液压式可变配气系统设计

PAGE35 第1章绪论伴随着社会经济的发展，人类生活水平的提高，我们对生活质量也提出了越来越高的要求。但是事实总是事与愿违，综观历史，我们周围的生活环境是越来越恶化——全球气温变暖，酸雨不断致使植被死亡等，都在一步一步的威胁着我们人类的生存。据统计，90%以上的污染来自汽车的废气排放。所以要改善我们的生活环境，其首要的任务就是降低、限制汽车的废气排放，低污染、低油耗、大功率、大扭矩的发动机也就是我们的追求目标。而配气机构严重的影响着发动机的燃烧特性和排放特性。本文就配气机构的改进发展情况加以论述和展开说明。1.1发动机配气机构的可变技术可变技术(VariableTechnology)是指随着使用工况及要求的变化,或者为了解决矛盾及避免内燃机不正常工作现象的出现,使相关系统的结构或参数作相应的变化,从而使内燃机在各种工况下,综合性能指标能大幅度地提高,而且避免不正常燃烧及超负荷现象的产生。可变技术涉及范围较广,如可变压缩比、可变进气系统、可变配气定时、可变喷油系统、可变增压系统等。在解决较大转速范围内动力性和经济性的矛盾方面,可变技术显示出独特的优势。近代电子技术的发展,促成了可变技术的迅速推广,使可变技术在车用内燃机上的应用和影响日渐突出。1.1.1可变进气系统传统的进气歧管长度不可变，只能在一定的转速范围内有较好的充气效率，具有良好的性能；在运行过程中无法进行调节，其动力性在某些工况下必然要受到限制，使内燃机在两种极端的工况下性能下降，影响发动机的经济性和排放性。长期以来人们发现进气管的长度变化影响内燃机的充气效率。进气管较短时，在高速运行有较好的充气效果；进气管较长时，在低速运行有较好的充气效果。如图1.1。使用可变长度的进气管，可使内燃机在较宽的转速范围内都有叫好的充气效果。图1.2所示的是一个进气管长度可变的进气控制系统，在内燃机低速运转时，进气控制阀关闭，管道变长，提高了进气流速，加强了惯性进气的作用，从而提高了充气效率。在内燃机高速运转时，进气控制阀打开，管道变短降低了进气阻力，从而提高了充气效率。图1.3所示的为进气管长度无级变化的进气系统示意图，这种系统可以利用动态效应充气，在内燃机的所有转速范围内都能达到最佳的效果。这种进气管长度可变系统的结构简单、费用不大、可靠性高，比较适用于汽车、拖拉机、摩托车等的发动机上。图1.1四缸汽油机进气管长度对充气系数的影响随转速的变化关系图1.2可变进气管长度控制系统图1.3长度无级可变进气系统示意图1.1.2可变配气相位传统内燃机配气相位在内燃机运转过程中是固定不变的,不能同时兼顾各种转速的要求,也就很难达到真正的最佳配气相位。而采用可变配气相位则可以在内燃机整个工作范围内,提供合适的气门开启、关闭时刻或升程,从而改善内燃机进、排气性能,较好地满足高转速和低转速,大负荷和小负荷时的动力性、经济性以及废气排放的要求。综上所述,可变配气相位改善内燃机性能,主要体现在以下几个方面：1)能兼顾高速及低速不同工况,提高内燃机的动力性和经济性;2)改善内冉机怠速及低速时的性能及稳定性;3)降低内燃机的排放。目前有两类可变配气相位机构,一类为可变配气相位,这类方法能提高中、低速转矩,改善低速稳定性,但由于最大气门升程保持不变,所以对燃油经济性改善不大,在此不作详细论述。另一类为在低速和高速时应用不同的凸轮来同时调节配气正时和气门升程,并对高速凸轮和低速凸轮及工况转换点同时进行优化,使内燃机在整个转速范围内获得良好的性能。由于可变配气相位技术的优越性,在美国已有800多项专利产品。可变配气相位(VVT)典型代表为日本本田车用公司的VTEC系统。VTEC系统结构及工作原理如图4。其配气凸轮轴上布置了高、低速两种凸轮,采用特殊设计的摇臂,能够根据内燃机转速高低自动切换凸轮,使摇臂分别被高速或低速凸轮驱动,从而实现了配气正时和气门升程同时调节的目的。凸轮轴上中间为高速凸轮,与中间摇臂相对应,左右各有一个低速凸轮,分别位于第1和第2摇臂位置。3个摇臂内装有液压活塞A、B和限制活塞。其工作过程为:转速低于6000r/min时,液压活塞不移动,中间摇臂在高速凸轮驱动下,压下空动弹簧,而第1和第2摇臂则在2个低速凸轮作用下驱动2个气门;转速高于6000r/min时,在压力油作用下,液压活塞A和B移动,中间摇臂与左右摇臂锁在一起在高速凸轮的作用下驱动气门,低速凸轮随凸轮轴空转。图1.4日本本田公司可变配气相位、升程（VETC）机构工作原理图1-液压活塞B；2-液压活塞A；3-凸轮轴；4-高速凸轮；5-低速凸轮；6-限制活塞；7-第2摇臂；8-中间摇臂；9-第1摇臂1.1.3可变进气涡流强度传统的柴油机进气涡流强度取决于柴油机的转速。对于一个恒定的柴油机进气道而言,随柴油机转速的升高进气涡流增强,反之涡流强度减弱。进气道的设计一般只能保证在某一转速范围内的涡流强度使柴油机性能最佳,而转速改变时,进气涡流就会过强或过弱,不利于柴油机正常工作。图5为副气道控制进气涡流强度结构示意图。副气道以一定角度与主气道相连,形成与主气道反向的进气涡流,通过改变副气道的进气量可以很好地改变整个进气涡流强度。该种控制方法结构简单,涡流强度的改变不会恶化流量系数,因而得到了广泛的应用。图1.5副气道控制进气涡流强度结构图1-主气道；2-汽缸盖；4-控制阀；5-控制阀行程传感器；6-电磁阀；7-副气道总之，可变技术的应用可使内燃机的各项性能在整个使用工况变化范围内得到优化。如果说,活塞式内燃机经过百余年的研究与发展,在技术上已达到相当高的水平,那么,可变技术就是使其性能进一步取得重大突破的途径之一。因而,可变技术的发展前景十分诱人。可变技术的广泛应用需解决两个关键问题:其一是研制出可改变参数的结构;其二是确保这种结构在工作过程中的可靠性。近代电子技术的发展,使改变结构参数的调控过程更易实施,有些可变技术已在轿车上使用并取得了较好的效果,我国应加大在此方面的投入,优化内燃机设计,使可变技术在内燃机上获得普遍应用,进一步提高内燃机的综合性能。1.2发动机气门驱动机构的发展1.2.1凸轮轴气门驱动机构绝大多数活塞式内燃机是采用传统的机械驱动凸轮结构来驱动进排气门的，其气门的升程、配气定时一般是基于某一狭小工况范围发动机性能的局部优化而确定，在工作过程中是固定不变的，是一种折中选择，气门运动规律完全由凸轮的型线确定的。这种气门驱动机构难于满足发动机动力性、经济性和环保性能不断提高的要求，尤其是车用发动机，由于其工作范围非常宽，要求配气相位可变、气门升程可调。但由于它简单、可靠、相对来说不昂贵，至今仍广泛的使用。1.2.2凸轮轴可变气门驱动机构凸轮轴可变气门驱动机构是在传统气门驱动机构的基础上改进的，有两种实现形式：一种是凸轮轴和凸轮可变系统；另一种是气门-挺杆可变系统，工作时凸轮轴和凸轮不变动，气门、挺杆、摇臂或拉杆靠机械力或液力作用而改变，从而改变配气相位和气门升程。凸轮轴调相机构是通过正时带轮与凸轮轴内轴之间设置一环型柱塞，柱塞和凸轮轴内轴以直键或花键传动，电控单元通过液压或电子控制柱塞，使柱塞带动凸轮轴相对于曲轴转动一个角度，从而改变配气定时。如图1.6所示为带有Valvetronic的可变气门系统，它保留了传统的凸轮轴，增加了一根偏心轴、滚轴和顶杆机构，电控单元根据油门信号控制步进电机，步进电机改变偏心凸轮的偏移量，经中间摇臂间接地改变进气门动作。Valvetronic可任意控制进气门升程，取代了节气门的功能，从而将泵气损失减至最低。Valvetronic有利于提高冷车时的运转性能、降低排放，并使运转更加平稳。图1.6传统进气机构与Valvetronic机构的比较1.2.3无凸轮轴驱动配气机构无凸轮电液驱动配气机构在所有工况下都能连续、独立地控制气门运动,使发动机获得低排放、低能耗、高扭矩和高功率输出等优点。无凸轮配气机构就是取消发动机配气机构中的凸轮轴以及从动件,而以电液、电磁、电气或者其他方式驱动气门。相对于传统的机械式配气机构来说,电液驱动配气机构的优点可以概括为:降低了能耗、增加了扭矩、提高了输出功率和怠速稳定性、减少了磨损和冲击噪声、可以简化发动机结构,降低了发动机的加工成本和重量、实现了发动机的制动性能等等。1.2.4电液驱动配气机构无凸轮电液驱动配气机构就是取消凸轮轴和弹簧,利用一种压缩流体的弹性特征对气门的开启和闭合起加速和减速的作用,为气门定时、气门升程和速度提供了连续的可变控制。加速时流体的势能转化为气门的动能;减速时气门的动能又转化为流体的势能,在整个过程中能量损失很少。Daimler-Benz公司研究员Letsche研制的电液气门驱动机构如图1.7所示。该系统通过加速踏板位置、发动机转速等数据,精确计算出气门开启时刻和持续时间。使用电磁阀控制液压系统就可使发动机气门动作。气门在其起始(全闭)和终了(全开)位置之间振动,开启力来自气门开启弹簧,关闭力来自气门关闭弹簧。这项技术既可节省10%以上燃油,获得更好的发动机工作特性,有效地降低排放,又可实现新的发动机制动技术。图1.7Benz的电液气门驱动系统Ford公司的Schechter和Levin研究的电液气门驱动工作原理如图1.8所示。液压活塞与气门相连,活塞上端的液压腔与高、低压源连通,下端的液压腔则只能连通高压源。通过两个电磁阀的适时开、闭可实现气门的开启和关闭。他们在该系统上进行的单个气门实验得出:该电液气门驱动系统可达到相当于发动机转速在8000r/min下的响应速度。但是，内燃机无凸轮电液气门驱动现仍然处于实验室研究阶段,还有许多问题等待解决,例如响应速度不够高、气门落座冲击、能耗过大和系统复杂等等,有待进一步探索。而且无凸轮电液气门驱动的大部分试验结论仅仅限制在四缸机上。图1.8Ford的电液气门机构驱动原理1.2.5电磁气门驱动机构随着电控技术在汽车上的广泛应用,电磁气门驱动系统已成为颇受重视的前沿课题之一。电磁气门驱动发动机相对于传统的凸轮轴驱动发动机在结构、性能、燃油经济性和排放方面都具有潜在的优势。如图1.9所示是采用双弹簧、双线圈的电磁气门驱动机构。发动机不工作时,两线圈均不通电。衔铁4及气门1在弹簧7的作用下,处于半开半闭的中间状态。发动机在起动的初始时刻对该装置进行初始化。控制系统根据曲轴转角判定各气门应打开或关闭,使关门线圈5或开门线圈2通电,电磁力克服弹簧力将气门1关闭或开启。若系统判定气门应开启,则开门线圈2通电,衔铁4与开门铁芯3间的电磁力克服弹簧力,使气门1向下运动直至最大开启位置。为保持气门的开启状态,开门线圈2必须继续维持较小的电流使电磁力等于或大于弹簧力.需要关闭气门时,开门线圈2断电,衔铁4和气门1在弹簧7的作用下向上运动.在无阻尼的理想情况下,气门可达到完全关闭的位置(即落座),在气门落座的一瞬间,关门线圈5开始通电,衔铁4与关门铁芯6间的电磁力与弹簧力平衡或大于弹簧力,使气门1保持在关闭状态.需要开启时,关门线圈5断电,衔铁4和气门1在弹簧7作用下向下运动.如此循环往复.因该系统存在空气阻力和摩擦力的阻尼作用.气门1在弹簧7作用下从最大开启位置向上运动时不可能到达关闭位置.因此在气门1接近关闭位置时,关门线圈5就需提前开始通电,使电磁力帮助气门1快速运动至关闭位置。气门1从关闭位置向开启位置运动时情况相同。图1.9电磁气门驱动机构原理图1-气门；2-开门线圈；3-开门铁芯；4-衔铁；5-关门线圈；6-关门铁芯；7-弹簧；8-气门导管1.2.6电气气门驱动机构电气气门驱动和电液气门驱动的工作原理相似，只不过所用的介质为空气。与电液相比，空气的粘度低、运动惯性小，有利于提高电气气门的响应速度；但空气的可压缩性更高，更难精确控制，会削弱采用它作为介质带来的好处。同电液气门驱动一样，电气气门驱动也有气门落座冲击大、能耗大、响应速度不够及结构复杂等问题。因此，空气作为传动介质的优越性并不明显。所以寻找合适的传动介质是提高此类气门驱动机构性能的关键。1.2.7其他的气门驱动机构近年来研究无凸轮轴气门驱动机构还包括电机—凸轮驱动、旋转驱动器—摇臂驱动和电机驱动等等。如图所示是P.Fitsos等人提出了用旋转驱动器—摇臂驱动气门的方法,旋转驱动器工作原理类似于计算机中驱动读写磁头的驱动装置,能够快速运动,准确定位。但目前只对此驱动方式进行了仿真计算。图1.10电机-凸轮气门驱动机构示意图R.P.Henry等人提出了电机—凸轮驱动气门的方案如图10所示。电机轴、凸轮、凸轮从动件总成及气门在同一轴线上。电机及凸轮转动时,凸轮从动件及气门作往复运动;控制电机的瞬时转速和旋转方向,即可改变气门正时和升程。样机试验表明,在相当于发动机转速2500r/min以上时能量消耗很大,并且气门落座速度随转速增加而增大,在2500r/min时达0.30m/s。电机直接控制凸轮的可变气门驱动机构中，每一气门都由一套永磁无刷直流电机通过凸轮驱动，并通过增加或减少电机的角速度、改变电机的旋转方向来改变气门的开启和关闭相位和升程。该系统的转速灵活性范围很大。这些驱动气门的方式都有气门落座冲击、响应速度、能量消耗和机构复杂等问题。对旋转电气气门驱动和旋转驱动器—摇臂气门驱动的研究远不如对电磁、电液气门驱动的研究那样深入。还有人进行了以旋转气门代替往复运动的菌形气门的尝试,但可靠密封和润滑的老问题依然没有解决。1.3本课题的意义和主要工作内容以上所有分析表明：可变配气系统在国内外己经进行过大量的研究，伴随着微电脑技术的飞速发展及其在发动机上的应用。可变配气系统也开始由结构简单的、调节范围有限的、机械式的可变配气系统，向精确的、多自由度的、全柔性控制的、智能型电子控制可变配气系统发展。在前期工作中，基于东安465发动机，在保留气门弹簧的基础上，己设计出可变配气驱动机构，但由于其结构简单，落座冲击大，液体泄露等原因，整体结构需要进行改进。本课题就是在前期工作的基础上，完成做了以下一些工作：1.电控液压驱动可变配气系统的液压系统设计；2.电控液压驱动可变配气系统的执行机构设计；3.电控液压驱动可变配气系统的电磁阀的选型。第2章确定系统方案、拟定液压原理图在不改变气缸盖结构的基础上，设计一种电控液压驱动气门执行机构，将该执行机构安装在4102BG发动机气缸盖上，代替原来的凸轮轴配气机构。这套机构初步能够实现气门正时、气门升程连续变化的目的，同时还能在一定的程度上缓解柱塞对执行机构的冲击。2.1电控液压驱动可变配气系统的构成电控液压驱动可变配气系统原理如图2．1所示。该系统主要包括液压系统部分、气门驱动部分、电子控制部分，各部分的组成及功能简单介绍如下：图2．1电控液压驱动可变配气系统原理示意图1.液压系统部分：由油箱、滤油器、溢流阀、液压泵、电动机、压力表、压力表开关以及蓄能器等元件组成。主要任务是为系统提供驱动气门运动的能量。2.气门驱动部分：包括可变配气系统执行机构、执行机构支撑架、两位两通高速开关电磁阀和气门弹簧组件组成。其中可变配气系统执行机构由两个两位两通高速开关电磁阀控制液压油路，依靠往复运动的柱塞驱动气门来回运动。气门回位靠气门弹簧复位。主要任务是完成液压能与气门动能及气门弹簧势能三者之间的能量转换。3.电子控制部分：电子控制部分主要是对液压及气门驱动部分进行控制，可选用两种控制方法：l：PLC控制；2：DSP控制。(本文主要研究液压系统，电控部分不作详细说明)2.2电控液压驱动可变配气系统的工作原理如图2．2所示，该系统的工作过程主要分以下几阶段：1、气门开启过程：首先电动机带动液压泵转动，经网式滤油器过滤后，将油箱中的油液吸入液压泵内。油液在液压泵内经增压后，通过单向阀送入蓄能器。蓄能器稳定油液的压力，并将油液以恒定的压力送到高压电磁阀。当高压开关电磁阀接收驱动信号打开，使执行机构液压缸与高压油源连通，液压油进入执行机构液压缸，液压缸内压力迅速升高，液压油推动柱塞向下运动。柱塞克服气门弹簧阻力推动气门逐渐打开。当气门达到最大升程时，高压电磁阀停止接收驱动信号，立即处于关闭状态，执行机构液压缸内液压油油量保持不变，油压恒定，柱塞位置被油压锁定，气门保持最大升程位置。2、气门定位过程：此时高压电磁阀和低压电磁阀都处于关闭阶段。由于液压缸内压力保持等于气门弹簧阻力，气门保持全开状态。3、气门关闭过程：气门保持全开一段时间后，此时低压电磁阀打开，低压电磁阀连通液压缸与低压油箱。液压油回流到油箱，气门逐渐恢复到关闭状态。在气门关闭过程中，由于柱塞回位过程中，柱塞头部的回流口为可变节流式，柱塞越往上回位，回流面积较小，节流作用就越强，这样降低了落座速度，减小气门落座冲击。4、压力保持过程：电动机带动齿轮泵转动，向蓄能器供油，使蓄能器压力保持设定的压力值。当蓄能器内液压油的压力大于设定压力时，溢流阀打开，蓄能器向油箱回油，直到蓄能器内液压油的压力等于设定压力时为止。设定压力通过溢流阀上的开关调节，其数值显示在压力表上。2.3拟定液压原理图图2.2液压原理图1-液压泵；2-单向阀；3-油滤器；4-压力表；5-溢流阀；6-蓄能器；7-减压阀；8-二位二通常闭高速电磁阀；9-二位二通常闭高速电磁阀；10-执行机构2.4本章小结本章以设计整体方案为目标，按照在不改变气缸盖结构的基础上，设计一种电控液压驱动气门执行机构，将该执行机构安装在4102BG发动机气缸盖上，代替原来的凸轮轴配气机构。这套机构初步能够实现气门正时、气门升程连续变化的目的，同时还能在一定的程度上缓解柱塞对执行机构的冲击。第3章液压系统的设计计算3.1液压系统额定压力的选取额定压力：是指液压系统的最高工作压力，单位：MPa(3.1)P液压系统的最高工作压力，Mpa液压系统总的压力损失液压系统的安全裕度柱塞头部直径，mm柱塞中部直径，mm气阻尼隔板直径，mmL气门位移mmK气门弹簧强度N/min气门弹簧力N摩擦力N气门内外弹簧预紧力，N行机构液压腔最大液压阻力，N空气阻尼力，N进气门开启时，因为气门上下两面压差很小，缸压力大小可以忽略。(3.2)(3.3)(3.4)3.2液压系统额定流量的选取额定流量：是指液压系统的工作流量Q，单位：L／min。（3.5）Q压系统额定流量，L／mint门开启动作完成时间，ms压系统总的流量损失系数精确的计算出t值是选取额定流量值的关键，也就是气门开启动作完成时间T计算。从式(3-5)中可以发现，只有气门开启动作完成时间t是未知数，所以精确的计算出t值是选取额定流量值的关键，也就是气门开启动作完成时间的计算。t=（3.6）如图3.1所示的是可变配气系统工作特性原理图，高压电磁阀打开，气门在一段延迟时间后开始打开。气门打开到最大升程并持续一段时间；当低压电磁阀打开，气门在一段延迟时间后开始关闭。气门匀速关闭直到完全关闭气门。图3.1可变配气系统工作特性原理图气门开启延迟与气门开启动作完成时间一起构成开启响应时间：（3.7）图5-5溢流阀升压与卸荷特性5.2.3先导型溢流阀的静态特性分析：以本次设计中绘制ＹＦ型溢流阀为例：具体尺寸见相关装配图及零件图。图5-6先导型溢流阀示意图（1）开启过程：设额定排放压力pn=16MPa，开启压力pk=14MPa，先导阀弹簧刚度为Kx=４2Ｎ／mm、预压缩量为X0=５mm，主阀弹簧刚度Ｋy＝20N/mm、预压缩量y0=40mm额定流量qn=120L/min，主阀芯与阀孔间的摩擦力为Ff，上、下腔的液压力分别为p2和p1，而其上下有效作用面积分别为A2和A1A2==1055mm2；A1==1016mm2=1.04(符合在1.03~1.05之间的条件)主阀芯自重为：G=mg=0.18×9.8=1.764N，先导阀孔座面积为：Ac==14.85mm2稳态时的主阀开度y=0.4mm，则：a.当液压系统压力p1低于先导阀的开启压力pk时，先导阀保持关闭。根据[1]此时主阀芯受力条件为A1p1<A2p1+Kyy0+G+Ff(5.4)式中KX、Ky分别为先导阀弹簧和主阀弹簧的刚度（N/m）；X0、y0分别为先导阀弹簧和主阀弹簧的预压缩量（m）。此时阀口仍关闭。b.当系统压力上升到先导阀的开启压力时，先导阀处于即将开启但未开启的状态，主阀芯受力关系仍为式（5-4）c.当系统压力升高超过先导阀开启压力时，先导阀打开，液压油经由阻尼孔流向先导阀再流回油箱。此时主阀芯上下两腔将产生压力差，但尚未到达足以抬升主阀芯的程度，根据主阀芯的受力方程为：A1p1q<A2p2q+Kyy0+G+Ff（5.5）d.当系统压力上升到主阀开启压力时，通过阻尼孔的流量增大，产生的压力差使主阀芯处于平衡状态：根据有力平衡方程：A1p1n=A2p2n+Kyy0+G+Ff（5.6）e.当系统压力高于主阀开启压力时，主阀开启，根据[1]其受力为=A2p2+Ky（y0+y）+G+Ff（5.7)式中，y为主阀口的开度（m）；为液体入射角，近似等于维阀半维角=38.5（0）；D1=16为主阀座孔直径（m）;根据主阀口流量系数C1=0.77～０.8(取０.8)为。f.当系统压力升到调定压力时，阀内通过额定流量，根据此时主阀芯受力方程为：=A2p2n+Ky（y0+y）+G+Ff（5.8）到此，溢流阀开启完成。(2)闭合过程：其过程与开启过程相反，但各关键点相似，不同的是由于摩擦力方向改变，造成阀口的关闭压力比相应的开启压力要小。(3)静态特性关系式先导型溢流阀在稳态溢流条件下，满足下列关系式：a.根据[1]，主阀口出流方程式为（m3/s）(5.9)式中，p1为受控压力（Ｐa），油液密度=900（kg/m3）,其他参数意义同前。b.主阀芯受力平衡方程式：A2p2＝Ky（y0+y）＋+GFf（Ｎ）（5.10）式中，Ff开启时取正号，闭合时取负号；其余参数意义同前。c.通过主阀芯阻尼孔的流量方程式：阻尼孔结构为细长孔，根据[3]其流量q=(m3/s)(5.11)式中阻尼孔截面积A0==0.785（m2）;根据[3]阻尼孔的流量系数C’=0.82。d.先导阀口出流方程式根据[1]有：q=(m3/s)(5.12)式中，根据[3]先导阀流量系数C2=0.77，先导阀阀座孔直径d=4(mm);x为先导阀阀口的轴向开度（m）；先导阀芯的半锥角=20（0）。e.先导阀芯受力平衡方程式根据[1]有：Acp2＝Kx（x0+x）＋（Ｎ）（5.13）式中，各参数意义同前。(4)溢流阀内泄漏量：根据按偏心环状缝隙的流量公式来计算：q=(cm3/s)(5.14)式中，主阀芯直径D=4（cm）主阀芯直径Ｄ与阀体间的单边配合间隙△r=0.005（cm）公称压力Pg=16Mpa=16/0.09807≈163.15（kgf/cm2）油液动力粘度（kgf.s/cm2）主阀芯与阀体的配合长度Ｌ=1.5（cm）Ｌ处均压槽数Z=7均压槽宽B=0.05（cm）则：q==1.76×10-3(cm3/s)5.3溢流阀的基本应用（1）稳压溢流回路：溢流阀和定量泵、节流阀并联，阀口常开。（如图5-7所示）在采用定量泵的液压系统中，溢流阀与节流元件及负载并联，泵的供油量大于节流阀通道的需求量，此时，溢流阀作定压阀使用，阀口常开，使多余的油液回油箱，以保持节流阀进口的系统压力基本为恒定值。安全限压回路：溢流阀和变量泵组合，正常工作时阀口关闭,过载时打开压力油经阀口回油箱，油压不再升高,起安全保护作用,故又称安全阀。（如图5-8所示）图5-7稳压溢流回路图5-8安全限压回路（3）远程调压回路：将先导式溢流阀的远程控制口K接远程调压阀进油口，并p远程<p主调（如图5-9所示）（4）系统卸荷回路：溢流阀和二位二通阀组合（先导式）（如图5-10所示）将先导式溢流阀的遥控口K通过二位二通电磁换向阀直接与油箱连接，当换向阀的P、O口处于联通状态时，系统卸荷（5）多级调压回路（如图5-11所示）（6）形成背压图5-9远程调压回路图5-10系统卸荷回路图5-11多级调压回路5.4本章小结本章以液压系统溢流阀的设计为目标。溢流阀的基本功用是：当系统的压力达到或超过溢流阀的调定压力时，系统的油液通过阀口溢出一些，以维持系统压力近于恒定，防止系统压力过载，保障泵、阀和系统的安全，此时的溢流阀常称为安全阀或限压阀。溢流阀的根据结构可分为直动型和先导型两种。通过对溢流阀的设计从而完善整个液压系统的设计。结论本文设计了一种以液压为驱动力的可变配气系统，通过对液压驱动可变配气系统的性能进行研究，表明该系统能够对气门正时、气门开启持续期进行实时控制，并且系统具有良好的稳定性和可靠性，基本达到预期的目的。到论文完成为止，作者认为对电控液压驱动可变配气系统的研究还有一些工作需要继续进行：1.本文只对单个气门进行了分析，更进一步的工作要进行多气门实机试验，并向发动机全可变配气发展；2.可变配气系统执行机构可以进一步完善，并且可将双电磁阀控制改造成单电磁阀控制；3.气门升程控制试验没有完成，希望后来者能够完成该试验；4.对电控可变配气系统多气门的控制策略进行深入研究。参考文献[1]刘跃.电液驱动可变配气相位机构设计及仿真研究[D].吉林大学，2006.[2]田新民.无凸轮轴的电控液压气门定时机构[J].国外内燃机.2000：62-63.[3]李志锐,舒歌群.无凸轮电液驱动气门配气机构技术的发展[J].天津,拖拉机与农用运输车,2005.[4]胡燕平，彭佑多编.液阻网络系统学.北京：机械工业出版社，2002[5]WashioS,NakamuraY,YuY.Staticcharacteristicsofapiston-typpilotreliefvalve.ProceedingsoftheInstitutionofMechanicaEngineers,PartC:JournalofMechanicalEngineering,1999.[6]W.巴克.液压阻力回路系统学.北京：机械工业出版社，1980.[7]张伯英,周云山,张有坤.金属带式无级变速器电-液控制系统的研究.汽车工程,2001.[8]苏岩，李理光．可变配气相位对发动机性能影响．汽车技术．2000.[9]王文惠，李剑虹．可变配气相位机构的研究．内燃机工程．1996.[10]赵雨东等．实现汽车发动机可变气门相位的新方法，清华大学学报(自然科学版)．1994.[11]赵雨东等．电磁气门驱动设计及其电磁铁静吸力特性试验，内燃机学报，2002．[12]李莉等，电磁驱动气门机构系统模型，内燃机工程，2004.[13]刘永启，刘瑞祥，’王延遐．采用可变技术提高发动机低速低负荷时的性能，山东内燃机，2001.[14]苏炎玲，内燃机无凸轮电液驱东配气机构的设计与控制研究．天津大学硕士论文.[15]罗齐江，陈勤学，朱国伟．中压共轨发动机电控可变气门系统的试验研究．内燃机工程,2002.[16]王立彪，何邦全，谢辉，赵华．发动机可变气门技术的研究进展．内燃机学报，2005.[17]陈勤学．中压共轨电控柴油机可变气门系统的研究．武汉理工大学博士学位论文．2002．9一19页[18]苏岩，李理光．可变配气相位对发动机性能影响．汽车技术．2000.[19]王文惠，李剑虹．可变配气相位机构的研究．内燃机工程．1996.致谢经过一学期的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声。作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是很困难的。在这里首先要感谢我的导师安永东老师，安永东老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从开展工作到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等过程中都给予了我悉心的指导。本论文是在安永东教授的悉心指导下完成的。在六个半月的时间里，安老师渊博的知识、学术上敏锐的洞察力、科研工作中一丝不苟作风、实事求是和严谨的治学态度使我受益匪浅。安老师不仅使我丰富了专业理论知识，而且提高了实际动手能力，更重要的是使我学会了分析问题和解决问题的能力。在此，向安永东老师致以最深的敬意和衷心的感谢!其次要感谢我的同学，他们在我进行毕业设计过程中，给予了无私的帮助和指导。另外，不能忘记的是父母对我的多年培养和教诲，他们一直任劳任怨、含辛茹苦，正是他们才使我取得了今天的成绩。在此向他们深深鞠躬，他们的付出将激励着我在人生道路上不断奋斗。最后感谢我的母校四年来对我的大力栽培。附录附录A:英文文献internalcombustionengineTheinternalcombustionenginewaswillliquidorgasfuelandairmixing,directinputfromtheburningheatwithinthemachineagainintomechanicalenergyofanengine.Internalcombustionenginewithsmallsize,qualityissmall,convenienttomove,highthermalefficiency,startingperformancegoodcharacteristic.Butinternalcombustionengines,andgenerallyuseoilfuelintheexhaustfumescontainingharmfulgascompositionishigher.Theengineisakindbymanyorganizationsandsystemcomponentsofthecomplicatedmachine.Whetherthegasolineengine,ordieselengine;Whetherfour-strokeengine,ortwostrokeengine;Singlecylinderengine,ormucheithercylinderengines.Tocompletetheenergyconversion,realizingworkcycle,ensurelongtimecontinuouswork,musthavethefollowingafeworganizationsandsystem.1.Thecompositionandstructureinternalcombustionengine(1)iscrankrodsystemrealizingworkcycleengine,completeenergyconversionmajorsportsparts.Itconsistsofthegroup,thepistonconnectingrodgroupandcrankshaftflywheeletc.Indoingworkduringthetrip,pistoninheritthegaspressureincylindersforlinearmotion,throughtheconnectingrodconvertofcrankshaftrotationmovement,andforeignpoweroutputfromthecrankshaft.Andinintake,compressionandexhauststroke,flywheelenergyandthereleaseofthecrankshaftrotatingintopistonsstraight-linemovement.(2)valve-trainvalve-trainaccordingtotheengineistheworkoftheworkorderandtheworkingprocess,timingopenandclosedinletandexhaust,makemixtureorairintothecylinder,andmadewastegasfromaircylindereduction,realizationprocess.Valve-trainvalvetypeisusedmostlytopbuy,generalbyvalve-trainvalvegroup,thevalvetraingroupandvalveactuationgroupformed.Accordingtotheengineistheworkoftheworkorderandtheworkingprocess,timingopenandclosedinletandexhaust,makemixtureorairintothecylinder,andmadewastegasfromaircylindereduction,realizationprocess.Valve-trainvalvetypeisusedmostlytopbuy,generalbyvalve-trainvalvegroup,thevalvetraingroupandvalveactuationgroupformed.(3)fuelsupplyingsystemofgasolineenginefuelsupplyaccordingtotheengineistheworkoftherequest,makesacertainamountandconcentrationofthemixtureintothecylinder,andforoftheburnedgasesfromwilldrainintotheatmospherecylinder;Thefunctionofdieselfuelsupplydepartmentistodieselandairforintothecylinder,respectively,formedinthecombustionchamber,themixtureandburningoftheburnedgasesemitted.(4)thefunctionofthelubricationsystemlubricatingsystemtomaketherelativemovementofworkpiecesurfacecleaninglubricatingoilconveyingquantitative,inordertoachieveliquidfriction,reducingfrictionresistance,reducethewearmechanism.Andthepartssurfacecleaningandcooling.Bylubricatingoillubricationsystemusuallyways,oilpump,oilfilterandsomevalveetc.(5)coolingsystemofthefunctionofthecoolingispartofheatabsorptionofheatedparts,ensuretimelysendoutoutinthemostappropriatetemperatureengineunderthestatework.Watercooledenginecoolingisusuallyconsistsofcoolingwatersets,waterpump,fan,tanks,sectionWenQietc.(6)theignitionsysteminthecylinderengine,themixtureistorelyonanelectricsparkignites,thereforeinthecylinderheadwithfireengine,sparkplugonheadstretchintothecombustionchamber.Canpreignitiononelectricrodsinbetweenalltheequipmentcalledignitiondepartment,ignitiondepartmentusuallyconsistsofbatteries,generators,distributor,ignitioncoilandsparkplugsetc.(7)startingsystemtomaketheenginefromthestaticstatetransitionintotheworkofthestate,mustuseoutsideofthecrankshaft,turningtothepistonenginecylinderforreciprocatingmotion,themixtureburnedtodowork,promotetheexpansionofpistondownwardmotionmakecrankshaft.Theenginecanoperate,workcyclecanautomatically.Therefore,thecrankshaftforces.itbegantoturnitintoanenginestartautomaticallyidleoperationprocess,calledengineup.Completethestartingprocessrequired,calledtheenginestartingdevicesystem.Bytheabovetwobiginstitutionsgasolineenginewithfivesystemcomposition,namelythecrankrodsystem,valve-train,fuelsupplydepartment,lubricationsystem,coolingsystem,ignitionsystemandstartthecomposition;Bytheabovetwobiginstitutionsdieselandfoursystemcomposition,namelythecrankrodsystem,valve-train,fuelsupplydepartment,lubricationsystem,coolingsystemandthecomposition,dieselengineisstartingout,donotneedtopressureignitionsystem.consistofacrankrodsystem,thebodyandcylinderhead,valve-train,energysupplysystems,lubricationsystem,coolingsystem,startingdevice,etc.Cylinderisacylindricalmetalparts.Sealedcylinderistoachieveworkcycle,producesthepowerusage.Eachequippedwithcylinderlinerinthecylinderinstalledinthebody,withitstopthecylinderheadclosed.Incylinderpistonandcylinder,reciprocatingmovementfromthelowerclosedcylinder,thusformingthesealingcapacityforregularchangesinspace.Fuelinthisspace,producethecombustioninthegaspowerpistonsport.Thepistonsyouthereciprocatingmotionofrotarymotion,crankshaftagainfromflyatthemotivepoweroutput.Thepistongroup,connectingrodgroup,consistingofcrankshaftandtheflywheelcrankrodsystemisthemainpartoftheinternalcombustionenginetransferpower.Bythepiston,pistongrouppistonetc.Thepistonisequippedwithrings,cylindrical,abovethetruthinthepistonreciprocatingmovement.WhenairtightcylinderTheaboveseveralroadpistonrings,usedtoclosedcalledgascylinder,preventleakageofgascylinder,theringcalledoilrings,tobeusedinthewallsofthecylinderscrapingsuperfluouslubricant,preventoilintothecylinder.Thepistonpinacylindrical,wearitinthepinholeonthepistonandrodassemblysmallhead,willthepistonandrodassemblyjoinedup.Thisbig-endendintotwohalves,byconnectinglinkupwith,itscrewofcrankshaftcrankpinconnected.Whenconnectingrodsworkwiththepistons,smallheadendforreciprocatingmotion,thisbig-endendwiththecrankpinrotatesaroundthecrankshaftaxismotion,connectingtherodbodybetweensizeheadforcomplexswayingmotion.Thecrankshaftistheroleofthereciprocatingmovementofthepistonconvertsrotationalmotion,andwillexpandtotravelthroughtheworkdone,installedinthecrankshaftback-endontheflywheeldelivered.Theflywheel,drivingthepistoncanbestoredenergyothertraveltowork,andmakecrankshaftevenly.Inordertobalancetheinertialforceandreduceinternalcombustionenginecrankshaftvibrationinthecrank,stillontheappropriatebalancequality.2.InternalcombustionengineprincipleofworkThecylindercoverinletandexhaustinways,theintakeandexhaustdoorinstalledinside.Freshfillingquantity(i.e.airorairandfuelmixture)bytheairfilter,intakepipe,fillingtheinletvalveinletandthecylinder.Theexpansionbyexhaustgas,finally,rowbyexhaustsilencerisventedtoatmosphere.TheintakeandexhaustdooropenandshutbytheCAMonistheintakeandexhaustCAM,throughprettycolumn,pushrod,rockerandvalvespringetctransmissionpartscontrolled,respectivelythissetofpartscalledinternalcombustionenginevalve-train.Usuallybyairfilter,intakepipe,tailpipesandexhaustmufflerintoexhaustsystemcomposed.Inordertothecylinderforfuel,internalcombustionenginesareequippedwithinjectionsystem.Thegasolineenginethroughtheentranceofinstalledintheintakepipeairandgasolineinacertainproportion(air-fuelratio)mix,thenbyintakebygasolineengineforintothecylinder,theelectricsparkignitionsystemcontrollitregularly.Dieselfuelinjectionspraybydieselengineisinthecombustionchamber,burningitselfunderhightemperatureandpressure.Theinternalcombustionenginecylinderpistonandcylindertofuelburningofcylinderheadandvalveparts,heated,temperatures.Inordertoguaranteethenormaloperation,theinternalcombustionenginepartsmustbeinlicensingtemperatures,andnotinoverheatinganddamage,somusthavecoolingsystem.Internalcombustionenginecan'tstoprunningfromstatetostate,andmustownbyexternalforcecranking,makestarting.Thisproducesexternaldeviceiscalledthestartingdevice.Commonhaveelectricstart-up,compressedairstarter,suchasenginestartingandhumanstartingway.Internalcombustionengineworkbyintake,compression,circulatingcombustionandexpansion,theexhaustofprocesses.Theseprocessonlyexpansionprocessisforeigndoingworkprocess,andotherprocessistobetterachievedoingworkprocessandneedtoprocess.Accordingtoachieveaworkcycletripnumber,workcyclecanbedividedintofourstrokeandtwo-stroketwokinds.Fourstrokeistopointtoinintake,compression,power(inflation)andexhaustfourfinishatrip,duringtheworkcyclecrankshafttwolaps.Intakestrokeoccurswhentheinletvalveopen,exhaustdoorsclosed.Throughtheairfilterair,orthecarburetorblendedwithgasoline,formedbytheinletpipemixture,intovalveintothecylinder;Compressionstroke,gascylindersbycompression,pressure,temperaturerise;InflationincompressedscheduleisbeforeBDCinjectionorignition,makethemixturecombustion,producethehightemperatureandhighpressure,drivethepistonsdownwardandpower;Exhauststroke,thepistoncylinderbypushinggasexhaustvalve.Thenagainbyintakestroke,startingnextworkingcycle.Two-strokereferstofinishintwostrokeduringaworkcycle,thecrankshaftawhirl.First,whenthepistons,intothenextcheckpoint,ventallopen,freshfillingquantitybyfillingtheintakeaircylindercylinder,andeliminatethewastegas,makefromventdischarge;Thenthepistonuplink,willenter,ventallclosed,cylindersfillingquantitybeginstobecompression,untilthepistonclosetoBDCignitionorgushwhencylinderoil,makingmixtureburned;Thengascylinderpistoninflation,promotedownwardpower;Whenthepistonnextexerciseventopens,wastegasnamelythuseduction,pistoncontinuedownwardtoBDC,namelytocompleteaworkcycle.Internalcombustionengineexhaustprocessandtheintakeprocesscollectivelyreferredtoastransairedprocess.Transaired'smainfunctionistotrytoputonacycleofemissions,makethiscycleexclusioncleanforintoasmanyfreshfillingquantity,inordertomakeasmuchfuelinthecylindersoutcompletecombustion,thusmorepower.Transairedprocesswillhaveadirectimpactontheperformanceoftheinternalcombustionengine.Soinadditiontoreducetheflowoftheintakeandexhaustsystem,mainistomaketheresistanceoftheintakeandexhaustinthemostappropriatemomentdooropenandshut.Infact,theinletvalveisinbeforeBDCisopen,toensurethatthepistondownlinkinlethavelargerwhentheopening,socanreducetheintakeprocessstartedflowresistance,reducethepowerconsumedbyinhaling,simultaneouslyalsomayfillingmorefreshfillingquantity.WhenthepistonsrunningintakestroketoBDC,becausetheairflowinertia,freshfillingquantitycanstillfillingcylinder,allowingtheinletvalveclosedafternextBDCdelay.ExhaustpremisebeforeBDCandopennexttrip,beinnamelyexpansionaftertheystartedexhaust,thispartofittotakeadvantageofhighgascylinderpressuregasautomaticoutflow,thusmakethepistoncylinderfromBDCBDCupwardmovementoflowgaspressureintheair,inordertoreducethepistonswillsomeofthecylinderconsumedoutwastegasofwork.TheexhaustvalveclosedafterBDCthegoalwastouseexhaustflowofinertia,theresidualgascylinderexclusionmoreclean.附录B:中文文献内燃机内燃机是将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入机器内部燃烧产生热能再转化为机械能的一种热机。内燃机具有体积小、质量小、便于移动、热效率高、起动性能好的特点。但是内燃机一般使用石油燃料，同时排出的废气中含有害气体的成分较高。发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统。1.内燃机的组成与构造（1）曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。（2）配气机构配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。（3）燃料供给系统汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。（4）润滑系统润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。（5）冷却系统冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。（6）点火系统在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。（7）起动系统要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。汽油机由以上两大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由以上两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成，柴油机是压燃的，不需要点火系。往复活塞式内燃机的组成部分主要有曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动装置等。气缸是一个圆筒形金属机件。密封的气缸是实现工作循环、产生动力的源地。各个装有气缸套的气缸安装在机体里，它的顶端用气缸盖封闭着。活塞可在气缸套内往复运动，并从气缸下部封闭气缸，从而形成容积作规律变化的密封空间。燃料在此空间内燃烧，产生的燃气动力推动活塞运动。活塞的往复运动经过连杆推动曲轴作旋转运动，曲轴再从飞轮端将动力输出。由活塞组、连杆组、曲轴和飞轮组成的曲柄连杆机构是内燃机传递动力的主要部分。活塞组由活塞、活塞环、活塞销等组成。活塞呈圆柱形，上面装有活塞环，借以在活塞