沈玉芳，韦玉昆

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州545007）

发动机气门弹簧的选用

沈玉芳，韦玉昆

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州545007）

为确保某种高应力小空间的气门弹簧的选用，在获得气门弹簧静态参数之后有必要进行发动机配气机构动力学计算。为此，针对某机型发动机，使用动力学分析软件VALDYN，对三种参数的气门弹簧分别进行配气机构的动力学分析，以确保气门弹簧选用的可靠性。

气门弹簧；配气机构；动力学分析

配气机构是汽车发动机最重要的组成部分之一，而气门弹簧是配气机构气门组的重要零件。其功用是保证气门关闭时能紧密地与气门座或气门座圈贴合，并克服在气门开启时配气机构产生的惯性力，使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离。

针对某发动机，为了满足高应力、小空间、轻量化等的要求，根据计算公式设计出三种方案气门弹簧。为确认气门弹簧设计方案的选用，建立配气机构动力学模型，进行相关计算，以保证气门弹簧选用的可靠性。

1　气门弹簧静态参数

为配合使用已量产的气门锁夹及气门弹簧座，且满足气门单槽改三槽的设计更改，气门弹簧需要重新设计。根据气门的安装高度及最大升程时所需要的负荷，设计三种可满足条件的静态气门弹簧设计。

其中，方案一为圆形钢丝圆柱状变节距气门弹簧，材料为CrSiVNi，如图1所示。此方案优点是结构简单，使用普遍，缺点是优化的材料导致成本增加。

图1　方案一气门弹簧

方案二为卵形钢丝圆柱变节距气门弹簧，材料为CrSiV，如图2.采用卵形截面钢丝来设计制造高应力螺旋弹簧具有降低并紧高度，减轻重量，减少应力等优点［1］，缺点是工艺控制需加强。

图2　方案二气门弹簧

方案三为圆形钢丝蜂窝状变节距气门弹簧簧，材料为CrSiV，如图3所示。此方案优点是可适应空间要求，缺点是工艺控制需加强。

图3　方案三气门弹簧

三种气门弹簧方案的具体参数如表1所列。

表1　气门弹簧静态参数对比表

表2　进气侧结果对比

2　配气机构模型建立

该发动机配气机构属于带机械式平面挺柱的顶置凸轮轴气门顶置式配气机构（OHC），其结构示意如图4所示［2］。为比较气门弹簧三种方案的优劣，使用动力学的计算软件VALDYN进行计算分析。此软件结合配气机构，简化配气机构相关部件设置或进行转换，最终建立单阀系动力学计算模型，如图5所示。在输入参数过程中，除已知部分参数外，模型中各零件质量及惯量由Pro/E建模计算得到，气门弹簧数据由VALDYN中的VALKIN模块获得。

图4　配气机构

图5　单阀系动力学模型

3　分析结果

针对进气侧及排气侧输入相关数据，得到三种气门弹簧方案的最终结果对比，其中进气侧如表2所列，排气侧如表3所列。

表3　排气侧结果对比

分析结果的指标值如表4所列，通过对比可知，进气侧的方案一在5 000 rpm状态下凸轮轴与气门挺柱的接触应力705 MPa，超过指标值700 MPa，超标的应力图，如图6所示；排气侧的方案二在5 000 rpm状态下凸轮轴与气门挺柱的接触应力704 MPa，超过指标值700 MPa，超标的应力图如图7所示。

表4　指标值

图6　进气侧超标转速应力图

图7　排气侧超标转速应力图

4　结束语

根据分析结果可知，对于此机型的发动机，方案一及方案二均在5 000 rpm状态下凸轮轴与气门挺柱的接触应力过大，会导致零件磨损，有使配气机构功能性减弱的风险。因此气门弹簧优先选择方案三。

［1］陈立.椭圆或卵形钢丝高应力螺旋弹簧设计和制造［J］.机械工业标准化与质量，2014，（7）：51-57.

［2］张加丽，薄关锋.泛亚C14发动机配气机构单阀系动力学分析［J］.电子世界，2012，（3）：66-68.

The Selection of Valve Spring in Engine

SHEN Yu-fang，WEI Yu-kun
（SAIC GM Wuling Automation Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

In order to ensure a selection of valve spring in the high stress and small space，it’s necessary to calculate valve-train dynamics analysis after the static parameters of valve spring.So，use a dynamic analysis software，VALDYN，to calculate three parameters of valve springs valve-train dynamics analysis in an aircraft engine，ensure the reliability of the valve spring is chosen.

valve spring；valve-train；dynamics analysis

U464

A

1672-545X（2016）07-0142-02

2016-04-08

沈玉芳（1987-），女，湖北武汉人，本科，助理工程师，研究方向：发动机配气机构的设计与开发；韦玉昆（1986-），女，广西南宁人，本科，助理工程师，研究方向：发动机零部件的设计与开发。