連續(xù)可變氣門機(jī)構(gòu)的設(shè)計說明書

1、畢業(yè)設(shè)計說明書連續(xù)可變氣門機(jī)構(gòu)的設(shè)計摘要連續(xù)可變氣門技術(shù)可實現(xiàn)氣門的最大升程、氣門開啟持續(xù)角和配氣相位一個或多個參數(shù)的的連續(xù)可變，對發(fā)動機(jī)的節(jié)能減排具有重要意義。這種機(jī)構(gòu)相較于傳統(tǒng)的固定相位的氣門技術(shù)兼顧了發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)型和污染排放的控制。本文介紹了一種連續(xù)可變氣門機(jī)構(gòu)，它可以實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量的控制。這是一種有凸輪軸的電磁液壓式的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可以實現(xiàn)對氣門升程的控制，以控制氣門開閉的間隙。本文主要設(shè)計了該氣門機(jī)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以達(dá)到對氣門升程的控制的目的，氣門、氣門彈簧、凸輪型線等不在本文討論范圍內(nèi)。本文通過對發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計，實現(xiàn)配氣定時的連續(xù)可變，主要工作內(nèi)容包括以下幾個方面：

2、1以氣門升程變化量調(diào)節(jié)和氣門升程變化量保證獨立控制的理論基礎(chǔ)上，通過質(zhì)量守恒定律給出了所設(shè)計機(jī)構(gòu)的尺寸數(shù)據(jù)。2對設(shè)計的氣門機(jī)構(gòu)，按照質(zhì)量守恒定律進(jìn)行可行性分析，驗證機(jī)構(gòu)的功能。通過上述工作，設(shè)計出連續(xù)可變氣門機(jī)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該控制理論提出解決了電液式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)氣門落座速度大、響應(yīng)速度低、電磁閥要求高和能耗高等問題，這對于連續(xù)可變配氣定時有著重大意義，也為發(fā)動機(jī)技術(shù)性能的研究做出了貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：連續(xù)可變氣門定時，氣門升程，液壓系統(tǒng)Design of continuously variable valve mechanismAbstractContinuous variable valve tech

3、nology can realize the biggest lift valve, the valve opening Angle and distribution phase a cargo of multiple parameters of continuous variable，The engine of energy conservation and emissions reduction is of great significance. This mechanism of the valve technology compared to the conventional valv

4、e technology takes into account the engine power, economy and pollution emissions control.In this paper, a continuous variable valve mechanism is introduced, which can realize the control of the engine air intake. This is a cam shaft of the electromagnetic hydraulic type regulator, can achieve the v

5、alve lift to control, to control valve opening and closing the gap. This paper mainly designs the actuator of the valve mechanism,To achieve the purpose of valve lift control. The valve, valve spring, cam profile etc are not discussed in this paper. In this paper, the improvement of the engine valve

6、 mechanism is designed, and the continuous variable of timing of gas distribution is realized, The main contents include the following aspects:First， the size data of the design mechanism are given by the mass conservation law and the change quantity of valve lift and valve lift.Second， to design va

7、lve mechanism, according to the law of mass conservation feasibility analysis, verify the function of mechanism.Through the above work, the actuator of variable valve actuator is designed. The control theory is put forward to solve the electro-hydraulic regulating valve seating velocity, low speed,

8、electromagnetic valve requirements of high energy consumption and high response. This is of great significance for the continuous variable gas timing, and also contributed to the research of engine performance.Keywords: continuous variable valve timing, valve lift, hydraulic system目錄第一章 緒論11.1課題研究的目

9、的和意義11.2可變配氣機(jī)構(gòu)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀21.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀21.2.2國內(nèi)發(fā)展動態(tài)81.3研究內(nèi)容及目標(biāo)91.3.1研究目標(biāo)9第二章 連續(xù)可變配氣調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的組成及工作原理112.1可變氣門升程對發(fā)動機(jī)性能的影響112.2氣門升程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的原理與結(jié)構(gòu)132.3氣門升程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)升程可變的實現(xiàn)142.4該氣門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點152.5本章小結(jié)15第三章 可變配氣調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計163.1液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計163.1.1柱塞的形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計與挺柱的部分形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計163.1.2挺柱套的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計和挺柱剩余部分的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計203.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需液壓油流量及相關(guān)油孔孔徑計算223.2.1挺柱液壓缸

10、流量及相關(guān)油孔孔徑的計算223.2.2挺柱套液壓缸流量及相關(guān)油孔孔徑的計算233.2.3剩余油孔孔徑計算233.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)剩余部件的尺寸計算253.3.1控制塞、控制塞彈簧的計算253.3.2挺柱套彈簧的計算263.3.3控制凸輪的計算263.4液壓泵的選取263.4.1挺柱液壓泵選取273.4.2挺柱套液壓泵選取273.5本章小結(jié)28第四章 全文總結(jié)與展望294.1全文總結(jié)294.2未來展望29參考文獻(xiàn)31致謝33 第頁 共 頁第一章 緒論 1.1課題研究的目的和意義能源與環(huán)境問題是21世紀(jì)全球面臨的重大挑戰(zhàn)。最新公布的數(shù)據(jù)顯示，2008年世界汽車總產(chǎn)量為7310.17萬輛，同比增長5.4%

11、，我國汽車產(chǎn)量為889.24萬輛，同比增長22.0%1。截至2009年8月底，我國機(jī)動車保有量已經(jīng)達(dá)1.8億輛2，其中轎車保有量達(dá)2903萬輛。2008年，我國共生產(chǎn)車用發(fā)動機(jī)約866.68萬臺，包括632.75萬臺汽油機(jī)和233.36萬臺柴油機(jī)，其中汽油機(jī)占73，因此汽油機(jī)仍是車用發(fā)動機(jī)的主要動力來源。美國能源部預(yù)測，2020年以后，全球石油需求與常規(guī)石油供給之間將出現(xiàn)凈缺口，2050年的供需缺口幾乎相當(dāng)于2000年世界石油總產(chǎn)量的兩倍。石油能源的供需矛盾將日益加劇，人們將感受到石油供應(yīng)的日益緊張1。汽車發(fā)展了一百多年的歷史，傳統(tǒng)的活塞式內(nèi)燃機(jī)主要依靠凸輪來驅(qū)動氣門機(jī)構(gòu)，多年的發(fā)展證明，凸輪

12、式的氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)有著它自身的優(yōu)勢，因此，到目前為止，它仍然被廣泛采用在汽車的發(fā)動機(jī)上。但是，隨著能源問題的日益嚴(yán)峻，人們越來越意識到節(jié)約能源與環(huán)境保護(hù)的重要性，人們對汽車的要求也越來越追求低油耗低污染，高效發(fā)動機(jī)的發(fā)展也直接影響著世界的能源與環(huán)境。傳統(tǒng)的凸輪式發(fā)動機(jī)多采用的是固定配氣相位，它是通過多次的試驗，研究不同的配氣相位對發(fā)動機(jī)的影響，然后從中選取一個最佳固定配氣相位可以相對兼顧到各種工況，這樣的配氣相位是一種折中的方案，犧牲了一部分工況的性能因此并不能夠在各種工況下達(dá)到最佳性能。由于固定配氣相位的內(nèi)燃機(jī)的局限性，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的油耗更大，降低了發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，在資源日益匱乏的今日，難以滿足

13、低排放等嚴(yán)峻環(huán)境和能源問題的考驗。連續(xù)可變配氣定時技術(shù)可以在發(fā)動機(jī)整個工作范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下，提供合適的氣門開啟、關(guān)閉時刻或升程，從而改善發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣性能，較好地滿足高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷和小負(fù)荷時的動力性、經(jīng)濟(jì)性、廢氣排放的要求。因此，在國外的各大汽車公司，對此技術(shù)有著較早的研究，目前也形成了相對成熟的技術(shù)，不同種類的成型產(chǎn)品在各種檔次的汽車中均有不錯的表現(xiàn)。對汽油機(jī)而言，利用全可變氣門技術(shù)有以下優(yōu)點：1） 降低排放2） 改善部分負(fù)荷的燃油經(jīng)濟(jì)性103） 改善怠速的穩(wěn)定性和低速時的平穩(wěn)性4） 提高發(fā)動機(jī)的動力性本文的目的是研究一種氣門升程連續(xù)可變的配氣機(jī)構(gòu)，改變氣門機(jī)構(gòu)可以有效地控制氣門

14、開閉的大小，以控制進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸的氣體數(shù)量，從而提高發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)性，改善發(fā)動機(jī)的排放性能。1.2可變配氣機(jī)構(gòu)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀近年來，發(fā)動機(jī)可變氣門正時技術(shù) (VVT，Variable Valve Timing) 被廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)上，發(fā)動機(jī)采用可變氣門正時技術(shù)可以提高進(jìn)氣充量，發(fā)動機(jī)的扭矩和功率可以得到進(jìn)一步的提高。尤其是近年來混合動力汽車的不斷發(fā)展，其也能借著這項技術(shù)更自由地切換動力模式(如停車怠機(jī))，進(jìn)一步降低發(fā)動機(jī)造成的污染。20世紀(jì)90年代開始，國外加大對可變氣門技術(shù)的研究的力度，開發(fā)出了一系列基于凸輪軸的可變氣門機(jī)構(gòu)，并且應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)，其中可變凸輪

15、軸相位機(jī)構(gòu)應(yīng)用最廣。目前國外高級轎車普遍使用電控可變配氣機(jī)構(gòu)，它的功率性, 經(jīng)濟(jì)性、安全性、排放性均達(dá)到歐洲四號標(biāo)準(zhǔn)。3寶馬公司的VANOS與豐田公司的驕傲之作VVT-i 最早解決了這個問題，而最早在可變氣門發(fā)動機(jī)上獲得不錯表現(xiàn)的當(dāng)屬于日本本田公司于 80 年代末推出 VTEC 發(fā)動機(jī)。（1）本田 VTEC 系統(tǒng)4,5本田 VTEC 系統(tǒng)“VTEC”為“Variable Valve Timing and Lift Elec-tronic Control System”的縮寫，中文意思為“可變氣門正時及升程電子控制系統(tǒng)”。VTEC 作為本田公司在1989 年推出的專有技術(shù)，它能隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷

16、及水溫等運行參數(shù)的變化而適當(dāng)?shù)卣{(diào)整配氣正時和氣門升程，使發(fā)動機(jī)低速時發(fā)出大扭矩，在高速時發(fā)出高功率。VTEC系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)有中低速用和高速用2組不同的氣門驅(qū)動凸輪，并可通過電子控制系統(tǒng)的自動操縱，進(jìn)行自動轉(zhuǎn)換。采用 VTEC 系統(tǒng)，保證了發(fā)動機(jī)中低速與高速不同的配氣相位及進(jìn)氣量的要求，使發(fā)動機(jī)無論在何速率運轉(zhuǎn)都達(dá)到動力性、經(jīng)濟(jì)性與低排放的統(tǒng)一和極佳狀態(tài)。整個 VTEC 系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)電子控制單元 (ECU)控制，ECU 接收發(fā)動機(jī)各傳感器 ( 包括水溫、車速、轉(zhuǎn)速及進(jìn)氣壓力等 ) 的參數(shù)，然后處理參數(shù)并輸出控制信號，通過電磁閥來調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)，從而根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速選擇不同的凸輪對氣門進(jìn)行控制，改變氣

17、門開啟的時間和開啟的大小。（2）寶馬 VANOS 系統(tǒng)6 寶馬 VANOS 系統(tǒng)寶馬的 VANOS 系統(tǒng)，即“可變凸輪軸控制系統(tǒng)”（Variable Camshaft Control），是基于一個能夠調(diào)整進(jìn)氣凸輪軸與曲軸相對位置的調(diào)整機(jī)構(gòu)，該技術(shù)首次應(yīng)用于 1992 年 BMW 5 系列搭載的 M50 發(fā)動機(jī)。VANOS 技術(shù)目前的新版本是雙 VANOS，即增加了對排氣凸輪軸的調(diào)整機(jī)構(gòu)。寶馬的 VANOS 系統(tǒng)VANOS 系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板位置來操作進(jìn)氣凸輪軸。圖1-1 寶馬發(fā)動機(jī)可變氣門機(jī)構(gòu)圖在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最低時，進(jìn)氣門將隨后開啟以改善怠速質(zhì)量及平穩(wěn)度。發(fā)動機(jī)處于中等轉(zhuǎn)速時，進(jìn)氣

18、門提前開啟以增大扭矩并允許廢氣在燃燒室中進(jìn)行再循環(huán)從而減少耗油量和廢氣的排放。最后，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速很高時，進(jìn)氣門開啟將再次延遲，從而發(fā)揮出最大功率。（3）豐田 VVT-i 系統(tǒng)7 豐田 VVT-i 系統(tǒng)VVT-i 是豐田獨有的領(lǐng)先發(fā)動機(jī)技術(shù)，過去僅裝備于豐田的進(jìn)口原裝高檔車上。VVT-i 是“VariableValve Timing intelligent”的縮寫，意思是“智能可變配氣正時”。該系統(tǒng)可對氣門正時連續(xù)調(diào)節(jié)，但不能夠改變氣門的升程。它的工作原理是：當(dāng)發(fā)動機(jī)從低速向高速轉(zhuǎn)換時，ECU就自動地將機(jī)油壓向進(jìn)氣凸輪軸驅(qū)動齒輪內(nèi)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)里，使得內(nèi)轉(zhuǎn)子相對于齒輪殼體旋轉(zhuǎn)過一定的角度，使凸輪軸在

19、 60º的范圍內(nèi)向前或向后旋轉(zhuǎn)，從而改變進(jìn)氣門開啟的時刻，從而可以連續(xù)調(diào)節(jié)氣門的正時。圖1-2 VVT-i可變氣門正時示意圖（4）豐田 VVTL-i 技術(shù)從 VVT-i 到 VVTL-i豐田的 VVTL-i 技術(shù) (Variable Valve Timing & LiftIntelligent)，是在原來的 VVT-i 發(fā)動機(jī)上的凸輪軸，多了可以切換大小不同角度的凸輪。同時也利用搖臂機(jī)置來決定是否頂?shù)酱蠼嵌然蛐〗嵌鹊耐馆?，而作到可連續(xù)式地改變發(fā)動機(jī)的正時、重疊時間 ( 重疊相位角 )與兩階段式的升程。VVTL-i 還運用跟 VTEC 一樣的方法來根本解決發(fā)動機(jī)在高轉(zhuǎn)速時所需要

20、更多的氣門重疊時間與氣門的開關(guān)升程深度，而不同的地方在于，搖臂內(nèi)VVTL-i 是借用油壓使一個個銷的移動來決定頂?shù)侥欠N尺寸的凸輪。就是這樣的方式，VVTL-i 結(jié)合了VVT-i 的連續(xù)式可變正時與重疊角，與 VTEC 式的凸輪軸切換，可以說是近似完美式的發(fā)動機(jī)。（5）本田 i-VTEC 系統(tǒng)8 從 VTEC 到 i-VTEC在 VTEC 發(fā)明 12 年后的 2001 年，也就是在豐田公司的 VVTL-i 發(fā)表之后，VTEC 技術(shù)已經(jīng)受到嚴(yán)厲的挑戰(zhàn)，不久，本田公司再次向世界車壇推出了新一代的 VTEC 技術(shù)，名為 i-VTEC 系統(tǒng)所謂 i-VTEC 系統(tǒng)，即在現(xiàn)有 VTEC 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加

21、一個被稱為“可變正時控制”VTC（Variabletiming control）的系統(tǒng)，即 i-VTEC=VTEC+VTC。此時，排氣閥門的正時與開啟的重疊時間是可變的，由 VTC 控制，VTC 機(jī)構(gòu)的導(dǎo)入使發(fā)動機(jī)在大范圍轉(zhuǎn)速內(nèi)都能有合適的配氣相位，使得i-VTEC 也跟 VVTL-i 一樣達(dá)到近似完美的可變氣門發(fā)動機(jī)。典型的VTC 系統(tǒng)由VTC 作動器、VTC 油壓控制閥、各種傳感器以及ECU 組成。VTC 作動器和VTC 油壓控制閥可根據(jù)ECU 的信號產(chǎn)生動作，使進(jìn)氣凸輪軸的相位連續(xù)變化。VTC 令氣門重疊時間更精確，保證進(jìn)、排氣門最佳重疊時間，可將發(fā)動機(jī)功率提高20。 圖1-3 本田i-

22、VTEC系統(tǒng)工作示意圖VTC 機(jī)構(gòu)的導(dǎo)入，使得氣門的配氣相位能夠“智能化”地適應(yīng)發(fā)動機(jī)負(fù)荷的改變。VTC 在發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)過程中配合 VTEC 系統(tǒng)的作用主要運用在 3 個方面。1)最佳怠速 / 稀薄燃燒區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)，VTC 系統(tǒng)停止作用，此時氣門重疊角最小，由于VTEC 的作用，產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流，從而使發(fā)動機(jī)怠速工作穩(wěn)定。2)最佳油耗和排氣控制區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)，VTEC 發(fā)揮作用，產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流，從而使可燃混合氣混合更加均勻，同時 VTC 的作用使氣門重疊角加大，將部分廢氣重新吸入氣缸，起到了 EGR 的作用，以此達(dá)到最佳油耗和排氣控制。3)最佳扭矩控制區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)，通過 VTC的控制，以

23、最適當(dāng)?shù)臍忾T重疊角，同時配合 VTEC 系統(tǒng)的作用，使得發(fā)動機(jī)的輸出扭矩最大限度地提高。另外，i-VTEC 發(fā)動機(jī)采用進(jìn)氣歧管在前，排氣歧管在后的布置。排氣歧管縮短了長度，也就是縮短了與三元催化器之間的距離，使三元催化器更快進(jìn)入適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟?，能有效控制廢氣排放。由于發(fā)動機(jī)啟動后 i-VTEC 系統(tǒng)就進(jìn)入狀態(tài)，不論低轉(zhuǎn)速或者高轉(zhuǎn)速VTC 都在工作，也就消除了原來 VTEC 系統(tǒng)存在的缺陷。綜上所述，由于i-VTEC系統(tǒng)中VTC機(jī)構(gòu)的導(dǎo)入，使得發(fā)動機(jī)的配氣相位能夠柔性地與發(fā)動機(jī)的負(fù)荷相匹配，在發(fā)動機(jī)的任何工況下，都能找到最佳的配氣相位，以最佳的氣門重疊角，實現(xiàn)中低速時低油耗和低排放，高速時高功率

24、和大扭矩，這就像按照人類大腦的要求那樣進(jìn)行控制，因此被形象地稱之為“智能化”VTEC。（6） 寶馬Valvetronic系統(tǒng)9-11從 VANOS 到 Valvetronic是寶馬公司的理想之作，它比 VVTL-i 或 i-VTEC 有更進(jìn)一步的地方：首先，Valvetronic 少了節(jié)氣閥的設(shè)計，使得發(fā)動機(jī)在進(jìn)新鮮空氣時更順暢。它采用電子式的可變電阻，可以根據(jù)踏油門的深淺，經(jīng)過可變電阻來決定進(jìn)氣量。其次，Valvetronic 不但可連續(xù)調(diào)節(jié)氣門的正時，還可對其升程進(jìn)行連續(xù)性微調(diào)，這比 VVTL-i 與 i-VTEC 在升程上是階段式地更進(jìn)一步了。BMW 為此增加了一種額外的偏心軸，凸輪軸可

25、以通過一個額外的搖臂系統(tǒng)來驅(qū)動傳統(tǒng)的氣門搖臂，并且附加偏心軸的相位影響該附加搖臂與氣門搖臂的接觸角度。附加偏心軸的相位是通過一個 ECU 控制下的調(diào)節(jié)裝置來調(diào)整的，從而能夠改變附加搖臂的角度，這樣，對然凸輪的運動沒有改變，蛋傳遞到氣門搖臂上的反應(yīng)就可以根據(jù)角度進(jìn)行調(diào)整，這樣氣門升程也會發(fā)生改變。圖1-4 Valvetronic電子氣門機(jī)構(gòu)總的來說，對于有凸輪軸式的可變氣門系統(tǒng)來說，其通常是通過改變凸輪軸傳動、調(diào)節(jié)搖臂、頂柱或正時皮帶來達(dá)到氣門正時或升程的目的，相對來說實現(xiàn)簡單，技術(shù)較成熟，但存在調(diào)節(jié)范圍有限，氣門運動規(guī)律受到凸輪型線的限制，正時的改變不連續(xù)的缺陷；而由無凸輪軸式的可變氣門系統(tǒng)，

26、其由于取消了凸輪，氣門開啟和關(guān)閉自由且動作迅速，同時其還可以連續(xù)改變氣門正時，但其也存在缺點，最突出的就是難以精確控制，實現(xiàn)成本較高。相信通過發(fā)動機(jī)可變氣門正時技術(shù)的逐漸成熟，將來會有越來越多的高性能發(fā)動機(jī)采用這一技術(shù)，進(jìn)而最終提高動力性和經(jīng)濟(jì)性，降低排放。（7）Ford公司的電液驅(qū)動無彈簧可變配氣機(jī)構(gòu)圖1-5 電液驅(qū)動無彈簧可變配氣機(jī)構(gòu)Ford公司的電液驅(qū)動無彈簧可變配氣機(jī)構(gòu)如圖6所示，該機(jī)構(gòu)可以對氣門正時和氣門升程進(jìn)行連續(xù)可變的控制1。它包括一個高壓油源和一個低壓油源，氣門頂部裝有一個雙面作用的液壓柱塞，柱塞上部的油腔既可以與高壓油源相連通又可以與低壓油源相連通；柱塞下部的油腔一直與高壓油

27、源相連通。柱塞上部的承壓面積明顯大于柱塞下部的承壓面積。當(dāng)氣門開啟時，高壓電磁閥打開，高壓油進(jìn)入柱塞上部油腔。柱塞上下兩承壓面的壓力差使氣門加速向下運動。然后，高壓電磁閥關(guān)閉，柱塞上部承壓面的壓力下降，在柱塞減速下行的同時，推動柱塞下腔的高壓油回到高壓油源，低壓油流經(jīng)低壓檢測閥進(jìn)入柱塞上部的油腔。當(dāng)氣門停止向下運動時，低壓檢測閥關(guān)閉，氣門保持開啟狀態(tài)。氣門關(guān)閉過程與氣門開啟過程類似。低壓電磁閥打開，柱塞上腔壓力降低至低壓油源內(nèi)的壓力，柱塞在上下兩承壓面壓力差的作用下加速上行。然后，低壓電磁閥關(guān)閉，柱塞上腔壓力升高，柱塞減速上行的同時，推動上腔液壓油通過高壓檢測閥回到高壓油源。此時，高壓、低壓電

28、磁閥和高壓、低壓檢測閥都關(guān)閉，柱塞上部油腔的壓力與低壓油源的壓力相等，活塞下部油腔的高壓油使氣門保持關(guān)閉狀態(tài)6。1.2.2國內(nèi)發(fā)展動態(tài)國內(nèi)的各大高校企業(yè)也進(jìn)行了大量的相關(guān)研究，與國外相比，國內(nèi)在可變配氣技術(shù)的研究還較為落后，目前尚未有一款擁有自主產(chǎn)權(quán)的可變配氣機(jī)構(gòu)。12浙江大學(xué)研究了電磁驅(qū)動式配氣機(jī)構(gòu)。上海交通大學(xué)顧宏中教授開發(fā)了顧氏系統(tǒng)，可以同時優(yōu)化進(jìn)排氣門及供油正時，使柴油發(fā)動機(jī)在中、高轉(zhuǎn)速工況時能實現(xiàn)低溫循環(huán)，利用燃燒尾氣的高溫加熱可燃混合氣，這有利于柴油機(jī)正常壓燃，降低了燃油消耗量、廢氣排放等。西安交通大學(xué)柯亞仕從理論上論證了安裝有可變氣門正時機(jī)構(gòu)的發(fā)動機(jī)能夠通過控制氣門正時來調(diào)節(jié)發(fā)動

29、機(jī)負(fù)荷，降低氣缸內(nèi)不正常燃燒的傾向，提高了發(fā)動機(jī)的工作效率。13復(fù)旦大學(xué)在凸輪型線設(shè)計、凸輪靠模、計算機(jī)編程等諸多領(lǐng)域首屈一指。原吉林工業(yè)大學(xué)在多質(zhì)量動力學(xué)研究領(lǐng)域有較好研究成果。上海交大高安津教授使用虛擬樣機(jī)建立配氣機(jī)構(gòu)的模型，并對模型的幾何部件上設(shè)置了驅(qū)動力、部件自身的約束力及部件間載荷力，最終建立了配氣機(jī)構(gòu)的動力學(xué)模型。不過由于沒有考慮到汽缸內(nèi)可燃混合氣燃燒膨脹的氣體力，所以沒能建立起與真實發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)受力情況很相似的理論模型。天津大學(xué)結(jié)合企業(yè)相關(guān)項目“VVT 國產(chǎn)化研究”在可變配氣相位機(jī)構(gòu)的研究取得了突破性的進(jìn)展，主要包括了建立了較為完善的模型，試制了 VVT 機(jī)構(gòu)以及相應(yīng)的檢測設(shè)備

30、。除了研究所和高校以外，國內(nèi)各大企業(yè)對可變配氣技術(shù)的研究通常集中在其機(jī)構(gòu)的具體應(yīng)用和故障維修。長春汽車研究設(shè)計的可變配氣機(jī)構(gòu)裝配了諧波齒輪，當(dāng)諧波齒輪轉(zhuǎn)動時，使曲軸和凸輪軸間產(chǎn)生角度差，實現(xiàn)較小級差的多級調(diào)相，但是由于該機(jī)構(gòu)運轉(zhuǎn)時存在問題無法批量生產(chǎn)并使用。近年來，國內(nèi)的企業(yè)也開始尋求與各大高校的合作，一起研究連續(xù)可變氣門機(jī)構(gòu)，并且在一些發(fā)動機(jī)上也已經(jīng)采用了這些技術(shù)，如長安的VVT發(fā)動機(jī)14和長城的GW4G15發(fā)動15等。1.3研究內(nèi)容及目標(biāo)1.3.1研究目標(biāo)連續(xù)可變氣門機(jī)構(gòu)有多種形式，可以對氣門定時，氣門升程，氣門開啟持續(xù)角產(chǎn)生不同的影響，本課題的目的在于通過熟悉增壓直噴發(fā)動機(jī)工作過程以及配

31、氣機(jī)構(gòu)工作原理，了解可變氣門機(jī)構(gòu)的工作原理設(shè)計一種連續(xù)可變氣門機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)對氣門定時，氣門升程或者氣門開啟持續(xù)角一個或多個的控制。1.3.2研究內(nèi)容本文首先詳細(xì)回顧了連續(xù)可變氣門機(jī)構(gòu)研究設(shè)計的發(fā)展歷史，研究了各種機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點，結(jié)合實際提出了一種提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)氣門升程連續(xù)可變的凸輪驅(qū)動式電控液壓氣門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。（1）分析不同配氣參數(shù)變化對發(fā)動機(jī)性能的影響，得出不同工況下發(fā)動機(jī)對配氣參數(shù)的要求，為設(shè)計機(jī)構(gòu)采用氣門升程連續(xù)可調(diào)的配氣方法提供了理論基礎(chǔ)；（2）通過對配氣相位的研究，設(shè)計可以調(diào)節(jié)氣門升程的可變氣門機(jī)構(gòu)，并做出簡要的介紹；（4）根據(jù)質(zhì)量守恒定律在氣門升程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制模式和工作原理的基礎(chǔ)上對

32、結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行計算，算得各部分的尺寸數(shù)據(jù)，并徐拿去液壓泵，以便滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求；（5）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，利用已經(jīng)得出的結(jié)構(gòu)參數(shù)和液壓泵參數(shù)對設(shè)計機(jī)構(gòu)的設(shè)計要求進(jìn)行驗算，對該機(jī)構(gòu)的可行性進(jìn)行驗證。 第二章 連續(xù)可變配氣調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的組成及工作原理本文在凸輪軸驅(qū)動的前提下，改變了配氣機(jī)構(gòu)的驅(qū)動方式，將傳統(tǒng)的傳動方式調(diào)整為凸輪-液壓挺住-氣門的傳動方式。達(dá)到對氣門升程的調(diào)節(jié)。本畢業(yè)設(shè)計提出了一種基于凸輪軸的氣門升程連續(xù)可變的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。通過電磁閥對油壓的控制，使得配氣機(jī)構(gòu)的工作更加可靠，響應(yīng)速度得到提高，降低了能耗和氣門落座的沖擊。2.1可變氣門升程對發(fā)動機(jī)性能的影響（1）降低能耗在傳統(tǒng)凸輪驅(qū)動的氣門機(jī)構(gòu)

33、中,進(jìn)排氣門升程的選取主要依據(jù)的是發(fā)動機(jī)在高速轉(zhuǎn)動的情況下對空氣量的需求,其實發(fā)動機(jī)在低速時,混合氣所需空氣量減小，小的氣門升程就能夠滿足?？勺儦忾T升程機(jī)構(gòu)中，可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速要求，配合不同的氣門升程。由于氣門機(jī)構(gòu)所消耗的能量跟升程成正比,因此在低轉(zhuǎn)速時降低氣門的升程可降低油耗。（2）加大進(jìn)氣流動速度低轉(zhuǎn)速時降低進(jìn)氣門升程可以增加進(jìn)氣流速,加快燃燒速率,提高怠速穩(wěn)定性。圖2-1是四氣門發(fā)動機(jī)兩個進(jìn)氣門采用不同升程時進(jìn)氣流速的對比曲線圖。由試驗結(jié)果可見,低轉(zhuǎn)速時,進(jìn)氣門升程對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流速影響顯著,采用較小的氣門升程可以提高進(jìn)氣流速。圖2-2給出了2000r/mni和400Or/mni時采用

34、EWC和節(jié)氣門控制技術(shù),不同氣門升程換氣損失的對比曲線圖。從圖中可以看出,在發(fā)動機(jī)不同轉(zhuǎn)速下,對進(jìn)氣門升程進(jìn)行優(yōu)化控制,能降低換氣損失。圖2-1.不同氣門升程進(jìn)氣流速對比圖2-2.不同氣門升程換氣損失對比（3）控制氣體流動在多氣門發(fā)動機(jī)上,分別改變每個氣門的升程,會影響氣體的流動方式。實驗表明,與設(shè)計氣缸蓋相比,不等的氣門升程對進(jìn)氣流動的影響更顯著,在保證良好的燃燒穩(wěn)定性,良好的怠速和低排放的同時,燃油效率可提高3%,甚至更多。關(guān)閉兩個進(jìn)氣門中的一個可以大大縮短燃燒延遲期,加快燃燒速度,特別對于存在高殘余廢氣量和稀燃油混合氣的情況?？s短燃燒延遲期可降低循環(huán)的可變性,加快燃燒有利于提供發(fā)動機(jī)效率

35、。172.2氣門升程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的原理與結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)的示意圖如圖6、圖7所示，以后均在這兩圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行介紹、計算和分析。其中圖7中的油道B、C分別與圖6中的油道B、C相接通，控制閥的泄油道5與油道C處于全時連通狀態(tài)。下面詳細(xì)介紹所設(shè)計機(jī)構(gòu)的設(shè)計過程。圖2-3氣門升程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1基本凸輪；2控制凸輪；3控制塞；4油孔；5泄油孔；6油孔；7進(jìn)油孔；8油孔；9油孔；10控制塞彈簧；11限位滑套；12挺柱套端蓋；13挺柱套彈簧；14挺柱端蓋；15柱塞；16油孔；17挺柱；18油孔；19挺柱套；20氣缸蓋；A、B、C油道；圖2-4控制閥1 電磁閥；2高壓油道；3活塞回位彈簧；4活塞；5泄油道；B、C油道；圖8中

36、的15、17、19共同構(gòu)成了此系統(tǒng)的液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)；圖8中的凸輪2、控制塞3和圖7共同構(gòu)成系統(tǒng)同的控制器組成部分，能夠調(diào)節(jié)17和19 中油壓的改變，從而調(diào)節(jié)氣門的升程，達(dá)到連續(xù)可變。2.3氣門升程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)升程可變的實現(xiàn)1 .氣門升程不調(diào)節(jié)的過程中，由控制塞3和控制凸輪2共同完成對氣門升程的控制。在控制凸輪的基圓段工作時，控制塞使得油道C與泄油孔5接通，而油道A與進(jìn)油孔7關(guān)閉；當(dāng)凸輪1開啟始點工作時，控制塞在控制凸輪的推動下，打開油道A與進(jìn)油孔7連接而關(guān)閉油道C與泄油孔5。這時，油道A內(nèi)的高壓油經(jīng)過進(jìn)油孔7流入挺柱套19內(nèi)，挺柱17升起到限位滑套11處，此時的挺柱套19、挺柱17和柱塞15形成剛性

37、的整體，氣門的升程便又凸輪的型線控制，完成氣門的開啟。當(dāng)凸輪1轉(zhuǎn)到氣門關(guān)閉前的某以角度時，在控制死啊和控制凸輪的作用下，關(guān)閉油道A與進(jìn)油孔7連接而打開油道C與泄油孔5，挺柱套內(nèi)開始泄油，在氣門彈簧的作用下，氣門回坐，同時排出挺柱套內(nèi)的液壓油，完成氣門基本升程的開啟與關(guān)閉。2在氣門升程變化調(diào)節(jié)階段，這個過程主要由控制閥進(jìn)行控制。當(dāng)氣門升程需要調(diào)節(jié)時，在電磁作用下，電磁閥左移，使得2-4中的油道B與泄油道5接通，將挺柱套17內(nèi)腔的液壓油流回油箱，使得柱塞回到初始的固定位置?？刂迫沟猛χ變?nèi)腔與油道C接通，保證挺柱套內(nèi)腔的液壓油自由瀉出?？刂崎y根據(jù)ECU傳來的信號，嚴(yán)格控制油道B的開啟時間。根據(jù)氣

38、門升程的數(shù)值，控制油道B開啟，連接高壓油道2與油道B，使高壓油能夠通過油孔8、9、18進(jìn)入到挺柱17 的內(nèi)腔，推動挺柱17向上移動，之后在達(dá)到一定的升程后關(guān)閉油道B。在之后凸輪進(jìn)入到工作階段，按照過程1完成對氣門開閉的控制，此時挺柱套19、挺柱17和柱塞15形成的剛性整體與升程為調(diào)節(jié)階段相比得到了加長，從而調(diào)節(jié)了氣門升程的變化。 2.4該氣門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是在電液驅(qū)動式可變配氣機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，增加了凸輪軸，在電液驅(qū)動的前提下加入了機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，具有了傳統(tǒng)凸輪式配氣機(jī)構(gòu)和電液驅(qū)動式配氣機(jī)構(gòu)的優(yōu)點，解決了電液驅(qū)動響應(yīng)速度低，能耗高的缺點，同時又能很好的對氣門升程的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。2

39、.5本章小結(jié)本章首先介紹了氣門升程的可變對發(fā)動機(jī)性能的影響，然后對本畢業(yè)設(shè)計所提出的連續(xù)可變氣門液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的原理、結(jié)構(gòu)組成、以及控制機(jī)構(gòu)的原理和組成進(jìn)行了全面的闡述，并且討論了該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點。該系統(tǒng)仍舊依靠凸輪的型線對氣門的配時進(jìn)行控制，加入了液壓系統(tǒng)，配合凸輪對氣門的升程進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過氣門升程的變化，調(diào)節(jié)氣門開閉的大小，進(jìn)而改變在不同工況下混合氣的質(zhì)量。這種機(jī)構(gòu)實現(xiàn)了對氣門升程的連續(xù)怒可變，滿足了發(fā)動機(jī)在不同工況下對空燃比的不同的要求。第三章 可變配氣調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計設(shè)計過程中為了使所設(shè)計出來的機(jī)構(gòu)能夠滿足各個種運行工況的要求，計算過程中采用的數(shù)據(jù)均建立在極限情況下并忽略運動件的自重、摩擦力、

40、慣性力等的作用，液壓油看為理想流體，設(shè)計機(jī)構(gòu)的柱塞與氣門為一剛性整體。設(shè)計原則：應(yīng)所設(shè)計機(jī)構(gòu)實為能夠快速響應(yīng)和伸縮能夠自由控制的液壓缸，其設(shè)計原則與液壓缸的設(shè)計原則相同，主要設(shè)計原則如下13：(1).保證所設(shè)計機(jī)構(gòu)的輸出力、速度和行程等性能能滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求；(2)保證所設(shè)計機(jī)構(gòu)每個零部件都有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐用性；(3)在滿足以上兩個條件的前提下，盡量減少液壓缸的外形尺寸和質(zhì)量；(4)在所設(shè)計機(jī)構(gòu)滿足系統(tǒng)設(shè)計要求下，盡量減少零部件的數(shù)目以簡化結(jié)構(gòu)；(5)盡量避免所設(shè)計機(jī)構(gòu)承受橫向負(fù)載，以免產(chǎn)生縱向彎曲。實現(xiàn)功能：(1)能夠讓氣門最大的變化升程在基本凸輪1最大升程的20%內(nèi)連續(xù)變化；(2)

41、最遲在基本凸輪1需要開啟后10°CA凸輪轉(zhuǎn)角內(nèi)完成挺柱17固定位置的升起；(3)在基本凸輪1轉(zhuǎn)到凸輪關(guān)閉終點前10°CA凸輪轉(zhuǎn)角內(nèi)完成氣門的最終落座過程；(4)在多次基本凸輪1下降段終點前的（100）°CA凸輪轉(zhuǎn)角內(nèi)完成柱塞14固定位置的泄油過程；(5)挺柱17內(nèi)腔的進(jìn)油過程即氣門所需變化升程在基本凸輪1基圓段工作時的40°CA凸輪轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)完成。3.1液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計3.1.1柱塞的形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計與挺柱的部分形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計柱塞15的柱塞桿與氣門桿剛性連接，其主要作用是將配氣系統(tǒng)的運動和力傳遞給氣門，并與挺柱17、油孔18、油孔9、油孔8、油道B以及控制閥

42、組成升程變化的控制系統(tǒng)，控制氣門需要變化的升程。挺柱17實為液壓缸，在計算中為了方便稱其為液壓缸，柱塞15稱為柱塞，稱呼僅在本小結(jié)有效。確定柱塞的外徑(也為液壓缸缸筒內(nèi)徑)D；首先需要根據(jù)負(fù)載的大小來選定工作壓力，求得求得柱塞液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內(nèi)徑，然后按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整得到最終的數(shù)據(jù)。液壓缸的工作負(fù)載是指工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)荷情況下，以一定加速度啟動時對液壓缸產(chǎn)生的總阻力。液壓缸工作負(fù)載的計算公式為13：式中Fe驅(qū)動負(fù)載；Ff摩擦負(fù)載；Fi慣性負(fù)載；Fu粘性負(fù)載；Fs彈性負(fù)載。如上所說，計算中忽略了慣性力、摩擦力等的作用，并采用理想流體，為此液壓缸工作負(fù)載僅為柱塞的驅(qū)動負(fù)載Fe。而

43、液壓缸內(nèi)的進(jìn)油是在基本凸輪1基圓段內(nèi)完成的，只要這一段時間段內(nèi)柱塞不將氣門頂開即可。因此液壓缸的工作負(fù)載就為氣門彈簧的預(yù)緊力，即F=Fe=140.48N。按工作負(fù)載選擇系統(tǒng)的工作壓力P1為0.8MPa（當(dāng)工作負(fù)載F<<5KN時，工作壓力為(0.81MPa）；因氣門導(dǎo)桿在導(dǎo)管中運動時，僅靠配氣機(jī)構(gòu)飛濺出來的機(jī)油進(jìn)行潤滑，容易磨損，設(shè)計時為了機(jī)構(gòu)油孔布置的方便也為了增加導(dǎo)管和氣門桿的潤滑14，將液壓缸泄漏的液壓油經(jīng)油孔16引出進(jìn)行潤滑，為此系統(tǒng)背壓力P2為0.1MPa。工作過程中，液壓缸內(nèi)無桿腔為主工作腔15，所以有即式中主工作腔壓力，MPa，P1=0.8MPa；系統(tǒng)背壓力（回油腔壓力

44、），MPa，P2=0.1MPa；無桿工作腔有效面積，mm²；有桿工作腔有效面積，mm²；D、d液壓缸內(nèi)徑、柱塞桿直徑，mm，當(dāng)5MPa時，d=0.50.55D,計算時取d=0.55D，mm；F液壓缸的最大工作負(fù)載，N,F=140.48N；cm液壓缸機(jī)械效率，一般為0.900.97，計算時取cm=0.90。代入數(shù)據(jù)求得D=16.5012mm，液壓缸要求在基本凸輪1基圓段內(nèi)的進(jìn)油過程中不會因壓力過高而使柱塞將氣門開啟，導(dǎo)致新鮮充量倒流入進(jìn)氣管。因此，所取D值必須小于或等于計算值，并用國家標(biāo)準(zhǔn)圓整，最終取D=16mm；則有柱塞桿外徑d=0.55D=8.8mm，以滿足柱塞桿外徑標(biāo)準(zhǔn)

45、化的要求，并與氣門桿直徑相接近，最終取d=8mm。液壓缸缸筒長度La由液壓缸最大工作行程長度加上各種輔助結(jié)構(gòu)所需長度來決定16，即式中L柱塞的最大工作行程，mm,由本章開頭所說為了提高氣門升程變化的控制精度，減小了凸輪升程，實質(zhì)增加了柱塞和挺柱的行程，為此有最大工作行程為L=0.2hmax+0.5mm=1.98642mm；B柱塞寬度，mm，一般為（0.61.0）D，計算時取B=0.8D=12.8mm；A柱塞桿導(dǎo)向套滑動面長度，mm，在D<80mm時可?。?.61.0）D，計算時取A=0.7D=11.2mm，并用M18的螺紋進(jìn)行密封；M柱塞桿密封長度，由密封方式?jīng)Q定，mm，由于此處對密封無

46、要求，計算時暫取M=5mm；C其他長度，mm，為了讓液壓缸在任何時候泄油時柱塞都能落座到固定位置，即柱塞頂面與挺住底面接觸，取C=20mm，最小導(dǎo)向長度H當(dāng)柱塞桿全部外伸時，從柱塞支承面終點到導(dǎo)向套滑動面終點的距離稱為最小導(dǎo)向長度。如果最小導(dǎo)向長度不足時，可以在柱塞桿上增加一個隔套，其長度為E，并有對于一般液壓缸，其最小導(dǎo)向長度應(yīng)為式中L´液壓缸最大工作行程，mm，L´=0.2hmax+0.5=1.98642mm；代入數(shù)據(jù)可以得到H8.0993mm，取H=9mm。則有E=-2.2mm，說明滿足最小導(dǎo)向長度，無需增加隔套。代入數(shù)據(jù)可得液壓缸缸筒長度La=L+B+A+M+C=1

47、.98642+12.8+11.2+5+20=50.9864mm，圓整最終取La=50mm。液壓缸內(nèi)最大壓力P出現(xiàn)在氣門升程最大處，此時有最大氣門升程h=hmax+0.2hmax+0.5mm=9.41852mm;液壓缸工作負(fù)載式中Fq氣門彈簧預(yù)緊力，N；Fh最大氣門升程時引起氣門彈簧力的變量，N,Fh=17.23h;代入數(shù)據(jù)得F=302.7611N303N；此時，仍有；代入數(shù)據(jù)求解得：P=1.74944MPa1.8MPa,因在一個極限氣門升程內(nèi)完成一個配氣過程，所引起液壓缸內(nèi)最大壓力僅為1.8MPa，暫取液壓缸壁厚=4mm，下面校核一下是否為安全厚度，為了校核方便，假設(shè)液壓缸的材料為35號鋼。查

48、找資料得到35號鋼的抗拉強(qiáng)度b=530MPa。D/=4<10，缸筒壁為厚壁，校核公式為：式中D缸筒內(nèi)徑，mm；Pt缸筒試驗壓力（當(dāng)額定壓力Pn16MPa時，取Pt=1.5Pn，為了保證試驗的可靠性，選取額定壓力為1.8MPa），MPa；缸筒材料的需用應(yīng)力（=/n，n為安全系數(shù)，一般取n=5）13,MPa；代入數(shù)據(jù)有0.1771mm，其值遠(yuǎn)小于4mm，所選壁厚滿足要求。柱塞桿長度Ll其受機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和安裝位置等的影響，可以在一定范圍內(nèi)取值，設(shè)計中暫取Ll=25mm。3.1.2挺柱套的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計和挺柱剩余部分的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計挺柱套19的作用主要是在控制塞3的作用下完成氣門需要變化升程的落座和升起

49、到固定位置的動作。挺柱套19同樣實為液壓缸，在計算中為了方便也稱其為液壓缸，挺柱17則稱為柱塞，稱呼僅在本小結(jié)有效。計算過程與上一小節(jié)的相似，式中字母與上一小節(jié)相同代表意思也相同，為避免重復(fù)介紹，僅介紹新用的字母，具體如下：確定柱塞的外徑(也為液壓缸缸筒內(nèi)的小徑)D為得到缸筒內(nèi)徑D，首先求出液壓缸的工作負(fù)載F=Fe，而此時的工作負(fù)載是建立在基本凸輪1運動到開啟始點后10°CA轉(zhuǎn)角內(nèi)，完成挺柱17固定位置升起的基礎(chǔ)上。這時有式中基本凸輪1開啟始點后10°CA轉(zhuǎn)角時的升程引起氣門彈簧力的變量，N，F(xiàn)；氣門彈簧預(yù)緊力，N，；最大氣門升程變化量加0.5mm引起所引起氣門彈簧力的變量

50、，N，；代入數(shù)據(jù)得到工作負(fù)載，由于此液壓缸內(nèi)腔對進(jìn)油響應(yīng)的高要求，過大的內(nèi)腔會增加進(jìn)油孔和泄油孔的孔徑，孔徑又與工作壓力成反比，為了讓孔徑合適，系統(tǒng)選擇較高的工作壓力，P1為3MPa，因?qū)⒁簤焊仔孤┑囊簤河徒?jīng)油孔16引出進(jìn)行氣門桿和導(dǎo)管的潤滑，液壓缸背壓力P2為0.1MPa，而油道C的背壓力取為0.3MPa（中低壓系統(tǒng)中簡單系統(tǒng)背壓力一般為0.20.5MPa），工作過程中，液壓缸內(nèi)無桿腔為主工作腔，所以有式中D´液壓缸筒內(nèi)的大徑，mm,考慮到挺柱17的外徑已為24mm并且需要在液壓缸內(nèi)安裝限位滑套，取D´=30mm；代入數(shù)據(jù)計算得到液壓缸缸筒內(nèi)的小徑D=10.6596mm，

51、只有采用的直徑大于或等于計算數(shù)值，才能滿足設(shè)計要求，但是一味的增大，需要的液壓泵流量也增加，最終取D=11mm；液壓缸缸筒長度La其計算公式依然為：式中柱塞的最大工作行程L=1.98642mm；柱塞寬度B，因柱塞相對液壓缸的移動距離僅為1.98642mm且運動過程中不能將缸筒上的進(jìn)油孔7和泄油孔5封閉，其取值不按上一小節(jié)給的范圍選取，取B=8mm；柱塞桿導(dǎo)向套滑動面長度應(yīng)按柱塞大徑D´計算，取A=0.6D´=19.2mm并用M33的螺紋密封；柱塞桿密封長度M，由于此處對密封無要求，取M=6mm9；其他長度C，此液壓缸因在同一側(cè)存在有一個進(jìn)油孔和一個出油孔，而且存在限位滑套1

52、1，其他長度C的取值應(yīng)相應(yīng)增加，暫取C=39mm，取液壓缸缸筒內(nèi)小徑為D的深度B"=50.7mm，并取限位滑套11的內(nèi)徑為25mm，外徑為28mm，滑套長度為5mm；最小導(dǎo)向長度H，液壓缸的最大工作行程L´=hmax=7.4321mm，H15.0993mm，取H=16mm。隔套長度E其計算公式依然為：，代入數(shù)據(jù)計算得E=-3.6mm，說明滿足要求，無需增加隔套。因其值較小，直徑為D´柱塞的厚度因其上要加工油孔，其取值仍不按上一小節(jié)給的范圍選取、計算，而根據(jù)需要確定，最終取直徑為D´的柱塞的厚度B´=15mm。代入數(shù)據(jù)可得液壓缸缸筒長度La=10

53、1.98642mm，圓整并最終取La=102mm。液壓缸內(nèi)最大壓力P仍然出現(xiàn)在氣門升程最大處，此時有液壓缸工作負(fù)載等于上一節(jié)所算的工作負(fù)載F=303N；公式仍然成立，代入數(shù)據(jù)可求得最大缸內(nèi)壓力P=4.5090MPa4.6MPa，因其同樣為在一個極限氣門升程內(nèi)完成一個配氣過程，所引起液壓缸內(nèi)最大壓力雖為4.6MPa，但是壓力仍比較小，同樣取液壓缸壁厚=4mm。D´/=8<10，缸筒壁為厚壁，校核公式仍為：式中D´缸筒內(nèi)徑的大徑，mm；因工作過程中引起的液壓缸腔內(nèi)壓力僅為4.6MPa，為此，選取試驗時的額定壓力為4.6MPa，其他數(shù)據(jù)與上一小節(jié)相同。將數(shù)據(jù)代入上式可求得：

54、0.9400mm其值遠(yuǎn)小于4mm，所選壁厚滿足要求，由此可以說明所設(shè)計機(jī)構(gòu)采用4mm的壁厚可以滿足系統(tǒng)要求，因此，設(shè)計中未說明的壁厚均為4mm。3.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需液壓油流量及相關(guān)油孔孔徑計算3.2.1挺柱液壓缸流量及相關(guān)油孔孔徑的計算挺柱17的內(nèi)腔進(jìn)油在基本凸輪1基圓段40°CA轉(zhuǎn)角內(nèi)完成，計算時采用的數(shù)據(jù)為標(biāo)定轉(zhuǎn)速，所需變化升程為氣門需要調(diào)節(jié)變化的最大值，因此有：過程所需時間為；氣門升程最大變化值S=0.2hmax+0.5=1.98642mm=0.198642cm；則挺柱17內(nèi)腔所需流量為式中D挺柱17的缸筒內(nèi)徑，cm,D=1.6cm；代入數(shù)據(jù)求得挺柱17所需流量為；因所需液壓油是

55、經(jīng)油孔18流入的，滿足質(zhì)量守恒定律，則有式中d18油孔18的孔徑，cm；V油孔18內(nèi)液壓油的流速，cm/s，高壓油路中允許流速為（250700）10cm/s,計算時取V=700cm/s；代入數(shù)據(jù)求得d18=7.237mm，并最終取為d18=7.3mm。3.2.2挺柱套液壓缸流量及相關(guān)油孔孔徑的計算挺柱套19的內(nèi)腔進(jìn)油在基本凸輪1開啟始點后15°CA轉(zhuǎn)角內(nèi)完成，計算時采用的數(shù)據(jù)也為標(biāo)定轉(zhuǎn)速，該發(fā)動機(jī)的標(biāo)定轉(zhuǎn)速為6000r/min。氣門升程變化值取最大值，同樣有：過程所需時間為；氣門升程最大變化值S=0.198642cm；挺柱套19內(nèi)腔所需流量為式中僅D不同，其為D挺柱套19缸筒內(nèi)的小徑

56、，cm,D=1.1cm；代入數(shù)據(jù)求得挺柱套19所需流量為挺柱套19內(nèi)腔的進(jìn)油量與進(jìn)油孔7的流量滿足質(zhì)量守恒定律，同樣有式中d7進(jìn)油孔7的孔徑，cm；V油孔7內(nèi)液壓油的流速，cm/s，計算時仍取V=700cm/s；代入數(shù)據(jù)求得d7=9.056mm，由于氣缸蓋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制、冷卻水路的影響，不進(jìn)行圓整，最終取為d7=9.1mm。3.2.3剩余油孔孔徑計算計算前先做一下簡單的油孔位置說明：基本凸輪1基圓段和控制凸輪2的基圓段同時工作時油道C最上部、油孔4的最上部、與油孔5的最上部在同一條直線上，油道A的上部、油孔6的下部以及油孔7的上部在同一條直線上；基本凸輪1基圓段和控制凸輪2的基圓段同時工作時油

57、道B下部、油孔9下部以及氣門所需升程變化為零時油孔18的下部在同一條直線上，油孔8的上部與油孔9的上部在同一條直線上。（1）.泄油孔5孔徑d5泄油孔5的孔徑大小要求能在基本凸輪1轉(zhuǎn)到凸輪關(guān)閉終點與終點前10°CA凸輪轉(zhuǎn)角，這一時間段內(nèi)完成極限條件下，即氣門所需升程變化為最大值，挺柱套19內(nèi)腔液壓油的泄出，保證氣門的最終落座過程。由于其與進(jìn)油過程對稱，只要它的孔徑與進(jìn)油孔7的相同，就能滿足要求，所以泄油孔5的孔徑為d5=d7=13.2mm。（2）.油孔4孔徑d4、油道C孔徑由于油孔4的作用是在控制凸輪2的特殊型線作用下，在基本凸輪1開啟始點工作時或之前完全關(guān)閉泄油孔5，而在關(guān)閉終點前15°CA凸輪轉(zhuǎn)角內(nèi)保證與油孔5完全重合開啟，對此有：式中基本凸輪1關(guān)閉終點前10°CA時凸輪的升程，mm，；代入數(shù)據(jù)有d4=9.3336mm，最終取d4=9.4mm；油孔4對油道C的作用與油孔4對油孔5的相同，具體為在基本凸輪1關(guān)閉終點前10°CA凸輪轉(zhuǎn)角內(nèi)保證泄油孔5通過油孔4與油道C完全重合開啟，只要油道C的孔徑和泄油孔5的相同，就能滿足要求，所以油道C的孔徑為。（3）.油孔6孔徑d6、油道A孔徑dA油孔6的孔徑要求在基本凸輪1開啟始點和之后10°CA凸輪轉(zhuǎn)角內(nèi)保持與進(jìn)油孔7的完全重合，對此有：式中基本凸輪1開啟始前10°