【JX17-20】大众EA888 1.8L发动机整体设计与分析（二维+论文）
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【JX17-20】大众EA888 1.8L发动机整体设计与分析二维+论文
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上海工程技术大学毕业设计（开题报告） EA888发动机的整体设计与分析 EA888发动机的整体设计与分析开题报告 王宇 062113133一 选题背景及意义EA888发动机是大众集团旗下中高级车型的主力机型，包括1.8L和2.0L两种排量，集缸内直喷、涡轮增压、可变气门正时等一系列先进技术于一身，凭借充足的低速扭矩，良好的燃油经济性以及一流的可靠性，得到市场的广泛认可。EA888发动机遵循全球统一的技术规格和质量控制要求，搭载于大众旗下迈腾、CC、途观、帕萨特，奥迪Q5等多款车型上。近年来随着社会的发展，随着经济的发展，汽车越来越被现代人认可。其优点在于其体积小、重量轻、价格便宜；启动性好，最大功率时的转速高；工作中振动及噪声小，因此，在载客汽车，特别是轿车中，汽油机得到了广泛的应用，特别是在我们国家目前生产的绝大多数轿车，都是采用汽油机作为自己的动力系统。在欧洲，汽油车销量已占汽车总销售量的很大部分，没过市场的汽油车销量也在逐渐增加。目前我国汽车行业内外环境，包括社会认识、市场供求关系、产品和制造技术，都发生了许多新的变化。目前人们经济条件的提高以及汽车产业的迅速发展，人们对于汽车的动力性、舒适性以及省心度的要求有所提高，这也是不断优化发动机设计的原因。因此，我们选择了EA888发动机作为研究对象来对其优化研究，以求获得最经济最合理的效果。 二 国内外发动机研究现状2.1国内汽油机现状目前国内已经能够自行设计并开发中小功率的汽油发动机和部分中速发动机。华晨汽车将自主知识产权的1.8T发动机装上了自己的汽车。中国“首款自主T系列车型”1.8T中华轿车在北京人民大会堂上市。清华大学汽车工程开发研究院常务副院长宋健博士告诉记者，根据他的了解，即使与国外的“T”型车相比，1.8T中华的表现也仍然在多项指标上高出一截。尽管合资汽车公司在总量上占据了目前中国国内发动机生产的绝大部分地盘，但作为汽车的心脏，自己制造发动机也出现在越来越多的中国自主品牌汽车公司的计划中。吉利汽车做出了中国第一台CVVT发动机；奇瑞和奥地利AVL公司合作开发了多款发动机；长安汽车和德国FEV公司合作开发了系列发动机；海马汽车也引进了马自达的发动机技术。 图1 v4发动机国内已经投产的发动机厂可以分为三大类：第一类 是2000年以前投产的，基本是20年以前的技术，典型的代表就是丰田的491发动机至今还在生产。第二类 是在2000年到2005年之间投产的，它是上一代技术被转移到中国来的结果，典型的代表是三菱4G6平台上的发动机。第三类 是2005年之后开工的，和国际先进水平保持同步水准，比如通用的V8的技术、大众的EA888平台上的直喷技术。也就是说，不同技术水平的发动机现在几乎都在中国同时生产。但是随着中国政府排放法规的越来越严格，未来技术落后的发动机将难以在国内立足。从目前发动机的国2排放标准到2007年7月1日实施的国3排放标准，再到2010年的国4排放标准，以及2013年实施的国5排放标准，发动机厂家被不断要求提升技术能力。 当然，这种发动机的升级换代工作还受燃油价格、油品质量特别是柴油质量的影响。汽车消费税政策和燃油消耗量政策，也都会对发动机在中国的生产起到很大的作用。混合动力和代用燃料仍然会扮演重要的替代角色。2.2国外汽油机的现状 以福特为例，福特汽车公司在美国底特律推出了一项名为EcoBoost的全新发动机技术。未来5年中，每年在北美将有50万辆福特、林肯和安全品牌汽车采用这一新技术，从而使其燃油经济性提升高达20。 采用EcoBoost技术的4缸和6缸发动机兼具涡轮增压和燃油直喷两种技术。相比更为昂贵的混合动力与柴油发动机，EcoBoost技术建立在现今广泛使用的汽油发动机上，通过改进，使其在无损驾驶性能的前提下提高燃油经济性并降低排放。目前，各国的汽车公司都在大力开发和采用这种技术先进、性能优异的产品。日本三菱汽车公司一直处于领先地位。自1996年8月率先向市场投放第一台GDI发动机以来，三菱公司先后又开发出了多种不同类型的GDI发动机，即2.4L四缸机、3.0L六缸机和3.5L六缸机，它们已分别装用于四种中、大型轿车投放市场。近年来，该公司又推出多种GDI新机型:4.5L的V8机、1.5L的直列四缸机和0.66L的直列三缸机。三菱公司称，其1.8L的GDI发动机不仅可节省燃油20，降低排放20，而且还可把发动机的功率和扭矩提高10。2.3汽油机所采用的新技术及发展趋势 燃油电子喷射 相比于过去采用的化油器，燃油电子喷射系统可以的燃油计量精确度上有较大幅度的提高。因此，采用电子控制燃油喷射的汽油机，其经济性和动力性有很大的提高，使对混合气浓度要求的三效催化转化器降低排放成为可能。 电子控制燃油喷射从单点式发展到多点式。这使汽油机不仅在动力性上仍旧能保持其密度的特点，而且其燃油性几乎可以和柴油机相媲美。有人甚至称汽油直接喷射是汽油机的一次革命。汽油直接喷射技术已经在日本三菱、丰田和日产的一些发动机上应用。欧洲的一些汽车公司如德国大众、法国雷诺等也在发展之中。 点火和管理系统 汽油机是电火花点燃混合气的点燃式发动机。火花的发生过去是依靠点火系统内的机械式白金断电器来完成的。断电器在高速运转下很容易磨损并烧蚀，从而使发动机出现失火，造成动力性下降和有害排放物激增的后果。 采用电磁式或霍尔式无触点的断电器便彻底解决汽油机运转过程中动力下降的排放增加的难题，也大大地减少了发动机的维修和保养工作。现代的高性能汽油机已经毫无例外地采用了电子控制的无触点点火系统。可变气门定时和升程系统 发动机的气门是控制进气与换气过程的基本机构，主要的控制参数是气门定时和升程。对应于一定的运行工况，要求的定时和升程各不相同。但一般发动机一经制造出后，气门机构的定时和升程便不能改变，这势必造成部分工况不能在最优的状态下，动力性、经济性和排放品质达到最优。 图2 可变气门定时以日本本田思域车用发动机为例，1.5升排量、非增压的直列4缸汽油机，采用VTEC系统后，功率由70kW提高至100kW。目前正在发展的完全电子控制的气门机构，可以取消汽油机的节气门，进气量大小完全由气门定时和升程决定。这样可以使汽油机燃料经济性再提高一步。汽油机直喷（GDI）技术，就是将汽油通过高压（约100大气压）供油系统将汽油直接喷到燃烧室内与空气混合、燃烧。GDI在电子喷射和控制技术取得长足发展后，于上世纪90年代后期开始进入市场。与传统的多点气道喷射的汽油机相比，GDI有四大显著的优点：能有效降低发动机的未燃碳氢化合物的排放，因为GDI技术避免了气道喷射汽油机在冷起动时燃油在气道壁面沉积的问题，而且极大地提高了燃油与空气的混合程度，更为精确地控制了每个燃烧循环的空气与燃油的比例，从而达到缸内完全燃烧的目的；使汽油在燃烧室内雾化、蒸发，降低了燃烧室内空气的温度，从而增加了燃烧室内空气的质量；因汽油蒸发降低了充气的温度，使发动机设计师有可能提高发动机的压缩比，提高发动机的热效率；GDI使发动机能很容易实现分层燃烧。 图2 缸内直喷技术 燃烧速率控制滑片是另一项节能环保技术，类似的设计思想在Toyota和Ford的发动机上有所体现。汽油机在怠速和小负荷时，燃烧室内残余废气所占的比例很高，会导致点火困难、火焰传播速度慢，这会负面影响发动机的排放及效率。而另一方面，在一般城市交通中，汽车发动机绝大部分时间是在中、小负荷及怠速状况。优化汽油机在这些状态下的排放和热效率具有重大的意义。燃烧速率控制滑片就是通过促进燃烧室内在火花塞附近创造稳定的、容易点燃的空气燃油混合比，通过增加燃烧室湍流的强度达到节能环保的目的。发动机在怠速或小负荷时，发动机电子控制器会实时调节滑片在发动机进气道的位置，使滑片挡住进气道部分截面积，从而使新鲜空气燃油混合气在进入燃烧室时有一切向的速度，在燃烧室内形成有序的涡流。在着火及燃烧的早期，有序的涡流碎化成小尺度的涡流，从而大大提高火焰的传播速度。另一项最近两年开始投入市场的汽油机技术就是切缸工作循环，或称为可变排量。可变排量技术就是根据汽车动力的需求来实时决定发动机的有效排量，使做功的汽缸总是处于大负荷状态，从而达到节能环保的目的。这一技术适用于中大排量、V型布置的发动机，如本田的V6、通用的V8及戴-克的V12汽油机。三 拟采用的主要研究方法 技术路线： 1. 检索文献资料，市场调研，了解EA888的开发与使用情况； 2. 进行发动机整体的结构方案分析，确定该汽车发的发动机的结构形式； 3. 根据功能要求，进行发动机总体布置设计：根据性能要求，分析确定活塞连杆、机体、配气机构、曲轴飞轮的结构尺寸参数，并进行相关的性能分析计算； 4. 根据发动机总体布置设计的结果以及零件的功能与性能要求，进行发动机零件的图纸设计；5. 根据发动机零件图，绘制发动机装配图；6. 编写设计计算说明书，完成毕业设计（论文）。四 课题研究内容设计步骤：本次设计的上汽EA888 1.8L 汽油发动机参数如下：序号工作过程计算参数 单位 数值1设计指标有效功率kw 1182标定转速r/min3最大扭矩N*m 2504设计最大扭矩转速r/min1500-45005缸径mm 82.56冲程mm 84.17压缩比 9.68缸数 49燃料汽油整体发动机设计步骤大致如下：1、 根据汽油机的用途，曲轴的布置，活塞连杆、机体、配气机构等参数，设计整体发动机的结构形式。2、 依据汽油机相似原则以及设计者的经验，初步选定功率、扭矩、压缩比等。3、 根据发动机设计原则出发确定。根据上述计算结果，决定是否需要修改设计。上述方法需反复进行，并最终确定整体发动机的尺寸、布置方式，完成发动机的设计，绘制出整体发动机的零件图。五 论文进度安排1月18日 3月11日：收集相关上汽大众EA888 1.8L发动机的技术资料，并对其整理分析；3月12日 3月31日：据设计参数完成发动机整体选型以及方案初步设计；4月1日 4月20日：完成参数的设计计算并校核；4月21日 5月1日：绘制总成装配图以及各个部件零件图；5月2日 5月11日：编写设计计算说明书；5月12日 5月20日：完成论文初稿，并交系里老师中期检查；5月21日 6月15日：修改完善论文，完成二稿、终稿并交至系里检查；6月16日 6月17日：制作PPT，进行答辩准备。参考文献1 方泳龙 .汽车控制理论与控制 M. 北京国防工业出版社 2005年2 唐新蓬.汽车总体设计 M. 北京高等教育出版社. 2010年.3 史文库 姚为民.汽车构造 M. 人民交通出版社 2013年.4 杨可桢 程光蕴 李仲生 钱瑞明.机械设计基础 M. 高等教育出版社 2013年.5 方泳龙.汽车控制理论与控制 M. 北京国防工业出版社 2005年6 濮良贵 陈国定 吴立言.机械设计 第九版 M.高等教育出版社 2013年.7 赵波.UG CAD教程 M.清华大学出版社 2012年.8 徐兆坤.汽车发动机原理 M.清华大学出版社. 2010年.9 李柱国.机械设计与理论M.北京：科学出版社，200310 徐灏主编.机械设计手册S：北京：机械工业出版社，199111 华健。现代汽车制造工艺学M.上海：上海交通大学出版社，2009.12 甘永力.几何量公差与检测M.上海：科学技术出版社，2001.13 朱孝录.齿轮传动设计手册M.北京：化学工业出版社，2005.14 刘惟信.汽车设计M.北京:清华大学出版社，2004:685-711.15 余志生.汽车理论M.北京:机械工业出版社，2006.5.16 Anthony ONeiletc,Robotise
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