大学生创新性实验计划项目学生实施方案.doc

燕山大学国家大学生创新性实验计划项目开 题 报 告（参考模版）项 目 名 称： 基于单缸四冲程机的直流扫气式二冲程机的性能实验研究 项 目 编 号： 081021615 负 责 人： 闫伟静 联 系 电 话：所 在 院 系： 车辆与能源学院 专 业 年 级： 交通运输专业 06级 指 导 教 师： 夏怀成、邸立明 课题性质、来源： 独立课题 导师的子课题其他 项目起止时间： 2009.1-2010.12 教 务 处 制2008年11月一、课题论证（可另附页）1课题的立项背景、目的和意义（明确指出学生自己对课题的理解）目前，虽然对发动机的性能改进取得了一定的成果，但对基于单一工作模式的发动机而言，若实现在较大工况范围内提升发动机性能，还具有一定难度。众所周知，二冲程和四冲程两种往复活塞式发动机有各自的优点和应用领域，一方不能被另一方所替代。因此，进行以下探讨是很必要的：设计出一种新型的发动机，经过控制程序的切换，既可以进行二冲程工作模式，又可以进行四冲程工作模式，将二者的工作模式融合，使一台发动机同时具备二冲程和四冲程发动机的优点，以获得两个不同工况下的最佳性能点，使发动机的扭矩和功率能在更大的工况范围内有良好的表现，进而使发动机排量更小、质量更轻，同时功率却更加强大、油耗和排放更低。而在技术不断进步的今天，这种设想已经变得可行。通过这个基于崭新的发动机工作模式理论来进行结构改造和实验设计，能最大程度的调动我们的主动性、积极性和创造性，使得我们的动手能力和专业技能得到锻炼，激发我们的创新思维和创新意识，同时在项目实践过程中逐渐学会思考问题、解决问题的方法、锻炼我们解决问题的能力，进一步提高我们的综合素质。2课题研究现状评述（国内外主要发展现状与趋势，并列出至少10篇相应的参考文献）目前，世界各国已经有不少对可变冲程与压缩比、直接喷射式、可变气门升程等新型发动机技术的研究和开发，引起了人们的重视。英国著名汽车咨询公司Ricardo公司和福特汽车公司正在合作进行一个名叫2/4SIGHT的项目，研究使一台汽油发动机同时具有二冲程发动机和四冲程发动机优势的可行性2，并有望在2010年前投入使用。该发动机没有气门和凸轮轴，由电磁阀驱动的齿轮组控制气道的开闭，当由四冲程转变为二冲程时，由高速火花塞在相当于四冲程发动机四个行程中点火两次，以提升发动机动力。采用该技术的104L排量、3缸发动机就可以提供相当于18L排量传统汽油发动机的最大功率，而低转速时的转矩要高50。新式发动机在大部分时间都采用四冲程工作方式。而只在需要大转矩的时候才切换到二冲程模式。澳大利亚人Malcolm Beare，自行设计制造了一台将二冲程与四冲程相结合的发动机，被人们称作“六冲程”发动机3。其结构是将二冲程气缸倒置放在上面，下面为一个四冲程气缸，上面气缸壁上设置有进、排气口，当活塞上下滑动时，可打开或关闭它们。该机由两个化油器通过一套舌簧阀供应混合气，在压缩和燃烧行程，上面活塞封闭两气口，两个活塞同时吸收燃烧压力，从而增加功率。这项技术最大的好处是舍弃了四冲程传统的蘑菇状气门，从而省去了气门振动变形带来的麻烦。Beare用杜卡迪900SS车用发动机进行改造，将转速提高至9000r/min，实际功率可达到63.2kW，而原车仅为51.5kW。其优点至少有三个，即减少振动、增加扭矩和提高节气门开度的灵敏性，而且经济性能也可得到改善。在国内，通过文献检索和汽车行业内调查了解，除邸立明曾进行过往复活塞式发动机多行程工作模式的理论探讨之外，尚没有相关方面的研究报道。邸立明在“往复活塞式发动机多行程工作模式的研究”4,5一文中提出在一台发动机上实现二冲程、四冲程和六冲程工作模式的设计思想。其特点是维持原四冲程发动机的进、排气门结构形式不变，在气缸侧增加一个排气阀，通过无凸轮轴驱动机构控制，通过改变各个进、排气门的开闭时刻，实现发动机冲程的切换，同时实现压缩比的一定区间连续可调。 本创新实验是根据邸立明老师的研究成果，进行可变冲程式发动机的前期结构设计和大量实验，使其具有大量的实验数据基础；以本田单缸四冲程发动机为研究对象，进行改进设计，使其具有二冲程工作模式，研究采用改变凸轮配气机构、点火系统、进气系统和缸侧结构，通过实验达到此种发动机改造后在二冲程工作模式下动力性、经济性和排放性上最大限度的最优化。参考文献：1 商国华.二冲程发动机仍将是21世纪摩托车的主要动力源J.摩托车技术,1999,(12):21-23. 2 张金生.神奇的“六冲程”发动机J.摩托车,2001,(8):20. 3 颜增品.瑞士发明六冲程发动机J.车用发动机,1995,(6):58.4 邸立明，詹长书，夏怀成.往复活塞式发动机多行程工作模式的研究J.工程设计学报，2007，（4）：126-129.5 邸立明.往复活塞式发动机多工作模式的研究D.工程设计学报，2007，（4）：126-129.6 魏明锐,刘永长,文华,张煜盛.二冲程汽油机分层进气系统数值模拟及实验研究J.内燃机学报,2003,(6):395-400.3课题主要内容与基本思路，分析难点和创新点主要内容：1、改变配气机构的凸轮型线，使其符合匹配改造后的二冲程的配气需要；2、设计匹配的主动进气增压系统，满足二冲程机换气时间变短的需要；3、匹配点火系统，从四冲程点火模式转换到二冲程点火模式，并满足稀混合气的高能点火需求；4、确定四冲程结构参数基础上的二冲程方式的缸侧排气口位置及尺寸参数的确定；5、进行系统实验设计，通过对大量的系统实验数据分析处理，得到新型结构的发动机的性能结论。基本思路：首先，课题组成员查阅相关资料并根据特长和兴趣选择自己主要的负责方向。之后，自主设计项目研究方案并进行可行行论证。随后，关键结构设计、研制开发。再进行实验设计和系统实验工作，同时进行实验数据统计工作。通过对实验统计数据的处理与分析得出实验结论。最后，填写结题表、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩和成果推广等。难点和创新点难点：作为河北省教育厅自然科学研究指导项目“可变冲程式发动机技术的研究”的子项目，本创新实验项目基于崭新的发动机工作模式理论来进行结构改造和实验设计，能最大程度的使得我们学生的动手能力和专业技能得到锻炼创新点：本创新实验项目的主要创新之处在于对现有单缸四冲程发动机的缸侧排气口的参数设计和定位，并使得其实现二冲程的工作模式，从而为主课题项目打下一个基于实验数据的多工作模式发动机性能优化的基础。可行性分析：本创新实验是根据邸立明老师的研究成果，进行可变冲程式发动机的前期结构设计和大量实验，使其具有大量的实验数据基础；以本田单缸四冲程发动机为研究对象，进行改进设计，使其具有二冲程工作模式，研究采用改变凸轮配气机构、点火系统、进气系统和缸侧结构，通过实验达到此种发动机改造后在二冲程工作模式下动力性、经济性和排放性上最大限度的最优化。目前，世界各国已经有不少对可变冲程与压缩比、直接喷射式、可变气门升程等新型发动机技术的研究和开发，引起了人们的重视。 而在技术不断进步的今天，这种设想已经变得可行。4课题预期成果1、 提供经过改造的基于单缸四冲程机的直流扫气式二冲程发动机1台；2、 提供实验数据与实验结论；3、 发表论文1篇。二、研究进度及具体时间安排起止日期主要研究内容预期结果2009.1-2009.3查阅相关资料根据特长和兴趣选择自己主要的负责方向2009.4-2009.6自主设计项目研究方案得出方案并进行可行行论证2009.7-2009.12关键结构设计、研制开发得到合理的结构设计图2009.12-2010.6进行实验设计和系统实验工作对实验统计数据的处理与分析得出实验结论2010.7-2010.12填写结题表、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩和成果推广等。三、现有条件及经费预算现有条件：实验室具备发动机实验台架，本田单缸四冲程发动机一台，及一些基本的拆装工具。经费预算：1、资料费：10