内燃机配气凸轮型线的低噪声设计

摘要

配气机构作为内燃机重要的振动噪声源之一，其工作性能好坏直接影响着整机的动力性和稳定性，而在配气机构中对其性能起决定性作用的是凸轮型线，所以本文从降低配气机构振动噪声水平的角度出发，以4102BG型柴油机为研究对象，开展配气凸轮型线的优化设计研究。
　　本文以配气机构多质量动力学模型为计算工具，以配气机构充气性能、从动件运动平稳性、系统激励力水平等动力学响应为评价指标，通过分析各性能指标随着型线参数的变化规律，总结凸轮型线的优化设计方法；然后根据参数对性能的影响规律，挑选两组性能较好的凸轮型线，计算得到配气系统的激励力并加载到柴油机模型上，计算整机振动烈度、振动速度级和加速度级、总辐射声压级对整机的振动噪声水平进行评价；分析结果表明，在FB2型凸轮的型线参数中，对系统性能影响最大的是参数m的值，其余两个参数影响较小；从振动噪声响应结果对比看出，优化后的凸轮型线会引起更小的表面振动和辐射噪声，总声压级较原型线降低了4.5dB，验证了凸轮型线低噪声设计方法的正确性。基于系统优化的概念，对包含凸轮型线在内的整个配气系统进行匹配度分析，结果表明凸轮型线参数、工作转速和系统结构参数三者之间要符合一定的匹配关系，才能使系统具有较为良好的平稳性，这种匹配关系可以用周期比K来衡量，一般来说K越大系统平稳性越高，当其中部分参数发生变化时，其余参数也要做相应调整才能保证系统良好的平稳性。
　　针对当前凸轮型线在连接处存在的冲击问题，提出了一种新型的余弦-等速型缓冲段和一种取消缓冲段的新型整体式凸轮的设计方法。新型缓冲段能在提高升程曲线丰满度的同时，使挺柱运动曲线更加光滑，而且能降低气阀的运动速度，提高了平稳性；新型整体式四项傅里叶凸轮型线相比原型线，充气性能更好，加速度和跃度曲线更加光滑，没有原型线的陡峭变化和突变等现象，凸轮正加速段的宽度变大，正负加速段过渡平稳，在降低“飞脱”发生可能性的同时，提高了周期比K的值，总体优化效果较好。因此，本文的分析结果可以为配气机构的低噪声设计提供有效的理论支撑和参考。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 配气凸轮型线设计的国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 凸轮型线设计的理论基础

2.1 凸轮型线缓冲段和工作段的设计

2.2 凸轮型线设计的评价准则

2.3 配气机构动力学模型

2.4 配气机构固有频率计算

2.5 本章小结

第3章 凸轮型线参数的优化设计

3.1 基本参数的选取

3.2 型线参数对凸轮丰满度的影响

3.3 型线参数对凸轮从动件运动平稳性的影响

3.4 型线参数对气阀运动规律的影响

3.5 型线参数对激励力的影响

3.6 配气系统匹配参数分析

3.7 凸轮型线参数的优化设计规律总结

3.8 本章小结

第4章 凸轮型线对配气机构振动噪声的影响

4.1 振动分析模型

4.2 振动计算结果

4.3 声学分析模型

4.4 噪声计算结果

4.5 本章小结

第5章 新型凸轮型线的设计

5.1 新型凸轮型线设计的原则

5.2 新型缓冲段的设计

5.3 整体式凸轮型线的表示方法

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢