液壓式可變配氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

43頁(yè)16000字?jǐn)?shù)+論文說明書+任務(wù)書+11張CAD圖紙【詳情如下】

A1溢流閥主閥體(07).dwg

A1溢流閥主閥芯.dwg

A1溢流閥先導(dǎo)閥體(04).dwg

A4溢流閥主閥座(08).dwg

A4溢流閥先導(dǎo)閥座(06).dwg

A4溢流閥先導(dǎo)閥芯(05).dwg

A4溢流閥調(diào)壓螺帽(01).dwg

A4溢流閥調(diào)節(jié)桿.dwg

任務(wù)書.doc

液壓原理圖.dwg

液壓式可變配氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文.doc

溢流閥裝配圖A0.dwg

配氣執(zhí)行機(jī)構(gòu).dwg

液壓式可變配氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

【內(nèi)容摘要】 ：  液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)是無凸輪軸可變配氣技術(shù)的一種。通過對(duì)國(guó)內(nèi)外各種電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)的分析和比較，本文提出了一款電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，通過對(duì)該方案的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，如柱塞半徑、氣門彈簧剛度、電磁閥流通面積等參數(shù)的研究，得到這種可變配氣系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特性規(guī)律，為系統(tǒng)的開發(fā)和研制提供幫助。

本文在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一套可變配氣系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括液壓系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)等。將該系統(tǒng)安裝在4102BG發(fā)動(dòng)機(jī)上，代替原來的配氣機(jī)構(gòu)，并對(duì)該系統(tǒng)的性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：本套結(jié)構(gòu)能夠控制氣門的氣門正時(shí)，緩解氣門落座沖擊。同時(shí)研究了運(yùn)行參數(shù)如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、液壓系統(tǒng)的壓力和驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)可變配氣機(jī)構(gòu)控制特性的影響，這些參數(shù)不同程度地影響著可變配氣的動(dòng)態(tài)特性。

【關(guān)鍵詞】 ：  可變配氣系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)

The hydraulic variable valve timing system design

【Abstract】: This variable valve timing and lift system powered by electronic hydraulic system is one kind of variable valve timing and lift system without cam．By analyzing and comparing several kinds of domestic and intemational advanced electronically controlled variable valve timing and lift system，a new kind of variable valve timing and lift system is developed in this paper．The system simulation model is established for the variable valve timing and lift system．Then the studies on the main structure parameters of the system，such as piston diameter,spring rigidity of the valve and flow area of electro—magnetic valve，obtained the characteristics of the variable intake valve system，Both the model and this studies speed up the development processes，thus minimizing the number of hardware variations． Based on the design and the simulation，a test is conducted on the cylinder heads of 41 02BG diesel with the variable valve timing and lift system，which can provide experimental documents for validation．Test bench includes the hydraulic driving system、variable valve actuator system，and electronic control units system etc．According to the experiment，the control strategy was amended detailedly．As a result，a fast，precise and steady dynamic result as well as a reliable static state Was achieved．

【Key word】:   Variable valve timing and lift system；The hydraulic

第一章  前言 5

1.1發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的可變技術(shù) 5

1.1.1可變進(jìn)氣系統(tǒng) 5

1.1.2  可變配氣相位 7

1.1.3可變進(jìn)氣渦流強(qiáng)度 8

1.2發(fā)動(dòng)機(jī)氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展 9

1.2.1 凸輪軸氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 9

1.2.2凸輪軸可變氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 10

1.2.3  無凸輪軸驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu) 10

1.2.4電液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu) 11

1.2.5電磁氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 12

1.2.6電氣氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 13

1.2.7其他的氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 13

1.3本課題的意義和主要工作內(nèi)容 14

第二章  確定系統(tǒng)方案、擬定液壓原理圖 16

2．1電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)的構(gòu)成 16

2．2電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)的工作原理 17

2．3擬定液壓原理圖 18

第三章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 19

3.1液壓系統(tǒng)額定壓力的選取 19

3．2液壓系統(tǒng)額定流量的選取 20

3．3液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) 21

3．4液壓元件的選擇與計(jì)算 22

3.4.1 液壓泵的選擇 22

3.4.2選擇驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī) 23

3.4.3液壓閥的選擇 23

3.4.4油箱的選擇 24

3.4.5蓄能器的選取 24

3.4.6 管道尺寸的確定 25

第四章 氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 26

4.1上端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 27

4.2下底蓋得設(shè)計(jì) 27

4.3 柱塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28

4.4柱塞套筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28

第五章 溢流閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 30

5.1　溢流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 30

5.1.1　直動(dòng)型溢流閥 30

5.1.2  先導(dǎo)式溢流閥 32

5.2　溢流閥的主要性能 33

5.2.1　靜態(tài)特性： 33

5.2.2　動(dòng)態(tài)特性 34

5.2.3　先導(dǎo)型溢流閥的靜態(tài)特性分析： 35

5.3　溢流閥的基本應(yīng)用 39

結(jié)論 41

致謝 42

參考文獻(xiàn) 43

第一章  前言

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類生活水平的提高，我們對(duì)生活質(zhì)量也提出了越來越高的要求。但是事實(shí)總是事與愿違，綜觀歷史，我們周圍的生活環(huán)境是越來越惡化——全球氣溫變暖，酸雨不斷致使植被死亡等，都在一步一步的威脅著我們?nèi)祟惖纳?。?jù)統(tǒng)計(jì)，90%以上的污染來自汽車的廢氣排放。所以要改善我們的生活環(huán)境，其首要的任務(wù)就是降低、限制汽車的廢氣排放，低污染、低油耗、大功率、大扭矩的發(fā)動(dòng)機(jī)也就是我們的追求目標(biāo)。而配氣機(jī)構(gòu)嚴(yán)重的影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性和排放特性。本文就配氣機(jī)構(gòu)的改進(jìn)發(fā)展情況加以論述和展開說明。

1.1發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的可變技術(shù)

可變技術(shù)(Variable Technology) 是指隨著使用工況及要求的變化,或者為了解決矛盾及避免內(nèi)燃機(jī)不正常工作現(xiàn)象的出現(xiàn),使相關(guān)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或參數(shù)作相應(yīng)的變化,從而使內(nèi)燃機(jī)在各種工況下,綜合性能指標(biāo)能大幅度地提高,而且避免不正常燃燒及超負(fù)荷現(xiàn)象的產(chǎn)生?？勺兗夹g(shù)涉及范圍較廣,如可變壓縮比、可變進(jìn)氣系統(tǒng)、可變配氣定時(shí)、可變噴油系統(tǒng)、可變?cè)鰤合到y(tǒng)等 。在解決較大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的矛盾方面,可變技術(shù)顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。近代電子技術(shù)的發(fā)展,促成了可變技術(shù)的迅速推廣,使可變技術(shù)在車用內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用和影響日漸突出。

1.1.1可變進(jìn)氣系統(tǒng)

傳統(tǒng)的進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度不可變，只能在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較好的充氣效率，具有良好的性能； 在運(yùn)行過程中無法進(jìn)行調(diào)節(jié)，其動(dòng)力性在某些工況下必然要受到限制，使內(nèi)燃機(jī)在兩種極端的工況下性能下降，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放性。長(zhǎng)期以來人們發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣管的長(zhǎng)度變化影響內(nèi)燃機(jī)的充氣效率 。進(jìn)氣管較短時(shí)，在高速運(yùn)行有較好的充氣效果；進(jìn)氣管較長(zhǎng)時(shí)，在低速運(yùn)行有較好的充氣效果。如圖1.1。使用可變長(zhǎng)度的進(jìn)氣管，可使內(nèi)燃機(jī)在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都有叫好的充氣效果。圖1.2所示的是一個(gè)進(jìn)氣管長(zhǎng)度可變的進(jìn)氣控制系統(tǒng)，在內(nèi)燃機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)氣控制閥關(guān)閉，管道變長(zhǎng)，提高了進(jìn)氣流速，加強(qiáng)了慣性進(jìn)氣的作用，從而提高了充氣效率 。在內(nèi)燃機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)氣控制閥打開，管道變短降低了進(jìn)氣阻力，從而提高了充氣效率 。圖1. 所示的為進(jìn)氣管長(zhǎng)度無級(jí)變化的進(jìn)氣系統(tǒng)示意圖，這種系統(tǒng)可以利用動(dòng)態(tài)效應(yīng)充氣，在內(nèi)燃機(jī)的所有轉(zhuǎn)速范 圍內(nèi)都能達(dá)到最佳的效果。這種進(jìn)氣管長(zhǎng)度可變系統(tǒng)結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種以液壓為驅(qū)動(dòng)力的可變配氣系統(tǒng)，

通過對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)的性能進(jìn)行研究，表明該系統(tǒng)能夠?qū)忾T正時(shí)、氣門開啟持續(xù)期進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，并且系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，基本達(dá)到預(yù)期的目的。

到論文完成為止，作者認(rèn)為對(duì)電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)的研究還有一些工作需要繼續(xù)進(jìn)行：

1、本文只對(duì)單個(gè)氣門進(jìn)行了分析，更進(jìn)一步的工作要進(jìn)行多氣門實(shí)機(jī)試驗(yàn)，并向發(fā)動(dòng)機(jī)全可變配氣發(fā)展；

2、可變配氣系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以進(jìn)一步完善，并且可將雙電磁閥控制改造成單電磁閥控制；

3、氣門升程控制試驗(yàn)沒有完成，希望后來者能夠完成該試驗(yàn)；

4、對(duì)電控可變配氣系統(tǒng)多氣門的控制策略進(jìn)行深入研究。

致謝

經(jīng)過一學(xué)期的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲。作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是很困難的。

在這里首先要感謝我的導(dǎo)師XXX老師X老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從開展工作到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。

其次要感謝我的同學(xué)，他們?cè)谖疫M(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，給予了無私的幫助和指導(dǎo)。

最后感謝我的母校四年來對(duì)我的大力栽培。

參考文獻(xiàn)

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[7]張伯英,周云山,張有坤.金屬帶式無級(jí)變速器電-液控制系統(tǒng)的研究.汽車工程,2001,23(5)

第 1 頁(yè) 共 43 頁(yè) 液壓 式 可變配氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 【 內(nèi)容摘要 】 ： 液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)是無凸輪軸可變配氣技術(shù)的一種。通過對(duì)國(guó)內(nèi)外各種電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)的分析和比較，本文提出了一款電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，通過對(duì)該方案的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，如柱塞半徑、氣門彈簧剛度、電磁閥流通面積等參數(shù)的研究，得到這種可變配氣系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特性規(guī)律，為系統(tǒng)的開發(fā)和研制提供幫助。 本文在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一套可變配氣系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括液壓系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)等。將該系統(tǒng)安裝在 4102替原來的配氣機(jī)構(gòu)，并對(duì)該系統(tǒng)的性能進(jìn)行 了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：本套結(jié)構(gòu)能夠控制氣門的氣門正時(shí)，緩解氣門落座沖擊。同時(shí)研究了運(yùn)行參數(shù)如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、液壓系統(tǒng)的壓力和驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)可變配氣機(jī)構(gòu)控制特性的影響，這些參數(shù)不同程度地影響著可變配氣的動(dòng)態(tài)特性。 【關(guān)鍵詞】 ： 可變配氣系統(tǒng)；液壓系統(tǒng) 第 2 頁(yè) 共 43 頁(yè) : by is of By of a of is in is on of as of of of up of on a is on 1 02BG to As a a as as a as 【 : 3 頁(yè) 共 43 頁(yè) 第一章 前言 ............................................................................................................................ 5 動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的可變技術(shù) ....................................................................................... 5 變進(jìn)氣系統(tǒng) ..................................................................................................... 5 可變配氣相位 .................................................................................................. 7 變進(jìn)氣渦流強(qiáng)度 ............................................................................................. 8 動(dòng)機(jī)氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展 ....................................................................................... 9 輪軸氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) ........................................................................................ 9 輪軸可變氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) ............................................................................... 10 無凸輪軸驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu) ................................................................................ 10 液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu) ........................................................................................... 11 磁氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) ........................................................................................... 12 氣氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) ........................................................................................... 13 他的氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) ....................................................................................... 13 課題的意義和主要工作內(nèi)容 ................................................................................. 14 第二章 確定系統(tǒng)方案、擬定液壓原理圖 .......................................................................... 16 2． 1 電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)的構(gòu)成 ...................................................................... 16 2． 2 電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)的工作原理 .............................................................. 17 2． 3 擬定液壓原理圖 ...................................................................................................... 18 第三章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................................................................................ 19 壓系統(tǒng)額定壓力的選取 ......................................................................................... 19 3． 2 液壓系統(tǒng)額定流量的選取 ...................................................................................... 20 3． 3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) .................................................................................................. 21 3． 4 液壓元件的選擇與計(jì)算 .......................................................................................... 22 壓泵的選擇 .................................................................................................. 22 擇驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī) ............................................................................... 23 壓閥的選擇 ................................................................................................... 23 第 4 頁(yè) 共 43 頁(yè) 箱的選擇 ....................................................................................................... 24 能器的選取 ................................................................................................... 24 道尺寸的確定 .............................................................................................. 25 第四章 氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................................................... 26 端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： ................................................................................................. 27 底蓋得設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 27 塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 28 塞套筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................................................................. 28 第五章 溢流閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................................................... 30 流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 ...................................................................................... 30 動(dòng)型溢流閥 ................................................................................................ 30 先導(dǎo)式溢流閥 ................................................................................................ 32 流閥的主要性能 .................................................................................................. 33 態(tài)特性： .................................................................................................... 33 態(tài)特性 ........................................................................................................ 34 導(dǎo)型溢流閥的靜態(tài)特性分析： ................................................................ 35 流閥的基本應(yīng)用 .................................................................................................. 39 結(jié)論 .......................................................................................................................................... 41 致謝 .......................................................................................................................................... 42 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 43 第 5 頁(yè) 共 43 頁(yè) 第一章 前言 伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類生活水平的提高，我們對(duì)生活質(zhì)量也提出了越來越高的要求。但是事實(shí)總是事與愿違，綜觀 歷史，我們周圍的生活環(huán)境是越來越惡化 —— 全球氣溫變暖，酸雨不斷致使植被死亡等，都在一步一步的威脅著我們?nèi)祟惖纳?。?jù)統(tǒng)計(jì)， 90%以上的污染來自汽車的廢氣排放。所以要改善我們的生活環(huán)境，其首要的任務(wù)就是降低、限制汽車的廢氣排放 ，低污染、低油耗、大功率、大扭矩的發(fā)動(dòng)機(jī)也就是我們的追求目標(biāo)。 而配氣機(jī)構(gòu)嚴(yán)重的影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性和排放特性。本文 就配氣機(jī)構(gòu)的改進(jìn)發(fā)展情況加以論述和展開說明。 動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的可變技術(shù) 可變技術(shù) (是指隨著使用工況及要求的變化 ,或者為了解決矛盾及避免內(nèi)燃機(jī)不正常工作現(xiàn)象的出現(xiàn) ,使相關(guān)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或參數(shù)作相應(yīng)的變化 ,從而使內(nèi)燃機(jī)在各種工況下 ,綜合性能指標(biāo)能大幅度地提高 ,而且避免不正常燃燒及超負(fù)荷現(xiàn)象的產(chǎn)生?？勺兗夹g(shù)涉及范圍較廣 ,如可變壓縮比、可變進(jìn)氣系統(tǒng)、可變配氣定時(shí)、可變噴油系統(tǒng)、可變?cè)鰤合到y(tǒng)等 。在解決較大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的矛盾方面 ,可變技術(shù)顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。近代電子技術(shù)的發(fā)展 ,促成了可變技術(shù)的迅速推廣 ,使可變技術(shù)在車用內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用和影響日漸突出。 變進(jìn)氣系統(tǒng) 傳統(tǒng)的進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度不可變，只能在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較好的充氣 效率， 具有良好的性能 ； 在運(yùn)行過程中無法進(jìn)行調(diào)節(jié)， 其動(dòng)力性在某些工況下必然要受到限制， 使內(nèi)燃機(jī)在兩種極端的工況下性能下降，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放性。 長(zhǎng)期以來人們發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣管的長(zhǎng)度變化影響內(nèi)燃機(jī)的充氣效率v?。 進(jìn)氣管較短時(shí) ， 在高速 運(yùn)行 有較好的充氣效果 ；進(jìn)氣管較長(zhǎng)時(shí)，在低速運(yùn)行有較好的充氣效果。如圖 使用可變長(zhǎng)度的進(jìn)氣管，可使內(nèi)燃機(jī)在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都有叫好的充氣效果。 圖 個(gè)進(jìn)氣管長(zhǎng)度可變的進(jìn)氣控制系統(tǒng)，在內(nèi)燃機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)氣控制閥關(guān) 閉，管道變長(zhǎng)， 提高了進(jìn)氣流速，加強(qiáng)了慣性進(jìn)氣的作用，從而提高了充氣效率v?。在內(nèi)燃機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)氣控第 6 頁(yè) 共 43 頁(yè) 制閥打開，管道變短降低了進(jìn)氣阻力，從而提高了充氣效率v?。圖 1. ]1[3 所示的為進(jìn)氣管長(zhǎng)度無級(jí)變化的進(jìn)氣系統(tǒng)示意圖，這種系統(tǒng)可以利用動(dòng)態(tài)效應(yīng)充氣，在內(nèi)燃機(jī)的所有轉(zhuǎn)速范 圍內(nèi)都能達(dá)到最佳的效果。這種進(jìn)氣管長(zhǎng)度可變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、費(fèi)用不大、可靠性高，比較適用于汽車、拖拉機(jī)、摩托車等的發(fā)動(dòng)機(jī)上。 圖 四缸汽油機(jī)進(jìn)氣管長(zhǎng)度對(duì)充氣系數(shù)的影響隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系 圖 可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度控制系統(tǒng) 第 7 頁(yè) 共 43 頁(yè) 圖 長(zhǎng)度無級(jí)可變進(jìn)氣系統(tǒng)示意圖 可變配氣相位 傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)配氣相位在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中是固定不變的 ,不能同時(shí)兼顧各種轉(zhuǎn)速的要求 ,也就很難達(dá)到真正的最佳配氣相位。而采用可變配氣相位則可以在內(nèi)燃機(jī)整 個(gè)工作范圍內(nèi) ,提供合適的氣門開啟、關(guān)閉時(shí)刻或升程 ,從而改善內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣性能 ,較好地滿足高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速 ,大負(fù)荷和小負(fù)荷時(shí)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及廢氣排放的要求。綜上所述 ,可變配氣相位改善內(nèi)燃機(jī)性能 ,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方 ]2[面 ： 1) 能兼顧高速及低速不同工況 ,提高內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性 ; 2) 改善內(nèi)冉機(jī)怠速及低速時(shí)的性能及穩(wěn)定性 ; 3) 降低內(nèi)燃機(jī)的排放。 目前有兩類可變配氣相位機(jī)構(gòu) ,一類為可變配氣相位 ,這類方法能提高中、低速轉(zhuǎn)矩 ,改善低速穩(wěn)定性 ,但由于最大氣門升程保持 不變 ,所以對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性改善不大 ,在此不作詳細(xì)論述。另一類為在低速和高速時(shí)應(yīng)用不同的凸輪來同時(shí)調(diào)節(jié)配氣正時(shí)和氣門升程 ,并對(duì)高速凸輪和低速凸輪及工況轉(zhuǎn)換點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化 ,使內(nèi)燃機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)獲得良好的性能。由于可變配氣相位技術(shù)的優(yōu)越性 ,在美國(guó)已有 800 多項(xiàng)專利產(chǎn)品?？勺兣錃庀辔?(典型代表為日本本田車用公司的 統(tǒng) 。 。其配氣凸輪軸上布置了高、低速兩種凸輪 ,采用特殊設(shè)計(jì)的搖臂 ,能夠 根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速高低自動(dòng)切換凸輪 ,使搖臂分別被高速或低速凸輪驅(qū)動(dòng) ,從而實(shí)現(xiàn)了配 氣正時(shí)和氣門升程同時(shí)調(diào)節(jié)的目的。凸輪軸上中間為高速凸輪 ,與中間搖臂相對(duì)應(yīng) ,左右各有一個(gè)低速凸輪 ,分別位于第 1 和第 2 搖臂位置。 3 個(gè)搖臂內(nèi)裝有液壓活塞 A、 B 和限制活塞。其工作過程為 : 轉(zhuǎn)速低于 6 000r/ ,液壓活塞不移動(dòng) ,中間搖臂在高速凸輪驅(qū)動(dòng)下 ,壓下空動(dòng)彈簧 ,而第 1 和第 2 搖臂則在 2 個(gè)低速凸輪作用下驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)氣門 ;轉(zhuǎn)速高于 6 第 8 頁(yè) 共 43 頁(yè) 000 r/ 在壓力油作用下 ,液壓活塞 A 和 B 移動(dòng) ,中間搖臂與左右搖臂鎖在一起在高速凸輪的作用下驅(qū)動(dòng)氣門 ,低速凸輪隨凸輪軸空轉(zhuǎn)。 圖 日 本本田公司可變配氣相位、升程（ 構(gòu)工作原理圖 搖臂 搖臂 變進(jìn)氣渦流強(qiáng)度 傳統(tǒng)的柴油機(jī)進(jìn)氣渦流強(qiáng)度取決于柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于一個(gè)恒定的柴油機(jī)進(jìn)氣道而言 ,隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的升高進(jìn)氣渦流增強(qiáng) ,反之渦流強(qiáng)度減弱。進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)一般只能保證在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的渦流強(qiáng)度使柴油機(jī)性能最佳 ,而轉(zhuǎn)速改變時(shí) ,進(jìn)氣渦流就會(huì)過強(qiáng)或過弱 ,不利于柴油機(jī)正常工作。圖 ]2[5 為副氣道控制進(jìn)氣渦流強(qiáng)度結(jié)構(gòu)示意圖。副氣道以一定角度與主氣道 相連 ,形成與主氣道反向的進(jìn)氣渦流 ,通過改變副氣道的進(jìn)氣量可以很好地改變整個(gè)進(jìn)氣渦流強(qiáng)度。該種控制方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,渦流強(qiáng)度的改變不會(huì)惡化流量系數(shù) ,因而得到了廣泛的應(yīng)用。 第 9 頁(yè) 共 43 頁(yè) 圖 副氣道控制進(jìn)氣渦流強(qiáng)度結(jié)構(gòu)圖 總之， 可變技術(shù)的應(yīng)用可使內(nèi)燃機(jī)的各項(xiàng)性能在整個(gè)使用工況變化范圍內(nèi)得到優(yōu)化。如果說 ,活塞式內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過百余年的研究與發(fā)展 ,在技術(shù)上已達(dá)到相當(dāng)高的水 平 ,那么 ,可變技術(shù)就是使其性能進(jìn)一步取得重大突破的途徑之一。因而 ,可變技術(shù)的發(fā)展前景十分誘人?？勺兗夹g(shù)的廣泛應(yīng)用需解決兩個(gè)關(guān)鍵問題 :其一是研制出可改變參數(shù)的結(jié)構(gòu) ;其二是確保這種結(jié)構(gòu)在工作過程中的可靠性。近代電子技術(shù)的發(fā)展 ,使改變結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)控過程更易實(shí)施 ,有些可變技術(shù)已在轎車上使用并取得了較好的效果 ,我國(guó)應(yīng)加大在此方面的投入 ,優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) ,使可變技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)上獲得普遍應(yīng)用 ,進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)的綜合性能。 動(dòng)機(jī)氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展 輪軸氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 絕大多數(shù)活塞式內(nèi)燃機(jī)是采用傳統(tǒng)的機(jī)械驅(qū)動(dòng) 凸輪結(jié)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)進(jìn)排氣門的，其氣門的升程、配氣定時(shí) 一般是基于某一狹小工況范圍發(fā)動(dòng)機(jī)性能的局部?jī)?yōu)化而確定，在工作過程中是固定不變的，是一種 折中 選擇，氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全由凸輪的型 線確定的。這種氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)難于滿足發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性能不斷提高的要求，尤其是車用發(fā)動(dòng)機(jī)，由于其工作范圍非常寬，要求配氣相位可變、氣門升程可調(diào)。 但由于它簡(jiǎn)單、可靠、相對(duì)來說不昂貴，至今仍廣泛的使用。 第 10 頁(yè) 共 43 頁(yè) 輪軸可變氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 凸輪軸可變氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是在傳統(tǒng)氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，有兩種實(shí)現(xiàn)形式：一種是凸輪軸和凸輪可變系統(tǒng) ；另一種是氣門 作時(shí)凸輪軸和凸輪不變動(dòng)，氣門、挺桿、搖臂或拉桿靠機(jī)械力或液力作用而改變，從而改變配氣相位和氣門升程 。 凸輪軸調(diào)相機(jī)構(gòu)是通過正時(shí)帶輪與凸輪軸內(nèi)軸之間設(shè)置一環(huán)型柱塞 ， 柱塞和凸輪軸內(nèi)軸以直鍵或花鍵傳動(dòng)，電控單元通過液壓或電子控制柱塞，使柱塞帶動(dòng)凸輪軸相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，從而改變配氣定時(shí)。如圖 1. ]4[6 所示為帶有 可變氣門系統(tǒng)，它保留了傳統(tǒng)的凸輪軸，增加了一根偏心軸、滾軸和頂桿機(jī)構(gòu)，電控單元根據(jù)油門信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)，步 進(jìn)電機(jī)改變偏心凸輪的偏移量，經(jīng)中間搖臂間接地改變進(jìn)氣門動(dòng)作。 代了節(jié)氣門的功能，從而將泵氣損失減至最低。 低排放，并使運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。 圖 傳統(tǒng)進(jìn)氣機(jī)構(gòu)與 無凸輪軸驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu) 無凸輪電液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)在所有工況下都能連續(xù)、獨(dú)立地控制氣門運(yùn)動(dòng) ,使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得低排放、低能耗、高扭矩和高功率輸出等優(yōu)點(diǎn)。 無凸輪配氣機(jī)構(gòu)就是取消發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的凸輪軸以及從動(dòng)件 ,而 以 電液、 電磁、電氣或者其他方式驅(qū)動(dòng)氣門。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械式配氣機(jī)構(gòu)來說 ,電液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)可以概括為 :降低了能耗、增加了扭矩、提高了輸出功率和怠速穩(wěn)定性、減少了磨損和沖擊噪聲、可以簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) ,降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的加工成本和重量、實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)第 11 頁(yè) 共 43 頁(yè) 的制動(dòng)性能等等。 液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu) 無凸輪電液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)就是取消凸輪軸和彈簧 ,利用一種壓縮流體的彈性特征對(duì)氣門的開啟和閉合起加速和減速的作用 ,為氣門定時(shí)、氣門升程和速度提供了連續(xù)的可變控制。加速時(shí)流體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為氣門的動(dòng)能 ;減速時(shí)氣門的動(dòng)能又轉(zhuǎn)化為流體的勢(shì)能 ,在整個(gè)過程中能量損失很少。 司研究員 制的電液氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖 1. ]5[7 所示。該系統(tǒng)通過加速踏板位置、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù) ,精確計(jì)算出氣門開啟時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間。使用電磁閥控制液壓系統(tǒng)就可使發(fā)動(dòng)機(jī)氣門動(dòng)作。氣門在其起始 (全閉 ) 和終了 (全開 ) 位置之間振動(dòng) ,開啟力來自氣門開啟彈簧 ,關(guān)閉力來自氣門關(guān)閉彈簧。這項(xiàng)技術(shù)既可節(jié)省10 %以上燃油 ,獲得更好的發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性 ,有效地降低排放 ,又可實(shí)現(xiàn)新的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)技術(shù)。 圖 司的 究的電液氣門驅(qū)動(dòng)工作原理如圖 1. ]5[8 所示 。液壓活塞與氣門相連 ,活塞上端的液壓腔與高、低壓源連通 ,下 端的液壓腔則只能連通高壓源。通過兩個(gè)電磁閥的適時(shí)開、閉可實(shí)現(xiàn)氣門的開啟和關(guān)閉。他們?cè)谠撓到y(tǒng)上進(jìn)行的單個(gè)氣門實(shí)驗(yàn)得出 :該電液氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可達(dá)到相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在 8000r/ 的響應(yīng)速度。 但是，內(nèi)燃機(jī)無凸輪電液氣門驅(qū)動(dòng)現(xiàn)仍然處于實(shí)驗(yàn)室研究階段 ,還有許多問題等待解決 ,例如響應(yīng)速度不夠 高、氣門落座沖擊、能耗過大和系統(tǒng)復(fù)雜等等 ,有待進(jìn)一步探索。而且無凸輪電液氣門驅(qū)動(dòng)的大部分試驗(yàn)結(jié)論僅僅限制在四缸機(jī)上 。 第 12 頁(yè) 共 43 頁(yè) 圖 磁氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 隨著電控技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用 ,電磁氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已成為頗受重視的前沿課題之一 。電磁氣門驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的凸輪軸驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)、性能、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放方面都具有潛在的優(yōu)勢(shì)。 如圖 1. ]6[9 所示是采用雙彈簧、雙線圈的電磁氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 。 發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí) ,兩線圈均不通電 。 銜鐵 4及氣門 1在彈簧 7 的作用下 ,處于半開半閉的中間狀態(tài) 。 發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)的初始時(shí)刻對(duì)該裝置進(jìn)行初始化 。 控制系統(tǒng)根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角判定各氣門應(yīng)打開或關(guān)閉 ,使關(guān)門線圈 5 或開門線圈 2 通電 ,電磁力克服彈簧力將氣門 1 關(guān)閉或開啟 。 若系統(tǒng)判定氣門應(yīng)開啟 ,則開門線圈 2 通電 ,銜鐵 4 與開門鐵芯 3間的電磁力克服彈簧力 ,使氣門 1 向下運(yùn)動(dòng)直至最大開啟位置 。 為保持氣門的開啟狀態(tài) ,開門線圈 2 必須繼續(xù)維持較小的電流使電磁力等于或大于彈簧力 . 需要關(guān)閉氣門時(shí) ,開門線圈 2 斷電 ,銜鐵 4 和氣門 1 在彈簧 7 的作用下向上運(yùn)動(dòng) . 在無阻尼的 理想情況下 ,氣門可達(dá)到完全關(guān)閉的位置 (即落座 ) ,在氣門落座的一瞬間 ,關(guān)門線圈 5 開始通電 ,銜鐵 4 與關(guān)門鐵芯 6 間的電磁力與彈簧力平衡或大于彈簧力 ,使氣門 1 保持在關(guān)閉狀態(tài) . 需要開啟時(shí) ,關(guān)門線圈 5 斷電 ,銜鐵 4 和氣門 1 在彈簧 7 作用下向下運(yùn)動(dòng) . 如此循環(huán)往復(fù) . 因該系統(tǒng)存在空氣阻力和摩擦力的阻尼作用 . 氣門 1 在彈簧 7 作用下從最大開啟位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí)不可能到達(dá)關(guān)閉第 13 頁(yè) 共 43 頁(yè) 位置 . 因此在氣門 1 接近關(guān)閉位置時(shí) ,關(guān)門線圈 5 就需提前開始通電 ,使電磁力幫助氣門 1 快速運(yùn)動(dòng)至關(guān)閉位置 。 氣門 1 從關(guān)閉位置向開啟位置運(yùn) 動(dòng)時(shí)情況相同 。 圖 電磁氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖 氣氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 電氣氣門驅(qū)動(dòng)和電液氣門驅(qū)動(dòng)的工作原理相似，只不過所用的介質(zhì)為空氣。與電液相比，空氣的粘度低、運(yùn)動(dòng)慣性小，有利于提高電氣氣門的響應(yīng)速度；但空氣的可壓縮性更高，更難精確控制，會(huì)削弱采用它作為介質(zhì)帶來的好處。同電液氣門驅(qū)動(dòng)一樣，電氣氣門驅(qū)動(dòng)也有 氣門落座沖擊大、能耗大、響應(yīng)速度不夠及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題 。 因此，空氣作為傳動(dòng)介質(zhì)的優(yōu)越性并不明顯。 所以 尋找合適的傳動(dòng)介質(zhì)是提高此類氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)性能的關(guān)鍵。 他的氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 近年來研究無凸輪軸氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括電機(jī) — 凸輪驅(qū)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器 — 搖臂驅(qū)動(dòng)和電機(jī) 驅(qū)動(dòng)等 等。 如圖所示 是 人提出了用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器 — 搖臂驅(qū)動(dòng)氣門的方法 ,旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器工作原理類似于計(jì)算機(jī)中驅(qū)動(dòng)讀寫磁頭的驅(qū)動(dòng)裝置 ,能夠快速運(yùn)動(dòng) ,準(zhǔn)確定位。但目前第 14 頁(yè) 共 43 頁(yè) 只對(duì)此驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了仿真計(jì)算。 R. P. 人提出了電機(jī) — 凸輪驅(qū)動(dòng)氣門的方案 如圖 ]7[10 所示 。 電機(jī)軸、凸輪、凸輪從動(dòng)件總成及氣門在同一軸線上。電機(jī)及凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) , 圖 電機(jī) 凸輪從動(dòng)件及氣門作往復(fù)運(yùn)動(dòng) ;控制電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向 ,即可改變氣門正時(shí)和升程。樣機(jī)試驗(yàn)表明 ,在相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 2 500 r/ 上時(shí)能量消耗很大 , 并且氣門落座速度隨轉(zhuǎn)速增加而增大 , 在 2 500 r/ 達(dá) 0. 30 m/ s。 電機(jī)直接控制凸輪的可變氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，每一氣門都由一套永磁無刷直流電機(jī)通過凸輪驅(qū)動(dòng)，并通過增加或減少電機(jī)的角速度、改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn) 方向來改變氣門的開啟和關(guān)閉相位和升程。該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速靈活性范圍很大。 這些驅(qū)動(dòng)氣門的方式都有氣門落座沖擊、響應(yīng)速度、能量消耗和機(jī)構(gòu)復(fù)雜等問題。對(duì)旋轉(zhuǎn)電氣氣門驅(qū)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器 — 搖臂氣門驅(qū)動(dòng)的研究遠(yuǎn)不如對(duì)電磁、電液氣門驅(qū)動(dòng)的研究那樣深入。還有人進(jìn)行了以旋轉(zhuǎn)氣門代替往復(fù)運(yùn)動(dòng)的菌形氣門的嘗試 ,但可靠密封和潤(rùn)滑的老問題依然沒有解決。 課題的意義和主要工作內(nèi)容 以上所有分析表明：可變配氣系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外己經(jīng)進(jìn)行過大量的研究，伴隨著微電腦技術(shù)的飛速發(fā)展及其在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。可變配氣系統(tǒng)也開始由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、調(diào)節(jié)范圍有限 的、機(jī)械式的可變配氣系統(tǒng)，向精確的、多自由度的、全柔性控制的、智能型電子控制可變配氣系統(tǒng)發(fā)展。在前期工作中，基于東安 465發(fā)動(dòng)機(jī)，在保留氣門彈簧的基礎(chǔ)第 15 頁(yè) 共 43 頁(yè) 上，己設(shè)計(jì)出可變配氣驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，落座沖擊大，液體泄露等原因，整體結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行改進(jìn)。 本課題就是在前期工作的基礎(chǔ)上，完成做了以下一些工作： 1、電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 2、電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 3、電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)的電磁閥的選型。 第 16 頁(yè) 共 43 頁(yè) 第二章 確定系統(tǒng)方案、擬 定液壓原理圖 在不改變氣缸蓋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種電控液壓驅(qū)動(dòng)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將該執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在 4102替原來的凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)。這套機(jī)構(gòu)初步能夠?qū)崿F(xiàn)氣門正時(shí)、氣門升程連續(xù)變化的目的，同時(shí)還能在一定的程度上緩解柱塞對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的沖擊。 2． 1 電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)的構(gòu)成 電 控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)原理如圖 2． 1所示。該系統(tǒng)主要包括液壓系統(tǒng)部分、氣門驅(qū)動(dòng)部分、電子控制部分，各部分的組成及功能簡(jiǎn)單介紹如下： 圖 2． 1電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)原理示意圖 l、液壓系統(tǒng)部分：由油箱、濾油器、 溢流閥、液壓泵、電動(dòng)機(jī)、壓力表、壓力表開關(guān)以及蓄能器等元件組成。主要任務(wù)是為系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)氣門運(yùn)動(dòng)的能量。 2、氣門驅(qū)動(dòng)部分：包括可變配氣系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)支撐架、兩位兩通高速第 17 頁(yè) 共 43 頁(yè) 開關(guān)電磁閥和氣門彈簧組件組成。其中可變配氣系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由兩個(gè)兩位兩通高速開關(guān)電磁閥控制液壓油路，依靠往復(fù)運(yùn)動(dòng)的柱塞驅(qū)動(dòng)氣門來回運(yùn)動(dòng)。氣門回位靠氣門彈簧復(fù)位。主要任務(wù)是完成液壓能與氣門動(dòng)能及氣門彈簧勢(shì)能三者之間的能量轉(zhuǎn)換。 3、電子控制部分：電子控制部分主要是對(duì)液壓及氣門驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行控制，可選用兩種控制方法： l： 2： (本文主要研究液壓系統(tǒng)，電控部分不作詳細(xì)說明 ) 2． 2 電控液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)的工作原理 如圖 2． 2所示，該系統(tǒng)的工作過程主要分以下幾階段： 1、氣門開啟過程：首先電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)網(wǎng)式濾油器過濾后，將油箱中的油液吸入液壓泵內(nèi)。油液在液壓泵內(nèi)經(jīng)增壓后，通過單向閥送入蓄能器。蓄能器穩(wěn)定油液的壓力，并將油液以恒定的壓力送到高壓電磁閥。當(dāng)高壓開關(guān)電磁閥接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)打開，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓缸與高壓油源連通，液壓油進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓缸，液壓缸內(nèi)壓力迅速升高，液壓油推動(dòng)柱塞向下運(yùn)動(dòng)。柱塞克服氣門彈簧阻力推動(dòng)氣門逐 漸打開。當(dāng)氣門達(dá)到最大升程時(shí)，高壓電磁閥停止接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)，立即處于關(guān)閉狀態(tài)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓缸內(nèi)液壓油油量保持不變，油壓恒定，柱塞位置被油壓鎖定，氣門保持最大升程位置。 2、氣門定位過程：此時(shí)高壓電磁閥和低壓電磁閥都處于關(guān)閉階段。由于液壓缸內(nèi)壓力保持等于氣門彈簧阻力，氣門保持全開狀態(tài)。 3、氣門關(guān)閉過程：氣門保持全開一段時(shí)間后，此時(shí)低壓電磁閥打開，低壓電磁閥連通液壓缸與低壓油箱。液壓油回流到油箱，氣門逐漸恢復(fù)到關(guān)閉狀態(tài)。在氣門關(guān)閉過程中，由于柱塞回位過程中，柱塞頭部的回流口為可變節(jié)流式，柱塞越往上回位，回流面積 較小，節(jié)流作用就越強(qiáng)，這樣降低 了落座速度，減小氣門落座沖擊。 4、壓力保持過程：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪泵轉(zhuǎn)動(dòng)，向蓄能器供油，使蓄能器壓力保持設(shè)定的壓力值。當(dāng)蓄能器內(nèi)液壓油的壓力大于設(shè)定壓力時(shí)，溢流閥打開，蓄能器向油箱回油，直到蓄能器內(nèi)液壓油的壓力等于設(shè)定壓力時(shí)為止。設(shè)定壓力通過溢流閥上的開關(guān)調(diào)節(jié)，其數(shù)值顯示在壓力表上 。 第 18 頁(yè) 共 43 頁(yè) 2． 3 擬定液壓原理圖 1液壓泵 2單向閥 2油濾器 4壓力表 5溢流閥 6蓄能器 7減壓 閥 8二位二通 常閉高速電磁閥 9二位二通常閉高速電磁閥 10執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1 圖 液壓原理圖 第 19 頁(yè) 共 43 頁(yè) 第三章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 壓系統(tǒng)額定壓力的選取 額定壓力：是指液壓系統(tǒng)的最高工作壓力，單位： 14 ?? ?? ? ? (3 ? 1D D D N/F N 2F N 3F N 4F N 5F N 進(jìn)氣門開啟時(shí)，因?yàn)闅忾T上下兩面壓差 很小， 缸壓力大小可以忽略。 1F K L??(31 2 3 4 5F F F F F F? ? ? ? ?(3? ?1 2 3 4 5214 F F F F ?? ? ? ?? ? ? (3第 20 頁(yè) 共 43 頁(yè) 3． 2 液壓系統(tǒng)額定流量的選取 額定流量：是指液壓系統(tǒng)的工作流量 Q，單位： L／ 21Q=4 （ 3 L／ 精確的計(jì)算出 就是氣門開啟動(dòng)作完成時(shí)間 從式 (3可以發(fā)現(xiàn)，只有氣門開啟動(dòng)作完成時(shí)間 ，所以精確的計(jì)算出 就是氣門開啟動(dòng)作完成時(shí)間 t=3 如圖 壓電磁閥打開，氣門在一段延遲時(shí)間后開始打開。氣門打開到最大升程并持續(xù)一段時(shí)間；當(dāng)?shù)蛪弘姶砰y打開，氣門在一段延遲時(shí)間后開始關(guān)閉。氣門勻速關(guān)閉直到完全關(guān)閉氣門。 圖 變配氣系統(tǒng)工作特性原理圖 氣門開啟延遲 第 21 頁(yè) 共 43 頁(yè) k ky T??（ 3 氣門關(guān)閉延遲 g gy T??（ 3 氣門關(guān)啟延遲 c gy T??（ 3 可計(jì)算出其中氣門開啟持續(xù)期： 1 8 0 2T 6 0 1 0 0 0720k c c c g y g T T n????? ? ? ? ? ? ? ?總（ 3 估計(jì)氣門開啟需要的時(shí)間： 3總（ 3 3． 3 液壓系統(tǒng) 設(shè)計(jì)參數(shù) 為了方便計(jì)算，將液壓系統(tǒng)計(jì)算所需要一些參數(shù)進(jìn)行匯總。如表 3． 1所示： 表 3壓系統(tǒng)計(jì)算參數(shù) 第 22 頁(yè) 共 43 頁(yè) 再又上述公式可計(jì)算出： P==9L/． 4 液壓元件的選擇與計(jì)算 壓泵的選擇 首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)工況確定泵的類型，然后根據(jù)液壓泵的最大供油量和系統(tǒng)工作壓力來選擇液壓泵的規(guī)格。 1. 液壓泵的最高供油壓力 ??? lp （ 3 式中： p — 執(zhí)行元件的最高工作壓力； — 進(jìn)油路上總的壓力損失。 如系統(tǒng)在執(zhí)行元件停止運(yùn)動(dòng)時(shí)才出現(xiàn)最高工作壓力，則 0?? ；否則，須計(jì)算出油液流過進(jìn)油路上的控制、調(diào)節(jié)元件和管道的各項(xiàng)壓力損失，初算時(shí)可憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估 計(jì)，對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)取 復(fù)雜系統(tǒng)取 2. 確定液壓泵的最大供油量 液壓泵的最大供油量為 p ?? （ 3 式中： k— 系統(tǒng)的泄漏修正系數(shù) (一般取 k=流量取小值，小流量取大值； — 同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。 如果液壓泵的供油量是按工進(jìn)工況選取時(shí)，其供油量應(yīng)考慮溢流閥的最小流量。 3. 選擇液壓泵的規(guī)格型號(hào) 液壓泵的規(guī)格型號(hào)按計(jì)算值在產(chǎn)品樣本選取，為了使液壓泵工作安全可靠，液壓 泵應(yīng)有一定的壓力儲(chǔ)備量，通常泵的額定壓力可比工作壓力高 25%— 60%。泵的額定流量則宜與 當(dāng)，不要超過太多，以免造成過大的功率損失。 由已知條件和上訴公式可選 取高壓齒輪泵型號(hào)： 06。 齒輪泵各種參數(shù)：額定壓力 16數(shù) 1440r／ 油量 6． 3r，這種齒輪泵滿第 23 頁(yè) 共 43 頁(yè) 足試驗(yàn)需要前提下，價(jià)格低廉，且對(duì)液壓油的品質(zhì)要求不高。 擇驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)根據(jù)驅(qū)動(dòng)功率和泵的轉(zhuǎn)速來選擇。 在整個(gè)工作循環(huán)中，泵的壓力和流量在較多時(shí)間內(nèi)皆達(dá)到最大工作值時(shí)，驅(qū)動(dòng)泵的電動(dòng)機(jī)功率 ( ? （ 3 式中： p? — 液壓泵的總效率，數(shù)值可見產(chǎn)品樣本。 限壓式變量葉片泵的驅(qū)動(dòng)功率，可按泵的實(shí)際壓力流量特性曲線拐點(diǎn)處的功率來計(jì)算。 在工作循環(huán)中，泵的壓力和流量變化較大時(shí)，可分別計(jì)算出工作循環(huán)中各個(gè)階段所需的驅(qū)動(dòng)功率，然后求其均方根值即可。 在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)將求得的功率值與各工作階段的最大功率值比較，若最大功率符合電動(dòng)機(jī)短時(shí)超載 25%的范圍，則按平均功率選擇電動(dòng)機(jī)；否則應(yīng)按最大功率選擇電動(dòng)機(jī)。 選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)： 2． 2 電動(dòng)機(jī)參數(shù)：功率為 2． 2速 1420r／ 壓閥的選擇 1 高速電磁閥的選取 高速電磁閥是可變配氣系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵部件，它的動(dòng)作時(shí)間決定著整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)作的快慢，電磁閥的流通面積決定了其在一定壓差下的流量，從而決定了氣門的開啟速度和關(guān)閉速度。設(shè)計(jì)中選用貴州紅林機(jī)械廠與美國(guó) 這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、響應(yīng)快速、可靠性高。當(dāng)線圈通電時(shí)，銜鐵5 產(chǎn)生的電磁力通過閥桿 2 使球閥 1 打開，液壓油通過控制口輸出：當(dāng)線圈斷電時(shí)，球閥 供油球閥落座，則供油口與控 制口斷開。 由上述已知條件可以確定選額定流量為 4第 24 頁(yè) 共 43 頁(yè) 2、溢流閥的選取 溢流閥是一種壓力控制閥，常用于節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，它和流量控制閥 配合使用，調(diào)節(jié)進(jìn)入系統(tǒng)的流量，并保持系統(tǒng)的壓力基本恒定。用于過載保護(hù)的溢流閥一般稱為安全閥。本液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要的是保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，所以也就被稱為定壓閥，平時(shí)閥芯在彈簧力的作用下壓在閥座上，閥呈關(guān)閉狀態(tài)，因而閥芯不起作用。壓力油通過入口作用于錐形閥芯上，當(dāng)油壓對(duì)閥芯的作用力大于彈簧所調(diào)整的壓力時(shí)，錐形閥芯被打開，高壓油便經(jīng)溢流口排回油箱使得系統(tǒng)中的壓 力不再升高，保持恒定壓力。擰動(dòng)調(diào)壓螺釘，可以改變控制壓力，直動(dòng)式溢流閥是靠液壓力和彈簧力直接平衡，控制溢流口啟閉及其開口大小來進(jìn)行工作的。這種閥的主要缺點(diǎn)是閥門開口量有變化時(shí)候，彈簧力變化比較大，油壓也相應(yīng)的產(chǎn)生較大的波動(dòng)，所以控制壓力的精確度就會(huì)降低。由于系統(tǒng)的工作壓力要求為 4一 1以，溢流閥只在低壓時(shí)使用。 選取型號(hào)： 本參數(shù)為：最大壓力 1小壓力0． 5荷壓力 0． 2 箱的選擇 由于電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪泵頻繁啟動(dòng)，工作油液溫度會(huì) 升高很快。液壓系統(tǒng)工作時(shí)，工作油液溫度不能超過 50。 C，這就要求工作油液有充分的冷卻時(shí)間。一般來說，油箱容積為齒輪泵每分鐘供油量的 5 至 10 倍選取油箱體積為 48L：長(zhǎng)×寬×高 =300×300 能器的選取 蓄能器容積和液壓缸容積、氣門每分鐘啟閉次數(shù)有如下關(guān)系： V??蓄 能 器 液 壓 缸 （ 3 蓄能器容積和壓力脈動(dòng)、工作油液溫度有直接關(guān)系。蓄能器容積越大，壓力脈動(dòng)越小；蓄能器容積越大，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間越少，工作油液溫度越低。 選取蓄能器參數(shù)：容積為 1L。 第 25 頁(yè) 共 43 頁(yè) 道尺寸的確定 1. 管道內(nèi)徑計(jì)算 （ 4） 式中 Q—— 通過管道內(nèi)的流量（ m3/s）； υ —— 管內(nèi)允許流速（ m/s），見表。 計(jì)算出內(nèi)徑 d 后，按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。 2. 管道壁厚 δ 的計(jì)算 （ 5） 表 4許流速推薦值 管道 推薦流速 /（ m/s） 液壓泵吸油管道 般常取 1以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 3～ 6，壓力高，管道短，粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 中 p—— 管道內(nèi)最高工作壓力（ d—— 管道內(nèi)徑（ m）； ? —— 材料的抗拉強(qiáng)度 選取油管和管接頭：外徑 6 第 26 頁(yè) 共 43 頁(yè) 第 四 章 氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓驅(qū)動(dòng)可變配氣系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的全剖設(shè)計(jì)方案如圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓缸的主要作用是給柱塞提供驅(qū)動(dòng)能量，使得柱塞可以克服氣門彈簧阻力，控制氣門的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也對(duì)柱塞的運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用。液壓缸體積要盡量小，這樣可以降低 氣門開啟延遲時(shí)間及整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體積。 可變配氣驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有三個(gè)腔：上面是柱塞液壓控制腔；中間是液壓緩沖腔；下面是空氣阻尼腔。柱塞液壓控制腔由可變配氣驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上端蓋與柱塞組成。柱塞液壓緩沖腔是可變配氣驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上端蓋、底殼與柱塞組成。 柱塞與套筒研磨配合，同時(shí)其上應(yīng)開啟油道，與高、低壓電磁閥分別連接。下端與柱塞限位體相連，使得柱塞只能在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中以定升程來回運(yùn)行，控制氣門啟閉。主要難點(diǎn)在于液壓缸的密封及同軸度的保證。液壓缸通過原機(jī)缸蓋上的缸頭蓋上的螺栓固定。 液壓缸直接與柱塞大端外徑配合，為了保證大直徑活塞的開 啟速度，同時(shí)為了確保第 27 頁(yè) 共 43 頁(yè) 液壓缸與柱塞配合面不漏油，采用研磨配合。 端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 上端蓋與底殼組成了可變配氣系統(tǒng)機(jī)構(gòu)外殼體，上端蓋的上部側(cè)面左右兩個(gè)側(cè)面各有一個(gè)口，左邊口為進(jìn)油口，右邊口為一個(gè)出油口。進(jìn)油口與進(jìn)油管路相連接，出油口與回油管路相連接。 端蓋 底蓋得設(shè)計(jì) 底殼的內(nèi)腔構(gòu)成了空氣緩沖腔。同時(shí)為了連接方便，把底殼加工成外螺紋，上端蓋加工成內(nèi)螺紋，底殼和上端蓋通過螺紋連接，便于安裝與拆卸，同時(shí)也