【《基于电动SUV三缸发动机配气机构总体布置分析案例》2200字】

基于电动SUV三缸发动机配气机构总体布置分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u28223基于电动SUV三缸发动机配气机构总体布置分析案例 1286191.1发动机参数 1230041.1.1气门位置、数量及驱动形式的确定 147341.1.2凸轮轴位置及数量的确定 2315641.1.3气门夹角的确定 3253991.2配气相位的确定 4299921.2.1米勒循环分析 441391.2.2米勒循环特点 57171.2.3配气相位的计算与分析 5发动机参数参考某型号1.2L发动机具体参数，如表2-1。表2-1发动机参数名称参数排量（ml）1199缸径（mm）84气缸排列形式直列最大功率转速（rpm）5200气缸数3气门位置、数量及驱动形式的确定（1)气门位置早先较多使用的气门旁置机构充气效率较低，燃油经济性低，发动机效率不高，与现行排放标准不符，因此现在使用较少。气门位于气缸和燃烧室上方有助于提高充气效率，气门顶置机构特点为减少进排气阻力，有利于气体流动，从而大大提高换气能力，适合应用高压缩比燃烧室，保证燃油高效燃烧，增大发动机效率，适用于当代发动机。综上考虑，本设计采用气门顶置。(2)气门数量对于较低功率发动机或发动机设计要求不高时，可以选用二气门结构。但如今对汽车排放量、经济性以及动力性的要求越来越高，绝大多数发动机已经开始使用每气缸四气门的结构。四气门结构气门尺寸较小，有利于提高气门刚度。同时，四气门结构增大了气体流通面积，有利于气体充分吸收和排放，提高充气效率，改善了发动机排放性能和整车燃油经济性，如图2-1[4]。图2-1发动机气门数量改良后负荷特性比较为提高负荷特性，本设计采用用每气缸四气门。（3）气门驱动形式气门常见驱动形式为摆臂或摇臂间接驱动和直接驱动。其中直接驱动发动机结构简单，成本较低，往复运动小，工作稳定，普遍适用于当代发动机生产。综合经济因素和生产要求，本设计选择由凸轮轴直接驱动气门。凸轮轴位置及数量的确定（1）凸轮轴位置凸轮轴位置是相对于气缸来定义。常见凸轮轴位置分类如图2-2。当凸轮轴中置曲轴与凸轮轴之间距离较短，长期工作有可能发生运动干涉，影响寿命，不适合高速发动机。若凸轮轴顶置，则凸轮轴靠近气门，并且传动链条短，结构更为简单稳定，成本也较低，更适合当代高速内燃机。综合考虑实际要求和经济因素，本次设计选择凸轮顶置。图2-2凸轮轴位置分类凸轮轴数量若凸轮轴安装在顶部，则分为单顶置凸轮轴（SOHC）和双顶置凸轮（DOHC）。其中大多数采用SOHC形式，结构较简单。但DOHC目前被广泛使用，装备有多个气门，充气效率足够高，气门的通行性较好[5]。鉴于DOHC结构应用广泛，工作可靠，且可为多种新技术提供研究平台，本次设计使用双顶置凸轮轴。气门夹角的确定图2-3气门夹角的类型气门夹角类型如图2-3所示。大角度气门设计尺寸更大，气门的通行性更好。小角度气门由于进气阻力较大，其通过性远不如大角度气门。通过查阅相关文献得知，1.2L四气门发动机的最大气门升程为7mm左右，气门夹角为39°左右。参考2-1参数表，初定气门夹角为40°[6]。配气相位的确定米勒循环分析本次设计任务基于电动SUV三缸发动机配气机构。传统配气相位是膨胀比与压缩比相等，但经长期研究表明，对称的冲程配气结构并不利于燃油经济性的提高。随着人们对配气机构的研究越来越深入，在传统的配气相位上加以改进，令进气迟闭角增大，从而变相缩短压缩冲程，大大提高了发动机进气效率，这也就是米勒循环的基本原理。由于米勒循环部分负荷下的燃油经济性好，往往与新能源汽车增程器用发动机相结合。故本次设计选择以米勒循环为理论基础实现配气相位改进。美国工程师米勒通过对传统奥托循环的配气正时机构进行改进来实现膨胀比与压缩比不对等，其实质是推迟压缩开始时刻，降低实际压缩比，使膨胀行程大于压缩行程，以充分利用缸内燃烧产生的膨胀能力[7]。实现米勒循环的方式有两种：第一种是通过复杂连杆机构改变压缩比与膨胀比;第二种是增大进气门迟闭角，将吸入的混合气又返回去一部分，再关闭进气门，开始压缩冲程[8]。本次设计选择通过对配气相位的优化，避免复杂机械结构，以达到进气门晚关的效果，从而实现米勒循环。理想米勒循环过程如图2-5所示，其中1'为进气门关闭时刻[9]。图2-5米勒循环p-V图米勒循环特点米勒循环膨胀比高，燃油经济性好。如图2-6所示，在发动机常用的中小负荷工况下燃油消耗量明显下降。如图2-7所示，采用米勒循环后发动机压缩比降低，有利于避免爆震。实际应用中可以适当提高发动机的几何压缩比，进一步提高发动机热效率，但是几何压缩比存在一个最优拐点，超过该拐点后几何压缩比的增大加剧爆震的效果会强于米勒效应减弱爆震的能力，因此会导致发动机可靠性和油耗的恶化[10]。图2-6部分负荷奥托循环与米勒循环的泵气损失曲线图2-7部分负荷的有效燃油消耗变化曲线配气相位的计算与分析改变配气相位即改变进、排气门开启的相位和持续时长，在本次设计的研究过程中，将通过改变发动机的配气相位，增大进气迟闭角，实现米勒循环。查阅文献得知，对于米勒循环，存在最佳压缩比和进气迟闭角，使有效热效率达到最大值。(1)压缩比的确定由图2-8可知，膨胀比随压缩比升高而升高，有效压缩比不变，因此指示热效率随压缩比升高而升高。在机械效率和指示热效率的共同影响下，有效热效率在压缩比12~13附近出现最小值。综合考虑动力性能要求与经济因素，选定压缩比为12.5[11][12]。图2-8有效燃油消耗率对比图配气相位的确定查阅文献得知：进气提前角为5°~20°时，泵气损失较小。进气提前角过大时会导致气门重叠角过大，产生进气回流，甚至发生回火。为避免回流，米勒