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节能汽车发动机优化改造含SW三维图,节能,汽车发动机,优化,改造,SW,三维
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任务书论文(设计)题目：节能汽车发动机优化工作日期：2018年01月05日 2018年06月06日1.选题依据:优化技术在发动机的设计制造中占有非常重要的地位。考虑到能源的短缺和环境问题的重要性，未来的车用发动机优化设计的研究将是以节能和环保为重点的综合最优，应当建立并应用多种不确定多目标多学科优化理论方法、策略及算法，并应大力开发在一个优化平台上集成各个学科设计要求的多学科多目标优化设计系统，该系统将具有更高的优化效率和较好的开放性，可以更好地适应未来汽车个性化设计的趋势。2.论文要求(设计参数):1.搜集资料，了解国内外有关研究概况，写出开题报告。2.提出完整的设计方案。3.查阅资料，获得一常用表常用参数，绘制图纸。4.编写详尽的设计说明书，字数不少于10000字。5.翻译有关外文资料不少于2000字。3.个人工作重点:1.进行材料收集。2.根据实际情况进行优化方案设计。3.对发动机各个参数的动力学及热力学的计算。4.发动机功率、油耗、排放以及转化率数据对比曲线。5.图纸的绘制，说明书的撰写。4.时间安排及应完成的工作:第1周：接受设计任务,杏阅相关资料,了解课题的背景和发展状况第2周：分析本设计的可行性和可靠性第3周：完成外文资料翻译和开题报告第4周：完成热力计算和动力计算第5周：根据计算结果，确定几种设计方案，论证并选择最优方案 第6周：设计汽油机机休组件并完成设计图第7周：设计汽油机机休零件并完成设计图第8周：设计汽沖机机体组其他零件并完成设计图 第9周：完成装配图并完善第10周：编写设计计算说明书第11周：完善设计计算与图纸绘制第12周：撰写毕业论文并完善第13周：进行答辩准备第14周：完成毕业论文答辩5.应阅读的基本文献:1钱叶剑,谈建,左承基,滕勤.车用乙醇汽油对电喷汽油机性能影响的实验研究J.内燃机学 报,2006,7.2 赵志国.我国车用乙醇汽油使用对车辆性能影响及发展建议J.汽车节能,2007,10. 3黄付强.乙醇一汽油灵活比例电控发动机性能研究D.浙江大学硕士学位论文,2005,1. 4蒋德明.内燃机原理M.北京,中国农业机械出版社,1985. 5周龙保.内燃机学M.北京,机械工业出版社,1999. 6崔心存.现代汽车新技术M.北京,人民交通出版社,2001. 7杨连生.内燃机设计M.北京,机械工业出版社,1992. 8潘明刚.吉林大学汽车工程系.汽车构造M.北京,人民交通出版社,2006,第五版. 9史绍熙.柴油机设计手册M.北京,中国农业机械出版社,1984.10Yamagata H,etc.The Science and Technology of Materials in Automotive Engines M.Woodhead Publishing Limited,2004.11Christoph Roser,etc.An Economic Design Change MethodJ.Journal of Mechanical Design,2003,125（6）.指导教师签字：XX教研室主任意见：同意签字：XX 2017年12月14日教学指导分委会意见：同意签字：XX 2017年12月15日 学院公章节能汽车发动机优化改造摘要伴随着能源危机，温室效应等一系列环境问题，作为首要排放源的交通工具，依然是以燃料燃烧来作为主要的驱动方式，并且，随着排放法规的要求越来越高，寻求低排放甚至无污染低能耗是的驱动方式已经成为了解决环境问题的主要突破口了。许多的汽车制造商开始研究生产电动车，但是因为电池容量与充电的问题并没有得到很好的方法来解决，现在正处在从燃油机过渡到电动机的阶段上，燃油机的电动化是不可避免的大趋势，但是内燃机依然有着不可取代的地位。部分汽车制造商在研发电动车的过程中，结合内燃机和电动机的特性，研发了混合动力的汽车，在降低考虑排放的同时还能避免功率的大幅度损失，在这些方面，日本的汽车制造商尤为突出。在电池问题彻底解决以前，内燃机依然会是交通工具的主要驱动元，所以内燃机的低排放和低能耗化，是一个很有价值的研究问题，对此，很多的厂商采用了不同方法，小型化，涡轮增压，混合动力，柴油化，缸内直喷等技术不断被开发出来，为了能够更深入的学习和了解汽车未来的发展方向，对“汽车的心脏”发动机需要有更深入的理解，并且能将这些理解应用在实际生产当中。关键词：发动机；经济性；小型化；排放法规AbstractWith a series of environmental problems, such as energy crisis and greenhouse effect, as the primary emission source, the vehicle still uses fuel combustion as the main driving mode, and with the increasing requirements of emission regulations, it has become the main breakthrough to find the driving mode of low emission, no pollution and low energy consumption. Many auto mobile manufacturers began to study and produce electric vehicles, but because the problems of battery capacity and charging have not been solved well, they are now in the stage of transition from fuel engine to electric motor, and the motorization of fuel engine is an inevitable trend, but internal combustion engine still has an irreplaceable position. During the research and development of electric vehicles, some auto mobile manufacturers have developed hybrid vehicles by combining the characteristics of internal combustion engines and motors, which can reduce emissions and avoid significant loss of power at the same time. in these aspects, Japanese auto mobile manufacturers are particularly prominent. Until the battery problem is thoroughly solved, the internal combustion engine will still be the main driving element of the vehicle, so the low emission and low energy consumption of the internal combustion engine is a valuable research problem. in this regard, many manufacturers have adopted different methods, miniaturization, turbocharged, hybrid power, diesel, in-cylinder direct injection and other technologies have been developed constantly. in order to learn and understand the future development direction of the car in a deeper way, we need to have a deeper understanding of the heart of the car engine, and these understandings can be applied in actual production.Key Words：engine；economic；miniaturization；emission regulation目录1、绪论1 1.1目前研究的概况和发展趋势1 1.2电子燃油喷射装置及发动机结构的发展方向1 1.2.1电子燃油喷射系统的重要性21.2.2发动机小型化与结构优化32、发动机改造设计5 2.1总体设计方案52.1.1发动机结构改造52.1.2变速系统设计53、电喷系统设计63.1化油器系统的问题点63.2电子燃油喷射系统的简介63.3电子燃油喷射装置的改装步骤73.4曲轴位置传感器（CKP）123.5 CDI点火系统133.6电子燃油喷射装置配套标定软件的使用和调试144、发动机结构改造184.1发动机缸体的改造185、发动机变速箱改造215.1 变速箱及传动系统的分析215.2 变速箱的传动比改造23 5.2.1发动机原变速箱的传动比23 5.2.2副轴输出链轮的设计256、试车效果266.1离合效果266.2电子燃油喷射装置效果分析266.3油耗分析267、结论278、致谢9、参考文献1、绪论 1.1目前研究的概况和发展趋势小型化指的是汽车工程师减小发动机排量或减少气缸数量的举措。低速化是指将变速箱和差速器等的传动装置与发动机相匹配，使发动机在既定的高速路工况下以每分钟较低的转速（RPM）运转。目前，这两项技术被广泛应用于轻型汽油发动机中，用以提高燃油效率，同时减少尾气和温室气体排放。全球排放法规和不断提高的燃油经济性标准同时推动着工程师采取小型化和低速化的技术路线。小型化可以提升20%到30%的燃油效率，而降低转速可以在此基础上再度提升3%到7%。并且从1987年到2010年，发动机功率密度提升超过50%。功率密度是指每立方英寸排量的马力。如今发动机的功率密度约为1.0。在20世纪60年代的“肌肉车”时代，一辆高性能的街车可达到每立方英寸1.0到1.2马力。大众汽车现在正在开发每立方英寸马力高达2.0的发动机。这些高输出功率的发动机就像当年的赛车发动机一样：精密、复杂且承受着巨大压力，这一切都是技术发展带来的提升，其中，发动机的小型化首当其冲。所谓的发动机低转速化是通过选择齿轮比，在一定的高速路工况速度下，用降低发动机转速的方式来节省燃油。例如，如今，在高速挡、时速100公里的条件下，发动机的转速在1700rpm-1800rpm已十分常见。降低转速的一个潜在问题是对动力性能的影响。不过由于自动变速箱的电子控制系统可以在爬坡、加速或拖载重物时，快速、平稳地切换到低速档，这样就能保持动力性能不受影响了。1.2电子燃油喷射装置及发动机结构的发展方向“十一五”提出了节能减排的政策要求，发动机节能是产业化节能环节的重要一项，随着各地展开的暴风骤雨般的节能减排活动，通过技术革新来促进发动机节能减排功效是重要的发展方向之一。发动机是汽车运行的重要装置，发动机属于整套动力系统的输出设备，其中包括了变速齿轮，发动机和传动轴等等，伴随着科学技术的不断发展，发动机所涉及到的产业链也越来越长，人们的生产生活已经离不开发动机了，人们不断的研制出不同用途多种类型的发动机，但是无论哪一种发动机，其基本的前提条件都是燃料的燃烧，将化学能转化为机械能输出，燃烧就意味着能源消耗，面对越来越紧缺的能源供应和严峻的环境保护压力，这使得发动机的节能问题尤为重要。发动机性能的好坏也会直接影响汽车的二氧化碳排放量，所以说发动机的减排是节能减排控制的重要内容之一。并且伴随着化石能源为燃料的传统燃油汽车的大量增加，引发了全球变暖等一系列严重的问题，吸引了全世界的目光。自工业革命以来，人类向大气中排放了大量的二氧化碳等吸热性强的温室气体，尤其是在交通发达的现在，人均拥有的车辆越来越多，排放量也越来越大，大气的温室效应也随之增强，温室效应的增强，会导致全球平均气温再上升2，使得南北极的冰山大幅度融化，海平面会大大上升，造成一系列灾难。为了防止出现悲剧，哥本哈根会议指出，必须停止增加温室气体排放，并且在2015年到2020年之间开始减少排放。为此，欧洲国家以及中国开始提高车辆排放标准，让交通工具排放到大气中的温室气体减少。随着越来越严格的排放标准，很多汽车制造商开始研发电动车，但是电动车的关键问题，电池的续航能力以及轻量化始终得不到很好的解决，在向电动车过渡的这一阶段，传统燃油汽车仍然具有很重要的地位，如何减少传统燃油汽车的排放，已经成为了几乎所有汽车制造商的主要研究课题。以本田的地球梦技术，马自达的创驰蓝天技术为代表的日本发动机技术，围绕着发动机的小型化以及低速化进行研究。1.2.1电子燃油喷射系统的重要性汽车空燃比控制和转速控制是发动机控制系统中的两个重要问题。为了使汽车满足一定的排放要求，同时要具备良好的驾驶性能，需要对发动机的空燃比和转速进行控制。这是因为三元催化转化器的转化效率在可燃混合气的化学当量上达到最高，所以需要控制发动机的空燃比在这一理论值附近，减少废气的排放，对发动机的转速控制不仅可以减轻驾驶员的疲劳，减少交通事故的发生，更重要的是，可以节省燃料，提高发动机的燃油经济性。而本田WH-125型发动机采用的是化油器，而非电子燃油喷射系统，无法做到对空燃比进行准确的控制和监视，对转速也只能通过调节化油器上的节气门调节螺钉，调节化油器柱塞的开度（转阀式是调节阀门开启角度）从而达到调节发动机转速的目的。化油器上的另一个螺钉叫做怠速辅助喷孔调节螺钉（根据化油器类型不同，还有调节怠速进气口的），用于调节怠速工况时的喷油量，以达到怠速时的各种性能效果。而对化油器进行调节，只会影响发动机的启动，加速，以及怠速向中间油门的过渡。对油耗有影响，但是影响并不大，更多的是根据实际需求来调节发动机的工作性能。所以依靠调节化油器来降低油耗并不可取，但是化油器并非没有好处，作为传统机械方式的器械，化油器的工作稳定，外界原因对其影响小，是很多越野类摩托车和赛车还是青睐于化油器的主要原因之一。但是随着排放标准的越来越高，对环境保护的需求也越来越大，自进入21世纪以来，化油器已经全面被电子燃油喷射系统所取代了，相较于化油器，电子燃油喷射系统因为需要加装许多传感器，用于对发动机的实时工况进行监控，对外界环境的变化和发动机当时的工况做出反应，调节喷油量和喷油时机，也因此，电子燃油喷射系统并没有化油器来的那么稳定。但是随着技术的不断发展，电子燃油喷射系统越来越稳定，可以适应各种在极端工况下的工作，并且可以根据发动机的实际需求，对发动机的各种参量进行调节，使得发动机可以在各种不同的工况下都能够正常工作，尤其是，电子燃油喷射系统的本质在于调节喷油量和喷油脉宽（也就是喷油时间）来对发动机进行控制调节，利用这一点，可以做到降低排放，提高发动机的燃油经济性。虽然，电子燃油喷射技术已经越来越发达，但是想要更深入的了解其工作形式，为了以后的职业方向的考虑，以及，对节能减排更进一步的认识和理解，对化油器型的发动机进行改装，替换为电子燃油喷射系统，其意义重大，并且，本田WH-125发动机是单缸125cc发动机，工况相较于多缸的发动机来说较为简单，工作也更加稳定，利用其对电子燃油喷射系统进行学习，不失为一种好办法。1.2.2发动机小型化与结构优化 发动机目前的发展形势主要是发动机的小型化和轻量化，小型化意味着气缸数的削减，排量的减少，但是排量的减少并不意味着功率的降低，以功率的降低为代价来换取燃油经济性的提高，是不可取的，所以小型化发动机基本都打上了高压缩比或者是涡轮增压，机械增压等标签。压缩比的提高，使得火焰燃烧的空间更小，产生更多的能量来推动曲轴对外输出。而涡轮增压或者机械增压则是通过降低压缩比，但是利用排放的尾气或者是曲轴对外输出的功来使更多的空气进入发动机，使得汽缸可以吸入更多的新鲜工质，压力更大，燃烧更加完全，以此提高功率。以上提及的手段都是发动机在小型化的过程中，工程师们想出来的在降低排量的时候，保证功率不下降，维持着原有的甚至比以前大排量发动机更高的功率，最出名的不外乎方程式赛车，以1.6L的排量来压榨出1000马力，当然以高转速和超高的压缩比带来的是发动机寿命的严重缩短。但是我们的家用车并不需要考虑那么极端的工况，我们的日常也不需要那么大的功率。其次，在提高压缩比或者采用增压的方式的同时，对发动机的结构也需要进行优化，像本田的VTEC技术，采用变凸轮的方式使发动机在某一转速之后气门升程变大，换取发动机在高转速时有较好的扭矩和功率表现。所以在降低排量的同时，保证功率不下降也是一个很重要的课题。在本次的论文中，将通过对本田WH-125发动机的压缩比进行改造，并且，对发动机的汽缸头结构进行一定程度上的优化，使得本田WH-125发动机在降低了排量的同时，保证功率不下降，理解发动机小型化的概念以及实际运用。在排放法规越来越严格，对环境保护呼声越来越高的今天，小型化无疑是具备很重要的研究价值的。2 发动机改造2.1 总体设计方案2.1.1 发动机结构改造1) 尽可能降低发动机重量；2) 测试车辆的经济转速区间，并以此为标准选择档位；3) 以活塞在工作时，不与气门发生干涉为前提，削减气缸盖提升压缩比；4) 加装电子燃油喷射装置，进行精细调节 ；5) 针对传感器的各个不同变量，寻找对应关系，以经济转速为基准对变量的参数进行调整；6) 设计发动机试验台，以利于调整各个参数并测试。2.1.2 变速系统设计1) 为保证车体滑行阻力较小，设计滑行脱开离合组件；2) 脱开离合啮合和脱开空行程的预留；3) 增大抗弯能力，加粗后轴，设计矩形花键，方便离合脱开；4) 使油耗最小，设计传动比，使其行驶时的大部分时间处于发动机最佳经济转速；5) 为保证离合控制结构稳定、简单、体积小，设计齿轮齿条机构辅助拨叉控制离合脱开。3 电喷系统设计3.1 化油器系统的问题点本田节能车大赛使用的发动机是统一发放给参赛学校的，排量为125cc的单汽缸风冷发动机，型号为WH-125。本田此型号的发动机一直以来都采用的化油器式的供油方式，也因为这个原因，在节能车比赛中，各大队伍的主流供油方式还是化油器，本校也不例外，但是伴随着发动机技术的进步，化油器已基本被淘汰，化油器的调教可节省的燃油量越来越少，为了突破这个问题，一些学校开始将目光放在了电子燃油喷射装置上，电子燃油喷射装置自2000年以后大量运用在乘用车中，随着时代的发展，对节油要求越来越高，对控制的喷油量也越来越严格，化油器因为供油量的不可完全控制性，已基本被淘汰，除此以外，化油器还有几个问题点：1) 空燃比的调整：这也是化油器最大的问题，空燃比对发动机的作用是波及整体的，影响到所有的转速区间，无法做到在个别转速区间对空燃比进行控制，意味着在不需要过多喷油量的转速区间内，化油器还是会供给过量的燃油，造成燃油的浪费，其次，因为不可以控制个别区间内的空燃比，所以在进行调教的时候，必须要考虑全部的转速区间，增加了调教的难度和工作量。2) 燃油量的测量对于化油器来说，燃油消耗量的测量非常困难，实验使用的测量方法是比较行驶前后的管内和油箱的燃油质量，但是因为在行驶过程中的振动，浮子室的油液液面等原因，想要正确测得燃油消耗量是几乎不可能的，比如，在行驶前后，燃油减少了10g，喷入吸气管内的燃油量有8g，剩余的2g留在了浮子室中，但是浮子室中的燃油量无法测得，所得燃油消耗量比实际的要高。但是如果采用电子燃油喷射装置，就可以对发动机的个别转速区间进行单独的调教，达到控制空燃比的目的，其次，利用电脑和传感器对发动机进行检测，可以准确的知道燃油的消耗量。3.2 电子燃油喷射系统的简介本次实验采用的电喷为益科创新开发的SE-EFI小型发动机电喷系统，适用发动机类型型号为GY6-125型发动机。对实验用发动机WH-125型发动机进行了必要的改造后，将电喷装置安装上并进行检测。对于除了GY6以外的其他类型的小型发动机需要做一些小改动和微调，例如安装阀体总成等一系列部件。该系统中默认的数据配置能够使发动机启动并处于怠速工况，但可能还需要一些参数优化，这些参数会在ECU里体现，并且数据是可以被修改和反复调试的。本系统具有以下优点：1)发动机自诊断系统2)转速降低断油功能3)冷机启动性优秀（-30）4)燃烧效率高，排放低5)支持使用者自行调教优化6)电子控制燃油喷射SE-EFI系统包含的配件： 发动机电子控制单元（ECU） 进气歧管及节气门部件：进气歧管节气门阀体燃油喷射器 电喷装置线束 汽油泵部件电动汽油泵燃油过滤器油管卡箍三通管高压油管压力调节装置 进气压力传感器 发动机温度传感器（ECT） 串口通讯线和配器（用于和电脑进行连接便于调教） 氧传感器（安装于排气管处） 发动机温度传感器（IAT）3.3 电子燃油喷射装置的改装步骤1)节气门阀体替换原装化油器将原发动机上的化油器和进气歧管取下，将节气门阀体和进气歧管安装至发动机上，再将节气门阀体的进气端口连接至空气滤芯器，将电喷喷射装置利用进气歧管安装至发动机进气处，并在两者之间垫上隔热垫，若是进气歧管距离进气口太近，可以使用两个进气垫隔开。2)安装进气压力传感器将进气压力传感器安装至进气口附近，注意固定的方式，本实验中采取的是利用短软管将进气压力传感器连接至节气门阀体的吊耳处。3) 油箱及油路的改造 电喷系统装置中需要有一条回油管接回至油箱处，实验中使用的仅有发动机，并无油箱，所以采用了比赛计算油量使用的油罐瓶作为油箱，其顶部有孔，将其与回油管连接，并使回油管进入开孔约10cm，用硅橡胶进行密封，确保回油管干燥，压力调节装置可以正常使用。4)安装油泵组将油泵安装于燃油开关以及进气歧管之间，起到节省油管长度的效果，其次，油泵位置要安全，避免损坏，若是损坏，发动机将无法工作，本实验将油管至于发动机上方迂回，将油泵组中带有燃油滤清器的油管接到油箱底端的燃油开关处，同时确保燃油滤清装置已安装至油泵的进油口，之后将高压油管的一部分接至喷油装置，用卡箍固定，将回油管接回油泵组的三通上，检查所有紧固件，用卡箍锁紧，确保不会泄露。如图3.3.15)安装发动机温度传感器IAT在发动机缸盖处寻找背风处，因为WH-125型发动机采用的是风冷，若是迎风处并且气流小的位置，测量的进气温度会低于实际的进气温度，选择的位置是在发动机缸盖的螺母处，背风且气流小。6) 安装进气温度传感器将进气温度传感器安装至节气门阀体和空气滤清器之间，本实验采用的方法是在两者之间的管道上开一个小孔，并用胶枪将其固定。7)安装CDI点火控制系统模块CDI点火控制装置的安装，涉及到其他几个模块，首先，先将ECU和CDI连在一块后引出一条新的线，连接至一机械开关称为钥匙开关，也就是控制发动机点火的必要的装置，且CDI上有各种标识，将GND连接至电池负极，CKP连接至点火触发信号。如图3.3.28)安装高压线圈一端连接至电池负极，一端连接至CDI的IGN。具体如图3.3.39)连接钥匙开关线将点火开关线和ECU线束中的KEYSW输入线连接，其信号是来自钥匙开关的+12V电压，KEYSW若是未连接到手动开关处，则ECU不工作。10) ECU的安装将ECU安装在安全，干燥，不易损坏的地方（应该靠近EFI元件，比如车座下面或者车体内部）11)将电池负极接地根据未来车架的设计，将电池安放后，搭铁接地。12)将电喷系统零部件和线束连接发动机控制单元的线束如图3.3.4所示，其所对应的各种传感器的名称如表3.1所示。将除了氧传感器以外的传感器和线束的连接，具体的连线只需参照说明书就可以完成。13)将12V蓄电池接上ECU 14)安装氧传感器氧传感器需要靠近排气口，但是不能太过于接近，本实验中将氧传感器安装于离排气口10cm的位置，氧传感器可以利用排气口处的热量，不需要自身进行加热，并且因为位置并不过于接近，其温度会维持在300-900之间，同时，氧传感器的安装需要有一定的角度，若是安装角度错误的话，会造成传感器损坏，其角度如图3.3.5所示。图3.3.1安装油泵组图3.3.2CDI点火系统装置模块图3.3.3高压线圈的安装图3.3.4电喷线束图3.3.5氧传感器安装角度标签名称注释ECU电子控制模块RS232串口通讯线O2S窄域氧传感器Fuel Pump燃油泵接插件12V-电源12V-12+电源12V+IAT进气温度传感器ECT发动机温度传感器Performanceswitch模式选择开关（经济/动力）TPS节气门位置传感器MAP进气压力传感器INJ喷油器CKP曲轴位置传感器连接触发信号线橙色CDI-CtrlCDI控制输出灰色GND地线绿色KEYSW钥匙开关粉色表3.3.1 电喷组件3.4 曲轴位置传感器（CKP）曲轴位置传感器的作用是确定曲轴的位置，也就是利用曲轴的转过的角度判断曲轴的位置，确定点火时刻。对于电喷系统而言，曲轴传感器提供的触发信号会反馈给电子控制单元，判断出曲轴所处的位置后给高压线圈一个点火信号，通过触发信号，ECU还可以计算转速，它也会在每个周期，触发电子喷油器喷射燃油一次，并且能控制在特定的点火角度点火。如果曲轴位置传感器没有提供位置信号给ECU，电子燃油喷射系统将无法进行工作。根据发动机点火系统的类型的不同，电喷系统能够识别下列几种类型的曲轴位置触发信号：l l磁电感应式触发信号l l霍尔效应式触发信号l l光电感应式触发信号l l多齿触发式触发信号针对于本实验采用的SE-EFI电子燃油喷射系统来说，曲轴位置传感器旋转一圈能产生的曲轴信号越多越好，控制也就能更加的精细，调教就更充分。1) 假设飞轮上只有一个凸台或者磁铁，如图所示，这意味者曲轴每转一圈只能产生一个脉冲信号，并且需要在配套调教软件中输入总齿数：VAL_nTeethTot=1。图3.4.1个凸台2) 假设飞轮上有两个凸台或者磁铁 当凸台或者磁铁按180度分开排列时，曲轴每转一圈会产生两个脉冲信号，所以配套调教软件中输入总齿数VAL_nTeethTot=2图3.4.2 飞轮有两个凸台 当两个磁铁或凸台距离小于90度，每转1圈虽然也会产生两个脉冲信号。但是因为太接近，需要实用配套软件滤波来忽略一个脉冲，防止产生的数据出现错误，并做校准，在配套软件中输入以下的齿数和校准。图3.4.3 飞轮有两个凸台VAL_nTeeTot = 2VAL_Ignore_second_tooth_enable = 1VAL_Ignore_second_tooth_x_apart = 23.5 CDI点火系统本次实验采用的电子燃油喷射系统的点火方式是电容式点火。普通的点火系统采用的触发源是位于飞轮内部的小型触发线圈，曲轴每旋转一周就发送一个脉冲信号给高压线圈。之后高压线圈便增压使火花塞点火。而对于SE-EFI电喷系统而言，只需要将电喷线束的曲轴位置传感器和高压线圈的触发信号线相互连接就可以达到目的。该系统的触发线圈安装于曲轴箱体的内部，和飞轮不相互接触，同时飞轮的表面有一凸台。当发动机内部的感应线圈检测到凸台经过的时候，切割磁感应线圈后向控制单元发送脉冲信号，电子控制单元接受处理信号后再发送点火信号给高压线圈点火器。利用这种方法，CDI点火系统就明确了具体的点火时刻。同时，电子控制单元的正时输入也可以采用这样的触发信号来确定喷油和点火的时刻。图3.5.1 CDI点火3.6 电子燃油喷射装置配套标定软件的使用和调试1)简介SE-EFI采用的标定软件的名称为ProCAL，其控制芯片为摩托罗拉系列的MCU，将其放在控制单元中，需要进行标定的时候再使用数据线和计算机进行连接，进行参数的修改和标定。启动ProCAL，操作界面如图3.6.1所示，在页面的主要部分显示发动机参数数据，在ProCAL中，发动机参数的表现方法有仪表盘类型，列表化类型，图像示波类型等三种类型。显示在3.6.1中的为仪表盘类型，可以直观的看到各类参数的变化，但是却看不到原始数据，需要使用列表化类型才可以看到原始数据。图3.6.1电喷仪表盘左上角：目录列表树状图左下角：程序运行状态指示窗口。可以看出程序是否正常的运行，新写的数据是否正常录入控制单元。右侧：发动机参数数据显示界面。2）ProCAL软件的使用 载入厂家事先写入的默认参数控制单元采用的是摩托罗拉系列MCU（微处理器芯片），可执行文件为S19文件。其次说明文件A2L包含了ProCAL工具中各类数据的详细信息；参数化标定文件CAL包含了用户可以调整的数据和参数部分。图3.6.2电喷标定文件 打开通信设置（Communication Setting）窗口点击ProCAL菜单栏上的Settings，之后选择Communication setting（设置通信设置）选项后打开通信设置窗口。图3.6.3 通信设置 数据通信模式的设置ProCAL软件共拥有串口、蓝牙、USB、以太网等四种不同的通信设置模式。在没有做修改的前提下ProCAL软件默认的是使用USB通信设置。图3.6.4 通信选择 与发动机进行联机调试将ECU电源打开（当电源开关被打开的一会儿油泵会发出泵油的声音），选择合适的通信设置，如果采用数据线则选择USB通信。 与发动机间建立通讯在建立起通信之后，ProCAL软件，将内置的文件和标定的文件进行比较， ProCAL软件对控制单元加载的参数和激活的CAL文件进行对比以及分析，若是相互之间的参数不一致，就会出现“Message”的弹窗。之后点击按键（Burn to ECU）便可以将CAL文件中的参数发送到电子控制单元中或点击按键（FetchfromECU）将CAL文件从控制单元中发送至计算机。图3.6.5 更新数据若是ProCAL软件中，当前电子控制单元中加载的参数和正在运行的CAL文件是一致的话，在程序运行状态指示窗口会出现“Data is latest”。 图3.6.6 操作记录3)数据的录制和回放1数据的录制点击菜单上方的Start Measuring按钮后，再点击“RunStart Recording”（如图3.6.7的红色圆形按钮）便开始录制传感器送到控制单元的数据，并在计算机中显示出来。图3.6.7 开始录制2数据录制的停止点击菜单中的Run按钮后，再点击“RunStop Measuring”（或点击图2.16的黑色方块按钮），数据录制便会停止。ProCAL软件会将当前显示的时间和数据采集的频率（syn、20ms、100ms）作为名称，将完成好的数据分别保存到不同的3个CSV文件中。并将数据存放在目录中。3数据回放并分析在完成数据的录制后，点击菜单中的“RunPlay ”（或点击图3.6.7中的示波器图标），系统会自动打开自带的回放软件，进行数据的回放。 “Data Analyzer”是系统自带的回放软件。图3.6.8 发动机简易台架上图3.6.8是已经组装完成的电喷系统的简易试验台架，利用焊接在简易台架上的虎钳作为油门的微调装置，固定在木板上的是电喷系统的一些组件。这些组件都是原定放在车架上的，在实验完成后会将其重新装车。4 发动机结构改造4.1 发动机缸体的改造对发动机而言，有一个很重要的参数压缩比。压缩比指的是当活塞位于下止点（开始进行压缩时）时，气体的体积和活塞位于上止点时（压缩结束时）气体体积的比值。若是仅仅从燃烧效率和经济性角度看来，压缩比的数值应该时越大越好。压缩比越高，燃烧越充分，发动机的热效率越高、动力越强劲、车辆的最高车速和加速性能等都会得到相应的提高。但是受限于汽缸的制作材料以及过度压缩引起的爆震等因素，导致发动机的压缩比不能无限制的提高。通常来说发动机的压缩比和所使用的汽油密切相关，一般来说，加油站中汽油的标号数值越高，汽油的辛烷值越高，相应的汽油抗爆性也就越好。但是若将压缩比的数值变得很高，而汽油质量过低或者标号数值过低，就会引起发动机在工作时，活塞上行正在压缩油气混合气的时候，由于压力过大，混合气被提前点燃，使得活塞没有到达上止点时就发生爆炸，产生爆燃现象，导致发动机做负功，对活塞连杆组产生过大的压力，影响到发动机的正常工作以及稳定性能。为此，在本次实验中，为了不对实验的结果产生不好的影响以及保护发动机为目的，所采用的是#93号汽油，同时，汽油数值标号和压缩比的关系如表4.1所示：表4.1 汽油数值标号和压缩比关系90#的汽油用于压缩比在8.5以下的汽油汽车93#的汽油用于压缩比在8.6-9.9的汽油汽车97#的汽油用于压缩比在10.0-11.5之前的汽油汽车98#的汽油用于压缩比在11.6以上的汽油汽车由表4.1分析可见，若是采用#93号汽油，需要将压缩比控制在8.6-9.9范围内才不会出现爆燃现象，为此本次实验的发动机机体第一次改造为压缩比改造，将压缩比在不产生爆燃的前提下尽可能的提高，目标为压缩比达到9.9。本次实验中采用的WH-125型发动机的具体相关参数如图4.1所示：图4.1 WH-125发动机相关参数由图4.1可以看到WH-125型发动机的压缩比为9.0：1，并且图中还说明了汽缸的缸径（52.4mm）、汽缸的冲程（57.0mm）、发动机的总排量（124.8ml）以及活塞的行程（51.28mm），就可以利用下列的公式2.1和已经预设的压缩比来计算出汽缸压缩后的体积。公式4.1 压缩后容积公式为了使压缩比达到预设的目标9.9:1，利用数控机床将发动机气缸体长度铣去了0.4mm，利用图2.18中的数据可以计算出压缩后的容积共少了0.86ml，最后再利用公式4.1计算出压缩比，最后得到压缩比的数值提升到了9.46:1，并未达到预想的9.9:1的压缩比数值，因为，再最后进行分析的时候发现，若是为了将压缩比提升到9.9:1，会造成气门和活塞发生干涉，影响发动机的正常工作，这是由于发动机设计的原因造成的，若想要达到9.9压缩比需要重新设计汽缸，从设计角度和工作量来看并不具备条件，所以最后只铣去了0.4mm，确保活塞不会碰到气门，因为压缩比的改变并无法直观的看到结果，需要实际实验才能得到，所以实验结果将会在下文中展示。5发动机变速箱改造5.1 变速箱及传动系统的分析图5.1 总体变速系统传统的变速系统是利用发动机的曲轴旋转将动力输出，动力输送的过程是从自动离合器开始的，经过手动离合器，通过齿轮传动将动力传递到变速箱的主轴后，根据所选择的档位的不同，不同齿轮相互搭配，使动力从变速箱的副轴对外输出，副轴的外端接有传动链轮，经过链条将动力送到与车轮连接的从动链轮上，使车轮转动起来。本次实验中，传动系统的设计，同样也是从自动离合器开始的，取消了手动离合器，活塞做功推动曲轴旋转，将旋转产生的动力送至自动离合器，通过齿轮传动将动力传递到变速箱的主轴，因为取消了手动离合器的原因，所以无法切换档位，所以本实验中将3 个档位拆除，仅余下一个2档也就是仅剩一对齿轮，之后动力经由2档送至副轴，再经过链条将动力送到与车轮连接的从动链轮。如图5.1为总体变速系统的简图。图5.2 手动离合器上图5.2为手动离合器。本次设计的改造主要围绕曲轴箱里面的构造进行，首先，拆除了脚起动部件，但留下了电起动的组件，因为在实际的比赛中，发动机位于车手的后方，无法使用脚起动，所以将脚起动部件拆除，一方面减少重量，另一方面使结构简化，之后，因为需要拆除手动离合器部件，所以档位将变得无法切换，所以将在切档时需要使用的圆柱凸轮拆除，并且拆除的还有位于主副轴上的3对档位齿轮，同时，由于不用切档，将手动离合器的摩擦片拆除后，使用氩弧焊将手动离合器焊接在一块，确保动力的输送不会中断，并且将变速箱副轴外端的主链轮换成滑行抡，滑行轮的作用是在曲轴转速降低，带动变速箱副轴转速降低，后轮转速超过副轴转速时，确保发动机的副轴不会拖动后轮产生负功，使得后轮的惯性作用充分发挥，更加的节省能源。5.2 变速箱的传动比改造5.2.1 发动机原变速箱的传动比发动机变速箱未改造之前，其各个档位的齿轮参数和传动比参数如下表5.2.1所示。发动机变速箱的各档传动比可以从表5.2.1中得知，配合发动机最佳经济转速3000-3500RPM，利用下列的公式5.2.1既可以计算出最佳的传动比范围，所计算的的传动比范围在12-15之间，根据表格中的传动比数据，最后选择了第二个档位，传动比为13.35。确定传动比之后，将其他各档位的齿轮组全部拆除，主副轴上仅保留二档齿轮组。表5.2.1 传动参数后轮链轮36T，发动机输出链轮14T，传动比计算档位曲轴齿轮主轴齿轮主轴（输入轴）副轴（输出轴）输出链轮后轮链轮传动比12067143514 3621.54 22067203114 3613.35 32067202314 369.91 42067262414 367.95 公式5.2.1 车速和速比、传动比的计算公式同时在实际的比赛中，为了控制速度以及油耗等原因，对车辆的平均行驶速度有所限制，要求车速控制在25公里每小时左右，以保证可以达到最佳的燃油使用情况。同时，对车辆的启动车速要求为15公里每小时，对车辆的开始滑行车速要求为35公里每小时。并且根据WH-125型发动机，具有其自己的经济转速区间，根据以上参数，发动机2挡时做出表5.2.1。表5.2.1 车轮速度和曲轴速度比较二档车轮速度和曲轴转速间关系，传动比13.35车轮速度（km/h）车轮速度（r/min）曲轴转速15159 2126 16170 2268 17180 2409 18191 2551 19202 2693 20212 2834 21223 2976 22234 3118 23244 3260 24255 3401 25265 3543 26276 3685 27287 3826 28297 3968 29308 4110 30318 4252 31329 4393 32340 4535 33350 4677 34361 4818 35372 4960 在进行变速箱改造之前，对未改装过的变速箱实际着车后，并比较上表中的不同参数时发现，采用2档前进时，其曲轴的转速区间和发动机的经济转速区间基本重合，在起动时可以提供足够的扭矩以及加速能力，对此，本次实验最后决定采用2档，将其他的档位拆除。5.2.2 副轴输出链轮的设计WH-125原配的副轴输出链轮，其规格为14T，08A。但是因为原配输出链轮在使用当中，若是车辆关闭电源进入滑行状态的时候，由于原输出链轮无法实现超越，导致会有大量的能量消耗在克服变速箱的阻力上，为了避免这一不必要的损失，将原输出链轮改为滑行轮，其具体样式如图5.1所示，且其规格大小和发动机原配输出链轮一致，均为14T,08A。图5.1 滑行轮滑行轮具备以下几个优点： 1：滑行轮的工作原理和工业中使用的超越离合器的工作原理基本一致。2：由于不用克服变速箱阻力做工，使得车辆可以滑行的更远，具备良好的经济性，有效的降低不必要的油耗。滑行时发动机处于熄火状态，不排除燃烧废气，有效降低排放，满足排放法规。同时，因为链轮可超越，除了不用克服阻力做工，还降低了发动机内部结构的损耗，类似于爆缸事件的概率降低，提升操作的安全等级。并且，在车辆起动时，人向前助力时，由于滑行轮的存在，车辆起动力矩小，起动平稳，在起动后，滑行轮自身开始旋转，当滑行轮内圈速度超越了外圈速度时，锁死，此时滑行轮相当于普通链轮，同时运行的阻力也相应的较小。3：可以做到不用换挡，仅靠油门既可以进行操作6试车效果6.1 离合效果离合器闭合快捷，在分离的时候不干涉车轮的运行，车架的强度达到设计要求，发动机的转速不同和离合器在开合时产生的相反方向的力会影响离合器的正常工作。6.2 电子燃油喷射装置效果分析本次实验过程中，电子燃油喷射装置由于可以在很小的转速区间范围内调整空气和燃油的比值，可以做到在发动机每次做工燃烧时，油气混合物被充分消耗，达到排放的标准，同时由于完全燃烧，排气管尾气不会冒出蓝色烟雾（燃烧不完全带来的副作用）以及噪声，在车辆无负载的时候，因为电子燃油喷射装置的实时控制性，导致加速响应效果远远超过化油器，围绕这个特点，可以更好的控制车辆的加速。 6.3 油耗分析本实验车辆实验场所选择在大连大学的运动场，场中拥有标准的400米塑胶环形跑道，并设定10公里的测试里程，再经过了10公里的运行之后，根据电子燃油喷射装置的反馈，以及从实际油箱上测量来看，一共消耗了93号汽油共98毫升，计算为比赛成绩的话，可以达到102.5公里每升，虽然较于前次实验中的化油器和双火花塞的改造，成绩有所下降，但那是因为，电子燃油喷射装置的调节仅仅在实验台上完成，实际的着车效果并没有如实验台上那样表现出来，实际着车中有各种各样的影响因素，在之后的调教中，会更着重于实际着车调试。7结论对发动机进行电子化改造，加装了电子燃油喷射装置后，发动机的经济性指标得到了很大的改善，在工作室里采用自行设计的发动机试验台，对加装了电子燃油喷射装置的发动机的各项参数进行标定，利用虎钳的轻微距离变化来控
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