配气机构作为往复活塞式发动机的重要控制机构,不仅控制着发动机的换气过程,还必须保证燃烧室在气门关闭时的有效密封。因此,配气机构性能设计的好坏直接决定着发动机的动力性、经济性、振动噪声、工作平稳性及可靠性。近年来,随着发动机朝着高速化、高功率、轻量化及低噪声的方向发展,配气机构的工作条件日渐恶化,不仅需要保证发动机具有较高的充气效率,还必须保证高速工作时仍能平稳可靠,这对配气机构提出了更高的要求。因此,必须对配气机构进行合理设计,以满足发动机工作循环的要求。本文以某企业的一款高速汽油机为研究对象,针对其在样机开发试验中出现的配气机构工作不平稳和发动机中高速动力性不足的问题,采用仿真与试验相结合的研究方法,对该配气机构进行系统研究,解决了原机配气机构的原有设计缺陷,不仅大大提升了发动机性能和市场竞争力,缩短了开发周期,还为配气机构的正向设计提供了一种系统性分析思路,具有一定的学术参考价值和工程应用实践的现实指导意义。本文的主要研究内容有:1、机构建模及问题分析。应用AVL Excite Timing Drive建立了原机配气机构的运动学与动力学模型,通过进一步的运动学与动力学计算分析,并将各评价指标计算结果与工程许用值进行比对分析发现,原机配气机构丰满系数偏低,凸轮曲率半径与润滑系数过小,凸轮最大跃度与最大接触应力过大,凸轮缓冲段高度与气门间隙匹配不良、凸轮丰满系数偏低以及凸轮与挺柱工作过程中多次出现接触应力为零等,导致原机凸轮飞脱及磨损风险增加,配气机构振动过大以及发动机动力性不能充分发挥等问题,严重地影响着配气机构的正常工作。2、整机性能分析及改进方案提出。应用GT-Power建立了该高速汽油机的性能仿真模型,并采用原机台架试验数据进行了模型标定,以保证模型计算结果用于指导实践的有效性。进而,通过分析气门升程、缓冲段高度、配气相位、丰满系数及气门开启方式等配气机构主要参数对发动机性能的影响规律,找出了原机中高速动力性不足的原因,并提出了提升中高速动力性的改进方案。3、改进设计及优化。结合原机配气机构存在的问题及发动机中高速动力性的提升方案,对进、排气凸轮型线进行了改进设计,并对改进后配气机构进行了运动学与动力学校核。分析结果表明,采用改进凸轮型线后,原机配气机构存在的问题全部得到解决,配气机构改进方案运动学与动力学合理,满足使用要求。4、试验验证及性能比较。对改进方案进行了发动机外特性试验与耐久性试验,以分别对发动机外特性及配气机构可靠性进行试验验证。试验结果表明,配气机构改进后工作平稳可靠,并且发动机中高速动力性显著提升,其中外特性上中高速动力性平均提升4.6%,同时燃油经济性也得到了一定程度地改善,其中外特性上经济性平均提升1.2%,很好地达到了预期开发目标。因此,配气机构改进方案切实可行。