滚子摇臂式配气机构凸轮型线的改进设计
孙小伟
（长城汽车股份有限公司动力研究院，河北保定）
摘要：某款发动机在NVH测试中发现气门咔哒声明显，通过对原凸轮型线进行动力学分析，查出气门提前落座，通过改进缓冲段设计，避免了气门提前落座，减小了气门落座速度和落座力，改善了发动机的声品质。

关键词：凸轮型线；缓冲段
主要软件：A VL EXCITE Timing Drive
1. 前言
凸轮型线的设计不仅影响发动机热力学性能，也关系到配气机构工作的可靠性，更对配气机构的振动噪声起到重要影响。

带有液压间隙调节器的滚子摇臂式配气机构在国内轿车发动机上的应用越来越广泛，分析该配气机构的特点设计合理的凸轮型线十分必要。

2. 进、排气单阀系模型
依据发动机的配气机构建立进、排气机构TD单阀系模型，见图1。

图1 滚子摇臂式配气机构和TD单阀系模型
3. 原凸轮型线设计校对
图2 原设计的进气门动力学计算结果
图2的气门升程对比图中绿色的线是气门静升程曲线，红色的线是动升程曲线，从放大的气门升程图可以看出在理论升程0.109mm时进气门关闭，而原设计的关闭侧缓冲段高度只有0.05mm，说明进气门提前落座。

气门落座速度为0.73m/s，气门落座力为1200N。

图3原设计的排气门动力学计算结果
图3的气门升程对比图中绿色的线是气门静升程曲线，红色的线是动升程曲线，从放大的气门升程图可以看出在理论升程0.147mm时排气门关闭，而原设计的关闭侧缓冲段高度只有0.05mm，说明排气门提前落座。

气门落座速度为0.83m/s，气门落座力为1634N。

3.改进凸轮型线的运动学及动力学分析
3.1运动学分析
新设计的进、排气凸轮型线和运动学速度、加速度如图4和图5所示，图中的Curve1(虚线)为原设计的气门升程曲线。

图4 进气凸轮运动学
图5 排气凸轮运动学
经运动学分析，弹簧裕度、跃度、丰满度和K系数均满足要求。

3.2 动力学分析
图6和图7中图片左侧是6000rpm的动力学结果，右侧是6600rpm的动力学结果。

上面的图红色的线是动力学气门升程曲线，从中可以看出气门均无反跳发生；绿色的线是气门运动速度曲线，从中可以看出气门的落座速度均小于0.3m/s；蓝色的线是气门落座力曲线，从中可以看出气门落座力均小于500N，小于六倍的气门弹簧预紧力。

下面的图红色的线是凸轮接触力曲线，从中可以看出凸轮接触力始终大于零，说明没有出现气门飞脱现象；绿色的线是气门加速度曲线，从中可以看出气门加速度没有出现太大的阶跃。

图6 进气动力学
图7 排气动力学
4. 试验验证
图8 噪声测试结果
经过对凸轮型线改进前后噪声测试对比发现，优化凸轮型线后，发动机顶面噪声明显降低，主要为500Hz～2000Hz 中心频率降低明显，发动机顶面咔哒声有明显改善，降低了整机噪声。

5. 结语
通过EXCITE TD分析出原凸轮型线设计不能满足NVH要求，优化设计的凸轮型线改善了发动机声品质，降低了整机噪声。

参考文献
[1] Excite TD用户培训教程
[2] Seon-Yang Hwang, Koo-Tae Kang, Byung-Soo Lim and Yoon-Soo Lim, "Noise Reduction and Sound Quality Improvement of Valve Train in V6 Gasoline Engine", SAE paper 2005-01-1834
[3] Robert L. Norton, David Eovaldi, James Westbrook III and Ronald L. Stene, "Effect of Valve-Cam Ramps on Valve Train Dynamics", SAE paper 1999-01-0801。