【文章內(nèi)容簡介】 ，才開啟了全新的視野，其能直接由計(jì)算機(jī)主動(dòng)決定噴油時(shí)機(jī)與份量，至于氣門則僅看管“純空氣”的進(jìn)入時(shí)程，兩者則是在進(jìn)入到汽缸內(nèi)才進(jìn)行混合的動(dòng)作。也由于油、氣的混合空間、時(shí)間都相當(dāng)短暫，故缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的噴油嘴必須輔以高增壓系統(tǒng)，以大幅提高燃油的噴射壓力與效率，并達(dá)到高度霧化的效果，期有更佳的混合表現(xiàn)。此外，缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的燃燒室、活塞也大多具有特殊的導(dǎo)流槽，以供油氣在進(jìn)入燃燒室后能夠產(chǎn)生氣旋渦流，藉以提高混合油氣的霧化效果與燃燒效率。在構(gòu)造改變之后，供油動(dòng)作已完全獨(dú)立于進(jìn)門與活塞系統(tǒng)之外，中央計(jì)算機(jī)也因而擁有更多的主導(dǎo)權(quán)。于是乎，超乎傳統(tǒng)噴射理論的稀薄燃燒與更多元的混合比便得以發(fā)生。在穩(wěn)定行進(jìn)或低負(fù)載狀態(tài)下，采用缸內(nèi)直噴設(shè)計(jì)的引擎得以進(jìn)入U(xiǎn)ltra lean(精實(shí))模式。在此設(shè)定下，引擎于進(jìn)氣行程時(shí)只能吸進(jìn)空氣，至于噴油嘴則在壓縮行程才供給燃料，以達(dá)到節(jié)約效果。根據(jù)實(shí)際測試，其最高能達(dá)到1：65的油、氣比例，除了節(jié)能表現(xiàn)相當(dāng)驚人，整體動(dòng)力曲線也能夠維持在相當(dāng)高的平順程度。然而本模式由于會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大量的NOx(硫化物)與高溫氣體，所幸在近期由于技術(shù)與材料科學(xué)的突破，故也已得到相當(dāng)程度的解決。這要?dú)w功于FSI發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)直噴技術(shù)。FSI發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，最大的亮點(diǎn)在于發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性提高了15%。奧迪FSI增加了火花塞點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和輸出，與常規(guī)的點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，F(xiàn)SI可將燃油直接噴入燃燒室，從而增大了輸出功率并降低了燃油消耗。 分層燃燒技術(shù)在這里舉例大眾的FSI發(fā)動(dòng)機(jī) 大眾FSI發(fā)動(dòng)機(jī)利用一個(gè)高壓泵，使汽油通過一個(gè)分流軌道（共軌）到達(dá)電磁控制的高壓噴射氣門。它的特點(diǎn)是在進(jìn)氣道中已經(jīng)產(chǎn)生可變渦流，使進(jìn)氣流形成最佳的渦流形態(tài)進(jìn)入燃燒室內(nèi)，以分層填充的方式推動(dòng)，使混合氣體集中在位于燃燒室中央的火花塞周圍。如果稀燃技術(shù)的混合比達(dá)到25：1以上，按照常規(guī)是無法點(diǎn)燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內(nèi)空氣的運(yùn)動(dòng)在火花塞周圍形成易于點(diǎn)火的濃混合氣，混合比達(dá)到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點(diǎn)燃后，燃燒迅速波及外層。 FSI特點(diǎn)是：能夠降低泵吸損失，在低負(fù)荷時(shí)確保低油耗，但需要增加特殊催化轉(zhuǎn)換器以有效凈化處理排放氣體?，F(xiàn)在集結(jié)了上述技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)很少，但值得一提的就是大眾的TSI發(fā)動(dòng)機(jī)，不光擁有上述技術(shù)還有機(jī)械增壓，其實(shí)就是雙增壓了，使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力更加強(qiáng)勁，可謂是非常先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)了。要想提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性不光只對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，也有其他途徑，想想除了發(fā)動(dòng)機(jī)外另一個(gè)主要部件就是變速器了。 連續(xù)可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)就拿已經(jīng)相當(dāng)成熟的本田的VTEC技術(shù)為例吧，VTEC是本田開發(fā)的先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，也是世界上第一個(gè)能同時(shí)控制氣門開閉時(shí)間及升程兩種不同情況的氣門控制系統(tǒng)。VTEC（Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System）的意思“可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng)”。與普通發(fā)動(dòng)機(jī)相比，VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)所不同的是凸輪與搖臂的數(shù)目及控制方法，它有中低速用和高速用兩組不同的氣門驅(qū)動(dòng)凸輪，并可通過電子控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換。通過VTEC系統(tǒng)裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)可以根據(jù)行駛工況自動(dòng)改變氣門的開啟時(shí)間和提升程度，即改變進(jìn)氣量和排氣量，從而達(dá)到增大功率、降低油耗及減少污染的目的。目前本田車型都使用iVTEC(智能可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng))，iVTEC技術(shù)作為本田公司VTEC技術(shù)的升級(jí)技術(shù)，其不僅完全保留了VTEC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，而且加入了當(dāng)今世界流行的智能化控制理念。3 氣缸蓋 氣缸蓋的工況及設(shè)計(jì)要求氣缸蓋的作用是密封氣缸，并與活塞共同形成燃燒空間，并承受高溫高壓燃?xì)獾淖饔?。為了保證缸蓋與氣缸套之間的密封，缸蓋還要受到很大的螺栓預(yù)緊力(一般為爆—發(fā)壓—力的3—4倍)；氣缸蓋各部分溫度很不均勻，如缸蓋底面燃燒室部分(稱為火力面)溫度最高，而冷卻水套部分溫度較低，進(jìn)氣道和排氣道溫度也不相同，因此，氣缸蓋的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力很大。實(shí)踐表明，“鼻梁區(qū)”(氣門座孔和噴油器孔之間的地區(qū))所產(chǎn)生的裂紋，大多數(shù)由于熱疲勞造成。再加上氣缸蓋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造殘余應(yīng)力也很大。因此，氣缸蓋應(yīng)當(dāng)滿足下列要求：1)氣缸蓋應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，：[作時(shí)缸蓋變形最小并保證與氣缸的接合面和氣門座的接合面有良好的密封。缸蓋變形過大會(huì)加速氣門座磨損、氣門桿咬死和氣缸密封遭到破壞，造成嚴(yán)重漏氣，漏水和漏油，使內(nèi)燃機(jī)無法工作。2)要根據(jù)混合氣形成和燃燒方式布置出合理的燃燒室形式，氣門和氣道布置合理，力求使內(nèi)燃機(jī)性能良好。3)結(jié)構(gòu)力求簡單、鑄造工藝良好；力求避免氣門座之間形成裂紋。 氣缸蓋的材料根據(jù)工作條件，氣缸蓋應(yīng)該用抗熱疲勞性能好的材料鑄造。材料的導(dǎo)熱性愈好，膨脹系數(shù)愈小，高溫疲勞強(qiáng)度愈高，愈能承受熱負(fù)荷的反復(fù)作用。氣缸蓋中熱應(yīng)力很大。當(dāng)變形受到限制時(shí)，各種材料中產(chǎn)生熱應(yīng)力的大小可以用熱應(yīng)力特性數(shù) (αE/λ)表示，其中α為材料的線膨脹系數(shù)，E為彈性模數(shù)，λ為導(dǎo)熱系數(shù)。為了比較材料的熱強(qiáng)度，用材料的拉伸極限強(qiáng)度與(αE/λ)相比而得到熱強(qiáng)度系數(shù)。特性數(shù)愈小，熱應(yīng)力愈小，熱強(qiáng)度系數(shù)愈大，熱強(qiáng)度也愈大。目前有鑄鐵、鋁合金和鋼三種材料的氣缸蓋。當(dāng)溫度低于250度時(shí)，鋁合金具有相當(dāng)高的熱強(qiáng)度，當(dāng)溫度在300度左右時(shí)，鑄鐵、鋁合金和和鋼的熱強(qiáng)度系數(shù)差不多。當(dāng)溫度高于300度時(shí)，鑄鐵和鋼的熱強(qiáng)度比較好。當(dāng)溫度達(dá)到400度時(shí)，鑄鐵的熱強(qiáng)度也迅速下降。里卡圖公司認(rèn)為：鑄鐵氣缸蓋的工作溫度不應(yīng)超過375—400度，鋁合金氣缸蓋的工作溫度不應(yīng)超過220度。否則，鑄鐵氣缸蓋的“鼻梁區(qū)”由于熱膨脹產(chǎn)生應(yīng)力而在高溫下發(fā)生塑性變形，但在冷態(tài)時(shí)又因冷縮受到拉伸，這樣熱脹冷縮交變作用，由于熱疲勞而發(fā)生裂紋。鋁合金氣缸蓋由于高溫而使強(qiáng)度迅速下降。所以，要采取有效冷卻措施，使“鼻梁區(qū)”溫度不要超過上述數(shù)值。 氣缸蓋結(jié)構(gòu)形式的選擇水冷內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋有整體式、分塊式和單體式三種。當(dāng)缸徑D＜105毫米時(shí)，一般多用整體式氣缸蓋，它的零件數(shù)少，結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本較低。如果選用單體式氣缸蓋在結(jié)構(gòu)上就比較困難，因?yàn)楦鞑糠直诤衽c泥芯截面尺寸受到造型和澆鑄條件的限制而不能按缸徑比例縮小，這樣就不能在保證有適當(dāng)?shù)谋诤窈湍嘈境叽绲臈l件下得到既有足夠的氣道面積又有先進(jìn)的氣缸中心距。當(dāng)D＞140毫米時(shí)，一般都用單體式(一缸一蓋)氣缸蓋。這樣可以使鑄造廢品下降，尤其可以供給同一系列而缸數(shù)不同的內(nèi)燃機(jī)通用，便于組織系列化的批量生產(chǎn)，降低制造成本，且使維修方便。當(dāng)125＜D＜140毫米時(shí)，采用單體、整體和分塊(每兩缸或三缸一蓋)或者兼而有之，視各廠傳統(tǒng)習(xí)慣和其它條件而定。D＝105毫米左右是采用分塊式氣缸蓋的下限值；D＝125毫米左右是采用單體式氣缸蓋的下限值。但在產(chǎn)品品種比較單一且產(chǎn)量很大時(shí)， 由于鑄造技術(shù)設(shè)備比較完善，加工生產(chǎn)線負(fù)荷率較高，即使缸徑較大，還是以整體式氣缸蓋比較經(jīng)濟(jì)。整體式氣缸蓋結(jié)構(gòu)如下圖所示。具體尺寸參見圖紙。圖2 整體式氣缸蓋結(jié)構(gòu) 進(jìn)排氣道的布置進(jìn)排氣道的設(shè)計(jì)對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能有很大的影響，進(jìn)氣道影響進(jìn)氣阻力和充氣效率，排氣道影響排氣阻力和廢氣能量的利用(如廢氣渦輪增壓)。在汽油機(jī)中，采用將進(jìn)排氣道布置在氣缸兩側(cè)的方案，但這時(shí)也要從排氣通道中引出一部分廢氣預(yù)熱進(jìn)氣管。為了保證內(nèi)燃機(jī)有盡可能高的充氣系數(shù)，進(jìn)排氣通道應(yīng)當(dāng)有足夠大的面積，氣道斷面要避免突變，最好由氣道口起向進(jìn)氣道的進(jìn)口和排氣道的出口通道面積分別均勻增大20％左右，同時(shí)鑄出的氣道表面要盡量光滑。因此，要選取若干進(jìn)排氣通道截面，繪制圖形，計(jì)算通過面積。如下圖所示。圖3 進(jìn)排氣道的布置圖 氣缸蓋螺栓的布置氣缸蓋螺栓是氣缸蓋與氣缸體之間的聯(lián)接件，它的位置和數(shù)量對(duì)于氣缸蓋和氣缸體的受明蹲汽缸蓋與機(jī)體之間接合面密封的可靠程度、以及氣缸套的變形大小都有很大的影響。螺栓數(shù)目要足夠，以保證壓緊均勻，減小局部交形，密封可靠。增加螺栓數(shù)目，每個(gè)甥校直徑可以相應(yīng)減小，相對(duì)于氣缸蓋的柔性變大，故能減小螺栓上載荷的交變分量，因而相應(yīng)地可降低預(yù)緊力，同時(shí)兩螺栓問的距離減小，對(duì)氣缸墊片的壓緊力更加均勻，減少了沖墊漏氣的可能性。但是，螺栓的布置又受到氣道、推桿孔、水孔和氣缸中心距等具體結(jié)構(gòu)的限制，所以螺栓數(shù)目也不能隨意增多。頂置氣門汽油機(jī)，每缸4個(gè)螺栓一般就夠了，有時(shí)也用5個(gè)螺栓。高速柴油機(jī)由于氣壓力高，一般每缸要5—8個(gè)螺栓。螺栓的布置應(yīng)盡量相對(duì)于氣缸中心線均勻分布，否則可能由于氣缸受力不均引起局部變形，各螺栓、中心連線最好沿氣缸周邊切線布置，以增加密封能力；各螺栓所分?jǐn)偟膲壕o面積要基本相同，以保證壓力均勻。當(dāng)每缸用4個(gè)螺栓時(shí)，氣缸蓋螺栓的布置最方便。氣缸蓋螺栓的預(yù)緊力要足夠，以保證必要的密封壓力，防止長期工作后發(fā)生松弛。但預(yù)緊力過大會(huì)使機(jī)體、氣缸蓋過度變形，反而損壞密封。經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)每缸周圍所有螺栓的總預(yù)緊力等于作用在一缸氣缸蓋上最大氣壓力的3倍以上時(shí)，密封的可靠性才能得到較好的保證。氣缸蓋螺栓受力很大，一般都用優(yōu)質(zhì)中碳鋼．45或合金鋼40Cr。等制造，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。螺栓的尺寸對(duì)汽油機(jī)為Ml 2—14，對(duì)應(yīng)項(xiàng)緊力矩為80—150牛頓米。 在裝配發(fā)動(dòng)機(jī)擰緊氣缸蓋螺栓時(shí)，為避免氣缸蓋襯墊和氣缸蓋局部變形，引起壓力不均勻，必須依次由氣缸蓋的中央向四周對(duì)角地逐漸擰緊。如預(yù)緊扭矩在50牛頓米以下，可分兩次擰緊，50—100分三次，100—160分3—4次，160—250分4—5次擰緊。如有可能，最好在暖車運(yùn)轉(zhuǎn)后再擰緊一次。如已松弛，則再擰緊到規(guī)定扭矩值，如未松弛，則不宜再增大扭矩。4 氣缸蓋罩 雖然某些氣缸蓋罩獨(dú)具特色, 但所有氣缸蓋罩都有一些通用功能。第一個(gè)且最基本的功能是遮蓋并密封氣缸蓋, 將機(jī)油保持在內(nèi)部, 同時(shí)將污垢和濕氣等污染物隔絕于外。這聽起來似乎簡單, 但通常是最難做好的一個(gè)方面。氣缸蓋罩的第二個(gè)功能是將機(jī)油與空氣隔離。在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)形成油霧。氣缸蓋罩較冷的內(nèi)表面會(huì)聚集油霧, 使機(jī)油冷凝并向下流回機(jī)油殼。氣缸蓋罩還肩負(fù)曲軸箱通風(fēng)的責(zé)任。當(dāng)活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)時(shí), 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部會(huì)集聚壓力。如果置之不理, 此壓力會(huì)使各個(gè)密封件泄漏, 導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)效率降低。為了避免這種情況, 用一個(gè)管子連接氣缸蓋罩和進(jìn)氣道, 以便燃燒通風(fēng)空氣。該管可以使用帶槽軟管接頭、螺紋管接頭或快換接頭來連接。氣缸蓋罩內(nèi)的擋油板或過濾器用來盡量避免機(jī)油流向進(jìn)氣道。氣缸蓋罩的另一功能是充當(dāng)機(jī)油加注口。這種結(jié)構(gòu)可以簡單至一個(gè)孔, 在其中擰入機(jī)油加注口蓋即可；也可以是更加復(fù)雜的注油管。氣缸蓋罩還可以作為傳感器安裝支座, 包括凸輪軸位置和凸輪軸正時(shí)傳感器。當(dāng)然, 是否包括這些傳感器取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜程度。 在設(shè)計(jì)PA66氣缸蓋罩時(shí), 必須考慮 到各種因素。以下段落將討論材料相關(guān) 的考慮因素, 密封及NVH（噪聲, 振動(dòng)和聲振粗糙度）, 這些都會(huì)對(duì)采用PA66的成功氣缸蓋罩設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。1）材料相關(guān)的考慮因素 所選材料的特性是首要設(shè)計(jì)考慮因素。PA66是一種熱塑性塑料, 因此其特性會(huì)隨著環(huán)境變化。使用增強(qiáng)材料可以減弱環(huán)境變化的影響, 但這種影響在某種程度上仍會(huì)發(fā)生。 這些環(huán)境因素中最重要的是溫度。對(duì)于泛達(dá)R533H（PA66，33GF）等典型氣缸蓋罩材料, 在從23176。C移至150176。C的環(huán)境時(shí)其強(qiáng)度將損失一半。這種特性下降對(duì)于所有聚合材料都是正常的, 應(yīng)該在設(shè)計(jì)過程的開始階段予以考慮。另外兩個(gè)環(huán)境因素是老化及與機(jī)油接觸。泛達(dá)R533H等產(chǎn)品中的穩(wěn)定劑體系使得這些材料在長期高溫下特性不會(huì)有顯著變化。尼龍66在機(jī)油中也非常穩(wěn)定, 但它確實(shí)存在塑化效應(yīng)。根據(jù)具體的接觸情況, 材料特性通常將降低10%到20%。蠕變通常表現(xiàn)為載荷或應(yīng)力松弛下的變形。它是壓緊力和螺栓載荷的主要問題, 并且在溫度的共同作用下, 還需更多考慮這種因素。與材料相關(guān)的因素應(yīng)該在設(shè)計(jì)的早期階段解決。在有限元分析中結(jié)合使用信息時(shí), 可以在各調(diào)整級(jí)別考慮材料特性。如果使用了數(shù)據(jù)表特性但未考慮調(diào)整級(jí)別, 將導(dǎo)致最終零件失效。2）密封 設(shè)計(jì)氣缸蓋罩的密封系統(tǒng)時(shí),