石家莊市中考滿分作文-機械系統設計大作業(yè)[1]

1、機械系統設計課程大作業(yè)院 （系） 工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 姓 名 高劍 班 級 機械設計094班 汽車發(fā)動機可變氣門正時技術摘要：目前，汽車工業(yè)的發(fā)展正在面臨著兩個主要問題能源的枯竭與環(huán)境的污染。汽車發(fā)動機的配氣相位對其動力性、經濟性以及排氣污染都有重要的影響，在傳統汽車發(fā)動機中，發(fā)動機轉速變化時，氣流的速度和進排氣門早開遲閉的絕對時間都發(fā)生了變化，由于發(fā)動機的氣門開閉由凸輪驅動，進、排氣門的早開角、遲閉角固定不變，這實際上只能使發(fā)動機在某一轉速范圍下處于最佳的配氣相位，而在發(fā)動機轉速很低或者很高的時候，其配氣相位處于不理想的狀態(tài)。在發(fā)動機低轉速時，會因為氣門疊開角比理想值大

2、，使部分新鮮混合氣被廢氣帶走而造成油耗和排污增加；在高轉速時，由于氣門疊開角比理想值小，進氣量不足，從而限制發(fā)動機所能達到的最大功率。為了保護環(huán)境以及為了人類可持續(xù)發(fā)展，實現低能源消耗和低排放污染已成為汽車發(fā)動機的發(fā)展方向，這就要求發(fā)動機在保證良好動力性的同時，又要降低燃油消耗量，需要某種可變配氣相位機構能使氣門正時、氣門開啟持續(xù)時間及氣門升程等參數中的一個或多個隨發(fā)動機的工況變化實時進行調節(jié)，即配氣相位角也應該隨之改變。最佳的配氣相位能使發(fā)動機在很短的換氣時間內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濟性，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。關鍵詞： 發(fā)動機 可變配氣相位 內燃機配機機構汽車發(fā)動機可變氣門正時技術現狀和發(fā)展趨勢近幾十年來，基于提高汽車發(fā)動機動力性、經濟性和降低排污的要求，許多國家和發(fā)動機廠商、科研機構投入了大量的人力、物力進行新技術的研究與開發(fā)。目前，這些新技術和新方法，有的已在內燃機上得到應用，有些正處于發(fā)展和完善階段，有可能成為未來內燃機技術的發(fā)展方向。發(fā)動機的配氣機構負責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，這一套動作的工作原理可以看做是動物呼吸器官的吸氣和呼氣。從工作原理上講，配氣機構的主要功能是按照一定時限自動開啟和關閉各氣缸的進、排氣門，從而使空氣及時通過進

4、氣門向氣缸內供給新鮮空氣或者可燃混合氣，并且及時將燃燒做功后形成的廢氣從排氣門排出，實現發(fā)動機氣缸換氣補給的整個過程。 傳統的發(fā)動機氣門驅動系統采用機械凸輪機構控制進氣門和排氣門，這種機構的氣門開啟時刻、開啟持續(xù)角和氣門升程是固定不變的，配氣正時已經制造安裝完成即為定值，難以滿足汽油機全工況性能優(yōu)化的需要。不同的發(fā)動機，由于結構和轉速的不同，其配氣定時也不相同。即使是同一臺發(fā)動機，其配氣定時也應該隨轉速的變化而變化。欲使配氣定時隨發(fā)動機轉速而變化，需采用可變配氣定時機構。目前，大多數發(fā)動機采用不變的配氣定時，它只適應發(fā)動機某一常用的轉速。最有利的配氣定時需通過反復試驗確定。世界上第一個申請可變

5、氣門正時技術(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采用這一技術的車型。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公司是第一個開發(fā) VVT 技術的日本公司，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，這是一個類

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

7、inuous Variable Valve Timing) 系統。大眾汽車可變配氣相位技術發(fā)動機“可變氣門正時技術”（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，使進氣充分、排氣徹底，提高動力性和經濟性。大眾車系可變氣門正時機構VVT原理結構采用雙頂置凸輪軸、4氣門結構。排氣凸輪軸通過正時齒形皮帶與曲軸相連接，進、排氣土林軸之間采用鏈條驅動，鏈條上裝有油壓張緊器。 a)低速時早開、早關，重疊角加大；b)高速時晚開、晚關，重疊角減小 鏈條式配氣相位工作原理圖可變相位調節(jié)器是在液壓緊鏈器的基礎上

8、，加裝了用ECU控制的電磁閥，形成了一個“配氣相位調節(jié)總成”部件 大眾車系鏈條式配氣相位調節(jié)機構 鏈條式配氣相位工作原理 1）當發(fā)動機轉速低于1 300r/min時，電磁控制閥不通電，進氣凸輪軸即反向轉動一定角度，進氣門早開角度變小，進、排氣門的重疊角變小，防止發(fā)動機回火，低速運轉平穩(wěn)。 2）當發(fā)動機轉速高于1 300r/min時，電磁控制閥通電，進氣門早開角度變大，進、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矩值。 3）當發(fā)動機轉速高于3 600r/min時，電磁控制閥又斷電，調節(jié)工作結束，進氣門又回到不提前的位置，晚開和晚關角度加大，可利用氣體的慣性能量，提高功率值。 大眾車

9、系可變氣門正時機構的特點是只改變進氣門開、關時間的早晚，配氣相位角值不變（時間平移即早開、早關；晚開、晚關），不改變進氣門升程的大小。一 機械系統的功能及其支承系統、控制系統、操縱系統和安全系統進行分析在配氣相位的四個角度中，進氣晚關遲后角，在不同的轉速時對發(fā)動機性能的好壞影響最大（充氣效率、轉矩、功率）。其次為重疊角的大小，影響缸內排氣效果好壞或產生回火現象。發(fā)動機的最大功率轉速和最大轉矩轉速不是對應的，最大轉矩是發(fā)生在低速區(qū)，其曲線與充氣效率v 曲線相近似。它由正時鏈條、鏈輪及可變相位調節(jié)器和電磁控制閥組成。其調節(jié)原理如下：（1）驅動端（固定端）是排氣凸輪軸，在正時皮帶的驅動下順時針轉動，

10、不可能逆轉，相對進氣凸輪軸而言為“固定端”。它拉動進氣凸輪軸也順時針旋轉，驅動氣門開閉。（2）自由端（浮動端）為進氣凸輪軸，它不僅在排氣凸輪軸的鏈條拉動下順時針旋轉，也可在可變配氣正時調節(jié)器上下伸長時，轉動一個角（拉、壓合力）。（3）如（A）圖所示，調節(jié)器弧形滑板下降，鏈條下降，拉動進氣凸輪軸順時針轉動一個角。進氣門即早開、早關，使重疊角加大，排氣效果改善，容積效率提高，為低轉速、大轉矩工作段。（4）如（B）圖所示，調節(jié)器弧形滑板上升，鏈條上升，拉動進氣凸輪軸逆時針轉動一個角，進氣門即晚開、晚關，充分利用流體慣性，提高充氣效率，為高轉速、大功率工作段。（5）曲軸相位角的調節(jié)范圍為20°

11、;30°，只是早開、晚關的時間變了，配氣相位角不變（時間平移），氣門升程不變，但進、排氣重疊角變了（它的大小影響廢氣排出量和回火）。（6）調節(jié)開始點多為1300r/min， 低速時氣流慣性小，進氣門早開、早關，為大轉矩區(qū)段，適于一般行駛工況；高速時氣流慣性大，進氣門晚開、晚關，為大功率區(qū)段，適于高速行駛工況。（7）電腦ECU根據發(fā)動機轉速信號SP，通過電磁控制閥上的滑閥，使?jié)櫥到y的主油道油壓，驅動調節(jié)器中的控制活塞動作，使弧形滑板分別上升或下降，進氣凸輪軸即轉動一個角，改變了氣門的開閉時間。進氣門開、關時刻：（1）發(fā)動機轉速低時，進氣管內混合氣隨活塞運動，空氣流速慢。進氣門應提前關

12、閉，以避免混合氣回流進氣管。發(fā)動機低速時，進氣門應提前關閉，進氣凸輪軸相位應提前調整。（2） 發(fā)動機轉速高時，進氣管內氣流快，活塞在向上運動過程中，混合氣應可繼續(xù)涌入氣缸，為增加混合氣量，進氣門延遲關閉。扭矩調整凸輪軸調整器向下拉長，于是鏈條上部變短，下部變長。因為排氣凸輪軸被齒形帶固定了，此時排氣凸輪軸不能被轉動，進氣凸輪軸被轉一個角度，進氣門提前關閉。在這個位置時，在中、低轉速，可獲得大扭矩輸出。凸輪軸調整器進氣凸輪軸排氣凸輪軸二 對產品進行總體評價，提出自己的改進方案優(yōu)點：1.節(jié)省燃油；2.降低排放污染；缺點：1.制造工藝復雜；2.對材料要求高；3.對控制機構精度要求較高?；钊麖纳现裹c移

13、到下止點的進氣過程中，進氣門會提前開啟（開啟角度為）和延遲關閉（開啟角度為）；當發(fā)動機做功完畢后，活塞從下止點移到上止點的排氣過程中，排氣門會提前開啟（開啟角度為）和延遲關閉（開啟角度為）。這樣，必然會出現進、排氣門同時開啟的時刻，即氣門重疊階段，有可能會造成廢氣倒流，為了消除這一缺陷，采用了“可變式”的氣門驅動機構。可變式氣門驅動機構就是在發(fā)動機低速工作時減少氣門行程，而在發(fā)動機高速時增大氣門行程，改變氣門重疊階段的時間，使發(fā)動機在高轉速時能提供強大的功率，在低轉速時又能產生足夠的扭矩，從而改善發(fā)動機的工作性能。即氣門可變驅動機構能根據汽車的運行狀況，隨時改變配氣相位，改變氣門升程或氣門開啟

14、的持續(xù)時間。三 個人對于可變正時系統改進建議：利用電磁閥進行驅動實現配氣機構的最大可能的多自由度的可變，這種系統能對氣門開啟角實現各種角度的可變，但從成本方面來說，可能還不能完全取代現行的可變配氣機構。無凸輪驅動可變配氣相位機構可分為電磁驅動可變配氣相位機構、電液驅動可變配氣相位機構、電氣驅動可變配氣相位機構以及其他驅動方式的可變配氣相位機構。電磁驅動可變配氣相位機構是利用電磁鐵產生的電磁力驅動氣門；電液驅動可變配氣相位機構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閉起加速和減速的作用，對內燃機氣門正時、氣門升程和氣門運動速度提供了連續(xù)的可變控制；電氣驅動可變配氣相位機構與前者的工作原理相似，只不過所用的介質是空氣。在未來的發(fā)動機開發(fā)過程中，無凸輪軸可變氣門正時技術將成為研究與應用的主流，它將集成在ECU中，高效可靠地發(fā)揮提高發(fā)動機輸出功率和扭矩、降低排放和燃油消耗的雙重作用。四 結束語： 我們所熟悉的可變氣門正時技術在國內已經得到了普遍運用，各個廠商叫法不同但是技術上大同小異。不過，可變氣門升程技術則還是少數