某汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條系統(tǒng)仿真分析及與試驗(yàn)對(duì)標(biāo)

曾發(fā)發(fā)

摘 要：文章采用AVL EXCITE Timing Drive軟件對(duì)某汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，模擬液壓張緊器張緊特性，分析其動(dòng)態(tài)鏈條張力，液壓張緊器柱塞位移等性能，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)標(biāo)，驗(yàn)證鏈條系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，指導(dǎo)后續(xù)鏈條系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：正時(shí)鏈條;液壓張緊器;動(dòng)力學(xué);鏈條試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH16? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）22-113-03

Abstract： Analyze timing chain system of a gas engine by using AVL EXCITE Timing Drive software. Hydraulic tensioner tension characteristics were simulated， dynamic chain tension and hydraulic tensioner plunger displacement etc attribute was analyzed. Analysis results was benchmarked with test outcomes that showed the chain system dynamic analysis outcomes was accurate. It can be used to mentor chain system design.

Keywords： Timing chain; Hydraulic tensioner; Dynamic; Chain test

CLC NO.： TH16? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）22-113-03

1 引言

正時(shí)鏈條系統(tǒng)為汽油機(jī)采用較多正時(shí)系統(tǒng)，正時(shí)鏈條系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)效率高，工作可靠，但缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沖擊大，NVH性能較差[1，2]。正時(shí)鏈條系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓張緊機(jī)構(gòu)、鏈條、鏈輪、導(dǎo)軌等組成。鏈條系統(tǒng)在工作中周期性波動(dòng)，鏈條運(yùn)動(dòng)過(guò)程顯現(xiàn)多邊形效應(yīng)，使鏈條的張力產(chǎn)生波動(dòng)、液壓張緊機(jī)構(gòu)振動(dòng)等。因此，對(duì)鏈條系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算，評(píng)估其動(dòng)力學(xué)特性，如液壓張緊器柱塞的位移、鏈條動(dòng)態(tài)受力、正時(shí)鏈條系統(tǒng)對(duì)配氣正時(shí)的影響等，對(duì)掌握正時(shí)鏈條系統(tǒng)的工作特性，評(píng)估鏈條系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就很有必要。

本文以某汽油機(jī)正時(shí)鏈條系統(tǒng)為研究對(duì)象，該鏈條系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)鏈輪，進(jìn)、排氣凸輪鏈輪，液壓張緊器及導(dǎo)軌組成，采用AVL EXCITE TIMING DRIVE軟件搭建動(dòng)力學(xué)模型，并將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證鏈條系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 模型搭建

2.1 液壓張緊器標(biāo)定

液壓張緊器為鏈條系統(tǒng)中關(guān)鍵部件，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作特性表現(xiàn)為很強(qiáng)的非線(xiàn)性，其建模準(zhǔn)確性直接影響到后續(xù)的分析結(jié)果，因此需對(duì)液壓張緊器的模型進(jìn)行詳細(xì)建模，并標(biāo)定其張緊特性。液壓張緊器結(jié)構(gòu)主要由供油孔、工作腔、泄油孔，以及單向閥、柱塞、彈簧等部件。

液壓張緊器工作原理：潤(rùn)滑油由供油區(qū)通過(guò)進(jìn)油孔進(jìn)如工作區(qū)，在工作區(qū)油壓的作用下，柱塞通過(guò)張緊導(dǎo)軌張緊鏈條。當(dāng)鏈條的張力過(guò)大時(shí)，鏈條通過(guò)張緊導(dǎo)軌壓縮工作區(qū)的潤(rùn)滑油，泄油孔泄油，調(diào)節(jié)鏈條張力。

液壓張緊器特性曲線(xiàn)是在不同的張緊器柱塞激勵(lì)頻率下，張緊器張力與柱塞位移關(guān)系的特性曲線(xiàn)。

液壓張緊器標(biāo)定過(guò)程：（1）實(shí)驗(yàn)測(cè)得液壓張緊器的特性曲線(xiàn);（2）建立液壓張緊器仿真模型;（3） 在柱塞施加與實(shí)驗(yàn)相同頻率的激勵(lì)，計(jì)算液壓張緊器的特性曲線(xiàn);（4）對(duì)比液壓張緊器的實(shí)驗(yàn)特性曲線(xiàn)與仿真計(jì)算特性曲線(xiàn);（5）調(diào)整液壓張緊器出油孔孔徑、柱塞與殼體間隙，模擬液壓張緊器的張緊特性曲線(xiàn)并與試驗(yàn)標(biāo)定。

2.2 正時(shí)鏈條系統(tǒng)模型建立

該鏈條系統(tǒng)由曲軸前端鏈輪驅(qū)動(dòng)，因此需計(jì)算曲軸前端的轉(zhuǎn)速波動(dòng)作為邊界參數(shù)，可使用EXCITE Designer計(jì)算得到。被驅(qū)動(dòng)附件為進(jìn)排氣凸輪軸，需建立配氣機(jī)構(gòu)模型，可采用EXCITE Timing Drive建模[3，4]，建模流程參考EXCITE Timing Drive指導(dǎo)文件，如圖1所示，為正時(shí)鏈條系統(tǒng)EXCITE Timing Drive模型。

3 計(jì)算結(jié)果分析

如圖2所示，為正時(shí)鏈條系統(tǒng)試驗(yàn)。鏈條系統(tǒng)測(cè)試，通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝位移傳感器及應(yīng)變傳感器，主要測(cè)試結(jié)果為液壓張緊器柱塞位移及鏈條動(dòng)態(tài)張力。

3.1 柱塞位移結(jié)果對(duì)比

如圖3所示，為2500rpm張緊器柱塞位移結(jié)果對(duì)比圖。由圖3可知，分析結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果接近。張緊器柱塞位移幅值，張緊器柱塞張緊過(guò)程都與實(shí)測(cè)接近。

（a）仿真結(jié)果

（b）測(cè)試結(jié)果

張緊器柱塞位移是反映鏈條系統(tǒng)是否穩(wěn)定的關(guān)鍵參數(shù)，如圖 4 所示，為張緊器柱塞位移結(jié)果對(duì)比。由圖4可知，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速域內(nèi)，分析結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果都很接近。

x3.2 鏈條動(dòng)態(tài)張力結(jié)果對(duì)比

如圖 5所示，為鏈條最大動(dòng)態(tài)張力。由圖5可知，鏈條最大張力計(jì)算與實(shí)測(cè)值趨勢(shì)一致，數(shù)值接近。鏈條的動(dòng)態(tài)最大張力體現(xiàn)了鏈條的可靠，通過(guò)動(dòng)態(tài)張力與鏈條實(shí)際能承載的最大張力對(duì)比，可以評(píng)估鏈條的耐久性。

3.3 正時(shí)相位計(jì)算結(jié)果

正時(shí)相位的影響會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、排放等性能，因此要求正時(shí)系統(tǒng)對(duì)配氣相位的影響越小越好。如圖6所示，為凸輪軸位移。由圖6可知，該正時(shí)鏈條系統(tǒng)的對(duì)配氣相位的影響在±2°曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，對(duì)相位影響較小，在能接受的范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

正時(shí)鏈條系統(tǒng)分析的關(guān)鍵是液壓張緊器，需準(zhǔn)確標(biāo)定液壓張緊器張緊器特性。轉(zhuǎn)速波動(dòng)及配氣機(jī)構(gòu)建模需準(zhǔn)確，以提供準(zhǔn)確的計(jì)算載荷邊界。通過(guò)與測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比，EXCITE Timing Drive很好的運(yùn)用于正時(shí)鏈條系統(tǒng)分析。鏈條導(dǎo)軌模型為剛性體，后續(xù)如果能將導(dǎo)軌柔性體模型引入，則分析與

實(shí)際更接近。

參考文獻(xiàn)

[1] 李一民.曲軸及正時(shí)系動(dòng)力學(xué)特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)NVH性能影響研究[D].浙江大學(xué)， 2012.

[2] 董成國(guó).汽車(chē)正時(shí)齒形鏈系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與仿真分析及試驗(yàn)研究[D].吉林大學(xué)， 2010.

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[4] 陳安柱，許志鵬.基于A(yíng)VL-Excite Timing Drive對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析與改進(jìn)[J].科技通報(bào)，2017，33（3）：237-241.