汽车发动机配气机构的设计与研究

论文摘要

配气机构是发动机的核心部件,其设计合理与否直接关系到内燃机的动力性、经济性、环保性及工作的可靠性。本文对国内外发动机配气机构的发展现状和发展趋势进行了研究,运用配气机构设计的基本理论,针对Q276发动机,选择适合其工作环境和性能要求的结构型式,对影响其性能的关键因素——凸轮型线、配气相位、功率损耗进行分析和计算,并对如何进一步提高该类型发动机的动力性和经济性进行了探讨。首先根据Q276发动机的工作环境和性能要求,结合顶置式配气机构的机构简单和配气相位准确的特点,Q276发动机采用了顶置式配气机构。然后分析功率、扭矩与转速间的关系,确定了发动机的额定转速,为后续设计打下基础。整个配气机构是由凸轮驱动的,配气机构的性能在很大程度上取决于配气凸轮的形状。本文在深入研究内燃机配气机构凸轮型线设计理论的基础上,提出并构造了新型配气凸轮型线。该型线可以提高配气机构的丰满度,并且光滑连续,降低了气门的落座噪声。本文分析了气门提前角、气门迟闭角和气门重叠角对充气效率的影响,根据Q276发动机的转速,确定了与之匹配的配气相位。在设计Q276发动机配气机构的过程中,发现凸轮轴的阻力矩产生的功率消耗占发动机额定功率的比例高达9.4%。通过对凸轮轴受力模型进行分析,提出了用滚动摩擦代替滑动摩擦和改变机架结构尺寸以减小阻力臂的想法,以提高发动机的有效功率。对Q276发动机进行性能测试来检验其行动力性、经济性和环保性指标,并通过台架试验来获取发动机的外特性。试验表明,发动机的各项指标达到了设计要求。本文对国内外可变配气在发动机上的应用现状和当前的技术水平进行了深入研究,发现在可变配气在高档汽车上的应用较为普遍,且不同厂家对可变配气的使用大不相同。在此基础上,提出了通过可变配气相位机构和可变进排气系统将可变配气相位应用于小型发动机,对该类产品的性能升级具有参考价值。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 课题研究的主要内容和意义
• 1.2.1 课题研究的主要内容
• 1.2.2 课题研究的意义
• 1.3 研究成果
• 2 配气机构的结构设计
• 2.1 配气机构的简介
• 2.1.1 配气机构的种类
• 2.1.2 配气机构的组成
• 2.1.3 配气性能的评价参数
• 2.2 配气机构的总体选型与设计
• 2.2.1 功率扭矩与配气机构的选择
• 2.2.2 确定配气结构的总体结构型式
• 2.3 本章小结
• 3 配气凸轮的设计
• 3.1 配气凸轮型线设计
• 3.1.1 缓冲段设计
• 3.1.2 工作段设计
• 3.2 凸轮轮廓的计算
• 3.2.1 凸轮基圆半径的确定
• 3.2.2 凸轮轮廓的计算方法
• 3.3 气门的运动分析
• 3.3.1 凸轮机构的几何参数
• 3.3.2 确定气门运动规律
• 3.3.3 气门间隙
• 3.4 配气相位分析
• 3.4.1 配气相位相位的含义和意义
• 3.4.2 配气相位的设计要求
• 3.5 气门运动组合及分析
• 3.5.1 气门重叠角
• 3.5.2 排气提前角
• 3.5.3 排气迟闭角
• 3.5.4 进气提前角
• 3.5.5 进气迟闭角
• 3.6 本章小结
• 4 阻力矩产生的功率消耗
• 4.1 气门惯性力
• 4.2 弹簧力计算
• 4.2.1 Q276 发动机气门弹簧的主要参数
• 4.2.2 弹簧力
• 4.2.3 弹簧应力
• 4.3 凸轮轴阻力矩计算
• 4.4 减少功率损耗的措施
• 4.4.1 滚动摩擦代替滑动摩擦
• 4.4.2 改变机构尺寸
• 4.5 本章小结
• 5 应用实例
• 5.1 Q276 发动机配气机构的结构参数
• 5.1.1 凸轮推程角、回程角及摇臂最大摆角
• 5.1.2 曲柄连杆组参数
• 5.1.3 排气、进气机构参数
• 5.2 Q276 发动机性能测试与分析
• 5.2.1 发动机主要性能指标
• 5.2.2 动机的速度特性和负荷
• 5.2.3 Q276 性能分析
• 5.3 本章小结
• 6 可变配气相位的研究
• 6.1 前言
• 6.1.1 可变配气技术概述
• 6.1.2 可变配气技术的发展趋势
• 6.2 可变配气相位的种类
• 6.2.1 可变配气相位的原理
• 6.2.2 可变配气相位的型式
• 6.3 可变配气对发动机性能的影响
• 6.3.1 进气门可变正时
• 6.3.2 排气门可变正时
• 6.3.3 气门可变升程
• 6.3.4 气门可变速度
• 6.3.5 停滞气门
• 6.4 低速发动机可变配气机构的初步探索
• 6.4.1 可变配气相位
• 6.4.2 可变进排气系统
• 6.5 本章小结
• 7 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录