曾发发

摘 要：文章采用AVL EXCITE Timing Drive软件对某汽油发动机正时链条系统进行动力学分析，模拟液压张紧器张紧特性，分析其动态链条张力，液压张紧器柱塞位移等性能，并与试验结果进行对标，验证链条系统动力学分析结果的准确性，指导后续链条系统设计。

关键词：正时链条;液压张紧器;动力学;链条试验

中图分类号：TH16  文献标识码：A  文章编号：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

正时链条系统为汽油机采用较多正时系统，正时链条系统的优点是传动效率高，工作可靠，但缺点为结构复杂，冲击大，NVH性能较差[1，2]。正时链条系统一般由驱动机构、液压张紧机构、链条、链轮、导轨等组成。链条系统在工作中周期性波动，链条运动过程显现多边形效应，使链条的张力产生波动、液压张紧机构振动等。因此，对链条系统进行动力学计算，评估其动力学特性，如液压张紧器柱塞的位移、链条动态受力、正时链条系统对配气正时的影响等，对掌握正时链条系统的工作特性，评估链条系统的设计就很有必要。

本文以某汽油机正时链条系统为研究对象，该链条系统包括驱动链轮，进、排气凸轮链轮，液压张紧器及导轨组成，采用AVL EXCITE TIMING DRIVE软件搭建动力学模型，并将计算结果与试验测试结果对比，验证链条系统动力学分析结果的准确性。

2 模型搭建

2.1 液压张紧器标定

液压张紧器为链条系统中关键部件，且结构复杂，工作特性表现为很强的非线性，其建模准确性直接影响到后续的分析结果，因此需对液压张紧器的模型进行详细建模，并标定其张紧特性。液压张紧器结构主要由供油孔、工作腔、泄油孔，以及单向阀、柱塞、弹簧等部件。

液压张紧器工作原理：润滑油由供油区通过进油孔进如工作区，在工作区油压的作用下，柱塞通过张紧导轨张紧链条。当链条的张力过大时，链条通过张紧导轨压缩工作区的润滑油，泄油孔泄油，调节链条张力。

液压张紧器特性曲线是在不同的张紧器柱塞激励频率下，张紧器张力与柱塞位移关系的特性曲线。

液压张紧器标定过程：（1）实验测得液压张紧器的特性曲线;（2）建立液压张紧器仿真模型;（3） 在柱塞施加与实验相同频率的激励，计算液压张紧器的特性曲线;（4）对比液压张紧器的实验特性曲线与仿真计算特性曲线;（5）调整液压张紧器出油孔孔径、柱塞与壳体间隙，模拟液压张紧器的张紧特性曲线并与试验标定。

2.2 正时链条系统模型建立

该链条系统由曲轴前端链轮驱动，因此需计算曲轴前端的转速波动作为边界参数，可使用EXCITE Designer计算得到。被驱动附件为进排气凸轮轴，需建立配气机构模型，可采用EXCITE Timing Drive建模[3，4]，建模流程参考EXCITE Timing Drive指导文件，如图1所示，为正时链条系统EXCITE Timing Drive模型。

3 计算结果分析

如图2所示，为正时链条系统试验。链条系统测试，通过在发动机上安装位移传感器及应变传感器，主要测试结果为液压张紧器柱塞位移及链条动态张力。

3.1 柱塞位移结果对比

如图3所示，为2500rpm张紧器柱塞位移结果对比图。由图3可知，分析结果与实测结果接近。张紧器柱塞位移幅值，张紧器柱塞张紧过程都与实测接近。

（a）仿真结果

（b）测试结果

张紧器柱塞位移是反映链条系统是否稳定的关键参数，如图 4 所示，为张紧器柱塞位移结果对比。由图4可知，在发动机转速域内，分析结果与实测结果都很接近。

x3.2 链条动态张力结果对比

如图 5所示，为链条最大动态张力。由图5可知，链条最大张力计算与实测值趋势一致，数值接近。链條的动态最大张力体现了链条的可靠，通过动态张力与链条实际能承载的最大张力对比，可以评估链条的耐久性。

3.3 正时相位计算结果

正时相位的影响会影响发动机的动力、排放等性能，因此要求正时系统对配气相位的影响越小越好。如图6所示，为凸轮轴位移。由图6可知，该正时链条系统的对配气相位的影响在±2°曲轴转角范围内，对相位影响较小，在能接受的范围内。

4 结论

正时链条系统分析的关键是液压张紧器，需准确标定液压张紧器张紧器特性。转速波动及配气机构建模需准确，以提供准确的计算载荷边界。通过与测试数据对比，EXCITE Timing Drive很好的运用于正时链条系统分析。链条导轨模型为刚性体，后续如果能将导轨柔性体模型引入，则分析与

实际更接近。

参考文献

[1] 李一民.曲轴及正时系动力学特性对发动机NVH性能影响研究[D].浙江大学， 2012.

[2] 董成国.汽车正时齿形链系统设计方法与仿真分析及试验研究[D].吉林大学， 2010.

[3] 卢小锐，高文志，张良良，等.基于Excite-Timing Drive的正时同步带系统动力学分析[J].振动与冲击，2013，32（11）：66-69.

[4] 陈安柱，许志鹏.基于AVL-Excite Timing Drive对发动机配气机构运动学和动力学分析与改进[J].科技通报，2017，33（3）：237-241.