德國Polytec高速型激光測振儀結合Rotec旋轉分析軟件，已被廣泛用于測量和分析高速氣門機構的動態特性，即便是賽車引擎，亦能確保氣門機構構件能滿足強度、耐磨度和精確度等多方面需求。
引言
隨著科技的進步，工程師和技師們會面臨越來越多的要求：更加嚴格的排放標準、更低的燃油消耗率、更小的噪聲及不斷提高的駕駛舒適性，而氣門機構的設計質量對于發動機的性能有著多方面的重要影響。
現代氣門機構系統必須同時滿足兩大條件：進氣通路面積大以滿足換氣要求；閥門高速開啟和閉合。氣門機構的速度和加速度變化極快，并具有較大升程，這些都將引起結構振動和組件應力。因此，研發方案必須確保氣門組件滿足強度和耐磨度要求，并確保氣門機構能在嚴格的規格和公差下工作。
通過Polytec專業的測試設備并結合專業的分析軟件（基于PC的旋轉分析系統RAS，由德國Rotec GmbH軟件公司專門開發而成），可滿足復雜的氣門機構測試需求。如今，大量這樣的系統已在世界各地的汽車測試與發展部門得到廣泛應用。
測試裝置
圖1為典型的氣門機構測試裝置。通過軸上安裝的增量編碼器，或掃描裝有磁性拾音器的齒輪，來獲取凸輪軸速度和角度。通常使用感應式位移傳感器或電容式位移傳感器來測量點火或熄火狀態下的氣門升程。
Polytec公司的高速型激光測振儀系統（HSV)，是氣門機構動態測試工具的不二選擇。HSV的優點包括：非接觸式、高分辨率、測量速度達40 m/s、線性信號輸出。測量氣門速度時，帶寬達50kH；測量氣門升程時，帶寬達250kHz。差分測量可補償不良振動和移動。
即使在高性能賽車試驗臺上，通過HSV系統與RAS系統的有機結合，亦能完成嚴苛的氣門機構動態測量和分析。在獲取如凸輪軸轉速、氣門升程和氣門速度這些數據的同時，還可以獲取其它測試數據，如氣門彈簧負載等。
RAS轉速通道需要TTL方波作為信號輸入，通過10 GHz / 40位高速計數器/定時器，來記錄每個脈沖上升沿（或下降沿）的時間間隔。RAS模擬通道采樣頻率為400kHz，分辨率16位。在氣門機構測試中，需將氣門升程和氣門速度的時域信號轉為角域信號。因此，可使用齒輪和位移計(取代旋轉編碼器)測量得出凸輪軸轉速和轉角。即使是缺齒齒輪的信號也能被RAS處理，這是RAS軟件的一大重要優勢。
典型結果
RAS氣門機構軟件提供多種氣門運動分析功能。圖2是用3D圖像顯示氣門升程。在凸輪軸轉角和轉速坐標系下，通過Polytec的HSV測量獲取氣門升程，如圖2a所示。同樣，由HSV測量得出氣門速度（圖2b）。由于測量過程中凸輪軸速度是變化的，使用m/rad作為單位比使用m/s更有意義，在RAS軟件可設置選擇這兩種單位的其中一種。使用RAS對氣門速度進行一階求導，得出氣門加速度，其標準單位是m / rad2，如圖2 c所示。軟件還具有對信號先行低通濾波再微分的功能。
圖2：a)在凸輪軸轉角和轉速坐標系下的氣門升程；
b) 在凸輪軸轉角和轉速坐標系下的氣門速度；
c) 在凸輪軸轉角和轉速坐標系下的氣門加速度。
測量氣門關閉速度和關閉角度的方法有若干種。一般來說，在氣門關閉過程中升程閾值是額定的。然后，從最大升程開始，當氣門升程低于升程閾值時，根據凸輪軸轉角，得出氣門關閉速度和關閉角度。或者，找到特定閾值的位置，根據凸輪軸轉角，找到氣門加速度的第一個局部峰值，然后在該位置確定氣門關閉速度和凸輪軸角度（圖3）。
圖3：在凸輪軸轉角坐標系下的氣門關閉速度(綠色)和關閉角度(藍色)
圖4用等高線圖顯示凸輪軸轉角坐標系下的氣門速度，可以發現氣門彈跳明顯。氣門落坐時凸輪角度約288度。交替的紅色和綠色顯示的是閥門在最終靜止前對底座的沖擊。
圖4：閥門落座時沖擊力
結論和展望
RAS氣門機構軟件還提供了多種其它功能，如將測量得到的三維視圖和理論曲線進行比對，或在啟動和關閉階段確定氣門升程損失，閥門打開和關閉時間等。氣門材料和幾何參數可用于研究凸輪與挺桿構件應力(赫茲應力)。
事實證明，使用高分辨率測量設備和專業應用分析軟件，可幫助工程師們和技師們獲取有價值測試結果，有效縮短產品開發周期。
