【文章內(nèi)容簡介】 多項(xiàng)專利產(chǎn)品。但是出現(xiàn)在 80 年代以前的很多機(jī)構(gòu)存在問題較多，如造價昂貴、機(jī)構(gòu)復(fù)雜、可調(diào)自由度有限以、沖擊較大及速度較高等。近 10多年，電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了可變配氣相位機(jī)構(gòu)產(chǎn)品化，有些技術(shù)已在轎車上使用，取得了較好的效果。例如：①重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 緒論 3 Benz 公司的 500SL 型車用 V8 發(fā)動機(jī)采用了可變氣門正時機(jī)構(gòu)，使用進(jìn)氣凸輪軸兩點(diǎn)調(diào)相法來改變氣門正時。在提前調(diào)整發(fā)動機(jī)進(jìn)氣門關(guān)閉角的工況，發(fā)動機(jī) 4000r/min 全負(fù)荷工況下，扭矩平均增加 15Nm～ 30Nm，扭矩提高了 5%～ 8%，在滯后調(diào)整進(jìn)氣門關(guān)閉角時，標(biāo)定功率增加 15kW，功率提高了約 7%。② HONDA公司在 1989 年第一批裝用 VTEC 的 其最大輸出功率可從原 88kW 增加到118kW,而且可以達(dá)到 8000r/min 的超高速。③本田公司聲稱本田 VTEC 發(fā)動機(jī)是把賽車發(fā)動機(jī)的高轉(zhuǎn)速性能和普通 2 氣門發(fā)動機(jī)的低轉(zhuǎn)速性能結(jié)合在一起的新型發(fā)動機(jī)。本田最近新出臺的三段式 VTEC 發(fā)動機(jī)，能在低、中、高三種不同狀態(tài)下讓氣門以三種不同的方式工作，這種嶄新的三段式 VTEC 機(jī)使發(fā)動機(jī)油耗在與 VTECE 相同的情況下，功率提高了 40%,最大功 率 96kW (64Kw/L)[8]。④我國的轎車發(fā)動機(jī)，也正在全面推廣應(yīng)用電控汽油噴射技術(shù)，開始采用頂置雙凸輪軸機(jī)構(gòu)，實(shí)施凸輪調(diào)相原理可變配氣相位機(jī)構(gòu)。但是，我國的 VVT 技術(shù)與外國的 VVT 技術(shù)相比有著巨大的差距，盡管已經(jīng)有許多研究人員進(jìn)行 VVT 技術(shù)的研究，卻仍停留在研發(fā)間斷。比如說三棱公司創(chuàng)新的 MIVEC 帶你控系統(tǒng)采用了可變發(fā)動機(jī)排量同時也可以改變氣門正時和升程的機(jī)構(gòu)，它可以所以增加發(fā)動機(jī)的動力輸出和改善燃油經(jīng)濟(jì)性 [9]。所以 VVT 技術(shù)在我國及國外仍具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，已?jīng)成為現(xiàn)代發(fā)動機(jī)的發(fā)展方向的新技術(shù)之 一。 研究內(nèi)容 跟蹤國際國內(nèi)車用發(fā)動機(jī)可變配氣正時（ VVT， Variable Valve Timing ；VVL， Variable Valve Lift）的發(fā)展水平和技術(shù)現(xiàn)狀； 研究摩托車發(fā)動機(jī) VVT 的基本原理、控制模式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理，探討如何運(yùn)用 VVT 解決高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷與小負(fù)荷發(fā)動機(jī)動力性與經(jīng)濟(jì) 性的矛盾； 以某型摩托車汽油機(jī)為對象，開發(fā)適用四沖程四氣門配氣機(jī)構(gòu)的 VVT部件系統(tǒng)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制模塊），完成關(guān)鍵零件的設(shè)計和 VVT 部件裝配。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 VVT 結(jié)構(gòu)及工作原理 4 2 VVT 結(jié)構(gòu)及工作原理 設(shè)計 VVT 部件基本結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計的 VVT 機(jī)構(gòu)主要是針對中小排量摩托車發(fā)動機(jī)而設(shè)計的， 就是在凸輪軸原一個進(jìn)氣凸輪控制一個氣門的基礎(chǔ)上，還增設(shè)了一個高位凸輪，使低速凸輪和高速凸輪通過 銷軸 把挺柱連為一體來實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的切換。 任務(wù)就是把原有的機(jī)構(gòu)改成可變的配氣機(jī)構(gòu)（即 VVT 機(jī)構(gòu)）。設(shè)計的要求是：改動小，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小，體積小，成本低，易實(shí)現(xiàn)等。 該機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件是可變配氣相位的液壓挺柱（見圖 21 中的零件 5）和高、低速凸輪，它是典型的傳統(tǒng)的杯狀液壓挺柱 [10]。主要部件組成如 圖 23 所示。銷軸 8 主要通過電磁閥控制油壓作用來運(yùn)動，杯狀液壓挺柱所需機(jī)油由氣缸蓋上 13 的油道口供給。 電子控制系統(tǒng)見圖 22 主要由電磁閥、活塞及活塞回位彈簧組成，基作用是根據(jù) ECU 的指令（主要是轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號）來控制電磁線圈通電或斷電，來利用活塞回位彈簧的彈力或克服回位彈簧的彈力做功來驅(qū)動活塞移動達(dá)到控制銷軸運(yùn)動的目的。 1進(jìn)氣凸輪軸 2鏈輪 3氣門彈簧 4進(jìn)氣門 5挺柱 6氣門墊片 7銷軸回位彈簧 8銷軸 9彈簧座 10氣門導(dǎo)管 11卡環(huán) 12氣門彈簧座 13氣缸蓋 圖 21 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 VVT 結(jié)構(gòu)及工作原理 5 圖 22 電子控制閥 工作原理及工作過程 當(dāng)發(fā)動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時 ECU 發(fā)出指令， 電磁閥斷電，活塞由回位彈簧的彈力將活塞回位，使主油道的油道 B封閉，油道 B 不向油道供油，機(jī)油由油道 A經(jīng)回油道 C流出，銷軸大頭沒有受油壓的作用。當(dāng)高、中低速凸輪均以基圓部分工作時，機(jī)構(gòu)處于如圖 23a 所示狀態(tài)，因?yàn)榘l(fā)動機(jī)的高速凸輪和中低速凸輪的基圓半徑相同，這時兩個氣門的挺柱處于同一條線上。此時銷軸與高速凸輪作用的挺柱一起沒有運(yùn)動。而凸輪軸不停的轉(zhuǎn)動，高速凸輪和中低速凸輪 都轉(zhuǎn)到上升段分別推動各自的挺柱向下運(yùn)動，由于高速凸輪和中低速凸輪的工作型線曲線不一樣，所以同一時刻處于不同的水平線上（如圖 23b 所示狀態(tài)），而銷軸和高速凸輪作用的挺柱一起向下運(yùn)動。這一過程中各部件的運(yùn)動仍然是各自獨(dú)立的，高速氣門仍然在高速凸輪的控制下開、閉，而低速氣門也仍然在中低速凸輪的控制下開、閉。 a 凸輪緩沖段 b 凸輪工作段 圖 23發(fā)動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)工作示意圖 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 VVT 結(jié)構(gòu)及工作原理 6 當(dāng)發(fā)動機(jī)由高速運(yùn)轉(zhuǎn)到低速運(yùn)轉(zhuǎn)時 ① 當(dāng)發(fā)動機(jī)由高速運(yùn)轉(zhuǎn)， ECU 發(fā)出指 令， 電磁閥通電，活塞在電磁力的作用下克服回位彈簧做功向右運(yùn)動，活塞向右移動封閉了回油道 C，油道 B 此時已打開，高壓油從油道 B 進(jìn)入，經(jīng)油道 A流出，通過缸蓋體油道進(jìn)入銷軸大頭前腔，從而銷軸大頭受到高壓油油壓的作用。當(dāng)高 /中低速凸輪均以基圓部分工作時，機(jī)構(gòu)處于如圖 24a 所示狀態(tài)，供油路線為：油道→油道 B→油道 A→銷大頭前腔，前腔內(nèi)的機(jī)油推動銷軸向右運(yùn)動，將兩個挺柱連為一體。由于高速凸輪工作角度和凸輪工作型線比低速凸輪大，所以高速凸輪先轉(zhuǎn)到升程段，整個機(jī)構(gòu)由高速凸輪驅(qū)動，即兩個氣門都由高速凸輪控制開、閉，此時中低 速凸輪不起作用。 ② 當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時， ECU發(fā)出指令 ，電磁閥斷電，活塞在活塞回位彈簧的彈力作用下回到原位置，活塞向左移動封閉了油道 B，回油道 C 此時已打開，高壓油由油道 A 經(jīng)回油道 C 流出，供油路線為：油道 A→回油道 C，銷軸大頭前腔的機(jī)油流回回油道。當(dāng)高 /中低速凸輪均轉(zhuǎn)到基圓部分時，此時銷軸在銷軸回位彈簧的作用下回到原位置，兩個挺柱再次分開，挺柱回到各自的凸輪下工作。 a 凸輪緩沖段 b 凸輪工作段 圖 24發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)工作示意圖 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 三、 VVT 零部件設(shè)計 7 三、 VVT 零部件設(shè)計 氣門組的設(shè)計 氣門組包括進(jìn)氣門，排氣門，氣門導(dǎo)管，氣門座，氣門彈簧，油封等零部件。 氣門組應(yīng)該保證氣門能實(shí)現(xiàn)氣缸的密封，因此要求： 1）氣門頭部與氣門座必須貼合嚴(yán)密。 2）氣門導(dǎo)管對氣門桿的上下運(yùn)動有良好的導(dǎo)向作用。 3）氣門彈簧的兩端面與氣門桿的中心線相垂直，以保證氣門頭部在氣門座上不偏斜。 4）氣門彈簧的彈力應(yīng)能克服氣門及其傳動件的運(yùn)動慣性力，使氣門能迅速關(guān)閉，并保證氣門緊閉在氣門座上 [11]。 氣門的設(shè)計 1 氣門設(shè)計的基本要求： ①材料方面： 氣門的工作溫度是確定氣門材料的主要因素。由于氣門工作溫度非常高并且其冷卻和潤滑條件較差，而且還要承受氣體的壓力、氣門彈簧及傳動組零件慣性力的作用，所以其材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛性和耐磨性。進(jìn)氣門錐面多屬摩擦磨損，因此進(jìn)氣門側(cè)重于對耐磨性能的要求。進(jìn)氣門的材料一般采用合金鋼（如鉻鋼或鎳鉻鋼等）。由于排氣門錐面磨損常為腐蝕磨損，因此在選擇材料時必須考慮化學(xué)腐蝕（主要是硫和磷）的性能。排氣門的材料一般采用耐熱合金鋼（如硅鉻鋼等） [11]。 ②機(jī)構(gòu)方面： 要求結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，頸部形狀恰當(dāng)，以便減小氣體的流動阻力，增加進(jìn)氣充量。在保證足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨性的前提下盡量減輕質(zhì)量，以其減小慣性負(fù)荷和增加其使用壽命。 ③盡可能的降低熱負(fù)荷： 排氣門是氣門組中的高溫零件，氣門頭部 75%左右的熱量經(jīng)氣門座導(dǎo)出，因此，氣門的設(shè)計應(yīng)與氣缸蓋的設(shè)計密切相關(guān)，氣門座周圍必須加強(qiáng)冷卻，并使溫度盡可能均勻。此外，如果結(jié)構(gòu)允許的情況下，盡量增加導(dǎo)管的長度，適當(dāng)減小氣門桿與導(dǎo)管的間隙，以降低氣門的溫度 [12]。 ④氣門是配氣機(jī)構(gòu)從凸輪 開始的整個運(yùn)動鏈中末端零件。 它的運(yùn)動受到凸輪型線、挺住、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧等零件特性的制約，因此氣門的設(shè)計還必須從整個配氣機(jī)構(gòu)來考慮分析，要避免氣門在落座時承受過大的沖擊和振動，因?yàn)檫@些機(jī)械負(fù)荷也是造成氣門與氣門座磨損的重要原因。 2 氣門的工作條件分析： 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 三、 VVT 零部件設(shè)計 8 氣門是發(fā)動機(jī)的重要零件之一。工作時需要承受較高的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，尤其是排氣門，由于經(jīng)常受高溫燃?xì)獾挠绊?，因而易于產(chǎn)生漏氣、腐蝕與燒損等現(xiàn)象，工作條件也更為嚴(yán)酷。氣門工作時承受落座沖擊負(fù)荷及燃?xì)鈮毫o以的靜負(fù)荷，一般在 4 kgf/ 2mm 左右，而沖擊負(fù)荷一般