【word】 一种小型高速发动机用新型液压挺柱的设计

【word】 一种小型高速发动机用新型液压挺柱的 一种小型高速发动机用新型液压挺柱的设 计 第40卷第2期 2011年4月 小型内燃机与摩托车 SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDM0T0RCYCLE Vo1.40No.2 Apr.2011 一 种小型高速发动机用新型液压挺柱的设计 周永洪唐大学 (湖南交通职业技术学院机电系湖南长沙410004) 摘要:针对某小型高速发动机的特点,设计了一种液压挺柱,并相应地对整个配气机构进行改进设 计.指出了液压挺柱的设计要点:相应的配合间隙,油压和回位弹簧弹力;在此基础上,加工了5件液压 挺柱,并进行了装机试验.结果表明,发动机工作正常,怠速稳定,启动容易,新型液压挺柱的设计是成 功的. 关键词:发动机液压挺柱设计 中图分类号:TG3文献标识码:A文章编号:1671—0630(2011)02, 0066—03 DesignofaNewTypeHydraulicLifterforSmall Capacity&HighSpeedEngine ZhouYonghong,TangDaxue HunanCommunicationPolytechnic(Changsha,Hunan,410004,China) Abstract:Accordingtothestructurecharacteristicofsmallcapacityhighspeedengine,thehydrauliclifteris designed,andvalvecamtrainisalsocorrespondinglyimproved,keyfactorsofconsiderationarealsoindica— ted:theclearancebetweenmatchingpans,oilpressureandresetspringforce.And5setofhydrauliclifter weremade.Thehydrauliclifteristestedcombinedwithengine.Experimentalresultshowsthatengineworks normally,idlingisstableanditcanstarteasily,thehydrauliclifterworksreliably,andthedesignissuccess— fu1.Thepapercouldguidesignificantlyengineeringdevelopmentofvalvecamtrainwithhydrauliclifterfor smallcapacityhighspeedengine. Keywords:Engine,Hydrauliclifter,-Design 引言 为了降低发动机的振动和噪声,减小发动机的调 整项目,液压挺柱配气机构在车用发动机中的应用越 来越广泛,例如,目前国内轿车发动机几乎全部采用液 压挺柱,有的还采用比较先进的气门正时和气门升程 可变技术VTEC(VariableValveTimingandValveLift ElectronicControlSystem);在单缸高速小型发动机领 域,由于发动机的空问小,转速高,润滑油路简单,目前 国内还没有采用液压挺柱配气机构.为此,针对小型 高速发动机,设计了一种新型液压挺柱,并进行了可靠 性试验. 1液压挺柱的设计 1.1某小型高速发动机简介 某小型高速发动机的结构和性能参数如表1所 示.该机采用凸轮轴下置,气门顶置,推杆传动的配 气机构,俗称”顶杆机”,在我国的保有量和年产量最 大.图1是其配气机械传动路线图.在实际使用 中,由于整个机构热膨胀的原因,该机的气门间隙在 冷态时比热态时的大,使得该机的缸头噪声热机时 变大,该问一直困扰制造企业.为此,设计了用于 该机的液压挺柱,使气门间隙时时刻刻为0,减小甚 至消除缸头噪声,实现气门间隙免维护. 作者简介:周永洪(1969一),男,讲师,主要研究方向为机电一体化和动 力机械. 第2期周永洪等:一种小型高速发动机用新型液压挺柱的设计67 图1发动机原配气机构传动链 排 气 门 表1某小型高速发动机主要结构参数 项目主要参数备注 型号某125mL发动机157FMI 型式单缸,风冷,四冲程 缸径X行程/mm56.5X49.5 排量/niLl24.5 压缩比9:l 最高转速/(r?rain)8500 飞轮磁电机点火方式火花塞 :D7RC CDI无触点点火 润滑方式压力+飞溅 混合气形成方式化油器平吸柱塞式 气门顶置,凸轮轴配气机构见图1 下置,推杆传动 1.2液压挺柱的改进设计和加工 1.2.1液压挺柱的工作原理 挺柱的外圆和汽缸盖的挺柱孔相配合(见图2), 挺柱内柱塞和气门顶部接触,盖板承受配气凸轮轴传 递的力.当挺柱向下压迫气门时,钢球(单向阀)下机 油不可压缩(有少量机油泄露,但不影响气门开启), 相当于刚体,推动气门开启;当凸轮转到非工作面时, 解除了对挺柱的压迫,钢球下面的贮油腔内油压降低, 来自发动机主油道的压力油推开单向阀,向贮油腔补 充机油,补偿泄露的机油,同时消除气门间隙. 2液压挺柱的工作原理 若配气机构受热膨胀,挺柱回落后向贮油腔充油 的过程便会减小(发动机工作时)或者使贮油腔的机 油泄露一部分(发动机停车时),使挺柱自动”缩短”; 相反,如果配气机构冷缩,产生间隙时,发动机主油路 便向贮油腔补油(发动机工作时),或者回位弹簧向下 顶开柱塞,向贮油腔补油(发动机不工作时),从而实 现任何工况下无气门间隙,减小发动机的振动和噪声, 发动机工作平稳. 1.2.2液压挺柱的改进设计 根据上述原理,设计了一种新型液压挺柱(如图3 所示).并对配气机构进行了改进(如图4所示),液 图3液压挺柱设计图 图4加装液压挺柱的配气机构 68小型内燃机与摩托车第40卷 压油直接从原发动机的汽缸盖润滑油中截取).由前 述液压挺柱的工作原理可知,挺柱体外圆和汽缸盖配 合面(汽缸盖利用PRO/E重新设计,开模制造),柱塞 和挺柱体配合面,柱塞和油缸配合面为精密配合面,既 要相互运动,又不能有大的间隙,其间隙不能大于0. O1mm;同时,液压挺柱高频上下运动,其质量必须尽可 能轻,各零件的壁厚较薄(最小的只有0.7mm).因 此,液压挺柱的设计关键便是柱塞与油缸和挺柱体,挺 柱体和缸盖上安装孔的配合精度以及液压挺柱盖板和 挺柱体的组合装配.设计要点如表2所示. 表2液压挺柱设计要点 序号零件名称和热处理设计要点备注 设计止口,并和挺柱体上的止口有一定的过l盖板合金钢 ,淬火盈 ,便于组装定位. 2油缸合金钢,淬火与柱塞配合间隙40.01mm 3柱塞合金钢,淬火与油缸和挺柱体配合间隙?0.01mm 4挺柱体合金钢,淬火与柱塞配合间隙?O.01mm 弹力要和气门弹簧力以及运动频率匹配,以5回位弹簧弹簧钢 ,淬火最终确定钢丝直径1确定钢丝直径 . 6钢球轴承钢件SqM 7液压挺柱组合质量尽可能轻,控制各配合间隙值 经试验,最终8液压挺柱的组合装配组装时 ,既要求密封可靠,又不能产生变形.采用氩弧焊接 1.2.3液压挺枉的加工和组装 各零件加工后,液压挺柱中的精密配合零件如柱 塞和挺柱体,柱塞和油缸以及柱塞体和汽缸盖配合面 进行对研,以保证配合间隙.液压挺柱的装配是液压 挺柱研制的关键,既要保证盖板和挺柱体的连接牢固 和密封,又要保证装配时不变形而确保零件的配合精 度.最终采用氩弧焊接.为了防止焊接变形,采用水 冷却(为了安全起见,没有采用油冷却),并加工了5 件(如图5所示). 图5液压挺柱实物 2液压挺柱的装机试验 将液压挺柱装在发动机上进行台架试验.发动 机工作平稳,怠速稳定,启动性能好(这两点在试验 时特别明显,噪声由于条件限制以及某些零件采用 万用办法制造而没有测试),液压挺柱工作良好.试 验完毕后,拆下液压挺柱,发现挺柱外圆有轻微磨损 外(0.005mm),其余正常. 3结论 1)设计了用于某小型高速发动机的新型液压挺 柱,指出了该类液压挺柱的设计要点; 2)液压挺柱装机试验表明,该设计是成功的; 3)对研制小型高速发动机液压挺柱配气机构具 有较大的指导意义. 参考文献 1何昌德.162FMJ发动机柔性气门推杆设计分析[J].摩托 车技术,2003(5):10,12 2曹卫彬,柳志远.液压挺柱刚度值与阻尼值变化规律的测 定及分析[J].内燃机,2000,18(1):88—91 3唐大学,孔七一,阳小良等.CG125发动机液压挺柱配气 机构初探.小型内燃机与摩托车,2008(6) 4李炳泉主编.上海桑塔纳轿车使用与维修问答[M].北 京:机械工业出版社,1998.50,60 (收稿日期:2010—05—16)