最新可變氣門(mén)升程技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、最新可變氣門(mén)升程技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展摘要日產(chǎn)汽車(chē)公司已經(jīng)研發(fā)了一種緊湊、簡(jiǎn)單的新式可變氣門(mén)執(zhí)行器系統(tǒng)即可變氣門(mén)升程,它能夠在較大范圍內(nèi)改變進(jìn)氣門(mén)升程和氣門(mén)動(dòng)作,并把它用在最新的3.7L,V6發(fā)動(dòng)機(jī)上。這個(gè)系統(tǒng)和可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)(或一個(gè)凸輪)結(jié)合可以充分地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能屬性,即燃油經(jīng)濟(jì)性,廢氣排放和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率,因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)可以自由地控制所有進(jìn)氣氣門(mén)升程,進(jìn)氣氣門(mén)與排氣氣門(mén)間的氣門(mén)動(dòng)作持續(xù)角度和相位。本文將描述可變氣門(mén)升程技術(shù)系統(tǒng)的大致輪廓,系統(tǒng)操作的原理和它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。引言因?yàn)榻鼛啄昴耆虻牡哪抗馊械降搅谁h(huán)境境問(wèn)題上上,所以以減輕環(huán)環(huán)境壓力力比如降降低燃油油消耗和和廢氣排排放,已已

2、經(jīng)成為為所有汽汽車(chē)廠商商的重要要挑戰(zhàn)。另一方面,加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)性能可以提高汽車(chē)的吸引力,驅(qū)動(dòng)性能仍然是許多消費(fèi)者的一個(gè)強(qiáng)烈要求。能夠同時(shí)減減少環(huán)境境污染和和提高驅(qū)驅(qū)動(dòng)性能能的技術(shù)術(shù)是可變變氣門(mén)系系統(tǒng),它它能夠控控制進(jìn)氣氣和排氣氣的正時(shí)時(shí)與升程程。在119866年,日日產(chǎn)汽車(chē)車(chē)是第一一個(gè)采用用液壓可可變氣門(mén)門(mén)正時(shí)控控制系統(tǒng)統(tǒng)的日本本車(chē)。從從那以后后,日產(chǎn)產(chǎn)還采用用了凸輪輪轉(zhuǎn)換可可變氣門(mén)門(mén)升程與與正時(shí)系系統(tǒng),電電磁式可可變正時(shí)時(shí)控制來(lái)來(lái)提高氣氣門(mén)控制制技術(shù)。在本文中,新式可變氣門(mén)執(zhí)行器系統(tǒng)稱(chēng)作可變氣門(mén)升程技術(shù),它的機(jī)械裝置可以不斷地在大范圍內(nèi)控制進(jìn)氣氣門(mén)的氣門(mén)升程和動(dòng)作。日產(chǎn)把這個(gè)機(jī)械裝置和可變正時(shí)控制

3、結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)氣門(mén)正時(shí)和升程的優(yōu)化,氣門(mén)正時(shí)和升程可以控制氣門(mén)動(dòng)作角度、氣門(mén)相位,因此極大地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)性能屬性。本文表述了了可變氣氣門(mén)升程程技術(shù)系系統(tǒng)的大大致輪廓廓,系統(tǒng)統(tǒng)操作的的原理和和這個(gè)系系統(tǒng)對(duì)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)性性能屬性性的影響響??勺儦忾T(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)和和運(yùn)作原原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 可變氣氣門(mén)升程程技術(shù)系系統(tǒng)安裝裝在傳統(tǒng)統(tǒng)的凸輪輪軸上。圖1和圖2給出了可變氣門(mén)升程技術(shù)系統(tǒng)連接部分的基本組件的基本結(jié)構(gòu)和外形。 圖1 可變變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)的的基本結(jié)結(jié)構(gòu) 圖2 可變變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)連連接部分分的外形形這個(gè)機(jī)構(gòu)包包括兩個(gè)個(gè)子系統(tǒng)統(tǒng):機(jī)械械氣門(mén)裝裝置系統(tǒng)統(tǒng)-管理理氣門(mén)打打開(kāi)和氣氣門(mén)關(guān)閉閉

4、;氣門(mén)門(mén)執(zhí)行器器系統(tǒng)-可以以根據(jù)控控制要求求,通過(guò)過(guò)控制氣氣門(mén)結(jié)構(gòu)構(gòu)的多連連桿式機(jī)機(jī)構(gòu)來(lái)改改變氣門(mén)門(mén)升程和和氣門(mén)動(dòng)動(dòng)作角度度。機(jī)理和工作作原理機(jī)械式氣門(mén)門(mén)裝置系系統(tǒng)(工工作原理理)可變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)可可以通過(guò)過(guò)轉(zhuǎn)化驅(qū)驅(qū)動(dòng)軸的的旋轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)來(lái)打打開(kāi)和關(guān)關(guān)閉進(jìn)氣氣門(mén),這這個(gè)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)來(lái)自于曲曲柄軸,然然后通過(guò)過(guò)多連桿桿式機(jī)構(gòu)構(gòu)轉(zhuǎn)化為為輸出軸軸的擺動(dòng)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。相當(dāng)于傳統(tǒng)的凸輪軸,驅(qū)動(dòng)軸是固定的,驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速是曲柄軸轉(zhuǎn)速的一半。本系統(tǒng)在驅(qū)驅(qū)動(dòng)軸上上面安裝裝了控制制軸,控控制軸和和控制凸凸輪(電電磁控制制凸輪)相相匹配作作為一個(gè)個(gè)集成單單元,搖搖臂把控控制凸輪輪中部作為為它的支支點(diǎn)并擺擺動(dòng)。輸輸入凸

5、輪輪和搖臂臂末端通通過(guò)A連接在一一起,把把旋轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化化為擺動(dòng)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。搖臂的另一端和輸出凸輪通過(guò)B連接在一起,啟動(dòng)(擺動(dòng))輸出凸輪。輸出凸輪在在驅(qū)動(dòng)軸軸中部時(shí)時(shí)發(fā)生振振動(dòng),把把每個(gè)氣氣門(mén)挺桿桿向下推推。這里的特征征是輸入入凸輪的的所有部部件通過(guò)過(guò)機(jī)械連連接與輸輸出凸輪輪連接,產(chǎn)產(chǎn)生了驅(qū)驅(qū)動(dòng)力。因因此,機(jī)機(jī)械裝置置不需要要一個(gè)反反力,正正常情況況下可以以通過(guò)采采用一個(gè)個(gè)復(fù)位彈彈簧實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)系系統(tǒng)(變變化原理理)執(zhí)行結(jié)構(gòu)系系統(tǒng)由一一個(gè)連接接結(jié)構(gòu),一一個(gè)還原原機(jī)構(gòu),一一個(gè)直流流電機(jī)和和一個(gè)位位置傳感感器(旋旋轉(zhuǎn)角度度傳感器器)組成成。發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)控制制模塊(ECM)和可變氣門(mén)升程技術(shù)系統(tǒng)的電磁控

6、制單元(VVEL-ECU)控制氣門(mén)升程和氣門(mén)動(dòng)作角度??勺儦忾T(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)的的電磁控控制單元元包括操操作及設(shè)設(shè)備激勵(lì)勵(lì)電路,根根據(jù)來(lái)自自發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)控制模模型的目目標(biāo)角度度指令和和傳感器器發(fā)送的的測(cè)量角角度值來(lái)來(lái)驅(qū)動(dòng)直流流電動(dòng)機(jī)。計(jì)算算結(jié)果把把驅(qū)動(dòng)電電流傳給給直流電電動(dòng)機(jī)。直直流電動(dòng)動(dòng)機(jī)通過(guò)過(guò)還原機(jī)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)偏心凸凸輪,從從而改變變氣門(mén)升升程和氣氣門(mén)動(dòng)作作。直流電動(dòng)機(jī)機(jī)還原機(jī)機(jī)構(gòu)采用用了一個(gè)個(gè)滾珠螺螺釘,它它對(duì)于機(jī)機(jī)構(gòu)的耐耐久性和和機(jī)械效效率方面面有自己己的優(yōu)勢(shì)勢(shì)。此外外,執(zhí)行行機(jī)構(gòu)系系統(tǒng)結(jié)合合一個(gè)傳傳感器可可以探測(cè)測(cè)偏心凸凸輪的旋旋轉(zhuǎn)角度度,從而而實(shí)現(xiàn)了了高效率率和小型型機(jī)構(gòu),它它們可以以很

7、容易易的裝入入小型汽汽車(chē)中。圖3顯示了了這個(gè)系系統(tǒng)怎樣樣通過(guò)改改變連接接機(jī)構(gòu)姿姿勢(shì)來(lái)改改變氣門(mén)門(mén)升程。圖圖3-(1)給出出了最大大氣門(mén)升升程狀態(tài)態(tài)。搖臂臂的支點(diǎn)點(diǎn)通過(guò)確確定偏心心凸輪位位置已經(jīng)經(jīng)快速向向驅(qū)動(dòng)軸軸方向移移動(dòng)。結(jié)結(jié)果,連連接機(jī)構(gòu)構(gòu)的整個(gè)個(gè)姿勢(shì)都都已經(jīng)改改變了,允允許輸出出凸輪在在一個(gè)大大角度內(nèi)內(nèi)擺動(dòng),因因此產(chǎn)生生了一個(gè)個(gè)較大的的氣門(mén)升升程。圖3-(22)顯示示了最小小氣門(mén)狀狀態(tài)。與與最大氣氣門(mén)升程程狀態(tài)相相反的是是搖臂支支點(diǎn)已經(jīng)經(jīng)被驅(qū)動(dòng)動(dòng)軸控制制,縮小小了輸出出凸輪的的擺動(dòng)角角。結(jié)果果,擺動(dòng)動(dòng)凸輪和和氣門(mén)挺挺桿間的的間隙縮縮短,因因此產(chǎn)生生了較小小的氣門(mén)門(mén)升程。 圖3 輸輸出凸輪輪

8、和氣門(mén)門(mén)升程的的擺動(dòng)位位置間的的關(guān)系圖4給出了了氣門(mén)動(dòng)動(dòng)作角度度和氣門(mén)門(mén)升程對(duì)對(duì)控制曲曲軸角度度的各自自敏感性性。正如如圖所示示,這些些敏感性性在小氣氣門(mén)升程程和氣門(mén)門(mén)動(dòng)作角角度區(qū)域域是呈線線性關(guān)系系的,需需要這些些區(qū)域具具有良好好的控制制,從而而提供舒舒適的控控制特性性。 圖4 氣門(mén)動(dòng)動(dòng)作角度度、氣門(mén)門(mén)升程和和控制軸軸角度的的關(guān)系系統(tǒng)控制隨著可變氣氣門(mén)升程程技術(shù)系系統(tǒng)硬件件的發(fā)展展,技術(shù)術(shù)的發(fā)展展也需要要一個(gè)驅(qū)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng),它在在可變氣氣門(mén)升程程技術(shù)系系統(tǒng)中可可以精確確地提供供所需的的氣門(mén)升升程和正正時(shí)。因因此,我我們已經(jīng)經(jīng)開(kāi)發(fā)了了一種系系統(tǒng),這這個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)和其它它功能結(jié)結(jié)合起來(lái)來(lái)可以控控制可變

9、變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)。可變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)的的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)控制單單元通過(guò)過(guò)一個(gè)高高速局域域網(wǎng)通信信總線與與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)控制管管理系統(tǒng)統(tǒng)相連,還還有一個(gè)個(gè)可以精精確地驅(qū)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行行機(jī)構(gòu)系系統(tǒng)的閉閉環(huán)控制制,精確確值是由由發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)控制管管理系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)算得得到。這這樣就能能夠采用用基于模模型控制制、成熟熟反饋概概念和傳傳統(tǒng)反饋饋控制相相結(jié)合的的方法。所以,此系統(tǒng)在低能量消耗條件下,可以高度精確地連續(xù)控制氣門(mén)升程和氣門(mén)動(dòng)作角度。發(fā)動(dòng)機(jī)控制制管理系系統(tǒng)主要要負(fù)責(zé)計(jì)計(jì)算目標(biāo)標(biāo)值。這這是因?yàn)闉榭勺儦鈿忾T(mén)升程程技術(shù)系系統(tǒng)需要要計(jì)算氣氣門(mén)升程程和正時(shí)時(shí)的目標(biāo)標(biāo)值,從從而對(duì)每每一個(gè)變變化的操操作要求求和環(huán)境境要求做做出

10、反應(yīng)應(yīng),與其其它執(zhí)行行結(jié)構(gòu)結(jié)結(jié)合可以以實(shí)現(xiàn)優(yōu)優(yōu)化發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)操作作。圖5給出了了上面提提到的控控制邏輯輯的框圖圖,這些些框圖結(jié)結(jié)合在一一起可以以控制三三種不同同的執(zhí)行行機(jī)構(gòu)節(jié)流閥閥,可變變正時(shí)控控制,可可變氣門(mén)門(mén)升程技技術(shù)。因此,這這個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)可以根根據(jù)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)操作作和環(huán)境境條件,控控制氣體體從進(jìn)氣氣門(mén)流入入氣缸,從從而在任任何條件件下都可可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)高精度度和響應(yīng)應(yīng)扭矩控控制。同同時(shí),這這個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)可以滿滿足排放放降低和和燃油消消耗降低低的嚴(yán)格格要求。圖5 可可變正時(shí)時(shí)控制可變氣氣門(mén)升程程技術(shù)聯(lián)聯(lián)合控制制的框架架 此外外,這個(gè)個(gè)系統(tǒng)還還帶有一一個(gè)檢測(cè)測(cè)系統(tǒng)-用來(lái)來(lái)檢測(cè)上上述提高高的復(fù)雜雜機(jī)構(gòu)是是否總在

11、在正常狀狀態(tài)下工工作;一一個(gè)便攜攜式診斷斷系統(tǒng)當(dāng)汽車(chē)車(chē)出現(xiàn)不不正常時(shí)時(shí)采用合合適的方方法警示示駕駛員員,因此此,保證證了系統(tǒng)統(tǒng)的可靠靠性??勺儦忾T(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)的的特征系統(tǒng)硬件的的選擇 可變變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)的的發(fā)展原原理是不不斷地改改變氣門(mén)門(mén)升程和和氣門(mén)動(dòng)動(dòng)作角度度,注意意以下的的幾條可可以從氣氣門(mén)動(dòng)作作可變性性中得出出最大效效益。 簡(jiǎn)單單結(jié)構(gòu)帶有很很少部件件 舒適適汽車(chē)安安裝的緊緊湊性 高發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的操操作可靠靠性和功功能性 對(duì)改改變氣門(mén)門(mén)升程和和正時(shí)的的高響應(yīng)應(yīng) 改變變氣門(mén)升升程和正正時(shí)的低低能量消消耗 根據(jù)據(jù)測(cè)試就就可以實(shí)實(shí)現(xiàn)這些些事項(xiàng),這這個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)采用的的結(jié)構(gòu)具具有以下下特

12、征??勺儦忾T(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)的的特征采用擺動(dòng)凸凸輪和多多連桿式式機(jī)構(gòu) 氣門(mén)門(mén)裝置機(jī)機(jī)構(gòu)采用用了一個(gè)個(gè)強(qiáng)制驅(qū)驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)動(dòng)凸輪和和多連桿桿。如前前面所述述,它不不需要一一個(gè)復(fù)位位彈簧,它它可以減減少機(jī)械械摩擦,可可以在大大范圍內(nèi)內(nèi)最優(yōu)地地改變氣氣門(mén)升程程,同時(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)了了與可變變氣門(mén)升升程機(jī)構(gòu)構(gòu)的簡(jiǎn)單單結(jié)構(gòu)的的結(jié)合。下面將介紹系統(tǒng)的功能特征。(1)氣門(mén)門(mén)升程的的變化范范圍 圖66給出了了氣門(mén)升升程的特特性,氣氣門(mén)加速速和可變變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)的的輸出凸凸輪上的的擺動(dòng)角角度。 氣門(mén)門(mén)升程(氣氣門(mén)動(dòng)作作角度)可可以在最最小值為為0.77mm(1000曲軸軸轉(zhuǎn)角)到最大值為12.5mm(292曲軸轉(zhuǎn)角)

13、范圍內(nèi)連續(xù)的變化。氣門(mén)升程曲線圖包括了擺動(dòng)凸輪輪廓和擺動(dòng)頻率,它們因構(gòu)件性能不同而存在差別。對(duì)它們進(jìn)行優(yōu)化,同時(shí)采用高的正加速度和適當(dāng)?shù)臏p加速度特性,可以使它們產(chǎn)生一個(gè)較大的氣門(mén)升程, 從而改善了氣門(mén)運(yùn)動(dòng)性能。 此外外,在氣氣門(mén)打開(kāi)開(kāi)和關(guān)閉閉時(shí),對(duì)對(duì)連接構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行行優(yōu)化可可以改變變輸出凸凸輪的擺擺動(dòng)角速速度,這這樣氣門(mén)門(mén)升程曲曲線變小小,從而而可以使使氣門(mén)升升程穩(wěn)定定,氣門(mén)門(mén)速率變變化減小小,這是是它的顯顯著特征征,使氣氣門(mén)噪聲聲降低。 這些些特征可可以使系系統(tǒng)更加加平穩(wěn)地地工作,確確保了氣氣門(mén)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的穩(wěn)定定性,但但是對(duì)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)沒(méi)有帶來(lái)來(lái)任何有有害異常常,比如如在整個(gè)個(gè)工作速速度范圍圍內(nèi)氣門(mén)

14、門(mén)跳出。 圖6 氣門(mén)升升程,氣氣門(mén)加速速和擺動(dòng)動(dòng)角的特特性(2)緊湊湊的、簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的結(jié)結(jié)構(gòu)采用連接機(jī)機(jī)構(gòu)可以以設(shè)置輸輸入凸輪輪和輸出出凸輪在在同一個(gè)個(gè)軸上的的位置,可可變氣門(mén)門(mén)升程技技術(shù)提供供了一個(gè)個(gè)較短的的高度,與市場(chǎng)上相似功能的機(jī)構(gòu)相比,此連接機(jī)構(gòu)對(duì)于汽車(chē)裝飾更重要。此外,這個(gè)個(gè)系統(tǒng)的的機(jī)構(gòu)采采用無(wú)復(fù)復(fù)位彈簧簧的低負(fù)負(fù)荷設(shè)計(jì)計(jì),進(jìn)行行了特別別的表面面處理,比比如滲氮氮法和在在擺動(dòng)、滑滑動(dòng)部件件上進(jìn)行行鎢-碳涂層層,可變變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)不需要要任何滾滾柱軸承承,與相相似功能能的部件件相比減減少了一一半,從從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)構(gòu)的簡(jiǎn)單單化。膨脹閥升程程在高速速/大動(dòng)作作時(shí)的操操作 在發(fā)動(dòng)機(jī)高高速運(yùn)

15、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時(shí),全全負(fù)荷性性能要求求較高的的氣門(mén)升升程。在傳統(tǒng)統(tǒng)直接上上凸輪氣氣門(mén)裝置置具有較較大氣門(mén)門(mén)升程情情況下,氣氣門(mén)挺桿桿需要一一個(gè)較大大的外直直徑,因因?yàn)闅忾T(mén)門(mén)升程越越大,氣氣門(mén)挺桿桿頂端的的鏈接區(qū)區(qū)域越大大。傳統(tǒng)統(tǒng)凸輪系系統(tǒng)的氣氣門(mén)挺桿桿頂端的的滑動(dòng)決決定了挺挺桿的最最小外直直徑,它它在可變變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)中可以以不用抵抵消驅(qū)動(dòng)動(dòng)軸的作作用力,只只是擺動(dòng)動(dòng)凸輪系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)的一半半,如圖圖7所示。雖然挺桿越越大,抵抵消力越越大,但但是允許許氣門(mén)升升程有一一個(gè)過(guò)渡渡位移,提提高了擺擺動(dòng)輸入入力,如如圖8所示。因因此,采采用一個(gè)個(gè)從氣門(mén)門(mén)中央22mm的的驅(qū)動(dòng)軸軸位移和和修正凸凸輪輪廓廓可以實(shí)實(shí)

16、現(xiàn)氣門(mén)門(mén)升程極極大地提提高,同同時(shí)在裝裝配時(shí)使使氣缸蓋蓋在橫向向方面具具有優(yōu)勢(shì)勢(shì)。 圖7 驅(qū)驅(qū)動(dòng)軸和和氣門(mén)挺挺桿間的的空隙 圖8 氣門(mén)門(mén)升程特特性的變變化在低氣門(mén)升升程時(shí)改改善循環(huán)環(huán)氣缸的的分布傳統(tǒng)凸輪系系統(tǒng)具有有低水平平的循環(huán)環(huán)氣缸氣氣門(mén)升程程分布。然然而,在在可變氣氣門(mén)升程程技術(shù)系系統(tǒng)中甚甚至氣門(mén)門(mén)升程的的一個(gè)小小循環(huán)氣氣缸分布布都能對(duì)對(duì)不同氣氣缸的進(jìn)進(jìn)氣流產(chǎn)產(chǎn)生重要要影響,特特別是在在小氣門(mén)門(mén)升程的的情況下下。因此此,精確確地控制制氣門(mén)升升程對(duì)于于減少分分布是必必要的??刂茪忾T(mén)升升程分散散的傳統(tǒng)統(tǒng)方法包包括降低低機(jī)械部部件的公公差,通通過(guò)組件件分級(jí)或或者在流流水線上上采用選選擇墊片片來(lái)進(jìn)

17、行行構(gòu)件的的選擇性性匹配。在裝配中使用其中任何一個(gè)傳統(tǒng)的方法都可能降低生產(chǎn)率??勺儦忾T(mén)升程技術(shù)系統(tǒng)可以代替這些方法,因?yàn)榭勺儦忾T(mén)升程技術(shù)系統(tǒng)可以把調(diào)整螺釘嵌入連桿機(jī)構(gòu)中,然后利用多連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)改變氣門(mén)升程。這種方法可以調(diào)整連桿支點(diǎn)的位置,確定精確的、舒適的調(diào)整程序。通過(guò)調(diào)節(jié)螺螺栓調(diào)整整螺栓和和構(gòu)件BB頂點(diǎn)的的位置,然然后在構(gòu)構(gòu)件的另另一端采采用防松松螺栓進(jìn)進(jìn)行微小小調(diào)整,因因?yàn)檫@種種方法改改變了搖搖臂和擺擺動(dòng)凸輪輪之間的的連接長(zhǎng)長(zhǎng)度,因因此改變變了能夠夠抵消搖搖臂擺動(dòng)動(dòng)角度的的擺動(dòng)凸凸輪的數(shù)數(shù)量,如如圖9所示。 圖9 調(diào)整整氣門(mén)升升程的部部分結(jié)構(gòu)構(gòu)圖10顯示示了在流流水線上上采用自自動(dòng)氣門(mén)門(mén)

18、升程調(diào)調(diào)整的儀儀器,它它能夠通通過(guò)第一一次調(diào)整整調(diào)節(jié)螺螺栓的方方式,在在幾秒內(nèi)內(nèi)完成精精確調(diào)節(jié)節(jié)的任務(wù)務(wù),同時(shí)時(shí)可以測(cè)測(cè)量氣門(mén)門(mén)升程,然然后鎖定定防松螺螺栓。潤(rùn)滑和摩擦擦特性凸輪和挺桿桿連接區(qū)區(qū)域的潤(rùn)潤(rùn)滑特性性存在一種可可能性,即即潤(rùn)滑油油膜的存存在狀態(tài)態(tài)在最大大氣門(mén)升升程時(shí)會(huì)會(huì)發(fā)生惡惡化,因因?yàn)檩敵龀鐾馆喌牡臄[動(dòng)角角速度會(huì)變?yōu)闉?,正如如以前所所述。因因此,我我們可以以證實(shí)凸凸輪和挺挺桿之間間的潤(rùn)滑滑特性。一般來(lái)說(shuō),在低燃油溫度和低速的工作條件下,凸輪和挺桿間的潤(rùn)滑很惡劣。因此,主要分析發(fā)動(dòng)機(jī)在小氣門(mén)升程、怠速、和低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速情況下的工作條件,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。 圖10 自動(dòng)氣氣門(mén)升程程調(diào)

19、整的的示意圖圖首先,圖111給出出了可變變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)和和傳統(tǒng)凸凸輪系統(tǒng)統(tǒng)在發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和低低燃油壓壓力(6650 rpmm, 550CC)條件件下的,關(guān)關(guān)于燃油油輸送速速度計(jì)算算結(jié)果的的比較。可變氣門(mén)升程技術(shù)系統(tǒng)與傳統(tǒng)凸輪系統(tǒng)相比,燃油輸送速度接近0的持續(xù)時(shí)間要長(zhǎng)一些。 圖11油膜膜輸送速速度的比比較(發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為6650 rpmm,燃油油溫度為為50)第二,圖112給出出了發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)怠速速、低燃燃油溫度度(6550rppm, 50C)條件下下-此時(shí)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)磨損最最嚴(yán)重,油膜厚厚度的計(jì)計(jì)算值的的比較。采用彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑(EHL)概念結(jié)合油膜的彈性變形。證實(shí)了可變氣門(mén)升程技術(shù)

20、系統(tǒng)具有較長(zhǎng)的厚油膜持續(xù)時(shí)間,此時(shí)氣門(mén)升程達(dá)到最大值,負(fù)荷達(dá)到最大值,從而擺動(dòng)凸輪確保了油膜厚度。 圖12 油油膜厚度度的比較較(發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速速為6550 rrpm,燃燃油溫度度為500)此外,圖113給出出了電壓壓值的計(jì)計(jì)算結(jié)果果的比較較,電壓壓值對(duì)于于零件磨磨損是一一個(gè)很重重要的參參數(shù)。電電壓值定定義為接接觸應(yīng)力力和相對(duì)對(duì)滑動(dòng)速速度的乘乘積??煽勺儦忾T(mén)門(mén)升程技技術(shù)系統(tǒng)統(tǒng)與傳統(tǒng)統(tǒng)系統(tǒng)相相比,擺擺動(dòng)凸輪輪的電壓壓值相當(dāng)當(dāng)?shù)男 ?圖13 電電壓值的的比較(發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為6650 rpmm,燃油油溫度為為50)這些分析結(jié)結(jié)果顯示示了,盡盡管可變變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)與與傳統(tǒng)系系統(tǒng)相比比,在油油膜

21、輸送送速度接接近0的持續(xù)續(xù)時(shí)間長(zhǎng)長(zhǎng),但是是可變氣氣門(mén)升程程技術(shù)系系統(tǒng)確保保了油膜膜厚度和和電壓值值。此外,采用用一個(gè)設(shè)設(shè)計(jì),此此時(shí)氣門(mén)門(mén)打開(kāi)和和氣門(mén)關(guān)關(guān)閉的不不同產(chǎn)生生的擺動(dòng)動(dòng)角加速速度導(dǎo)致致了氣門(mén)門(mén)挺桿圍圍繞氣門(mén)門(mén)軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn),避免免了接觸觸面的不不均勻磨磨損。不同種類(lèi)的的持久性性測(cè)試的的理想結(jié)結(jié)果證明明了每個(gè)個(gè)滑動(dòng)部部件的磨磨損不會(huì)會(huì)繼續(xù),因因此,可可以證實(shí)實(shí)燃油特特性在任任何情況況下不會(huì)會(huì)加重相相關(guān)磨損損。摩擦特性下面將描述述可變氣氣門(mén)升程程技術(shù)在在實(shí)際汽汽車(chē)應(yīng)用用中的摩摩擦特性性,工作作條件是是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)低轉(zhuǎn)速速,氣門(mén)門(mén)升程小小,因此此,多連連接機(jī)構(gòu)構(gòu)受到的的輸入負(fù)負(fù)荷比較較小。圖14給出出

22、了可變變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)機(jī)械部部件的摩摩擦損失失的結(jié)果果,這個(gè)個(gè)結(jié)果是是汽車(chē)在在典型的的城市工工況、發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為220000rpmm條件下下分析得得到的。這個(gè)分析采用了機(jī)械系統(tǒng)的自動(dòng)分析(ADAMS)軟件,考慮了連接構(gòu)件的慣性力。該圖表顯示了可變氣門(mén)升程技術(shù)系統(tǒng)與傳統(tǒng)凸輪系統(tǒng)相比,摩擦損失的規(guī)范化水平達(dá)到100%。 圖14摩擦擦損失的的因素分分析(發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為220000 rppm,燃燃油溫度度為800)從根本上來(lái)來(lái)說(shuō),可可變氣門(mén)門(mén)升程技技術(shù)的氣氣門(mén)升程程越小,摩摩擦損失失越小。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷達(dá)到最大值時(shí),氣門(mén)升程也達(dá)到了它的最大值,但是摩擦損失也會(huì)比較大。然而,考慮到實(shí)際汽車(chē)工作條件(

23、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大約在2000rpm附近)所需的氣門(mén)升程在1.4mm到3.2mm附近,此時(shí)摩擦損失降低50%。僅僅可以在沒(méi)有復(fù)位彈簧的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)力多連桿機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生低摩擦損失,否則,連桿上的摩擦力將要提高20%。此外,氣門(mén)挺桿另一側(cè)因?yàn)椴捎昧藵L筒狀,所以摩擦損失大大減少。圖15給出出了可變變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)和和傳統(tǒng)凸凸輪系統(tǒng)統(tǒng)關(guān)于摩摩擦損失失的測(cè)量量結(jié)果的的比較。從圖中可以看出,在城市工況、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)度為2000rpm情況下,可變氣門(mén)升程技術(shù)系統(tǒng)產(chǎn)生的摩擦損失要比傳統(tǒng)系統(tǒng)降低一半,這與試驗(yàn)結(jié)果是一致的。 圖15 摩摩擦損失失的測(cè)量量(發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速速為20000 rpmm,燃油油溫度為為80)總的來(lái)說(shuō),

24、在在城市工工況下,可可變氣門(mén)門(mén)升程技技術(shù)系統(tǒng)統(tǒng)與傳統(tǒng)統(tǒng)凸輪系系統(tǒng)相比比可以產(chǎn)產(chǎn)生較小小的摩擦擦損失,因因此在燃燃油經(jīng)濟(jì)濟(jì)性方面面具有優(yōu)優(yōu)勢(shì)。 采用ADDAMSS軟件可以以觀察到到摩擦降降低的原原因。圖圖16給出出了可變變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)擺動(dòng)凸凸輪與傳傳統(tǒng)凸輪輪關(guān)于摩摩擦力、相相對(duì)滑動(dòng)動(dòng)率和摩摩擦損失失能量的比比較。數(shù)數(shù)據(jù)顯示示了凸輪輪和氣門(mén)門(mén)挺桿區(qū)區(qū)域間的的摩擦比比較。在在圖166中,這這兩個(gè)相相互獨(dú)立立的系統(tǒng)統(tǒng)的氣門(mén)門(mén)是完全全相同的的。在可可變氣門(mén)門(mén)升程技技術(shù)系統(tǒng)統(tǒng)中,相相對(duì)滑移移率降低低,摩擦擦力增大大,在氣氣門(mén)升程程達(dá)到最最大值時(shí)時(shí)滑移率率為0但是摩摩擦力達(dá)達(dá)到最大大值。圖16 凸凸輪和

25、挺挺桿摩擦擦特性的的比較(凸輪軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為5500rrpm,燃燃油溫度度為800)這就反映了了可變氣氣門(mén)升程程技術(shù)的的特性是是,當(dāng)氣氣門(mén)升程程達(dá)到最最大值時(shí)時(shí),擺動(dòng)動(dòng)角速度度為0。這個(gè)特特性降低低了擺動(dòng)動(dòng)凸輪和和氣門(mén)挺挺桿之間間的摩擦擦損失。發(fā)動(dòng)機(jī)性能能改善的的影響燃油經(jīng)濟(jì)性性的改善善可變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)和和凸輪相相位器的的結(jié)合可可以優(yōu)化化進(jìn)氣氣氣門(mén)升程程、持續(xù)續(xù)時(shí)間和和相位。傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門(mén)控制著進(jìn)氣流,特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生了泵氣損失。在發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷條件下可變氣門(mén)升程技術(shù)系統(tǒng)可以通過(guò)保持節(jié)氣門(mén)開(kāi)度來(lái)降低泵氣損失??梢酝ㄟ^(guò)給變化氣門(mén)升程時(shí)間積分的方法控制負(fù)荷。當(dāng)氣門(mén)升程出現(xiàn)較快變化,

26、此時(shí)節(jié)氣門(mén)保持打開(kāi),這樣可以改善加速度響應(yīng)。圖17顯示示了進(jìn)氣氣氣門(mén)正正時(shí)(最最大升程程)和氣氣門(mén)動(dòng)作作角度對(duì)對(duì)泵氣損損失的影影響。圖圖的每一一個(gè)輪廓廓都顯示示氣缸內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生的的泵氣損損失,測(cè)測(cè)試數(shù)據(jù)據(jù)產(chǎn)生的的條件是是,發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)工作作的轉(zhuǎn)速速為20000rrpm,所所有測(cè)試試中排氣氣閥的平平均指示示壓力全全為2bbar。 圖17 進(jìn)進(jìn)氣氣門(mén)門(mén)正時(shí)對(duì)對(duì)泵氣損損失的影影響(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為220000rpmm,平均均指示壓壓力為22barr) 在圖中因?yàn)闉闅忾T(mén)動(dòng)動(dòng)作角度度變短,出出現(xiàn)了氣氣流限制制,原因因是為了了燃燒穩(wěn)穩(wěn)定性。圖圖中數(shù)據(jù)據(jù)顯示,因因?yàn)檫M(jìn)氣氣氣門(mén)打打開(kāi)時(shí)刻刻提前,出出現(xiàn)了燃燃燒不穩(wěn)穩(wěn)定區(qū)

27、域域。這是是因?yàn)檫M(jìn)進(jìn)氣氣門(mén)門(mén)打開(kāi)時(shí)時(shí)刻的提提前增大大了氣門(mén)門(mén)重疊的的持續(xù)時(shí)時(shí)間,在在這段時(shí)時(shí)間內(nèi)進(jìn)進(jìn)氣氣門(mén)門(mén)和排氣氣氣門(mén)都都打開(kāi),從從而導(dǎo)致致氣缸內(nèi)內(nèi)存留了了大量殘殘余氣體體。具有有可變氣氣門(mén)正時(shí)時(shí)的可變變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)可可以通過(guò)過(guò)選擇一一個(gè)進(jìn)氣氣氣門(mén)正正時(shí)和氣氣門(mén)動(dòng)作作角度的的優(yōu)化結(jié)結(jié)合來(lái)改改善燃油油效率,從從而保證證了所需需氣流和和穩(wěn)定的的燃燒。圖18給出出了可變變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)和傳統(tǒng)統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)關(guān)于指指示壓力力參數(shù)在在各自設(shè)設(shè)定點(diǎn)的的比較??梢悦黠@看出可變氣門(mén)升程技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的泵氣損失更小。 圖18 指指示壓力力參數(shù)(發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為220000rpmm,平均均指示壓壓力

28、為22barr)一個(gè)帶有可可變氣門(mén)門(mén)升程技技術(shù)系統(tǒng)統(tǒng)和進(jìn)氣氣氣門(mén)升升程和正正時(shí)優(yōu)化化設(shè)備的的實(shí)驗(yàn)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)可可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)燃油經(jīng)經(jīng)濟(jì)性降降低100%,條條件是典典型的城城市工況況,發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為220000rpmm,平均均有效壓壓力為22barr。在配有有可變氣氣門(mén)升程程技術(shù)系系統(tǒng)、33.7LL、V6發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)中得得到燃油油經(jīng)濟(jì)性性數(shù)據(jù)為為在城市市工況下下為200mpgg,在高高速工況況下為227mppg,然然而配有有進(jìn)氣氣氣門(mén)正時(shí)時(shí)技術(shù)、3.5L、V6的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性是城市工況為18mpg,高速工況為25mpg。發(fā)動(dòng)機(jī)在冷冷環(huán)境下下的廢氣氣排放物物的清潔潔隨著燃油經(jīng)經(jīng)濟(jì)性的的發(fā)展,廢廢氣

29、排放放也實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了改善善。在發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)處處于冷環(huán)環(huán)境,進(jìn)進(jìn)氣門(mén)打打開(kāi)延遲遲的條件件下設(shè)置置較小的的進(jìn)氣氣氣門(mén)升程程可以提提高燃油油霧化,因因?yàn)榇嬖谠趬毫Σ畈睿岣吒吡藲饬髁鲝倪M(jìn)氣氣門(mén)進(jìn)入入氣缸的的速度。圖19顯示示了在相相同壓力力差的條條件下,如如何增大大氣缸內(nèi)內(nèi)燃油霧霧化,降降低氣門(mén)門(mén)升程??梢宰C明一個(gè)小的氣門(mén)升程在氣門(mén)打開(kāi)產(chǎn)生孔徑情況下可以促進(jìn)燃油霧化(二次霧化),原因是增大了進(jìn)氣門(mén)處的氣體流動(dòng)速度。 圖19 小氣門(mén)門(mén)升程對(duì)對(duì)燃油霧霧化的影影響在發(fā)動(dòng)機(jī)加加熱過(guò)程程中改善善燃油經(jīng)經(jīng)濟(jì)性可可以改善善燃燒穩(wěn)穩(wěn)定性,因因此在可可變氣門(mén)門(mén)升程技技術(shù)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)中,可可以保證證延遲點(diǎn)點(diǎn)火正時(shí)時(shí),延遲遲的角度度

30、大約為為曲軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角200,進(jìn)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了與傳傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)相同同的燃燒燒穩(wěn)定性性pi(循環(huán)氣氣缸壓力力分布的的標(biāo)準(zhǔn)偏偏差)。這樣就就提高了了排氣溫溫度,原原因?yàn)闅鈿飧籽舆t遲釋放熱熱量。圖圖20給出出了延遲遲點(diǎn)火正正時(shí)對(duì)排排氣溫度度的影響響(在FFTP行行駛周期期,發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)冷啟啟動(dòng)后,在在15秒內(nèi)內(nèi)測(cè)量的的進(jìn)氣門(mén)門(mén)催化劑劑溫度升升高了3300C)。 圖20 延遲點(diǎn)點(diǎn)火時(shí)刻刻對(duì)排氣氣溫度的的影響結(jié)果,配有有可變氣氣門(mén)升程程技術(shù)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)的的汽車(chē)在在加熱過(guò)過(guò)程中,在在催化劑劑被激活活前極大大地縮短短了時(shí)間間,因此此降低了了非甲烷烷碳?xì)浠衔锏牡呐欧牛瑥膹?.5561gg降低到到0.445g。普通汽汽車(chē)

31、采用用傳統(tǒng)的的帶有進(jìn)進(jìn)氣可變變正時(shí)控控制、33.5LL、V6發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)。駕駛性能的的改善首先,下面面將描述述全負(fù)荷荷發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)性能的的提高。在在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)低轉(zhuǎn)速速情況下下,在下下止點(diǎn)附附近設(shè)置置進(jìn)氣門(mén)門(mén)關(guān)閉時(shí)時(shí)刻可以以防止由由于活塞塞作用造造成的氣氣體回流流,從而而在低轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速區(qū)域域提高了扭扭矩。在發(fā)動(dòng)機(jī)高高轉(zhuǎn)速情情況下,較較大范圍圍地?cái)U(kuò)大大進(jìn)氣門(mén)門(mén)升程可可以增大大進(jìn)氣門(mén)門(mén)氣體流流動(dòng)面積積,因此此在高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速區(qū)域域提高了了扭矩。綜合這些影響,可變氣門(mén)升程技術(shù)系統(tǒng)可以在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提高發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。圖21顯示了一個(gè)3.7L、V6發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的改善結(jié)果,圖22顯示了帶有可變氣門(mén)升程技術(shù)、V6發(fā)動(dòng)機(jī)在任何

32、轉(zhuǎn)速下的進(jìn)氣氣門(mén)升程的優(yōu)化結(jié)果。 圖21 平平均有效效壓力的的改善 圖22 進(jìn)氣氣氣門(mén)升程程圖((3.77L,V6發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī))此外,可變變氣門(mén)升升程技術(shù)術(shù)系統(tǒng)對(duì)對(duì)改善汽汽車(chē)加速速響應(yīng)也也作出了了貢獻(xiàn)。傳傳統(tǒng)凸輪輪系統(tǒng)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)通通過(guò)安裝裝在進(jìn)氣氣集電極極上部的的節(jié)氣門(mén)門(mén)調(diào)整進(jìn)進(jìn)氣量,再再加速需需要快速速增大進(jìn)進(jìn)氣量,由由于內(nèi)部部集電極極空間的的緣故延延長(zhǎng)了進(jìn)氣充充量的時(shí)時(shí)間??煽勺儦忾T(mén)門(mén)升程技技術(shù)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)可以以通過(guò)進(jìn)進(jìn)氣門(mén)升升程調(diào)整整進(jìn)氣量量,極大大地改善善了進(jìn)氣氣充量的的延遲,而而不受集集電極體體積的影影響。圖23給出出了改善善加速響響應(yīng)的一一個(gè)例子子,試驗(yàn)驗(yàn)為一個(gè)個(gè)中型汽汽車(chē)從油油門(mén)踏板板處于關(guān)關(guān)閉狀態(tài)態(tài)(油門(mén)門(mén)踏板輸輸入為00)到處處于1/8開(kāi)度度的加速速性能。如圖所示,可變氣門(mén)升程技術(shù)系統(tǒng)可以為汽車(chē)提供一個(gè)較快的加速啟動(dòng),縮短了到達(dá)最大加速度值的時(shí)間,從油門(mén)踏板閉合起大約減少了30%的時(shí)間。 圖23 中型汽汽車(chē)在880kmm/h的的加速度度的評(píng)估估結(jié)果結(jié)論(1) 可變氣氣門(mén)升程程技術(shù)系系統(tǒng)作為為一個(gè)帶帶有緊湊湊裝配簡(jiǎn)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)構(gòu)多自由由度機(jī)械械可變氣氣門(mén)執(zhí)行行機(jī)構(gòu)已已經(jīng)被研研制。 (2) 這這個(gè)技術(shù)術(shù)實(shí)現(xiàn)了了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)三個(gè)主主要性能能燃油經(jīng)經(jīng)濟(jì)性、廢廢氣排放放和發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)輸出出之間的的均衡發(fā)發(fā)展。參考文獻(xiàn)1. Takkemuura, S., AAoyaama,

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