內燃機氣門鎖夾機構設計

歐陽炳森

摘 要：氣門鎖夾機構作為內燃機的重要組成部分，其設計的合理性直接關系著內燃機的動力性、經濟性、排放性、可靠性和耐久性。因此，對內燃機氣門鎖夾機構的設計進行了分析，并確定了最佳設計方案。

關鍵詞：氣門鎖夾；載荷；內燃機；設計方案

中圖分類號：TK423 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.082

隨著社會的不斷進步和發展，內燃機產業對配氣機構的要求越來越高。配氣機構作為內燃機的重要組成部分，控制著內燃機的換氣過程，內燃機配氣機構的優化設計對發動機的各項性能均有較大的影響。在內燃機的配氣結構中，氣門鎖夾和氣門彈簧上座是固定發動機心臟部件——氣門的重要零部件，其性能直接影響著氣門功能的實現。因此，為了提高內燃機運行的穩定性和耐久性，需要不斷優化氣門鎖夾機構。本文提出了2種氣門鎖夾結構的優化設計方案，采用有限元法對其進行了結構分析，采用非線性有限元分析軟件MSC.Marc進行了強度計算，并在綜合比較后選出了最佳設計方案。

1 氣門鎖夾及其設計方案

在采用氣門式配氣機構的內燃機中，無論是側置式氣門，還是頂置式氣門，其配氣機構的氣門彈簧座多采用氣門鎖夾固定。氣門鎖夾是內燃機配氣機構的重要零部件之一，其R弧與氣門上的鎖夾槽相配合、外錐面與氣門彈簧上座的內錐面貼合，通過凸輪軸、挺桿、氣門搖譬等實現鎖定功能。如果氣門鎖夾失去作用，則氣門會掉入氣缸內，進而造成重大事故。氣門桿的加工精度較高，且與氣門導管的配合間隙較小，因此，其運行時的磨損不嚴重，起到了良好的導向和散熱作用；氣門尾端的形狀決定于氣門彈簧上座的固定方式，而采用2個外表面為錐面的氣門鎖夾固定氣門彈簧上座，具有結構簡單、工作可靠、拆裝方便的特點。

氣門鎖夾的外錐面有多種角度，氣門彈簧上座的內錐面也有多種角度。為了提髙發動機關鍵零部件的強度和延長其使用壽命，正確選擇氣門彈簧上座的內、外錐面角度非常重要。

根據結構設計要求，該發動機氣門鎖緊機構中的氣門彈簧上座采用合金鋼材料，具備承受變形和循環交變載荷的能力，可保證氣門彈簧上座在實際運行中具有一定的強度。在結構設計中，應嚴格控制氣門彈簧上座的尺寸和質量，并在滿足零件使用功能、結構要求的前提下，盡可能地優化該部件。由于氣門彈簧上座在內燃機的運行中會承受較大的循環交變載荷，因此，利用有限元分析軟件計算氣門彈簧上座在工作載荷工況下的應力情況很有必要。

利用MSC.Software公司的非線性有限元分析軟件MSC.Marc，對氣門彈簧上座在承受最大工作載荷時所受的強度進行了計算，得到了該部件各個部位的應力情況，進一步校核了該部件的安全系數，準確地找出了不同設計方案的優劣，為確定氣門彈簧上座的結構設計方案提供了指導，最終滿足了該部件的實際使用要求。

2 有限元模型的建立

根據氣門彈簧上座及其部件的結構幾何特征和承載方式，以Pra/E軟件建造的氣門彈簧上座及其部件三維實體模型為基礎，并經過合理簡化，建立了詳細的氣門鎖緊機構的有限元模型。

2.1 網格劃分

采用6面體單元進行了網格劃分，結點數和單元數如表1所示。

2.2 材料參數

計算和分析中使用的材料的參數如表2所示。

兩種設計方案均用于同一款發動機，因此，其邊界條件相同，外載荷由TYCON求得，氣門頂端平面受分布載荷為769 N。

3 計算結果及分析

在第一種設計方案中，氣門彈簧上座的最大應力σmax=224.4 MPa；在第二種設計方案中，氣門彈簧上座的最大應力σmax=436.7 MPa。該氣門彈簧上座的材料為合金鋼，允許應力極限為490 MPa。由此可見，第一種設計方案的安全系數n=2，第二種設計方案的安全系數n=1.1.雖然第二種設計方案使用的原材料較少，工作應力也在材料允許的應力極限范圍內，但存在應力值過大、安全系數過低的問題。而發動機在正常運行時，氣門彈簧上座需要承受氣門彈簧和氣門鎖夾的機械負荷。因此，第一種設計方案為最佳設計方案。

架如圖1所示。由圖1可知，該框架需要增加DTMB電路來實現DTMB的功能。增加DMTB電路后的硬件框架如圖2所示。目前，DVB-C的應用已比較成熟，在電視內設有電視芯片的內置接口。但DTMB的接口并不完善，因此，需要外設接口，從而使電視具有高清畫質的畫中畫功能。

3 畫中畫功能的實現

對于傳統電視的畫中畫功能而言，一般是在電視屏幕的左面和右面各有一個畫面，或是一個小畫面占據大畫面的1/4，且往往只有主畫面有聲音。因此，主畫面和次畫面會互相干擾，且上述畫面比例會給人不協調的感覺，進而影響了觀看效果。

目前，高清電視的分辨率可達到3 840×2 160，而在播放3D畫面時，人眼看到的分辨率大概為1 920×2 160.在傳輸DTMB信號時，人們可通過佩戴3D眼鏡的方式實現高清電視的畫中畫功能。但需要將3D眼鏡的一只鏡片改造成只顯示左眼看到的影像，另一只鏡片只顯示右眼看到的影像，并在電視上安裝相應的軟件，在遙控器上設置DTMB的控制鍵。在觀看者按下控制鍵后，可選擇信號源和開啟畫中畫功能。開啟畫中畫功能后，觀看者的左眼可看到DTMB圖像，右眼可看到HDMI圖像。此外，還需要提高播放系統軟件的幀頻，從而消除電視畫面的閃爍現象。

利用播放系統軟件可創建不同的遙控系統，觀看者可根據自己的需要調整電視的音量、亮度等。此外，觀看者可通過不同的設備收聽畫面的聲音，比如，一個觀賞者可通過音響收聽，而另一個觀賞者可通過藍牙耳機收聽。

4 結束語

隨著科技的發展，電視的畫質在不斷提升，人們對電視畫質等方面的要求也在不斷提高。如何在電視上實現高清的畫中畫模式，且畫面比例協調，是相關技術人員必須解決的問題。

參考文獻

[1]湯圓.解讀數字電視[M].北京：機械工業出版社，2014.

〔編輯：張思楠〕