摩托车发动机配气机构的运动学和动力学分析

摘要

配气机构是发动机的重要组成部分。配气机构的设计影响发动机的充气效率以及换气质量,因此对发动机的动力性、燃油经济性、有害排放有较大的影响。配气机构的工作可靠性和噪声直接影响发动机的整机可靠性和噪声。随着发动机性能和排放要求的不断提高,使得配气机构的研制更加迫切。本文以摩托车CG125发动机配气机构为研究对象,对其配气凸轮型线、运动学、动力学等设计原理作了深入研究和分析,在CG125发动机基础上进行优化设计CG125发动机的配气机构,同时对发动机相关系统的优化,使得发动机的中低速扭矩性能比发动机优化前增加10％以上,配以整车油耗降低10%以上,无加任何机外装置达到欧Ⅱ排放标准,满足我国复杂的路况,有良好的动力性和经济环保性。首先在深入研究内燃机配气机构凸轮型线设计理论。其次是配气机构运动学等分析,通过分析与试验确定最佳的配气正时范围,以改善发动机的换气质量、充气效率、外特性和油耗率等。再则建立了CG125发动机配气机构的动力学模型,通过对运动微分方程进行分析和计算,获得了气门的真实的运动规律和受力情况。对比分析了单质量模型和二质量模型,归纳了影响配气系统的主要因素。再则结合专业软件建立配气机构模型并通过对CG125发动机配气机构的分析,针对性地对CG125发动机配气机构进行优化并对比分析,优化设计新型配气凸轮型线,同时下摇臂的变动设计,力求最大时面值优化设计,该凸轮成果已经申报国家实用新型专利。方案设计完成后,按照设计规格制造相应零部件,最后通过零部件单项试验和整发动机试验验证了配气机构改进设计后的发动机性能、整车油耗及欧Ⅱ排放环保性等的影响,新型的配气机构大大改善了发动机的中低速性能,整车油耗有了质的提升，配以整车无加任何机外装置轻松通过欧Ⅱ排放标准。

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 配气机构现状综述

1.2 配气机构研究的意义

1.3 课题研究内容

1.4 课题目标和研究成果

2 配气凸轮设计基础理论

2.1 凸轮设计基本要求

2.2 时面值及丰满系数

2.3 凸轮缓冲段

2.3.1 等加速-等速型

2.3.2 余弦型

2.3.3 缓冲段基本参数的选取

2.4 凸轮工作段

2.4.1 复合正弦抛物线型

2.4.2 复合摆线Ⅱ型(FB_2)

2.4.3 高次多项式

2.5 本章小结

3 CG发动机配气机构运动学分析

3.1 CG发动机摇臂运动学分析

3.1.1 结构位置分析

3.1.2 速度分析

3.1.3 加速度分析

3.2 气门运动学分析

3.3 配气正时分析

3.4 本章小结

4 CG发动机配气机构动力学分析

4.1 引言

4.2 单质量模型

4.2.1 质量计算及模型建立

4.2.2 刚度计算

4.2.3 单质量模型运动微分方程

4.3 二质量模型

4.3.1 模型建立

4.3.2 二质量模型运动微分方程

4.3.3 各参数对配气系统的影响

4.4 本章小结

5 CG125配气机构优化工程运用

5.1 CG125原机配气机构说明

5.2 CG125配气机构分析

5.2.1 CG125气门理论升程拟合

5.2.2 CG125配气机构软件模型及性能分析

5.2.3 配气机构参数分析

5.3 CG125发动机优化

5.3.1 相关零部件优化

5.3.2 凸轮型线设计

5.3.3 优化配气机构分析

5.4 本章小结

6 工程试验验证分析

6.1 气道流量测试分析

6.1.1 稳流气道试验台

6.1.2 气道试验方法

6.1.3 气道评价方法

6.1.4 气道试验分析

6.2 配气凸轮检测分析

6.2.1 凸轮轮廓误差

6.2.2 凸轮轮廓误差评定方法

6.2.3 优化凸轮轮廓误差分析

6.3 发动机外特性试验分析

6.4 整车性能试验分析

6.5 配气机构声音商品性评价

6.6 耐久性试验和道路试验评价

6.7 本章小结

7 结论及展望

致谢

参考文献

附录: 攻读硕士学位期间所取得的研究成果