[發明專利]一種船用柴油機配氣凸輪型線優化設計方法

在審

• 申請號: 202110188042.2
• 申請日: 2021-02-18
• 公開（公告）號: CN112761749A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 華德良;史修江;孫文;馮彥;邱卓一;李仁澤;盧熙群
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F01L1/08
• 分類號: F01L1/08;G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的目的在于提供一種船用柴油機配氣凸輪型線優化設計方法，包括如下步驟：建立緩沖段型線設計方程，確定緩沖段升程與包角參數，通過邊界條件及連續性條件對方程的各項系數進行求解，得到余弦?等速緩沖段的表達式；建立基本段型線設計方程，并選取豐滿系數與油膜厚度多目標函數對型線進行優化設計，得到目標函數與型線設計參數的表達式，得到基本段表達式；對緩沖段與基本段進行優化設計之后，利用兩段間的升程連續以及速度連續條件，對方程各參數進行最后確定，保證緩沖段進入基本段時曲線的連續性。本發明可以使凸輪具有較大的豐滿系數，獲得較高的加速度值，同時保證運行過程中較好的潤滑性能。

技術領域

本發明涉及的是一種柴油機設計方法，具體地說是柴油機配氣機構設計方法。

背景技術

配氣凸輪作為柴油機配氣機構中主要部件，其型線設計的合理性決定著配氣機構的工作特性，直接影響柴油機的經濟性、穩定性及耐用性。不良的凸輪型線設計會導致柴油機充氣效率低，凸輪與挺柱間的潤滑不佳，導致零件磨損異常，嚴重者還會導致氣門落座反跳和配氣機構出現飛脫現象。由于各種限制條件的復雜性，傳統的船用柴油機配氣凸輪曲線設計方法難以找到合適的曲線參數。

在型線優化設計方面，目前國內外許多學者已將配氣機構運行工況考慮到優化問題中，對配氣凸輪結構參數、工況參數進行統一考量，確定凸輪型線最優的設計參數。何振俊以高次多項式凸輪型線為例，在基于豐滿系數和磨損設計多目標函數情況下，但只針對基本段進行優化求解，得到型線設計參數(【1】何振俊,李雪峰.基于MATLAB的高次多項式凸輪型線優化設計[J].機械科學與技術,2008,27(10):1141-1144.)。Jamkhande等[2]選取B樣條曲線進行配氣凸輪型線優化設計去解決凸輪磨損情況，并與N次諧波凸輪進行對比，發現設計參數對配氣機構性能具有影響(【2】JAMKHANDE A,TIKAR S,MARATHE N.Design ofHigh Speed Engine's Cam Profile Using B-Spline Functions for ControlledDynamics[J].SAE.2012-28-0006.)。著重考慮配氣機構不同運行工況與凸輪型線設計相互作用的系統耦合優化設計方法較少，國內外針對船用柴油機且適于各種工況下的型線優化系統設計均鮮有研究。如果可以確定緩沖段及基本段型線參數，對于配氣機構設計以及減振降噪優化等工作將有極大促進作用。

發明內容

本發明的目的在于提供可以使凸輪具有較大的豐滿系數，獲得較高的加速度值，同時保證運行過程中較好潤滑性能的一種船用柴油機配氣凸輪型線優化設計方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種船用柴油機配氣凸輪型線優化設計方法，其特征是：

(1)建立緩沖段型線設計方程，方程形式包括余弦段與等速段，確定緩沖段升程與包角參數，通過邊界條件及連續性條件對方程的各項系數進行求解，得到余弦-等速緩沖段的表達式；

(2)建立基本段型線設計方程，并選取豐滿系數與油膜厚度多目標函數對型線進行優化設計，得到目標函數與型線設計參數的表達式，并要求在約束條件范圍內，目標函數取得最小值，從而可確定出型線設計各參數，得到基本段表達式；

(3)對緩沖段與基本段進行優化設計之后，利用兩段間的升程連續以及速度連續條件，對方程各參數進行最后確定，保證緩沖段進入基本段時曲線的連續性。

本發明還可以包括：

1、緩沖段包括余弦段和等速度段：

式中：α₁為余弦段包角，α₀為緩沖段包角，λ為余弦函數的周期大小，λ＝π/(2α₁)；

相應的速度、加速度曲線表達式為：