【文章內(nèi)容簡介】 結(jié) ............................................................................................................... 38 第 5 章 總結(jié)與展望 ......................................................................................................... 39 總結(jié) ..................................................................................................................... 39 展望 ..................................................................................................................... 39 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 40 致謝 ............................................................................................................................... 41 畢業(yè)設(shè)計（論文） VI ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 畢業(yè)設(shè)計（論文） 共 40 頁 第 1 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 1章 緒論 引言 汽車工業(yè)已成為中國的支柱產(chǎn)業(yè)，但節(jié)能環(huán)保問題成為制約其發(fā)展的瓶頸，也越來越受到社會的關(guān)注和重視。面對嚴(yán)格的排放法和燃油經(jīng)濟(jì)法，汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)研發(fā)了一系列節(jié)能減排的結(jié)構(gòu)，其中可變技術(shù)能在不同轉(zhuǎn)速提升發(fā)動機(jī)綜合性能，日益受到重視，其中，包括可變氣門升程，可變配氣相位，可變壓縮比，可變進(jìn)排氣管長度，可變增壓系統(tǒng)等 [1]。 目前，這些新技術(shù)和新方法，有的已在內(nèi)燃機(jī)上得到應(yīng)用，有些正處于發(fā)展和完善階段，有可能成為未來內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向。 VVT(Variable Valve Timing 可變正時技術(shù) )是近些年來被逐漸應(yīng)用于現(xiàn)代轎車上的新技術(shù)中的一種。它通過控制發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣門開閉時刻 (正時 )和改變氣門運(yùn)動升程，與汽車運(yùn)行工況實現(xiàn)最佳匹配，從而提高進(jìn)氣充量，使充量系數(shù)增加，發(fā)動機(jī)的扭矩和功率由此可以得到進(jìn)一步的提高，從而提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性 [2]。 國內(nèi)外研究概況 可變氣門技術(shù)在早期時候的運(yùn)用 從最近的時代來看， VVT 也就是發(fā)動機(jī)的可變氣門正時技術(shù)在現(xiàn)代的轎車上廣泛應(yīng)用。提高進(jìn)氣的充量，使得充氣量的系數(shù)提高是發(fā)動機(jī)可變氣門正時技術(shù)在轎車上顯示出的優(yōu)勢，發(fā)動機(jī)的扭矩可以進(jìn)一步提高，同時 還可以提高發(fā)動機(jī)的功率，汽車的發(fā)動機(jī)還可以借助這可變氣門正時技術(shù)更加自由地變換動力模式，例如停車怠速等，這樣也就同時降低了內(nèi)燃機(jī)對空氣的污染。最早解決這個問題的是寶馬公司和豐田公司，這兩個公司推出的 VANOS 與 VVT—i技術(shù)是他們的自豪之作，但如果究其根源的話， VTEC 型號的發(fā)動機(jī)是最早解決發(fā)動機(jī)可變氣門技術(shù)的發(fā)動機(jī)，是本田公司在八十年代推出的，這款發(fā)動機(jī)的表現(xiàn)非常令人滿意 [2021]。 首先介紹本田公司的 VTEC 技術(shù)系統(tǒng)，就是可變氣門正時和升程電子控制系統(tǒng)。豐田公司在一九八九年推出 VTEC 系統(tǒng)技術(shù)作為自 己公司的專有技術(shù)，這項技術(shù)可以控制氣門升程和氣正時，氣門升程和氣正時可以隨著發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、負(fù)載荷度和水溫等等運(yùn)行的參數(shù)的變化而做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使得發(fā)動機(jī)在低速行駛時可以發(fā)出大扭矩，在高速行駛的時候發(fā)出高功率[3]。 其次是寶馬的 VANOS 技術(shù)系統(tǒng)。這個技術(shù)系統(tǒng)是可以調(diào)整進(jìn)氣凸輪軸和曲軸的位置的，使得在不同情況下進(jìn)氣凸輪軸和曲軸的位置相對應(yīng)。寶馬公司第一次使用這項技術(shù)是在一九九二年的寶馬五系列的搭載 M 五十發(fā)動機(jī)上?，F(xiàn)在寶馬推出了 VANOS 的新技術(shù)即雙 VANOS，雙 VANOS 技術(shù)調(diào)整了排氣凸輪軸的機(jī)構(gòu)，就是進(jìn)氣凸輪軸的操作是根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和踏板位置來確定的，當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速處于最低的時候，進(jìn)氣門就會開啟改善怠速質(zhì)量和增加平穩(wěn)度；當(dāng)發(fā)動機(jī)處于中轉(zhuǎn)速度時，進(jìn)氣門就會提前開啟來增大扭矩并且允許排出的廢氣在燃燒室內(nèi)再進(jìn)行循環(huán)利用從而可以減少轎車的耗油量和減少轎車的廢氣排放量；當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度很高的時候，進(jìn)氣門就會再次延遲開啟，這樣就能發(fā)揮出更大的功率 [4]。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 共 40 頁 第 2 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 最后是豐田的 VVT—i 技術(shù)系統(tǒng)。 VVT—i的全稱是 Variable Valve Timing intelligent，翻譯成中文 就是智能可變配氣正時，這項技術(shù)系統(tǒng)是豐田特有的并且在世界技術(shù)上領(lǐng)先的發(fā)動機(jī)技術(shù)系統(tǒng)，可以連續(xù)的調(diào)節(jié)氣門正時，但是不可以調(diào)節(jié)氣門升程。該技術(shù)的工作原理就是當(dāng)發(fā)動機(jī)從低速度邁向高速度的時候，電子計算機(jī)就會自動的把機(jī)油壓人進(jìn)氣的凸輪軸，然后驅(qū)動齒輪內(nèi)的小渦輪，在這樣的壓力下，小渦輪和齒輪殼旋轉(zhuǎn)就會有一定的角度，當(dāng)凸輪軸在六十度范圍內(nèi)往前或者往后旋轉(zhuǎn)時，就可以改變進(jìn)氣門開啟的時間，從而達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時的目的 [5]。 二十一世紀(jì)的可變氣門技術(shù) 首先要介紹的是豐田的 VVTL—i 技術(shù)，這項技術(shù)的全稱是 Variable Valve Timingamp。 Lift Intelligent。這項技術(shù)是在原來 VVT—i 技術(shù)上改進(jìn)的，就是在原來型號的發(fā)動機(jī)的凸輪軸上增加了可以切換不同角度而大小不一致的凸輪，而且還采用了搖臂機(jī)制來決定是否要到最大角或者最小角的凸輪，這樣可以做到連續(xù)的改變發(fā)動機(jī)的正時重疊時間和兩階段式的升程。這項技術(shù)與原來技術(shù)不同的是現(xiàn)在技術(shù)的搖臂里是用油壓來決定每個銷移動到哪里，現(xiàn)代的 VVTL—i技術(shù)結(jié)合了 VVT—i技術(shù)的連續(xù)式的可變正時與重疊角技術(shù)，這可以說是比較完美的發(fā)動機(jī)。 其次介紹 iVTEC。 iVTEC 是從 VTEC 演變過來的， 20xx 年，也就是 VTEC 發(fā)明后的十二年， VVTL—i 技術(shù)的出現(xiàn)嚴(yán)重打擊了 VTEC 技術(shù)，于是本田公司向世界推出了新一代的技術(shù)，叫做 iVTEC。這項技術(shù)就是在原來 VTEC 技術(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一個 VTC 系統(tǒng)， VTC 的全名是 Variable timing control，翻譯成中文就是可變正時控制。該項技術(shù)就是把排氣閥門的正時和開啟的重疊時間設(shè)置為是可以變化的， l 這個變化是由可變正時控制系統(tǒng)來控制，這個控制系統(tǒng)的導(dǎo)入可以使得發(fā)動機(jī)在很大范圍的運(yùn)轉(zhuǎn)速度內(nèi)都可以得到合適的配氣，這 樣一來， iVTEC 和VVTL—i技術(shù)系統(tǒng)一樣都可以稱作是比較完美的可變氣門發(fā)動機(jī)。 最后是寶馬公司的驕傲技術(shù) ——Valvetronic，它與 VVTL—i 或 iVTEC 比有更進(jìn)一步的優(yōu)勢，第一寶馬公司的技術(shù)減少了節(jié)氣閥門的設(shè)計，這樣可以讓發(fā)動機(jī)吸收新鮮空氣的時候更加順暢，還可以采用電子式的可變電阻，根據(jù)油門踩踏時候的深淺通過電阻來確定進(jìn)氣量，寶馬公司的技術(shù)除了和豐田本田一樣采用可持續(xù)性的變化氣門正時外還對其進(jìn)行了升級，寶馬公司增加了一種偏心軸，除了凸輪軸依靠搖臂系統(tǒng)來驅(qū)動氣門搖臂之外，還通過附加搖臂和氣門搖起的接觸角度來決定偏心軸的相位，偏心軸的相位可以讓一個 ECU 來控制，這樣使得搖臂的角度變化，對應(yīng)凸輪運(yùn)動來說，氣門搖臂反應(yīng)的不同，氣門升程的變化也就不同。 [6] 國內(nèi)研究情況 在國內(nèi)，可變氣門技術(shù)的研究從 20 世紀(jì) 90 年代逐步開始。 90 年代中期，研究人員開發(fā)出了一種用諧波傳動實現(xiàn)的可變凸輪相位機(jī)構(gòu)，可實現(xiàn)小級差的多級調(diào)相。 20xx 年后，吉林大學(xué)、上海交通大學(xué)與長春汽車研究所等設(shè)計了一種液壓張緊器式的可變配氣相位機(jī)構(gòu)，可使氣門實現(xiàn)兩級式變化（進(jìn)氣門：提前 15176。CA，滯后 13176。CA），清華大學(xué)開展了電磁驅(qū)動式氣門機(jī)構(gòu)的研究，浙江大學(xué)對電磁驅(qū)動式氣門機(jī)構(gòu)進(jìn)行了模型的仿真研究。但與國外相比，可變氣門 畢業(yè)設(shè)計（論文） 共 40 頁 第 3 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 技術(shù)只是局限于實驗室研究，還沒有形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的，可以廣泛應(yīng)用于車用發(fā)動機(jī)的可變氣門機(jī)構(gòu) [7]。 本文闡述的主要內(nèi)容 本文源于 本人在上海某汽車公司實習(xí)期間接觸到的 某汽油發(fā)動機(jī)技術(shù)升級開發(fā)的項目，在基于設(shè)計、仿真和開發(fā)試驗的工程實踐活動中，重點(diǎn)研究和分析了 配氣機(jī)構(gòu)的基本原理，利用仿真軟件進(jìn)行了 性能仿真優(yōu)化， 并且利用了公司設(shè)備進(jìn)行了發(fā)動機(jī)臺架試驗驗證 。 首先 分析了國內(nèi)外對于可變配氣機(jī)構(gòu)的研究和應(yīng)用， 通過在不對原型機(jī)本機(jī)進(jìn)行大的結(jié)構(gòu)改動的情況下，提升低速扭矩，降低油耗。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)原理知道，內(nèi)燃機(jī)動力性的高低主要取決于其缸內(nèi)氣體充量的多少或者充氣效率的大小，進(jìn)氣門遲后關(guān)、排氣門提前開以及進(jìn)排氣重疊角的大小是直接影響因素。然后通過 AVL BOOST 軟件建立對應(yīng)原型機(jī)的發(fā)動機(jī)模型，確定邊界條件后，對發(fā)動機(jī)性能進(jìn)行模擬，得到發(fā)動機(jī)外特性功率和扭矩圖，并且與原型機(jī)試驗結(jié)果進(jìn)行對比，繪制性能曲線進(jìn)行對比后證明仿真模型比較準(zhǔn)確，其次改變發(fā)動機(jī)配氣相位 ，對比分析 得到了該工況下最 佳配氣相位，然后畫出最優(yōu)配氣相位圖線，依據(jù)該圖線，仿真出DVVT 發(fā)動機(jī)的性能，并且與原機(jī)型仿真結(jié)果進(jìn)行對比，用仿真結(jié)果說明了 DVVT 對發(fā)動性能的提升。 最后 經(jīng)過臺架基礎(chǔ)試驗， 測出 DVVT 發(fā)動機(jī)的外特性油耗，扭矩， 并且與原型機(jī)對比，證明了本文的觀點(diǎn)和方法的正確性。 本文 主要的創(chuàng)新點(diǎn)是利用“進(jìn)氣遲后角和氣門重疊角隨轉(zhuǎn)速的增大而增大”這一配氣相位變化原則， 先確定低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速的最佳配氣相位，再確定中等轉(zhuǎn)速的最佳配氣相位的流程，具體標(biāo)定利用程中先改變進(jìn)氣遲后角，利用氣門重疊角和進(jìn)氣遲后角的聯(lián)系，再按照一定規(guī)律改變氣 門重疊角的方法列出不通的配氣相位組合。通過這種方法 大大減小了標(biāo)定次數(shù)，提高了標(biāo)定效率。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 共 40 頁 第 4 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 自 然 吸 氣 汽 油 發(fā) 動 機(jī)原 型 發(fā) 動 機(jī) 背 景B O O S T 原 型 機(jī)建 立 模 型原 型 機(jī) 性 能 試 驗發(fā) 動 機(jī) 產(chǎn) 品開 發(fā) 設(shè) 計發(fā) 動 機(jī) 仿 真 分 析及 預(yù) 測（ 一 維 ）D C V V T 優(yōu) 化性 能 仿