405_应用EXCITE TD对某增压发动机正时系统的优化分析_吉利_梁善飞等

1、应用 EXCITE TD 对某增压发动机正时系统的优化分析梁善飞，杨陈，沈源，由毅，赵福全（吉利汽车研究院；杭州萧山）摘要：某四缸增压汽油机，在试验过程中出现前端正时链系跳齿、链条断裂及导轨磨损严重等问题。本文应用 EXCITE Timing Drive 软件对该发动机正时链系导轨型线进行优化和张紧器预紧力增加来削弱链条的横向振动和链条对导轨的正压力，从而遏制链系运转时跳齿和降低导轨的磨损程度。关键词：正时链系；导轨磨损；型线；正压力主要软件：AVL Excite Timing Driver1. 前言发动机正时链系是发动机内部从曲轴到凸轮轴的传动链，用于完成发动机活塞行程与配气时间的严格配合1

2、。正时性能的好与坏直接影响发动机的动力性、经济性、NVH 及排放性能。链传动为具有中间柔性体的啮合传动，由于传动过程中链条的横向振动将会引起跳齿现象发生，并且会造成较大的动载荷，加剧链条铰链的磨损与链条的抖动，降低链传动的效率，对链条具有较大的破坏作用2。因此，研究链传动中链条的横向振动问题，对于解决链传动的平稳性、链条铰链磨损和防止链条突然断裂有着十分重要的意义3。某增压发动机在试验过程中出现正时链系跳齿、链条断裂及导轨严重磨损等问题。本文应用 EXCITE Timing Drive 软件对该发动机正时链系的导轨型线进行优化和液压张紧器的预紧力增加来削弱紧边的横向振动，降低链系的振动与噪音，

3、改善链系的受力状况，提高链传动性能和延长链系的使用寿命。2. 正时链系分析模型建立某增压发动机的正时链系设计模型如图 1 所示。按照图 1 所示的设计模型建立如图 2 所示的计算分析模型4。通过对张紧轨和定轨的啮入啮出型线进行优化来改善链条与导轨的受力状况，对上导轨的型线进行加长和将张紧器预紧力由 70N 增加到 120N，将液压张紧器泄油间隙由 90m 减小到 60m，来削弱链条的横向振动。输入参数中的曲轴转速波动来源于曲轴一维计算分析输出的结果，进排气凸轮轴的扭矩来源于进排气多阀系计算分析输出的结果，质量和转动惯量直接从 Pro/E3D 模型中测量所得。151hyten bottom su

4、pporthyten top support1(CoG)1(CoG)hyten_bottom_y_supporthyten_bottom_z_supporthyten_top_y_supportplunger guidehyten_top_z_support38161(CoG) housingretainer spring1(CoG) plunger4plunger_atmospherehousing_workingroomhousing_supplyplunger_working room23check valve2224oil supplyworking roomatmospherelea

5、kageball_oil supplyball_working room9ground vertical1(CoG) ground front3seat2check valve spring1(CoG)1(CoG) ballcage171(CoG)ground cageball guide101(CoG)ground horizontalplunger_tensionerrailfg bottom support11181(CoG)tg_top_y_s upporttg_bottom _z_s upport1(CoG)tg top supportex cam sprocket supportt

6、g_top_z_s upport28 ex_cam _s procket_y_s upportin cam sprocket support1(CoG)tg_bottom _y_s upportin_cam _s procket_y_s upport29191(CoG)1(CoG)ex cam sprocket32in cam sprocket5top guide4in_cam _s procket_Z_s upport1(CoG)ex_cam _s procket_z_s upport2Connection191(CoG)2Connection13Connection14Connection

7、106fix_top_z_support7P/S/G 27Connection5322P/S/G P/S/GChain3 fix rail1(CoG)tensioner rail1(CoG)Connection4fix_bottom _z_s upportten_y_s upportten_z_support14fix_bottom _y_s upport121(CoG)fix_top_y_supportfx top supporttensioner rail support131(CoG)211(CoG)2crank pulleycrank sprocket1(CoG)fx bottom s

8、upport26Connection1Rcrank_z_zupportcrank_y_s upport2520RotExc1(CoG)crank pulley support图1某增压发动机正时链系设计模型图2某增压发动机正时链系计算分析模型3. 计算结果图3 4000rpm时链条速度矢量（优化前）图4 4000rpm时链条速度矢量（优化后）通过图 3、图 4 可以看出优化前链条与定轨的啮合情况比较差，链条经过定轨时抖动厉害。优化后二者的啮合情况改善很多，与定轨接触良好。400350300z-Displacement(mm)250200150100500-50-125-62.5062.5125

9、y-Displacement(mm)m as s 1m as s 21m as s 31m as s 41m as s 51m as s 61m as s 71m as s 81m as s 91m as s 101m as s 111m as s 121m as s 131m as s 11400350300z-Displacement(mm)250100200150500-50-125-62.5062.5125y-Displacement(mm)m as s 1m as s 11m as s 21m as s 31m as s 41m as s 51m as s 61m as s 71m

10、as s 81m as s 91m as s 101m as s 111m as s 121m as s 131图5 4000rpm时链条运行轨迹（优化前）图6 4000rpm时链条运行轨迹（优化前）从图 5 和图 6 中可以看出优化后链节通过各接触件的位移波动比优化前大有改善。543(deg)21角度0-1-2-310001500200025003000350040004500500055006000发动机转速(rpm)max-优化前min-优化前max-优化后min-优化后43(deg)角度2-110-2-3-4100015002000250030003500400045005000550

11、06000发动机转速(rpm)max-优化前min-优化前max-优化后min-优化后图7 优化前后进气链轮角振动对比图8 优化前后排气链轮角振动对比从图 7 和图 8 中显示，优化前后进气链轮角振动最大值分别为 6.72和 4.65，优化前后排气链轮角振动最大值分别为 6.92和 4.51，优化后进排气链轮角振动分别减小 2.07和2.41，优化效果比较明显。4(mm)32张紧器柱塞位移-110-210001500200025003000350040004500500055006000发动机转速(rpm)max-优化前min-优化前max-优化后min-优化后液压张紧器工作腔最大压力(bar

12、)25020015010050010001500200025003000350040004500500055006000Speed(rpm) 优化前优化后图9 优化前后张紧器位移对比图10 优化前后张紧器工作腔压力对比从图 9 和图 10 中显示，优化前后张紧器最大位移分别为 4.32mm 和 3.21mm，减小了1.11mm；优化前后液压张紧器工作腔压力最大值分别为 245.7bar 和 229.7bar，减小了 16bar。液压张紧器工作条件略有改善。2500(N)20001500链条拉力50010000-50036003780396041404320曲轴转角(deg)1000rpm150

13、0rpm2000rpm2500rpm3000rpm3500rpm4000rpm4300rpm4500rpm4700rpm5000rpm5500rpm5900rpm25002000(N)1500链条拉力50010000-50036003780396041404320曲轴转角(deg)1000rpm1500rpm2000rpm2500rpm3000rpm3500rpm4000rpm4300rpm4500rpm4700rpm5000rpm5500rpm5900rpm图11 优化前各转速链条拉力图12 优化后各转速链条拉力通过图 11 和图 12 可以看出，优化前链条最大拉力为 2297N，优化后为

14、2287N。链条受力略有改善。0-175(N)作用力-350-525-7000.080.10.120.140.160.180.20.22时间(s)crankEXtopINtensionerfix作用力(N)0-125-250-375-5000.120.150.180.210.24时间(s)crankEXtopINtensionerfix图13 优化前链条与各零部件的接触力图14 优化后链条与各零部件的接触力通过图 13 和图 14 可以看出，链条通过曲轴链轮的最大接触力由 648N 降为 451N、通过动轨的最大接触力由 308N 降为 125N、通过排气链轮的最大接触力由 466N 降为 133N、通过上导轨的最大接触力由 73N 降为 24N、通过进气链轮的最大接触力由 205N 降为 149N、通过定轨的最大接触力由 364N 降为 77N。链条与各零部件的接触力改善效果明显。4. 分析结论通过以上计算结果显示，某增压发动机正时链系型线优化后横