和有头脑的；可能话不多，并且常常将领导权转让给别人。1.1.3 职业兴趣探索小结参考职业兴趣测评结果，回顾我的成长经历，我的职业兴趣逐渐清晰。无论是我家庭的影响，个人经历的总结，以及父母家人的教育都对我的兴趣爱好产生了深远的影响。家庭的影响在农村的童年生活让我养成了朴实、勤劳的作风。由于父亲是一位农民，外加农村的生活使得家里要自己动

7、手修理一些生活用品，我从小就有极其良好的动手能力的培养。从一些桌椅板凳到小型的电子设备我都有修理、拆分、组装的经历，这使得我的实践能力比较突出。个人经历 我的学习经历有两个转折点。一是小学二年级的时候的一次期末考试，我得了第一（当时是纯属意外），从此父母和老师对我的定位从一个调皮爱玩的孩子转到了爱学，努力的孩子。从此我很乐意接受这个新的定位，为此我也付出了努力，学习更加用功。而第二次是06年的高考，这其实是我人生到目前为止经历的最为让人刻骨铭心的打击。这两件事给了我两点启示：一个人只有自己要好，要学好，别人才会认为你会学好，能学好；还有就是不管做什么是必须要有强硬的实力，否则没有人会同情一个弱

8、者。家庭教育由于母亲忙碌于工作，对我的管理可能比较少但是她的做人的理念却是时时的向我灌输，就是：“一定要先做人，后做事。”这一句话一直影响着我的学习和生活。我对这句话的理解就是，做人是做事的前提，而做事也是在做人。人的品质影响着我们的行为举止，而这也必将会影响到我们做事的成败与得失。深知此理的我就潜移默化地养成了诚实做人，踏实做事的风格。这也为我之后的职业取向埋下了伏笔。1.2 职业能力通过自我兴趣的探索，我已经能够比较清晰地看到自己的职业倾向。但是我也清楚地明白不是每个人都可以或都有能力从事自己喜欢的行业的，这要取决于一个人的职业能力。因此，我又对自己做了职业能力的评估。1.2.1 自我评估

9、的结果：RIC各类型分析：实用型（R）可能缺乏社交技能；更喜欢具体的工作任务；也许显得有些直率、实际和固执；通常具备一些技能和技巧。研究型（I）喜欢以任务为导向；对数学和科学等感兴趣；常常被认为是独立的、善于分析的和有头脑的；可能话不多，并且常常将领导权转让给别人。事务型（C）常常被认为是实用的、顺从的、友善的和保守的；喜欢结构性和条理性强的工作，例如分类、处理数字和文字等。1.2.2 职业测评的结果：RIS类型解析：实用型（R）可能缺乏社交技能；更喜欢具体的工作任务；也许显得有些直率、实际和固执；通常具备一些技能和技巧。研究型（I）喜欢以任务为导向；对数学和科学等感兴趣；常常被认为是独立的、

10、善于分析的和有头脑的；可能话不多，并且常常将领导权转让给别人。社会型（S）喜欢人际交往，具有很好的沟通技能；关注社会问题，倾向于服务团体；对教育活动等感能力。1.2.3 360度评估结果除测评外，采用360度评估的方法，收集周围的人对自己的通用能力的评价可以全面、客观地了解有关自己优缺点、能力信息。使用优赛生涯在线提供的360度评估辅助工具，我对自己的通用能力进行了更深入的探索自我评价优点：本人作风踏实，有比较扎实的基本知识和技能，有良好的自主学习、探索和研究的能力。有较强的动手能力和实践能力，有独立的思想和善于分析的头脑。积极上进的进取精神是我不断提升自己的动力源泉。对自己的兴趣爱好有比较深

11、刻的了解，并且始终向这个方面探索和塑造自己。有比较独特的思考方式，对他人的心里有比较透彻的了解和阅读，能很好地与他人沟通与合作。缺点：有时过于固执，没有十分灵活的变通与创新思想，喜欢用比较有把握的方法解决问题而忽视改革与创新。老师评价优点：老师对我的评价是踏实与勤奋，有独特的自我分析和规划发展的套路，能够很好地约束自己。目标明确，并能有计划地完成。缺点:创新能力有待提高，有时显得比较孤僻，思考远过于交流。同学评价优点：自制能力强，有极其明确的奋斗目标与计划。时间安排合理且实施地有章法，待人真诚友善，善于倾听。缺点：有时显得有些深沉，过于看重结果和成绩。比较遵规守矩，在方法创新方面略有不足。1.

12、2.4 职业能力探索小结参考职业能力和通用能力测评的结果，以及360度评估中身边的人们对我的评价，我对自己的能力有了更为深刻的认识。一方面能力的探索结果为我的职业发展路径提供了参考；另一方面综合分析能力和兴趣的探索结果，也为我下一步培养自己的能力提供了方向。现就我的职业能力小结如下，作为未来发展的参考：俗语说360行，行行出状元。没错，只要愿意投入我们就一定会有回报。但是，问题是我们怎们样才能让自己能够很乐意地去投入，又怎样是自己为一项事业奋斗一生？我想这个就是我们整个职业生涯开始之前需要深入思考的。而这也恰恰是我们做职业规划的必要所在，有人说只要我们干我们喜欢干的行业，那么我们就肯定能够为止

13、奋斗终身，可是问题是有那么多理想的事，你喜欢干并不一定就代表你有机会或有能力干这一行。换句话说，不是人人都能够做上自己喜欢的职业的。所以我认为，一个真正成功的职业规划者不是竭力去寻找自己喜欢干的职业，并为其摸索终生，到头来一事无成；而是明确地知道自己的能力与喜好并在这两者之间找出一个最好的平衡点，并要始终不渝地为自己的选择奋斗。 通过以上多种软件的测试和自我以及他人对我的评价，我从中找到了自己的职业平衡点，我认为我有能力也有兴趣在汽车行业里干出自己的一番事业。1.3 职业价值观职业价值观代表在职业选择过程中我看重什么。不同的人对职业特性的评价和取向不同，这种职业价值观的差异，会对就业方向、岗位

14、选择以至工作投入造成深远的影响。虽然价值观因人而异，没有好坏之分，但选择符合自己职业价值观的工作将更容易带来成就感和认同感。1.3.1 职业价值观测评结果我最看重的价值观是：收入高、工作内容符合兴趣爱好、容易成为该领域专家。1.3.2 职业价值观小结参考职业价值观测评的结果，回顾我成长中经历的诸多选择过程，我对于职业价值观有了较为深刻的理解。在生活中每当我们面临抉择，需要做出决策时，价值观会隐约地引导我们的行动，价值观的澄清对于职业探索的方向和职业目标的选择有着重要的意义。1.4 个性特征人与人之间存在差异，思考、说话、做事的方式皆有不同，这些差异在衣着打扮、言语表达、举手投足间的流露，将对求

15、职、面试、工作适应、工作投入等就业的方方面面产生重要影响。根据个性特征测评的结果，我的个性特征类型是：ISFJ：内向、感知、感觉、判断型这种人忠心耿耿、一心一意、富有同情心，喜欢助人为乐。由于这种人有很强的职业道德，一旦觉得自己的行动确有帮助，他们便会担起重担。最令他们满意的工作是，需要细心观察和精确性要求极高的工作。他们需要通过不声不响地在背后工作以表达自己的感情投入，但个人贡献要能得到承认。2 了解和分析职业通过以上一些列的测评与自评我对自己的兴趣和能力都有了更深一步地了解，那么我将进入我职业规划的第二步，了解和分析职业。尽管有金融危机的影响，但是我相信全球的汽车产业必将会有一个重新振作的

16、时刻，而且这个时刻必将不远。又出于我对汽车的独特的爱好，我希望将来能过踏入这一行业，并能为之贡献自己的一份力。那么让我们来看看这一行业的就业前景。2.1 世界大背景2009年，在金融危机冲击下，全球汽车产业一片萧条，包括北美、欧洲、日本等在内的全球汽车制造业前景黯淡。全球的汽车消费也正遭遇着史上最强的衰退威胁，除了中国等亚太少数地区保持了相对的增长外，北美、日本、欧洲大多消费主力国家或地区汽车消费都出现了负增长。2.2 国内汽车行业行情自金融危机以来，随着“汽车产业振兴规划”的明确提出，国家投入新能源汽车项目的预算为11亿元，结合地方政府和企业的投资，预计“十一五”期间国内在新能源汽车方面的投

17、入将超30亿元。作为发展中国家，我国面临的挑战比发达国家会更加严重，我国政府高度关注新能源汽车的研发和产业化。在能源和环保的压力下，新能源汽车无疑将成为未来汽车的发展方向。这对我国汽车生产行业而言既是挑战又是机遇。的确，如今的汽车行业是充满着机遇与挑战，而正是这种环境之下才会有一大批的青年才俊获得自己发展的机会，得以证明自己的实力。2.3 汽车行业人才需求情况目前汽车行业所需人次有技术型人才、设计人才、市场营销指导人员、复合型和外向型人才等。3 匹配抉择一个人职业的选择不仅要考虑到市场的需求、个人的爱好、自身性格以及职业的回报等等，因此我将从一下三个方面来进行我的职业的匹配抉择。3.1 性格与

18、爱好的匹配 有第一部分的自我探索我已经大致地了解了自己的性格及爱好。我的性格主要是内向、直觉、感觉、判断，我的爱好就是汽车以及机械方面的职业。而这些大的领域中有很多的职业是适合我这一性格的人群的，如。从这一方面来看我如果选择职业经理人作为我的奋斗目标的话是一个很平衡的选择既符合我的性格又迎合我的爱好。3.2 性格与价值取向的匹配我的价值取向也在第一部分中已经做了探索，结果是我最看重的价值观是：收入高、工作内容符合兴趣爱好、容易成为该领域专家。而收入我想是我们在这个经济的大背景下所必须要着重考虑的问题，因此我放在第一，而之后我就考虑了我的兴趣爱好，因此我的职业选择就是要考虑职业回报和我的就业爱好

19、为重点，从这方面来分析我在第一个匹配中所做的决定是可以很好的符合这一个匹配的。因此继续我继续坚持我的抉择。3.3 爱好与价值取向的匹配爱好和价值取向都已经在上两个匹配中重提了，而我再次分析可以看到我的爱好和我的价值取向并不矛盾。第一,中国的汽车行业已经在逐步地启动尤其是在今年先后有很大的动作，可以相信我们的汽车产业必将是一个很有潜力和回报率的一个行业。第二，中国的汽车行业的发展需要各种的人才，而最为缺少的就是中高端的复合型的技术管理人才，而工程师也是一个极为紧缺的高端资源。第三，一个人如果做自己喜爱的工作的话会迸发出更大的工作热情和动力，并能创造出更大的财富回报。从这三点来看我的爱好与职业取向

20、也是并肩而行，互相促进。3.4 我的职业目标经过上述一系列的测评和分析,我将最终的职业目标设定在国内知名的汽车公司的工程师。为此，我必须加紧学习汽车专业知识，掌握扎实的专业技能，努力考取国内名牌大学的车辆工程硕士研究生。经过一番比较与筛选，结合我自身的兴趣方向，我最终选定了同济大学作为我研究生深造的理想之地。3.4.1 同济大学汽车学院简介2002年4月，同济大学以科技创新和新能源汽车开发为指导思想，以创新科研机制和组织架构为特色，成立了为中国汽车产业全方位服务的汽车学院。2004年9月，汽车学院全体迁入位于上海国际汽车城的同济大学嘉定校区。在上海市政府的大力支持下，总投资4亿元的新能源汽车工

21、程中心已投入使用，现已成为我国新能源汽车自主开发的科技创新和人才培养的重要基地。学院设有机械工程一级学科博士后流动站、管理工程一级学科博士后流动站、车辆工程博士点、动力机械及工程博士点、车辆工程硕士点、动力机械及工程硕士点和车辆工程学士点。目前，学院在职教工95人，其中教师62人，教授25名（其中22名为博士生导师），副教授24名。学院拥有国家“863”电动汽车重大专项首席科学家万钢教授；聘请中国工程院院士郭孔辉教授为兼职博士生导师和大众同济研究院院长；有“长江学者”特聘教授和同济大学特聘教授各1名；并聘请多名国内外著名汽车专家为兼职教授或客座教授。学院与德国、奥地利、美国、意大利、荷兰等国家

22、及中国香港、台湾地区的政府、高校、科研机构、企业有着广泛的科研协作关系、学术交流和人员交流。学院具有优异的教学和科研环境。在国家有关部委、上海市政府相关部门、上海汽车工业（集团）总公司和国外跨国公司等的资助下，学院拥有世界先进水平的汽车及发动机研发试验设备，如汽车转鼓试验台、汽车废气排放测试分析仪、汽车道路模拟振动台，整车半消声以及三坐标仪等。目前正在建设上海地面交通工具风洞中心和汽车造型研究中心，全部建设后将成为国内国际具有一流水平的汽车产品研究和开发基地。目前汽车学院承担着包括国家863科研攻关项目“燃料电池轿车研究”等在内的多项国家重大科研攻关项目。学院藏有大量的国内外图书资料。目前在读

23、全日制本科生1018余人，硕士生300余人，博士生70余人，工程硕士生135名，中德学院硕士生22名。本科培养为5年制，其中一年为主修德语(二外)。硕士生培养2.5年制，博士生培养3年制。其中本科的各专业方向在四年级进行提前攻读硕士的选拔，经选拔的一部分学生进入六年半学制学习（即“4+2.5”模式），毕业后授予工学硕士学位;经选拔的另一部分进入中德学院攻读硕士学位,按中德合作方式培养，该部分同学毕业后，可以有直接在德国攻读博士学位的资格；其他四年级同学按5年制完成学士学位。学院非常重视本科阶段的大学教育，并在教育改革和创新方面多次获得过国家和上海市教学成果奖，并有多本教材获得上海市优秀教材奖。

24、3.4.2 执行路线2009年5月2010年1月 准备全国硕士研究生统一考试；2010年1月1010年9月 准备复试及本科学士学位论文答辩相关事宜,并在此期间联系与专业相关的实习单位；2010年9月2013年 认真、勤奋的研究生学习、研究与实践生活；2010年未来3-10年 在国内自主品牌汽车公司工作,获得助理工程师、工程师、总工程师的职称，在行业内建立一定的威信和实力，为中国汽车产业民族自主品牌的发展贡献自己的力量！4 自我监控和调整在现代的职业领域中，变化是无处不在的，无论是国家的大的方针政策还是企业的各项计划的实施都离不开变数。变则通，通则明，所以变通是十分常见和重要的。那么，对于我们这

25、些从业者来说，如何来应对这种种的变化则是我们眼前和将来伴随我们一生的重点和难点。因此，我们要赶上时代变化的脚步，就要时刻注意周围环境的变化，并配合自我的调整来适应这些变化。4.1 监控4.1.1 目的监控是为了我们对自己制定的短期和长远计划的实施情况的一种实时的监督和评测，及时地发现问题，努力地解决问题，为自己的规划的真正的实施保驾护航。4.1.2 内容要素时间性 在学校期间按月评估，实时掌握自己的学习状态和进展；参加工作后按季度进行评估，对自己的业绩进行有条例地梳理，并整理经验。实时性 能够很好地完成自己的职业计划并达到预期的目标，这与我们坚持不懈的努力是分不开的，所以我们要实时地对自己进行

26、监督和评测。持久性 自我监督和测评在有了实时性的保证后，就要求我们有一个持久的态度，职业是我们一生的事业，那么我们就要用这一生的时间去进行自我的监督和测评。灵活性 职业生涯中我们将会遇到很多不可预知的因素，他们将会影响我们的判断力和执行力，因此我们在实施过程中要有灵活的因对策略，随着外界的变化来调整自我。4.2 修正方案对于以上我所提出的职业计划的执行路线，在将来的实施中遇到一些苦难或不可知因素而导致我无法完成预期的目标时，我就必须要有一个修正的方案，来使得自己的职业生涯不至于陷入到混乱和迷茫当中。5 结束语如果人生是一个跑道，对于每一个人来说都是一样的长短。但是不一样的是你掌握自己的动力和道

27、路。如果有了很好的动力，但是道路的选择发生了偏差，那么他在自己的跑道上留下的印迹不会很长。同样，即使一个人选对了道路但是没有充足的动力作为保障，那么可以想象他的旅途也不会有多远。只有既选对道路又有充足的动力的人才能在自己的人生旅途上彰显自己的魅力，谱写最为有力和锦绣的篇章。第二部分汽车内燃机配气机构的优化设计摘要配气机构作为内燃机的重要组成部分，其设计合理与否直接关系到内燃机的动力性能、经济性能、排放性能及工作的可靠性、耐久性。随着内燃机高功率、高速化，人们对其性能指标的要求越来越高，要求其在高速运行的条件下仍然能够平稳、可靠地工作，因而对其配气机构提出了更高的要求。配气凸轮型线是配气机构的核

28、心部分，配气凸轮型线设计是配气机构优化设计的重要途径之一。模拟计算和实验研究是内燃机配气机构研究两种重要手段。关键词：内燃机；配气机构；凸轮型线；优化设计ABSTRACTThe valve train is one of the most important mechanisms in a internal combustion engine, whether the performances are good or bad, that affecting the power performance, economic performance, emissions performance of

29、 the engine, as well as affecting the reliability and wear performances of the whole engine. Along with the requests of the engines high power, super-speed, people demand a higher index. That is, when the engine runs under a high speed, it can still work steadily and dependably, which demand that th

30、e valve train system should have a high performance. Cam profile is the hard core of the valve train, which design is one of the important ways to carry out valve train optimal design. Simulation calculation and experimentation research are two important ways to carry out research and development on

31、 valve train of internal-combustion engine.Key words:Internal combustion engine; Valve train; Cam profile; Optimal design1 课题背景1.1 配气机构的研究历程作为发动机的重要组成部件，配气机构的研究内容从最初单纯的凸轮经验设计，发展到常将配气机构传动链当作完全刚性物体只进行运动学计算，再发展到了整个配气机构的运动学与动力学的综合研究。国外自20世纪初就有许多学者开始进行这方面的深入研究；相比而言，国内则起步较迟，20 世纪 70 年代起才开始全面研究凸轮设计与动力学分析，研

32、究的重点放在凸轮型线设计、多质量动力学研究方面。电子计算机的采用和测试技术的发展为配气机构动力学的研究开辟了新途径。利用电子计算机进行多方案的选择, 并预测配气机构动力学的性能已经成为有效而节省的手段。目前，国际上已有各种配气凸轮设计软件，国内也出现了一些类似的软件，这些软件在速度与计算精度上都有所提高。1.2 配气机构优化设计的目的及意义目前，随着人们生活水平的提高，汽车、摩托车日益成为人们生活当中重要交通工具，对机械产品的需求量是越来越大，产品质量要求是越来越高。同时，随着科学技术的发展，机械产品与设备也日益向高速、高效、精密、轻量化和自动化方向发展。产品的结构也日趋复杂，对其工作性能的要

33、求也越来越高，为使产品能够安全可靠地工作，其结构系统必须具有良好的静动态特性。同时，设备在工作时产生的振动和噪声，会损害操作者的身心健康，污染环境。因此必须对机械产品进行动态分析和动态设计，以满足机械结构静、动态特性与低振动、低噪声的要求。这一切都要求工程师在设计阶段就能精确的预测出产品或工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场等技术参数进行分析计算。为了在工程应用中节约成本、提高设计效率、缩短设计周期，很多厂家已经把前期的软件模拟作为检验设计成败的一个关键步骤。发动机在车辆中是动力部件，其性能直接影响车辆在使用中的工作状况和可靠性。发动机的发展向着大功率轻重量的方向发展，使得其刚度

34、不断减少，从而加剧了发动机的振动和结构噪声，这类振动将直接影响发动机的寿命。因此对发动机必须进行动态设计与分析，把动态特性作为设计的重要目标。配气机构是发动机的重要组成部分，发动机配气机构，经常处在高温、高压下工作，因此气门机构是发动机最容易发生故障的零部件之一。而配气机构性能的好坏, 直接影响到发动机的经济性、可靠性, 并对发动机噪声与振动产生直接影响【4】。 而配气机构的主要零件气门既是燃烧室的组成部分，又是气体进、出燃烧室的通道，工作时需承受很高的机械负荷和热负荷，尤其是排气门，由于经常受到高温燃气的冲刷，从而更加容易产生漏气、腐蚀与烧损等现象，工作条件也就更为严酷。其后果将影响气缸内的

35、换气质量，严重时会导致燃烧恶化，从而降低了发动机的经济性、动力性和可靠性【7】【8】。因此，对发动机的配气机构特别是气门进行深入研究是非常有必要的。随着发动机强化程度的不断提高, 配气机构已经成为发动机发展过程中的一个重要而且困难的环节。这不只是由于内燃机转速的急剧增长, 使机构零件惯性力和振动迅速提高,而且还由于内燃机平均有效压力的增加。因此配气机构动力学的研究已经成为研究小型高速内燃机的重要课题。此外随着发动机低排放、高速化的发展趋势，对其性能指标要求越来越高，要求其在高速运行的条件下仍然能够平稳、可靠地工作，因此对配气机构设计的要求也越来越高。2 配气机构简介2.1配气机构概述配气机构是

36、发动机的重要组成部分。它的功能是实现换气过程，即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除燃烧废气。一台内燃机的经济性能是否优越，动力性是否足够大，工作是否可靠，噪音与振动能否控制在较低的限度，常常与其配气机构设计是否合理有密切关系。配气机构设计的优劣不仅影响发动机的结构紧凑性和制造、使用的成本，而且还决定了高速运转时柴油机的工作可靠性、耐久性。配气机构设计的好坏对柴油机的性能指标有着很重要的影响。配气机构的功用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜充量得以及时进入气缸，而废气得以及时从气缸排出。新鲜充量充满气

37、缸的程度用充量系数来表示。充量系数越高，表明进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量越多，发动机发出的功率越大。压力越高，温度越低，则一定容积的气体质量越大，因此充量系数越高。由于在实际工作中，压力，温度都有不利因素，所以充量系数总是小于1，一般在0.80.9。就配气机构而言，主要是要求其结构有利于减小进气和排气的阻力，而且进、排气门的开启时刻和持续开启时间比较适当，使进气和排气都尽可能充分。一般说来，设计合理的配气机构应具有良好的换气性能，进气充分，排气彻底，即具有较大的时间-断面值，泵气损失小，配气正时恰当。与此同时，配气机构还应具有良好的动力性能，工作时运动平稳，振动和噪音较小，不发生强烈

38、的冲击磨损等现象，这就要求配气机构的从动件具有良好的运动加速度变化规律，以及不太大的正、负加速度值。例如，对气门通过能力的要求，实际上可理解为是对由凸轮外形所决定的气门位移规律的要求。显然，气门开闭迅速就能增大时面值，但这将导致气门机构运动件的加速度和惯性负荷增大，冲击、振动加剧，机构动力特性变差。因此，对气门通过能力的要求与对机构动力特性的要求之间存在一定矛盾，应视所设计发动机的特点，如发动机工作转速、性能要求、配气机构系统刚度大小等，在凸轮外形设计中兼顾解决。配气机构的结构形式是多种多样的，四行程发动机广泛地采用气门式配气机构。气门式配气机构可从不同角度分类。按气门的布置形式不同，主要有气

39、门顶置式和气门侧置式；顶置气门式的配气机构又可根据凸轮轴的布置位置及凸轮轴数目的不同分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式。侧置气门式配气机构的进、排气门设置在气缸体的一侧。气门不但是气体流动的通道，而且是燃烧室的组成部分，这种燃烧室只适应于早期低压缩比内燃机。它不紧凑，单位燃烧室体积的表面积大，燃烧室散热面积大，热损失多。此外，进、排气道由于气门侧置拐弯增多，进、排气阻力大，但结构简单，目前只用于廉价小功率汽油机。为减少进、排气流通阻力，改进换气性能，将低压缩比燃烧室变为高压缩比燃烧室，以提高燃烧热效率和降低热损失;将气门从气缸体上移到气缸盖上，因而出现了顶置气门式的配气机构，大大的改

40、善了内燃机的动力型和经济性而广泛采用在现代内燃机上。2.2配气机构采用的新技术配气机构的作用是根据内燃机工况的需要适时适度地开闭进排气门，对气缸进行换气。目前广泛采用的是气门凸轮式配气机构，它具有保证气缸密封性的优点。气门凸轮式配气机构按气门布置分侧置气门和顶置气门机构。现代发动机配气机构采用的技术主要有以下三方面：顶置凸轮轴技术，多气门技术，可变配气定时及气门升程技术【11】。2.2.1顶置凸轮轴技术顶置气门配气机构，内燃机的充气系数较高，燃烧室比较紧凑，内燃机有较好的性能指标，是侧置气门机构所不能达到的，故侧置气门机构已被淘汰。顶置气门配气机构又由凸轮轴的放置位置分成凸轮轴下置型和顶置凸轮

41、轴型。绝大部分发动机采用凸轮轴下置型，但这种机构高速运转时产生较大的惯性力和振动及噪声，消耗较大的动力。目前的趋向是把凸轮轴放在气门上方，省去了推杆、挺柱，称顶置凸轮轴型(OHC)；还有些机构将顶置凸轮轴放在气门室罩里，凸轮直接作用于气门上，这种机构省去了摇臂，高速时气门工作良好，零件惯性力极小，工作平稳。顶置凸轮轴型(OHC)又可分成SHOC型和DHOC型。前者只用一根凸轮轴来驱动进、排气门；而后者采用两根凸轮轴来分别驱动进、排气门。这种结构适用于进、排气门呈V形排列的内燃机。凸轮轴的传动类型有三种：正时齿轮传动、正时链轮传动和驱动带传动。其中，正时齿轮传动主要用于要求长寿命和大载荷的内燃机

42、，如船用、商用车和赛车内燃机；正时链轮传动，广泛应用于轿车内燃机，一般来说，它比正时齿轮传动机构噪音小；驱动带传动或齿形带传动是最新出现的传动方式，主要用于顶置凸轮轴内燃机上。2.2.2 多气门技术配气机构的最新发展是改善燃料经济性，其关键在于如何提供更多的新鲜空气，多气门内燃机很早就己经出现了，但仅用于赛车，目的是减轻排气门的热负荷和机械负荷，但并未能在内燃机制造业得到推广。意大利布加奇公司首先创出具有四个排气门和一个进气门的内燃机。促进多气门内燃机产量迅速提高的原因在于自动控制技术的快速发展和生产的工艺水平越来越高，可以充分发挥多气门配气方案的优越性，保证内燃机在整个负荷和速度范围内形成最

43、佳混合气，并适时适度送入气缸。多气门内燃机优点很明显，如用两个进气门取代一个进气门，流通截面加大30%左右，可大大改进充气系数。因此，多气门内燃机可以提高功率。四气门内燃机曲轴在中低转速范围内，扭矩一般比二气门内燃机大10%15%，高转速范围内大10%20。多气门内燃机不仅可以提高内燃机功率，还可以降低燃油消耗，减少排污。据分析，四气门内燃机燃油消耗比二气门内燃机燃油消耗低%68%。多气门内燃机的优越性是二气门内燃机无法比拟的。因而，世界各国的内燃机制造业都将生产转向多气门内燃机的制造。船用内燃机则多为四气门配气机构，如PA6，620等船用机。由于新的设计技术和加工技术的应用，不仅研制新内燃机

44、时间短、投产快，而且生产周期也短。90年代日本多气门内燃机有了很大的发展，几乎所有的新内燃机系列都是多气门内燃机。美国几大公司于1990.1991年已开始并正在大量生产多气门内燃机。多气门配气方式是配气机构发展的大势所趋。2.2.3 可变气门正时配气机构(VVA)常规内燃机配气相位都是按内燃机性能要求，通过试验确定某一转速和负荷条件下较为适合的配气相位，自然只达到一种转速最为有利。然而为了在更大的曲轴转速范围内提高功率指标，降低燃料消耗，现代多气门内燃机气门开启相位可以改变、升程也可以改变，称作可变气门运动配气机构(VVA)。通过这套机构对配气过程的调节和控制，低、中转速时，活塞运动速度低，气

45、流动力学特性差，因而要求“缩小”相位重叠角，以减少工作混合气倒流，保证低、中转速时扭矩曲线形状较好，可显著地降低燃油消耗率。在中高转速时，活塞运动速度快，气流动力学特性好，因而要求“放大”相位重叠角，废气排放彻底，进气量充分可相应增加内燃机扭矩。显然，采用这一机构，可以提高内燃机性能、降低污染、改善怠速性能。目前，可变气门正时配气系统，大致可分成两种形式，一种称为可变凸轮相位的配气机构(WT)，另一种称为可变配气正时及气门升程的配气机构(WT&WL)。当今内燃机配气机构的发展趋向是，在排量不变的前提下，提高内燃机性能指标。不论是多气门配气机构还是在此基础上演化而来的可变气门运动配气机构，其基本

46、出发点都是，在更大范围内使内燃机动力指标、经济指标和生态指标等达到最优，这是传统配气机构无法完成的。3 总布置设计3.1 气门的布置形式3.1.1 气门顶置式配气机构气门顶置式配气机构应用广泛，其进气门和排气门都倒挂在气缸顶上。发动机工作时，曲轴通过定时齿轮驱动凸轮轴旋转。当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起挺柱时，通过推杆和调整螺钉使摇臂绕摇臂轴摆动，压缩气门弹簧，使气门离座，当凸轮凸起部分离开挺柱后，气门便在气门弹簧的作用下落座，即气门关闭。四冲程发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转两周，各缸的进、排气门各开启一次，此时凸轮轴只旋转一周。曲轴与凸轮轴转速比为2：1。在此，选用气门顶置式配气机构。3

47、.2 凸轮轴的布置形式凸轮轴位于曲轴箱内的配气机构称为凸轮轴下置式配气机构。凸轮轴下置式配气机构的主要优点是凸轮轴离曲轴近，可以简单地用一对齿轮传动，缺点是零件多，传动链长，整机机构的刚度差。在发动机高速时，可能破坏气门的运动规律和气门的定时启闭。在此，选用凸轮轴下置式配气机构。3.3 凸轮轴的传动方式凸轮轴下置、中置的配气机构大多采用圆柱形定时齿轮传动。一般曲轴与凸轮轴之间的传动只需一对定时齿轮，必要时加装中间齿轮。为了啮合平稳，减小噪声，定时齿轮多采用斜齿轮。在中小功率发动机上，曲轴定时齿轮用钢来制造，而凸轮定时齿轮则用铸铁或夹布胶木制造，以减小噪声。在此，选用齿轮传动。3.4 每缸气门数及其排列方式一般发动机都采用每缸量气门，即一进一排的结构。为了进一步改善气缸的换气，在可能的情况下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。但是，由于燃烧室尺寸的限制，气门直径最大一般不能超过气缸直径的一半。当气缸直径较大，活塞平均速度较高时，每缸一进一排的气门机构就不能保证良好