石家莊市中考滿分作文-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)大作業(yè)[1]

1、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程大作業(yè)院 （系） 工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名 高劍 班 級 機(jī)械設(shè)計(jì)094班 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門正時(shí)技術(shù)摘要：目前，汽車工業(yè)的發(fā)展正在面臨著兩個(gè)主要問題能源的枯竭與環(huán)境的污染。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位對其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排氣污染都有重要的影響，在傳統(tǒng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，氣流的速度和進(jìn)排氣門早開遲閉的絕對時(shí)間都發(fā)生了變化，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門開閉由凸輪驅(qū)動(dòng)，進(jìn)、排氣門的早開角、遲閉角固定不變，這實(shí)際上只能使發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速范圍下處于最佳的配氣相位，而在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很低或者很高的時(shí)候，其配氣相位處于不理想的狀態(tài)。在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)，會(huì)因?yàn)闅忾T疊開角比理想值大

2、，使部分新鮮混合氣被廢氣帶走而造成油耗和排污增加；在高轉(zhuǎn)速時(shí)，由于氣門疊開角比理想值小，進(jìn)氣量不足，從而限制發(fā)動(dòng)機(jī)所能達(dá)到的最大功率。為了保護(hù)環(huán)境以及為了人類可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)低能源消耗和低排放污染已成為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向，這就要求發(fā)動(dòng)機(jī)在保證良好動(dòng)力性的同時(shí)，又要降低燃油消耗量，需要某種可變配氣相位機(jī)構(gòu)能使氣門正時(shí)、氣門開啟持續(xù)時(shí)間及氣門升程等參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)隨發(fā)動(dòng)機(jī)的工況變化實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，即配氣相位角也應(yīng)該隨之改變。最佳的配氣相位能使發(fā)動(dòng)機(jī)在很短的換氣時(shí)間內(nèi)充入最多的新鮮空氣（可燃混合氣），并使排氣阻力減小，廢氣殘留量最少，從而獲得更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，更高的扭矩和功率特性，提高汽車怠速穩(wěn)定

3、性和降低排放污染。關(guān)鍵詞： 發(fā)動(dòng)機(jī) 可變配氣相位 內(nèi)燃機(jī)配機(jī)機(jī)構(gòu)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門正時(shí)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢近幾十年來，基于提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和降低排污的要求，許多國家和發(fā)動(dòng)機(jī)廠商、科研機(jī)構(gòu)投入了大量的人力、物力進(jìn)行新技術(shù)的研究與開發(fā)。目前，這些新技術(shù)和新方法，有的已在內(nèi)燃機(jī)上得到應(yīng)用，有些正處于發(fā)展和完善階段，有可能成為未來內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向。發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)向汽缸提供汽油燃燒做功做必須的新鮮空氣，并將燃燒后的廢氣排除出去，這一套動(dòng)作的工作原理可以看做是動(dòng)物呼吸器官的吸氣和呼氣。從工作原理上講，配氣機(jī)構(gòu)的主要功能是按照一定時(shí)限自動(dòng)開啟和關(guān)閉各氣缸的進(jìn)、排氣門，從而使空氣及時(shí)通過進(jìn)

4、氣門向氣缸內(nèi)供給新鮮空氣或者可燃混合氣，并且及時(shí)將燃燒做功后形成的廢氣從排氣門排出，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸換氣補(bǔ)給的整個(gè)過程。 傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)控制進(jìn)氣門和排氣門，這種機(jī)構(gòu)的氣門開啟時(shí)刻、開啟持續(xù)角和氣門升程是固定不變的，配氣正時(shí)已經(jīng)制造安裝完成即為定值，難以滿足汽油機(jī)全工況性能優(yōu)化的需要。不同的發(fā)動(dòng)機(jī)，由于結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速的不同，其配氣定時(shí)也不相同。即使是同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，其配氣定時(shí)也應(yīng)該隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。欲使配氣定時(shí)隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而變化，需采用可變配氣定時(shí)機(jī)構(gòu)。目前，大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)采用不變的配氣定時(shí)，它只適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)某一常用的轉(zhuǎn)速。最有利的配氣定時(shí)需通過反復(fù)試驗(yàn)確定。世界上第一個(gè)申請可變

5、氣門正時(shí)技術(shù)(包括可變氣門升程)專利的汽車制造商是Fiat，在60年代 Giovanni Torazza 開發(fā)了這一系統(tǒng)并申請了專利，專利號是：US Patent 3,641,988。Alfa Romeo Spider 2.0 L 在1980年成為世界上第一個(gè)采用這一技術(shù)的車型。美國通用汽車公司于1975年9月申請了可變氣門升程的專利。Nissan公司是第一個(gè)開發(fā) VVT 技術(shù)的日本公司，它于1986年開發(fā)了 VG30DE(TT) 引擎。本田公司于1987年開發(fā)了 VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) 系統(tǒng)，這是一個(gè)類

6、似于 VVT 但又簡單的系統(tǒng)，它的工作原理是用兩套凸輪系統(tǒng)來操作汽缸氣門 ，即一套用于低轉(zhuǎn)速(低速性能好而高速差)、另一套用于高轉(zhuǎn)速(高速性能好而低速差) ， 由電子控制單元(ECU)來進(jìn)行切換。由於 VTEC 相對於 VVT 系統(tǒng)較為簡陋，而且在當(dāng)前一套凸輪系統(tǒng)完全可以勝任的情況下、采用兩套凸輪系統(tǒng)則顯得有些多余，所以本田的VTEC系統(tǒng)只為少量汽車制造商所采用，但由於無級可變氣門正時(shí)設(shè)計(jì)相對困難，VTEC 系統(tǒng)也不失為一種廉價(jià)的選擇。2001年 BMW 開發(fā)的 Valvetronic 系統(tǒng)，則是世界上第一個(gè)能夠提供連續(xù)氣門正時(shí)及連續(xù)調(diào)節(jié)氣門升程(從 0 10 mm) 的 CVVT (Cont

7、inuous Variable Valve Timing) 系統(tǒng)。大眾汽車可變配氣相位技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)“可變氣門正時(shí)技術(shù)”（Variable Valve Timing）在大眾車系廣泛使用，如寶來、奧迪、帕薩特等。配氣相位角的大小因車而異，總的目的是：利用氣流的慣性和壓差，使進(jìn)氣充分、排氣徹底，提高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。大眾車系可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)VVT原理結(jié)構(gòu)采用雙頂置凸輪軸、4氣門結(jié)構(gòu)。排氣凸輪軸通過正時(shí)齒形皮帶與曲軸相連接，進(jìn)、排氣土林軸之間采用鏈條驅(qū)動(dòng)，鏈條上裝有油壓張緊器。 a)低速時(shí)早開、早關(guān)，重疊角加大；b)高速時(shí)晚開、晚關(guān)，重疊角減小 鏈條式配氣相位工作原理圖可變相位調(diào)節(jié)器是在液壓緊鏈器的基礎(chǔ)上

8、，加裝了用ECU控制的電磁閥，形成了一個(gè)“配氣相位調(diào)節(jié)總成”部件 大眾車系鏈條式配氣相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 鏈條式配氣相位工作原理 1）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于1 300r/min時(shí)，電磁控制閥不通電，進(jìn)氣凸輪軸即反向轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，進(jìn)氣門早開角度變小，進(jìn)、排氣門的重疊角變小，防止發(fā)動(dòng)機(jī)回火，低速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 2）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于1 300r/min時(shí)，電磁控制閥通電，進(jìn)氣門早開角度變大，進(jìn)、排氣門的重疊角變大，廢氣排出率加大，提高了容積效率和轉(zhuǎn)矩值。 3）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于3 600r/min時(shí)，電磁控制閥又?jǐn)嚯?，調(diào)節(jié)工作結(jié)束，進(jìn)氣門又回到不提前的位置，晚開和晚關(guān)角度加大，可利用氣體的慣性能量，提高功率值。 大眾車

9、系可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是只改變進(jìn)氣門開、關(guān)時(shí)間的早晚，配氣相位角值不變（時(shí)間平移即早開、早關(guān)；晚開、晚關(guān)），不改變進(jìn)氣門升程的大小。一 機(jī)械系統(tǒng)的功能及其支承系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)和安全系統(tǒng)進(jìn)行分析在配氣相位的四個(gè)角度中，進(jìn)氣晚關(guān)遲后角，在不同的轉(zhuǎn)速時(shí)對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的好壞影響最大（充氣效率、轉(zhuǎn)矩、功率）。其次為重疊角的大小，影響缸內(nèi)排氣效果好壞或產(chǎn)生回火現(xiàn)象。發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速不是對應(yīng)的，最大轉(zhuǎn)矩是發(fā)生在低速區(qū)，其曲線與充氣效率v 曲線相近似。它由正時(shí)鏈條、鏈輪及可變相位調(diào)節(jié)器和電磁控制閥組成。其調(diào)節(jié)原理如下：（1）驅(qū)動(dòng)端（固定端）是排氣凸輪軸，在正時(shí)皮帶的驅(qū)動(dòng)下順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，

10、不可能逆轉(zhuǎn)，相對進(jìn)氣凸輪軸而言為“固定端”。它拉動(dòng)進(jìn)氣凸輪軸也順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)氣門開閉。（2）自由端（浮動(dòng)端）為進(jìn)氣凸輪軸，它不僅在排氣凸輪軸的鏈條拉動(dòng)下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，也可在可變配氣正時(shí)調(diào)節(jié)器上下伸長時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角（拉、壓合力）。（3）如（A）圖所示，調(diào)節(jié)器弧形滑板下降，鏈條下降，拉動(dòng)進(jìn)氣凸輪軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角。進(jìn)氣門即早開、早關(guān)，使重疊角加大，排氣效果改善，容積效率提高，為低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩工作段。（4）如（B）圖所示，調(diào)節(jié)器弧形滑板上升，鏈條上升，拉動(dòng)進(jìn)氣凸輪軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角，進(jìn)氣門即晚開、晚關(guān)，充分利用流體慣性，提高充氣效率，為高轉(zhuǎn)速、大功率工作段。（5）曲軸相位角的調(diào)節(jié)范圍為20°

11、;30°，只是早開、晚關(guān)的時(shí)間變了，配氣相位角不變（時(shí)間平移），氣門升程不變，但進(jìn)、排氣重疊角變了（它的大小影響廢氣排出量和回火）。（6）調(diào)節(jié)開始點(diǎn)多為1300r/min， 低速時(shí)氣流慣性小，進(jìn)氣門早開、早關(guān)，為大轉(zhuǎn)矩區(qū)段，適于一般行駛工況；高速時(shí)氣流慣性大，進(jìn)氣門晚開、晚關(guān)，為大功率區(qū)段，適于高速行駛工況。（7）電腦ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號SP，通過電磁控制閥上的滑閥，使?jié)櫥到y(tǒng)的主油道油壓，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器中的控制活塞動(dòng)作，使弧形滑板分別上升或下降，進(jìn)氣凸輪軸即轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角，改變了氣門的開閉時(shí)間。進(jìn)氣門開、關(guān)時(shí)刻：（1）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低時(shí)，進(jìn)氣管內(nèi)混合氣隨活塞運(yùn)動(dòng)，空氣流速慢。進(jìn)氣門應(yīng)提前關(guān)

12、閉，以避免混合氣回流進(jìn)氣管。發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，進(jìn)氣門應(yīng)提前關(guān)閉，進(jìn)氣凸輪軸相位應(yīng)提前調(diào)整。（2） 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，進(jìn)氣管內(nèi)氣流快，活塞在向上運(yùn)動(dòng)過程中，混合氣應(yīng)可繼續(xù)涌入氣缸，為增加混合氣量，進(jìn)氣門延遲關(guān)閉。扭矩調(diào)整凸輪軸調(diào)整器向下拉長，于是鏈條上部變短，下部變長。因?yàn)榕艢馔馆嗇S被齒形帶固定了，此時(shí)排氣凸輪軸不能被轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)氣凸輪軸被轉(zhuǎn)一個(gè)角度，進(jìn)氣門提前關(guān)閉。在這個(gè)位置時(shí)，在中、低轉(zhuǎn)速，可獲得大扭矩輸出。凸輪軸調(diào)整器進(jìn)氣凸輪軸排氣凸輪軸二 對產(chǎn)品進(jìn)行總體評價(jià)，提出自己的改進(jìn)方案優(yōu)點(diǎn)：1.節(jié)省燃油；2.降低排放污染；缺點(diǎn)：1.制造工藝復(fù)雜；2.對材料要求高；3.對控制機(jī)構(gòu)精度要求較高。活塞從上止點(diǎn)移

13、到下止點(diǎn)的進(jìn)氣過程中，進(jìn)氣門會(huì)提前開啟（開啟角度為）和延遲關(guān)閉（開啟角度為）；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)做功完畢后，活塞從下止點(diǎn)移到上止點(diǎn)的排氣過程中，排氣門會(huì)提前開啟（開啟角度為）和延遲關(guān)閉（開啟角度為）。這樣，必然會(huì)出現(xiàn)進(jìn)、排氣門同時(shí)開啟的時(shí)刻，即氣門重疊階段，有可能會(huì)造成廢氣倒流，為了消除這一缺陷，采用了“可變式”的氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)?？勺兪綒忾T驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)就是在發(fā)動(dòng)機(jī)低速工作時(shí)減少氣門行程，而在發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)增大氣門行程，改變氣門重疊階段的時(shí)間，使發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)能提供強(qiáng)大的功率，在低轉(zhuǎn)速時(shí)又能產(chǎn)生足夠的扭矩，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。即氣門可變驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能根據(jù)汽車的運(yùn)行狀況，隨時(shí)改變配氣相位，改變氣門升程或氣門開啟

14、的持續(xù)時(shí)間。三 個(gè)人對于可變正時(shí)系統(tǒng)改進(jìn)建議：利用電磁閥進(jìn)行驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)配氣機(jī)構(gòu)的最大可能的多自由度的可變，這種系統(tǒng)能對氣門開啟角實(shí)現(xiàn)各種角度的可變，但從成本方面來說，可能還不能完全取代現(xiàn)行的可變配氣機(jī)構(gòu)。無凸輪驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)可分為電磁驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)、電液驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)、電氣驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)以及其他驅(qū)動(dòng)方式的可變配氣相位機(jī)構(gòu)。電磁驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)是利用電磁鐵產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng)氣門；電液驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)是利用一種壓縮性較小流體的彈性特征對氣門的開啟和關(guān)閉起加速和減速的作用，對內(nèi)燃機(jī)氣門正時(shí)、氣門升程和氣門運(yùn)動(dòng)速度提供了連續(xù)的可變控制；電氣驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)與前者的工作原理相似，只不過所用的介質(zhì)是空氣。在未來的發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)過程中，無凸輪軸可變氣門正時(shí)技術(shù)將成為研究與應(yīng)用的主流，它將集成在ECU中，高效可靠地發(fā)揮提高發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和扭矩、降低排放和燃油消耗的雙重作用。四 結(jié)束語： 我們所熟悉的可變氣門正時(shí)技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)得到了普遍運(yùn)用，各個(gè)廠商叫法不同但是技術(shù)上大同小異。不過，可變氣門升程技術(shù)則還是少數(shù)