畢業(yè)設(shè)計（論文）節(jié)能汽車設(shè)計發(fā)動機設(shè)計

1、1.緒論1.1概述 1.1.1 當前世界的能源形勢 能源是世界人類社會經(jīng)濟發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是生產(chǎn)力發(fā)展的主要動力。世界經(jīng)濟發(fā)展歷史充分表明：能源的增長速度與gdp同步增長，呈正相關(guān)。戰(zhàn)后5070年代世界費本主義經(jīng)濟大發(fā)展與充足的廉價能源供給，特別是石油供給密切相關(guān)。為此能源供給引起世界的普遍關(guān)注。能源是人類社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)瓷源。但由于世界能源資源產(chǎn)地與能源消費中心相距較遠，特別是隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展、世界人口的尉增和人民生活水平的不斷提高，世界能源需求量持續(xù)增大，由此導致對能源資源的爭奪日趨激烈、環(huán)境污染加重和環(huán)保壓力加大。由此可以斷定,在未來生活中,節(jié)能減排這個話題將不會減弱,相反的,反

2、而會被越來越多的人所關(guān)注,而節(jié)能減排最終會成為一個永久的話題被人們所認識和對待. 1.1.2節(jié)能汽車概況 節(jié)能汽車指的是低能耗、低污染、新能源、新動力汽車。節(jié)能汽車的宗旨就是在滿足需求的前提下盡可能少的耗費能源，同時減少污染氣體的產(chǎn)生。由于能源危機和環(huán)境問題的日益嚴重性,越來越多的汽車廠家開始研制節(jié)能型汽車,不僅從汽車整體結(jié)構(gòu)入手,節(jié)能型發(fā)動機的研究更是其中的重中之重。目前世界上的節(jié)能型汽車主要有三種類型，一是純電動汽車。二是混合動力汽車，三是燃料電池汽車。1.2論文選題的背景及意義自從發(fā)動機的發(fā)明產(chǎn)生以來，石油的危機和溫室氣體的排放問題愈演愈烈，不斷威脅著人類的生存和發(fā)展，越來越多的汽車在給

3、人們帶來方便快捷的同時也不斷的耗費能源和排放廢氣。在世界石油資源的日益衰竭的危機下，節(jié)能型發(fā)動機的研究成為人類研究的課題。各國政府對此十分重視，每年都不斷的有更新更好的節(jié)能車型在出現(xiàn)，高效率的節(jié)能車勢必給整個世界帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益。越是排量小，耗油少的車就越是受歡迎，這已成為當代汽車設(shè)計的主流理念。對于參加節(jié)能競技大賽的車輛而言，賽車需要在一定時間內(nèi)完成規(guī)定行駛的里程，耗油量最少的車隊獲勝，即對車輛的速度，耗油量都有要求。發(fā)動機是為節(jié)能車提供動力的裝置，發(fā)動機的改造成功與否，直接影響著比賽的成績。同時該項比賽集思廣益，利用大眾的智慧來思考發(fā)動機的節(jié)能改造方案，激起大眾對節(jié)能的認識和興趣，

4、可以說是一種行之有效的方法，對于全世界的節(jié)能減排必將產(chǎn)生積極的推動作用。 1.3 論文研究的主要內(nèi)容（1）根據(jù)實際應(yīng)用情況，做詳細的調(diào)研，并在此基礎(chǔ)上確定合理的方案。（2）設(shè)計合理的發(fā)動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造方案及控制系統(tǒng)方案。（3）對系統(tǒng)進行必要的運動參數(shù)計算，對汽車的控制系統(tǒng)進行探討。 （4）繪制車體的設(shè)計圖，發(fā)動機的改造方案。（5）部件圖其零件圖。（6）編寫設(shè)計說明書在發(fā)動機改造方面，我綜合了賽道的條件和比賽要求對發(fā)動機進行調(diào)整，計劃對以下部分進行改進：拆除發(fā)動機不必要的部分，減小發(fā)動機汽缸體積，精調(diào)化油器。2.發(fā)動機2.1發(fā)動機發(fā)展簡史 發(fā)動機，又稱為引擎，是一種能夠把一種形式的能轉(zhuǎn)化為另一種

5、更有用的能的機器，通常是把化學能轉(zhuǎn)化為機械能。發(fā)動機最早誕生在英國, 回顧發(fā)動機產(chǎn)生和發(fā)展的歷史，它經(jīng)歷了外燃機和內(nèi)燃機兩個發(fā)展階段。所謂外燃機，就是燃料在發(fā)動機的外部燃燒，發(fā)動機將這種燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成動能的機器。內(nèi)燃機就是燃料在發(fā)動機的內(nèi)部燃燒，同時將這種燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成動能。18世紀中葉，瓦特發(fā)明蒸汽機標志著發(fā)動機的產(chǎn)生，蒸汽機這種外燃機是當時哪個時代最主要的代表。1886年，奔馳一號的發(fā)明代表著內(nèi)燃機開始進入我們的生活。雖然當初的發(fā)動機動力小，效率低，但是隨著時代的發(fā)展，發(fā)送機也有了巨大的改變，由最初的外燃機發(fā)展到內(nèi)燃機，再由1892年發(fā)明化油器而產(chǎn)生的化油器發(fā)動機，再到1967

6、年電噴技術(shù)的出現(xiàn)而產(chǎn)生的電噴發(fā)動機，然后就是近幾年的缸內(nèi)直噴技術(shù)發(fā)展起來的缸內(nèi)直噴發(fā)動機。無一不是發(fā)動機跨時代的進步。2.3 當代發(fā)動機節(jié)能新技術(shù) 通過查閱資料，當代發(fā)動機先進技術(shù)主要有以下幾點：一：cbr（可控燃燒速率）技術(shù)。該技術(shù)是通過控制進氣氣流的組織形式（渦流和滾流）來改善燃燒，以達到降低排放，提高燃油經(jīng)濟性的新技術(shù)。主要有兩種形式蝶閥式和滑板式。優(yōu)點是：1.具有良好的燃油。2.不需要特別的低硫燃油。3.不需要成本較高的高壓燃油系統(tǒng)。4.提高廢氣排放標準。二：tci（渦輪增壓中冷）技術(shù)。該技術(shù)是利用專門的壓氣機將氣體在進入汽缸前預(yù)先進行壓縮，提高進氣壓力，從而提高進入汽缸的氣體密度，減

7、小體積，由此，單位體積內(nèi)氣體質(zhì)量增加，滿足燃燒需要又可提高發(fā)動機的體積比功率和重量比功率、提高機械效率、減少有害廢氣的排放和降低噪聲。增壓方式主要有三種：渦輪增壓、機械增壓和氣波增壓。tci的優(yōu)點是在不增加排量的基礎(chǔ)上大幅度提高功率和扭矩，同時提高燃油經(jīng)濟性和降低尾氣排放。三：dgi（汽油直噴）技術(shù)。該技術(shù)是通過電控系統(tǒng)的控制直接將汽油直接噴射在燃燒室內(nèi)，同通過氣門進入的空氣進行混合從而形成可燃混合氣進行燃燒。優(yōu)點是：1.提高發(fā)動機的壓縮比，同時發(fā)動機具有更高的熱效率，燃料熱充分利用。利用該技術(shù)的發(fā)動機動力比普通的高40%。2.卓越的燃油經(jīng)濟性，油耗量低，升功率大。3.能有效降低hc、no和c

8、o等有害廢氣污染物的排放。四：vvt（可變氣門）技術(shù)。由于發(fā)動機運轉(zhuǎn)速度不同，所需要的氣門疊開角不同，而通常的發(fā)動機氣門都是固定的，無法控制氣門的疊開角，為節(jié)省燃油，出現(xiàn)了vvt技術(shù)。該技術(shù)是通過對某種特定的轉(zhuǎn)速/負荷運行模式進行優(yōu)化來降低油耗和有害物質(zhì)的排放。該技術(shù)的運用，使得高速功率和低速扭矩有了較大的提高怠速性能更趨于優(yōu)化，解決了常用的固定氣門和節(jié)油之間的矛盾。2.4 我國發(fā)動機研發(fā)現(xiàn)狀 我國發(fā)動機研發(fā)主要有三種形式：一是企業(yè)自行研發(fā)，主要是一些獨立的發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)。二是委托或與國外技術(shù)公司合作研發(fā)，主要對象是自主品牌的整車企業(yè)或者發(fā)動機企業(yè)。三是引進國外先進技術(shù)，笑話、吸收和改進，主要

9、是一些合資企業(yè)。 我國車用能源消耗日益緊迫，從2000年至今，我國汽車保有量以年均10%以上的速度遞增，車用燃油消費占石油消耗的比例逐年增加，2007年末達到34.12%。我國汽車發(fā)動機的質(zhì)量及可靠性在最近的二十年雖然取得了較大的進步，但是發(fā)動機的節(jié)能減排技術(shù)遠低于國外先進水平，平均油耗高于國外發(fā)動機10%以上。汽車發(fā)動機節(jié)能減排技術(shù)的研發(fā)也是國內(nèi)汽車企業(yè)參與國際競爭、走向國際市場的需要。這些緊迫的形勢在逼迫我們加快節(jié)能發(fā)動機技術(shù)的研發(fā)，但是，在這方面我們國家還存在很多的問題。一：我國汽車及發(fā)動機企業(yè)對節(jié)能汽車發(fā)動機的研發(fā)還沒有形成有效的開發(fā)模式，相應(yīng)的經(jīng)驗積累也較少。二：由于我國汽車發(fā)動機新

10、的節(jié)能減排技術(shù)研發(fā)滯后，每到新的節(jié)能減排標準實施時，自主品牌企業(yè)不得不依靠國外技術(shù)，并因此支付過多的費用。三：對先進、前沿的節(jié)能減排技術(shù)，國內(nèi)企業(yè)由于能力限制，目前只能是模仿。四：政策層面缺少行之有效的支持措施。 為促進我國節(jié)能發(fā)動機的研發(fā)，國家制訂了一系列的政策措施。技術(shù)方面：將節(jié)能與新能源汽車的關(guān)鍵技術(shù)和零部件研發(fā)列入國家科技計劃，給予重點支持。建立節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，集中力量攻克關(guān)鍵技術(shù)，促進產(chǎn)業(yè)化發(fā)展建立符合中國實際的行駛工況以及特定地區(qū)、特定車型的行駛工況，促進燃料經(jīng)濟性水平提高。盡快制定和完善節(jié)能與新能源汽車技術(shù)標準和法規(guī)。財稅方面：國家采取補貼和稅費優(yōu)惠政策，推動純電動汽車

11、、混合動力汽車等新能源汽車發(fā)展。建立以汽車燃料經(jīng)濟性標準為依據(jù)的財稅獎罰機制。對達到國家標準的汽車產(chǎn)品，納稅人執(zhí)行標準的納稅稅率；對優(yōu)于國家標準的汽車產(chǎn)品，按等級調(diào)減納稅稅率；對低于國家標準的汽車產(chǎn)品，按等級提高納稅稅率。建立與車輛燃料經(jīng)濟性掛鉤的懲罰性特別目的稅：對不達標的車輛給予懲罰性的稅收，在交納了相應(yīng)的罰款后準予生產(chǎn)和進口，以及上牌和注冊使用。建立這種目的稅是為了在不增加國家財政支出的情況下，很好地解決節(jié)能降耗目標實現(xiàn)與市場需求間的一些難以協(xié)調(diào)的矛盾。3.本田125發(fā)動機結(jié)構(gòu)及改裝 3.1 發(fā)動機機體組3.1.1機體組組成發(fā)動機機體組主要由氣缸蓋、氣缸體、曲軸箱、油底殼和汽缸墊組成的。

12、是發(fā)動機各機構(gòu)、各系統(tǒng)裝配基體，也是發(fā)動機最主要的部分，其他部分分別是配氣機構(gòu)、供油系統(tǒng)、活塞連桿桿機構(gòu)、啟動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)組成。 圖3.1.1汽缸體 圖3.1.2活塞連桿機構(gòu)3.1.2 機體組改裝操作3.1.2.1氣缸改造（1）對汽缸蓋上汽缸接觸面進行面磨削及研磨，同時，通過使用薄汽缸墊能提高壓縮比。 （2）優(yōu)化進氣岐管的長度，提高慣性吸氣充填效果。 （3）將排氣管直管化并調(diào)節(jié)其長度，提高慣性排氣量。 （4）發(fā)動機油為比賽期間的消耗品，采取自然落下式，卸下既有的潤滑系統(tǒng)減輕重量。 （5）通過研磨吸氣排氣口內(nèi)部，減低供氣排氣摩擦阻力。 （6）由于發(fā)動機的驅(qū)動時間較少，為保溫可去掉冷卻

13、風扇，這樣也可減輕重量。 （7）使用填隙料密封吸氣部的各個接合部提高氣密性。具體操作是：在汽缸體內(nèi)加焊一個本田70發(fā)動機的汽缸套。依照汽缸體內(nèi)加焊的汽缸套的長度切除部分汽缸體，加工研磨汽缸體墊片2接觸的汽缸體面。圖3.1.2.1汽缸裝配體3d圖3.1.2.2 曲軸箱改造變速系統(tǒng)是為了獲得不同轉(zhuǎn)速下的不同車速和扭矩。同時將曲軸連桿活塞的上下往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。 離合器是位于變速系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)之間，起一個柔和地傳遞動力（切斷動力）的作用的裝置。變速器就是根據(jù)這一原理來設(shè)計的：小齒輪（或小帶輪）為主動輪傳動大齒輪（或大帶輪），則轉(zhuǎn)速降低扭矩增加；大齒輪（或大帶輪）為主動輪傳動小齒輪（或小帶

14、輪），則轉(zhuǎn)速增高扭矩降低。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速增高時，3個蹄塊產(chǎn)生離心力，當離心力超過拉簧的預(yù)拉力并達到一定數(shù)值時（發(fā)動機轉(zhuǎn)速增高至2200轉(zhuǎn)以上時），蹄塊與外沿的摩托盤貼合，產(chǎn)生磨擦力，進而構(gòu)成一個力矩傳遞到變速箱主軸。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降（至1500轉(zhuǎn)時），蹄塊所產(chǎn)生的離心力不足以克服拉簧拉力，就不能與磨擦盤貼合，離合器就處于分離狀態(tài)，此時傳遞到后輪的動力被切斷。 在變速和傳動系統(tǒng)部分，動力的傳遞路線是：曲軸-皮帶輪無級變速-（1次變速傳動）-離合器-末級齒輪組件-（2次減速傳動）-后輪輪轂。為了減輕發(fā)動機的自身重量，我們可以去掉變速齒輪的部分。由于變速箱內(nèi)齒輪變速機構(gòu)變速過程復(fù)雜，若由變速箱來變速，

15、會導致能量的損失。所以，將變速機構(gòu)直接改為發(fā)動機外部的曲軸動力輸出端與節(jié)能車動力輪之間的簡單齒輪變速機構(gòu)。而切去發(fā)動機本身變速機構(gòu)，同時還可以減輕車體重量，所以，將變速機構(gòu)直接改為發(fā)動機外部的曲軸動力輸出端與節(jié)能車動力輪之間的簡單齒輪變速機構(gòu)。具體改造方案：首先拆除變速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu) ，然后將多余的機體外殼切除，但要保證曲軸空間。輸出功率固定為4速檔，省略變速器，減輕發(fā)動機本身的重量。為了車輛能夠行駛并發(fā)揮出最高速度，通過與安裝在車輪上的鏈輪齒輪比來控制車速。拆除檔位開關(guān)連接器。焊死檔位開關(guān)連接器在左曲軸箱上的開孔。根據(jù)汽缸體和汽缸頭的長度調(diào)節(jié)雙頭螺栓的長度。圖3.1.2.2曲軸箱3d視圖3.1.

16、2.3 換擋鼓改造圖3.18換擋鼓爆炸視圖表3.1.2換擋鼓零件目錄號碼零件名稱數(shù)量號碼零件名稱數(shù)量1右撥叉111變檔臂彈簧12左撥叉112變檔回位彈簧13撥叉軸113回位彈簧銷14變速鼓114檔位開關(guān)帽15定位板組合115檔位開關(guān)彈簧16變速鼓保持架116銷軸(變檔軸搖臂回位彈簧)17壓板組合117墊圈6.1mm18壓板彈簧118滾子3x8.529變速軸組合119滾柱4x10.8510變檔臂組合120螺栓1由于采用多變速齒輪變速，變速箱拆除，換擋鼓已經(jīng)不再需要，所以要拆除換擋及相關(guān)部件。3.2 活塞連桿機構(gòu)3.2.1 活塞連桿機構(gòu)簡介活塞連桿機構(gòu)包括活塞、連桿、帶飛輪齒圈曲軸。此機構(gòu)將活塞的

17、往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)運動而給發(fā)動機輸出動力。 混和氣燃燒時，活塞在氣缸內(nèi)做上下往復(fù)運動，曲軸連桿將活塞的上下往復(fù)運動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，曲軸再將動力傳遞給變速機構(gòu)，驅(qū)動后輪旋轉(zhuǎn)。曲軸連桿安裝在曲軸箱中。在曲軸箱里，曲軸左面安裝有正時鏈條，曲軸右面安裝機油泵總成、磁電機總成。曲軸的旋轉(zhuǎn)運動為 正時鏈條、機油泵總成、磁電機總成提供能量。磁電機總成里面的飛輪（即轉(zhuǎn)子）旋轉(zhuǎn)切割磁力線發(fā)電，機油泵工作將潤滑油壓到各個零件表面及缸頭，正時鏈條驅(qū)動氣門打開與關(guān)閉。整個內(nèi)燃機系統(tǒng)開始運轉(zhuǎn)。3.2.2 曲軸連桿改造由于原發(fā)動機為本田125排量的發(fā)動機，而比賽是動力輸出不需要這么大，因而將汽缸換成本田70

18、的汽缸桶及活塞，同時更換相關(guān)活塞環(huán)套件、活塞銷、活塞銷擋圈等。然后講曲軸內(nèi)的正時鏈輪去掉。如圖：3.2.2圖3.2.2活塞3d圖3.3發(fā)動機配氣機構(gòu)3.3.1發(fā)動機配氣機構(gòu)的組成、功能及工作形式配氣機構(gòu)組成：由氣門組和氣門傳動組組成。配氣機構(gòu)功能：配氣機構(gòu)是進、排氣管道的控制機構(gòu)，它要按照發(fā)動機的做功次序和每一缸的工作循環(huán)的要求，適時地開閉進、排氣門、向氣缸供給可燃混合氣并及時排出廢氣。燃燒是內(nèi)燃機工作的核心，最佳狀態(tài)的燃燒必須要滿足以下兩個條件：合適的地點、合適的時間。因此只有當油正時、火正時通俗些說就是進氣、排氣動作與火花塞點火的時間兩者都最佳的時候，才能使進入汽缸的汽油最大限度的燃燒。配

19、氣機構(gòu)的作用就是完成控制氣門在合適的時間打開和關(guān)閉。配氣機構(gòu)形式：按不同的氣門布置方式可分將配氣機構(gòu)分成側(cè)置式和氣門頂置式。大多數(shù)汽車發(fā)動機采用的是頂置氣門式配氣機構(gòu)。主要由挺柱、推桿、搖臂、凸輪、氣門和氣門彈簧等零件組成。頂置式配氣機構(gòu)按凸輪軸的置形式又分成凸輪軸下置式、凸輪軸中置式、凸輪軸上置式；按曲軸和凸輪軸的傳動方式能分為齒輪傳動式、鏈條傳動式和齒形帶式。按照每只氣缸的氣門數(shù)目可以分成兩氣門式和四氣門式兩種。3.3.2 氣門的改造配氣相位：配氣相位就是用環(huán)形圖表示曲軸轉(zhuǎn)角表示的進、排氣門的開啟時刻和開啟延續(xù)時間，也叫配氣相位圖。為了能使汽缸進氣充足，排氣干凈，除了從結(jié)構(gòu)上進行改進外（如

20、增大進、排氣管道），還可以從配氣相位上想點辦法，氣門能否早開晚閉，延長進、排氣時間呢？ 氣門早開晚閉活塞到達進氣下止點時，由于進氣吸力的存在，氣缸內(nèi)氣體壓力仍然低于大氣壓，在大氣壓的作用下仍能進氣；另外，此時進氣流還有較大的慣性。由此可見，進氣門晚關(guān)可以增加進氣量。 進氣門早開，可使進氣一開始就有一個較大的通道面積，可增加進氣量。在作功行程快要結(jié)束時，排氣門打開，可以利用作功的余壓使廢氣高速沖出氣缸，排氣量約占總排量的50%。排氣門早開，雖然會造成功率的損失，但因氣壓較低，損失并不大，而早開同時可以減少排氣所消耗的功，又有利于廢氣的排出，所以總功率仍是提高的。進氣門早開：增大了進氣行程開始時氣

21、門的開啟高度，減小進氣阻力，增加進氣量。進氣門晚關(guān)：延長了進氣時間，在大氣壓和氣體慣性力的作用下，增加進氣量。排氣門早開：借助氣缸內(nèi)的高壓自行排氣，大大減小了排氣阻力，使排氣干凈。排氣門晚關(guān)：延長了排氣時間，在廢氣壓力和廢氣慣性力的作用下，使排氣干凈。由此在理論上可以得出，氣門的早開晚閉對于燃料的充分燃燒是有作用的，問題的關(guān)鍵在于如何做到準確控制氣門的關(guān)閉。 氣門重疊由于進氣門早開，排氣門晚關(guān)，勢必造成在同一時間內(nèi)兩個氣門同時開啟。把兩個氣門同時開啟時間相當?shù)那S轉(zhuǎn)角叫作氣門重疊角。在這段時間內(nèi)，可燃混合氣和廢氣在理論上可能會混合，但是實際上是不會的，首先， 進、排氣流各自有自己的流動方向和流

22、動慣性，而重疊時間又很短，不至于達到混合的程度，吸入的可燃混合氣不會隨同廢氣排出，廢氣也不會經(jīng)進氣門倒流入進氣管。其次， 進氣門附近有降壓作用，有利于進氣，廢氣無法從排氣口到達進氣口。氣門的實際開閉時刻和延續(xù)時間的控制實際進氣時刻和延續(xù)時間：在排氣行程接近終了時，活塞到達上止點前，即曲軸轉(zhuǎn)到離上止點還差一個角度，進氣門便開始開啟，進氣行程直到活塞越過下止點后時，進氣門才關(guān)閉。整個進氣過程延續(xù)時間相當于曲軸轉(zhuǎn)角180+。- 進氣提前角 一般=1030- 進氣延遲角 一般=4080所以進氣過程曲軸轉(zhuǎn)角為230290實際排氣時刻和延續(xù)時間：同樣，做功行程接近終了時，活塞在下止點前排氣門便開始開啟，提

23、前開啟的角度一般為4080，活塞越過下止點后角排氣門關(guān)閉，一般為1030，整個排氣過程相當曲軸轉(zhuǎn)角180+。- 排氣提前角 一般=4080- 排氣延遲角 一般=1030所以排氣過程曲軸轉(zhuǎn)角為230290氣門重疊角+=2060經(jīng)分析，我們可以看出實際配氣相位和理論上的配氣相位相差很大，實際配氣相位，氣門要早開晚關(guān)，主要是為了滿足進氣充足，排氣干凈的要求。具體操作步驟：拆除氣門調(diào)整孔蓋配合進行氣門進行改造。研磨汽缸頭墊接觸面，減小半球形燃燒室容積，增加壓縮比?；鸹ㄈ挠酶唠妷喊捉饁火花塞研磨吸氣排氣口內(nèi)部，減低供氣排氣摩擦阻力其中步驟換用高電壓白金火花塞的目的在于提高點火效率和準確度。圖3.3.2

24、.1汽缸頭改裝3d圖 與此同時將氣門和凸輪軸進行改裝：拆除氣門搖臂組合及相關(guān)組件，完成氣門改造。依照設(shè)計圖加工、安裝電子氣門。氣門凸輪軸如圖：圖3.3.2.2氣門凸輪軸3d圖3.4 燃料供給系統(tǒng)3.4.1 燃料系統(tǒng)組成燃料供給系統(tǒng)組成有汽油箱、汽油泵、汽油濾清器、化油器、進氣歧管、排氣歧管、排氣消聲器等。它們的作用是向汽缸供入具有一定數(shù)量和濃度的可燃性混合氣，并將燃燒之后的廢氣排出發(fā)動機的裝置。3.4.2 燃料系統(tǒng)改造由于這次比賽是按照行駛固定距離測定燃油消耗，主辦方同意分發(fā)汽油的情況，所以汽油箱要放置在外部且是可視狀態(tài)。因而將原有油箱去除。3.5 點火系統(tǒng) 點火系統(tǒng)包括點火開關(guān)、點火線圈、分

25、電器總成、火花塞等，其作用是產(chǎn)生高壓電火花，點燃汽缸內(nèi)的混合氣。3.5.1 發(fā)動機電氣系統(tǒng) 磁電機由飛輪組件和定子組成，是給發(fā)動機提供電能的裝置。發(fā)電的原理是密閉導線切割磁感線產(chǎn)生電流。飛輪旋轉(zhuǎn)時，磁電機線圈切割磁力線產(chǎn)生交流電，為全車提供所有用電部件的電能。磁電機也是點火系統(tǒng)能量的來源也是磁電機提供的。磁電機線圈共有三組獨立的線圈：第一組給cdi點火器中的儲能元件（電容）充電，稱為低壓點火線圈。第二組是給蓄電池充電，給大燈照明，是充電照明線圈。第三組是觸發(fā)線圈，主要控制cdi中電容放電。五羊本田125發(fā)動機采用電容放電點火，英文縮寫。cdi內(nèi)部由一個構(gòu)造簡單的電路板組成，電路板上有三個基本元

26、件：一個電容c、一個可控硅scr,一個二級管d，電路板用環(huán)氧樹脂固封。火花塞放電是通過高壓點火線圈將cdi中輸出的脈沖電壓放大，產(chǎn)生高壓，然后通過高壓線，到高壓帽，使火花塞放電。通常使的火花塞放電電壓要求在8kv以上-13kv。3.5.2 cdi的工作過程： 發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，磁電機也隨著轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電流，電流通過硅二極管整流向電容器充電，此時可控硅處于截止狀態(tài)，電流無法通過可控硅。當脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到點火位置時，脈沖發(fā)生器發(fā)出電信號，這個電信號加在可控硅的控制極上，觸發(fā)可控硅導通，于是電容器的電能通過可控硅進入點火線圈。當脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過點火位置時，脈沖發(fā)生器停止發(fā)出電信號，可控硅立即截止，點火線圈的電流被斷

27、開，這時點火線圈就會立即產(chǎn)生自耦高壓電，使火花塞迸發(fā)火花點火。圖3.5.1磁電機爆炸視圖表3.5.1磁電機零件目錄號碼零件名稱數(shù)量號碼零件名稱數(shù)量1飛輪15法蘭螺母12mm12定子組合16法蘭面螺母m6x1423磁電機線夾17螺栓6x2224平墊24x12x2.313.5.3 點火系統(tǒng)改造為減輕發(fā)動機的重量，拆除磁電機及其組件，改用外電瓶電源給發(fā)動機供電。3.6 發(fā)動機冷卻和潤滑系統(tǒng)改造給工作中的發(fā)動機散熱，讓發(fā)動機保持最佳的工作溫度。潤滑系由油底殼、機油集濾器、機油泵、潤滑油道及油管等組成。潤滑系主要是將潤滑油不斷供給給作相對運動的零件以減少它們之間的摩擦阻力，減少機件磨損，冷卻部分摩擦零件

28、，還能達到清洗摩擦表面的作用。四沖程發(fā)動機的潤滑，采用的是壓力與飛濺相結(jié)合的方式。機油泵將曲軸箱中的機油加壓后，輸送到曲軸、凸輪軸、軸承等高速高負荷的零件表面。在氣缸、氣缸頭中，有相關(guān)的油道以通過潤滑油。對于難于實現(xiàn)壓力潤滑的部位，則利用曲軸、齒輪等旋轉(zhuǎn)飛濺起來的、或者是重力下落的機油來潤滑，如氣缸壁、正時齒輪等。由于大量的齒輪、軸被拆除，機油泵作用變小，因此可以拆除機油泵來減輕發(fā)動機重量。圖3.1.5油泵3d圖3.7發(fā)動機啟動系統(tǒng)電啟動機構(gòu) 圖3.8.1啟動繼電器 圖3.8.2啟動電機 電啟動機構(gòu)由啟動開關(guān)、啟動繼電器、啟動電機、單向啟動離合器、蓄電池組成。它的工作過程是：用鑰匙將電鎖開關(guān)轉(zhuǎn)

29、至on的位置，蓄電池電源接通，按下啟動開關(guān)-啟動繼電器工作（觸點回路接通）-啟動電機運轉(zhuǎn)（齒輪軸旋轉(zhuǎn)并帶動齒輪組合）-單向啟動離合器動作-磁電機轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)-曲軸旋轉(zhuǎn)-活塞上下運動壓縮-點火成功。3.8發(fā)動機啟動系統(tǒng)人工動力啟動機構(gòu)（反沖啟動軸）圖3.8.1反沖啟動軸組爆炸視圖表3.8.1反沖啟動軸組零件目錄號碼零件名稱數(shù)量號碼零件名稱數(shù)量1反起啟動齒輪17反沖起動回位彈簧12反起啟動棘輪18襯套13反沖起動軸19墊圈25x20.2x114彈簧保持架110止推墊圈15.5mm15襯套111卡環(huán)20mm26彈簧112腳啟動組件1 由于需要減輕發(fā)動機整體質(zhì)量，因而完全采用電啟動，拆除腳啟動裝置及拆除反

30、沖啟動軸的相關(guān)零部件。圖2.1.5大賽提供五羊本田125cc發(fā)動機圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.節(jié)能汽車發(fā)動機改裝相關(guān)計算4.1發(fā)動機的熱計算4.1.1 換氣過程計算：進氣終點的壓力值為pa = 0.85p0 = 85kpa進氣終點溫度 充氣效率4.1.2 燃料燃燒化學計算過程燃燒1kg 燃料所需的理論空氣量空氣/kg燃料燃料燃燒前工質(zhì)的摩爾數(shù)：燃料燃燒后工質(zhì)的摩爾數(shù)：理論分子更變系數(shù)：實際分子更變系數(shù)：汽油發(fā)動機機每小時的吸氣量：在標準大氣狀態(tài)下的空氣比重：所以汽油機的吸氣量為：設(shè)油耗比 則汽油發(fā)動機的耗油量為：故過量空氣系數(shù)4.1.3 汽油壓縮過程計算汽油壓縮過程中任意點的壓力為：（式中vcx 為任意

31、點的氣缸容積）汽油壓縮終點壓力：汽油壓縮終點溫度：4.1.4 汽油燃燒過程計算由于汽油不完全燃燒而損失的熱量為：汽油機的燃燒方程為：由查燃燒產(chǎn)物平均定壓摩爾比熱表，可得：壓力升高比值最高爆發(fā)壓力4.1.5 膨脹過程計算已知vbx為任意點的汽缸容積則膨脹過程中氣缸內(nèi)任意點的壓力為：膨脹終點壓力為：膨脹終點溫度4.1.6 技術(shù)指標計算理論平均指示壓力實際平均指示壓力指示功率指示熱效率指示比油耗平均有效壓力為有效熱效率為有效功率有效耗油比為4.1.7已知條件：氣缸直徑：d = 47mm活塞行程：s = 44.1mm氣缸數(shù)：i = 1排量：iv h = 72 ml壓縮比： = 11曲柄半徑與連桿長度比

32、：r l = 22.05/102.2最大轉(zhuǎn)速：n=10500r/min （曲軸轉(zhuǎn)速）最大功率：n e = 19kw （曲軸輸出功率）最大扭矩：me max = 19 nm最大扭矩對應(yīng)轉(zhuǎn)速：nmemax = 5500500r/min標準大氣狀態(tài)：p0 = 100kpa ；t0 = 298k混合氣體燃料平均重量成份：c = 0.855; h = 0.145; mt = 115燃料低熱值：hu = 44100 kj/kg（燃料）4.1.8額定工況計算用系數(shù)及參數(shù)的選擇過量空氣系數(shù)： = 0.82 進氣溫升：t = 4 殘余廢氣系數(shù)：r = 0.04殘余廢氣溫度：t r = 930k 膨脹多變指數(shù)：n

33、2 = 1.23壓縮多變指數(shù)：n = 1.32 示功圖豐滿系數(shù)：i = 0.94熱量利用系數(shù)：z = 0. 90 傳動效率：i = 0.92機械效率：m = 0.804.2 發(fā)動機動力計算4.2.1已知條件：氣缸直徑：d = 47mm活塞行程：s = 44.1mm氣缸數(shù)：i = 1排量：iv = 72 ml/h壓縮比： = 11曲柄半徑與連桿長度比：r l = 22.05/102.2曲軸最大轉(zhuǎn)速：n =10500r/min曲軸輸出最大功率：n e = 19kw 缸內(nèi)氣體作用力pg(見熱計算）4.2.2氣缸運動速度 加速度活塞位移（如圖所示）設(shè)活塞處于上止點時，活塞銷中心處于x 坐標原點，則簡化

34、后可得：活塞運動速度為：活塞的運動的平均速度為：活塞運動的最大速度為：活塞的加速度當時，最大加速度為：4.2.3 曲柄連桿機構(gòu)的質(zhì)量換算連桿組的質(zhì)量換算：用雙質(zhì)量替代系統(tǒng)對連桿組的質(zhì)量進行換算，即用兩個假想的集中于連桿大小頭中心的質(zhì)量代替連桿組實際的分布質(zhì)量，根據(jù)實測，可得出如下結(jié)果：連桿的總質(zhì)量其中分配在小頭上作往復(fù)運動的質(zhì)量其中分配在大頭上作旋轉(zhuǎn)運動的質(zhì)量連桿大頭軸瓦質(zhì)量作往復(fù)運動的活塞組總質(zhì)量曲軸旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算往復(fù)運動質(zhì)量做旋轉(zhuǎn)運動的總質(zhì)量連桿組大頭的質(zhì)量4.2.4 曲柄連桿機構(gòu)運動的慣性力活塞面積：往復(fù)慣性力pj：離心慣性力：曲拐不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力：離心慣性力之和pr4.3發(fā)動機

35、主要零部件強度校核4.3.1曲軸強度計算曲軸已知數(shù)據(jù)如圖所示，對曲軸各部分進行受力分析如圖所示：圖中，kb 為各曲柄不平衡重的離心力，其值為：cm 為曲柄銷、連桿軸瓦、連桿大頭的離心力合力：額定工況下，曲拐受最大切向力時由動力計算可知，曲拐受到的最大切向力為：曲柄銷f1引起的彎曲應(yīng)力k1引起的彎曲應(yīng)力t1 引起的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力合成應(yīng)力額定工況下，曲拐受最大法向力時 由動力計算可知，曲拐受到的最大法向力當=360時，pra=5850.2kpa，即3引起軸瓦支承反力曲柄銷圓角度處的支反力為：曲柄銷由f1 引起的彎曲應(yīng)力：由k1 引起的彎曲應(yīng)力：由t1 引起的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：合成應(yīng)力：結(jié)論： 在工作室中，通過這

36、次比賽，我充分了解了本田125發(fā)動機的構(gòu)造及工作原理，并對當前社會上的汽車發(fā)動機節(jié)能減排技術(shù)有了一個大概的認識。這次發(fā)動機的改裝，我們將發(fā)動機的排量由125ml改裝成70ml，將耗油量降低50%，同時將齒輪箱、磁電機組、機油泵等拆除，減輕了發(fā)動機的整體質(zhì)量30%，進而減少燃油消耗。改裝前首先進行相關(guān)零件的的強度校核，在滿足需求的情況下進行改裝，改裝后的發(fā)動機安裝在設(shè)計的車體上做成樣車，并進行了試跑，試跑成功并且燃油消耗減少證明我們的改裝是成功的。雖然發(fā)動機的改裝滿足了我們最初的設(shè)計要求，齒輪箱的拆除成功的減輕了整體的質(zhì)量，但是還有很多缺點。首先是在設(shè)計的車上沒有安裝差速器，齒輪箱的拆除，對于車輛轉(zhuǎn)彎時會造成較大的摩擦和轉(zhuǎn)彎時平衡掌握不好的弊端。還有就是拆除冷卻系統(tǒng)，發(fā)動機不能長時間運轉(zhuǎn)。這是值得我們思考和研究的的地方。 這次發(fā)動機改裝設(shè)計，是我在老師和學長的的知道下總結(jié)完成的，?？梢酝瓿晌业漠厴I(yè)設(shè)計。通過這次整體的設(shè)計，讓我對大學四年所學的只是得