本科畢業(yè)論文--節(jié)能車發(fā)動機(jī)設(shè)計

1、1 緒論1.1概述1.1.1當(dāng)前世界的能源形勢能源是世界人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是生產(chǎn)力發(fā)展的主要動力。世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展歷史充分表明：能源的增長速度與gdp同步增長，呈止相關(guān)。戰(zhàn)后 5070年代世界費(fèi)本主義經(jīng)濟(jì)大發(fā)展與充足的廉價能源供給，特別是石油供給密 切相關(guān)。為此.能源供給引起世界的普遍關(guān)注。能源是人類社會發(fā)展的重要基礎(chǔ) 瓷源。但由于世界能源資源產(chǎn)地與能源消費(fèi)中心相距較遠(yuǎn)，特別是隨著世界經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展、世界人口的尉增和人民生活水平的不斷提高，世界能源需求量持續(xù)增大， 由此導(dǎo)致對能源資源的爭奪h趨激烈、環(huán)境污染加重和環(huán)保壓力加大。由此可以 斷定,在未來生活中，節(jié)能減排這個話題將不會減弱，相

2、反的,反而會被越來越多的 人所關(guān)注，而節(jié)能減排最終會成為一個永久的話題被人們所認(rèn)識和對待.1.1.2節(jié)能汽車概況節(jié)能汽車指的是低能耗、低污染、新能源、新動力汽車。節(jié)能汽車的宗旨就 是在滿足需求的前提下盡可能少的耗費(fèi)能源，同時減少污染氣體的產(chǎn)生。由于能 源危機(jī)和環(huán)境問題的h益嚴(yán)重性,越來越多的汽車廠家開始研制節(jié)能型汽車，不僅 從汽車整體結(jié)構(gòu)入手，節(jié)能型發(fā)動機(jī)的研究更是其中的重中z重。目而世界上的節(jié) 能型汽車主要有三種類型，一是純電動汽車。二是混合動力汽車，三是燃料電池 汽車。1.2、論文選題的背景及意義自從發(fā)動機(jī)的發(fā)明產(chǎn)生以來，石油的危機(jī)和溫室氣體的排放問題愈演愈烈，不 斷威脅著人類的生存和發(fā)展

3、，越來越多的汽車在給人們帶來方便快捷的同時也不斷 的耗費(fèi)能源和排放廢氣。在世界石油資源的益衰竭的危機(jī)卜節(jié)能型發(fā)動機(jī)的研 究成為人類研究的課題。齊國政府對此i分重視，每年都不斷的有更新更好的節(jié)能 車型在岀現(xiàn)，高效率的節(jié)能車勢必給整個世界帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。越是排 量小，耗油少的車就越是受歡迎，這已成為當(dāng)代汽車設(shè)計的主流理念。對于參加節(jié)能競技大賽的車輛而言，賽車需要在-定時間內(nèi)完成規(guī)定行駛的里 程，耗油量最少的車隊獲勝，即對車輛的速度，耗油量都有要求。發(fā)動機(jī)是為節(jié)能 車提供動力的裝置，發(fā)動機(jī)的改造成功與否，直接影響著比賽的成績。同吋該項比 賽集思廣益，利用人眾的智慧來思考發(fā)動機(jī)的節(jié)能改造方案

4、，激起大眾對節(jié)能的認(rèn) 識和興趣，可以說是一種行z有效的方法，對于全世界的節(jié)能減排必將產(chǎn)生積極的 推動作用。1.3論文研究的主要內(nèi)容（1）根據(jù)實際應(yīng)用情況，做詳細(xì)的調(diào)研，并在此基礎(chǔ)上確定合理的方案。（2）設(shè)計合理的發(fā)動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造方案及控制系統(tǒng)方案。（3）對系統(tǒng)進(jìn)行必要的運(yùn)動參數(shù)計算，對汽車的控制系統(tǒng)進(jìn)行探討。（4）繪制車體的設(shè)計圖，發(fā)動機(jī)的改造方案。（5）部件圖其零件圖。（6）編寫設(shè)計說明書在發(fā)動機(jī)改造方面，我綜合了賽道的條件和比賽要求對發(fā)動機(jī)進(jìn)行調(diào)整，計劃 對以下部分進(jìn)行改進(jìn)：拆除發(fā)動機(jī)不必要的部分，減小發(fā)動機(jī)汽缸體積，精調(diào)化油 器。2.發(fā)動機(jī)2. 1發(fā)動機(jī)發(fā)展簡史發(fā)動機(jī)，又稱為引擎，是一

5、種能夠把一種形式的能轉(zhuǎn)化為另一種更有用的 能的機(jī)器，通常是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。發(fā)動機(jī)最早誕生在英國，回顧發(fā)動機(jī) 產(chǎn)生和發(fā)展的歷史，它經(jīng)歷了外燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩個發(fā)展階段。所謂外燃機(jī)，就是 燃料在發(fā)動機(jī)的外部燃燒，發(fā)動機(jī)將這種燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成動能的機(jī)器。內(nèi) 燃機(jī)就是燃料在發(fā)動機(jī)的內(nèi)部燃燒，同時將這種燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成動能。18 世紀(jì)中葉，瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)標(biāo)志著發(fā)動機(jī)的產(chǎn)生，蒸汽機(jī)這種外燃機(jī)是當(dāng)時哪個 時代最主要的代表。1886年，奔馳一號的發(fā)明代表著內(nèi)燃機(jī)開始進(jìn)入我們的生活。 雖然當(dāng)初的發(fā)動機(jī)動力小，效率低，但是隨著時代的發(fā)展，發(fā)送機(jī)也有了巨大的 改變，曲最初的外燃機(jī)發(fā)展到內(nèi)燃機(jī)，再曲1892

6、年發(fā)明化油器而產(chǎn)生的化油器發(fā) 動機(jī)，再到1967年電噴技術(shù)的出現(xiàn)而產(chǎn)生的電噴發(fā)動機(jī)，然后就是近幾年的缸內(nèi) 直噴技術(shù)發(fā)展起來的缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)。無一不是發(fā)動機(jī)跨時代的進(jìn)步。2.3當(dāng)代發(fā)動機(jī)節(jié)能新技術(shù)通過查閱資料，當(dāng)代發(fā)動機(jī)先進(jìn)技術(shù)主要有以下幾點(diǎn)：-：cbr （可控燃燒速率）技術(shù)。該技術(shù)是通過控制進(jìn)氣氣流的組織形式（渦流和 滾流）來改善燃燒，以達(dá)到降低排放，提高燃油經(jīng)濟(jì)性的新技術(shù)。主耍有兩種形式 蝶閥式和滑板式。優(yōu)點(diǎn)是：1具冇良好的燃油。2.不需要特別的低硫燃油。3.不需 要成本較高的高壓燃油系統(tǒng)。4提高廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。-：tci （渦輪增壓中冷）技術(shù)。該技術(shù)是利用專門的壓氣機(jī)將氣體在進(jìn)入汽缸前 預(yù)先

7、進(jìn)行壓縮，提高進(jìn)氣壓力，從而提高進(jìn)入汽缸的氣體密度，減小體積，曲此， 單位體積內(nèi)氣體質(zhì)量増加，滿足燃燒需要又可提高發(fā)動機(jī)的體積比功率和重量比功 率、提高機(jī)械效率、減少有害廢氣的排放和降低噪聲。增壓方式主要有三種：渦輪 壇壓、機(jī)械增壓和氣波壇壓。tct的優(yōu)點(diǎn)是在不增加排量的基礎(chǔ)上人幅度提高功率 和扭矩，同時提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低尾氣排放。三:dgi （汽油直噴）技術(shù)。該技術(shù)是通過電控系統(tǒng)的控制直接將汽油直接噴射在 燃燒室內(nèi)，同通過氣門進(jìn)入的空氣進(jìn)行混合從而形成可燃混合氣進(jìn)行燃燒。優(yōu)點(diǎn)是: 1提高發(fā)動機(jī)的壓縮比，同時發(fā)動機(jī)具有更高的熱效率，燃料熱充分利用。利用該 技術(shù)的發(fā)動機(jī)動力比普通的高40%。2

8、卓越的燃油經(jīng)濟(jì)性，油耗量低，升功率大。 3.能有效降低hc、n0和c0等有害廢氣污染物的排放。四：vvt（可變氣門）技術(shù)。由于發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度不同，所需要的氣門疊開角不同, 而通常的發(fā)動機(jī)氣門都是固定的，無法控制氣門的疊開角，為節(jié)省燃油，出現(xiàn)了vvt 技術(shù)。該技術(shù)是通過對某種特定的轉(zhuǎn)速/負(fù)荷運(yùn)行模式進(jìn)行優(yōu)化來降低油耗和冇害 物質(zhì)的排放。該技術(shù)的運(yùn)用，使得高速功率和低速扭矩有了較大的提高怠速性能更 趨于優(yōu)化，解決了常用的固定氣門和節(jié)油z間的孑盾。2.4我國發(fā)動機(jī)研發(fā)現(xiàn)狀我國發(fā)動機(jī)研發(fā)主要有三種形式：一是企業(yè)自行研發(fā)，主要是一些獨(dú)立的發(fā) 動機(jī)生產(chǎn)企業(yè)。二是委托或與國外技術(shù)公司合作研發(fā)，主要對象是自主

9、品牌的整車 企業(yè)或者發(fā)動機(jī)企業(yè)。三是引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，笑話、吸收和改進(jìn)，主要是一些合 資企業(yè)。我國車用能源消耗日益緊迫，從2000年至今，我國汽車保有量以年均10%以上 的速度遞增，車用燃油消費(fèi)占石油消耗的比例逐年增加，2007年末達(dá)到34. 12%o我 國汽車發(fā)動機(jī)的質(zhì)量及可靠性在最近的二十年雖然取得了較大的進(jìn)步，但是發(fā)動機(jī) 的節(jié)能減排技術(shù)遠(yuǎn)低于國外先進(jìn)水平，平均油耗高于國外發(fā)動機(jī)10%以上。汽車發(fā) 動機(jī)節(jié)能減排技術(shù)的研發(fā)也是國內(nèi)汽車企業(yè)參與國際競爭、走向國際市場的需要。 這些緊迫的形勢在逼迫我們加快節(jié)能發(fā)動機(jī)技術(shù)的研發(fā)，但是，在這方面我們國家 還存在很多的問題。-：我國汽車及發(fā)動機(jī)企業(yè)對節(jié)

10、能汽車發(fā)動機(jī)的研發(fā)還沒有形成有效的開發(fā)模 式，相應(yīng)的經(jīng)驗積累也較少。二 由于我國汽車發(fā)動機(jī)新的節(jié)能減排技術(shù)研發(fā)滯后, 每到新的節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)實施時，自主品牌企業(yè)不得不依靠國外技術(shù)，并因此支付過 多的費(fèi)用。三 對先進(jìn)、麗沿的節(jié)能減排技術(shù)，國內(nèi)企業(yè)由于能力限制，目而只能 是模仿。四：政策層面缺少行之有效的支持措施。為促進(jìn)我國節(jié)能發(fā)動機(jī)的研發(fā)，國家制訂了一系列的政策措施。技術(shù)方面：將 節(jié)能與新能源汽車的關(guān)鍵技術(shù)和零部件研發(fā)列入國家科技計劃，給予重點(diǎn)支持。建 立節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，集中力量攻克關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展建立符合 中國實際的行駛工況以及特定地區(qū)、特定車型的行駛工況，促進(jìn)燃料經(jīng)濟(jì)性水平提

11、 高。盡快制定和完善節(jié)能與新能源汽車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。財稅方面：國家采取補(bǔ)貼 和稅費(fèi)優(yōu)惠政策，推動純電動汽車、混合動力汽車等新能源汽車發(fā)展。建立以汽車 燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)的財稅獎罰機(jī)制。對達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的汽車產(chǎn)品，納稅人執(zhí)行 標(biāo)準(zhǔn)的納稅稅率；對優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)的汽車產(chǎn)品，按等級調(diào)減納稅稅率；對低丁國家 標(biāo)準(zhǔn)的汽車產(chǎn)品，按等級提高納稅稅率。建立與車輛燃料經(jīng)濟(jì)性掛鉤的懲罰性特別 fi的稅：對不達(dá)標(biāo)的車輛給予懲罰性的稅收，在交納了相應(yīng)的罰款后準(zhǔn)予生產(chǎn)和進(jìn) 口，以及上牌和注冊使用o建立這種目的稅是為了在不增加國家財政支出的情況下, 很好地解決節(jié)能降耗目標(biāo)實現(xiàn)與市場需求間的一些難以協(xié)調(diào)的矛盾。3.本田125發(fā)

12、動機(jī)結(jié)構(gòu)及改裝3. 1發(fā)動機(jī)機(jī)體組3. 1. 1機(jī)體組組成發(fā)動機(jī)機(jī)體組主要由氣缸蓋、氣缸體、曲軸箱、油底殼和汽缸墊組成的。是發(fā)動機(jī)各機(jī)構(gòu)、各系統(tǒng)裝配基體，也是發(fā)動機(jī)最主要的部分，其他部分分別是配氣機(jī)構(gòu)、供油系統(tǒng)、活賽連桿桿機(jī)構(gòu)、啟動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)組成。圖3.1.2活塞連桿機(jī)構(gòu)圖3.1.1汽缸體3. 1.2機(jī)體組改裝操作3. 1.2. 1氣缸改造（1）對汽缸蓋上汽缸接觸面進(jìn)行面磨削及研磨，同時，通過使用薄汽缸墊能提咼壓縮比。（2）優(yōu)化進(jìn)氣岐管的長度，提高慣性吸氣充填效果。（3）將排氣管直管化并調(diào)節(jié)其長度，提高慣性排氣量。（4）發(fā)動機(jī)油為比賽期間的消耗品，采取自然落下式，卸下既冇的潤滑系

13、統(tǒng)減輕巫量。（5）通過研磨吸氣排氣口內(nèi)部，減低供氣排氣摩擦阻力。（6）由于發(fā)動機(jī)的驅(qū)動時間較少，為保溫可去掉冷卻風(fēng)扇，這樣也可減輕重 量。（7）使用填隙料密封吸氣部的各個接合部提高氣密性。 具體操作是： 在汽缸休內(nèi)加焊一個本田70發(fā)動機(jī)的汽缸套。 依照汽缸體內(nèi)加焊的汽缸套的長度切除部分汽缸體，加工研磨汽缸體墊片 2接觸的汽缸體而。上下二等角軸測圖3. 1.2. 1汽缸裝配體3d圖3. 1. 2. 2曲軸箱改造變速系統(tǒng)是為了獲得不同轉(zhuǎn)速下的不同車速和扭矩。同時將曲軸連桿活塞的 上下往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。離合器是位于變速系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)之間, 起一個柔和地傳遞動力（切斷動力）的作用的裝置。變

14、速器就是根據(jù)這一原理來 設(shè)計的：小齒輪（或小帶輪）為主動輪傳動大齒輪（或大帶輪），則轉(zhuǎn)速降低扭矩 增加；大齒輪（或大帶輪）為主動輪傳動小齒輪（或小帶輪），則轉(zhuǎn)速增高扭矩降 低。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增高時，3個蹄塊產(chǎn)生離心力，當(dāng)離心力超過拉簧的預(yù)拉力并 達(dá)到一定數(shù)值時（發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速壇高至2200轉(zhuǎn)以上時），蹄塊與外沿的摩托盤貼合, 產(chǎn)生磨擦力，進(jìn)而構(gòu)成-個力矩傳遞到變速箱主軸。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降（至1500 轉(zhuǎn)時），蹄塊所產(chǎn)生的離心力不足以克服拉簧拉力，就不能與磨擦盤貼合，離合器就處于分離狀態(tài)，此時傳遞到后輪的動力被切斷。在變速和傳動系統(tǒng)部分，動力 的傳遞路線是：曲軸一-皮帶輪無級變速一-（1次變速傳動）-

15、離合器 末級齒輪組件一-（2次減速傳動）-一后輪輪轂。為了減輕發(fā)動機(jī)的身重量，我們可以去掉變速齒輪的部分。由于變速箱內(nèi) 齒輪變速機(jī)構(gòu)變速過程復(fù)雜，若曲變速箱來變速，會導(dǎo)致能量的損失。所以，將 變速機(jī)構(gòu)直接改為發(fā)動機(jī)外部的曲軸動力輸出端與節(jié)能車動力輪之間的簡單齒輪 變速機(jī)構(gòu)。而切去發(fā)動機(jī)本身變速機(jī)構(gòu)，同時還可以減輕車體重量，所以，將變速機(jī)構(gòu)直接改為發(fā)動機(jī)外部的曲軸動力輸岀端與節(jié)能車動力輪之 間的簡單齒輪變速機(jī)構(gòu)。具體改造方案： 首先拆除變速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后將多余的機(jī)體外殼切除，但要保證曲軸空 間。輸出功率固定為4速檔，省略變速器，減輕發(fā)動機(jī)本身的重量。為了車輛能 夠行駛并發(fā)揮出最高速度，通過與安

16、裝在車輪上的鏈輪齒輪比來控制車速。 拆除檔位開關(guān)連接器。焊死檔位開關(guān)連接器在左曲軸箱上的開孔。根據(jù)汽 缸體和汽缸頭的長度調(diào)節(jié)雙頭螺栓的長度。圖3. 1.2.2曲軸箱3d視圖3. 1.2.3換擋鼓改造7圖3. 18換擋鼓爆炸視圖 表3. 1.2換擋鼓零件目錄號碼零件名稱數(shù)量號碼零件名稱數(shù)jsl 里1右撥叉111變檔臂彈簧12左撥叉112變檔回位彈簧13撥叉軸113回位彈簧銷14變速鼓114檔位開關(guān)帽15定位板組合115檔位開關(guān)彈簧16變速鼓保持架116銷軸（變檔軸搖臂回位彈簧）17壓板組合117墊圈6. 1mm18壓板彈簧118滾子3x8. 529變速軸組合119滾柱4x10.8510變檔臂組合

17、120螺栓1曲于采用多變速齒輪變速，變速箱拆除，換擋鼓已經(jīng)不再需要，所以要拆除 換擋及相關(guān)部件。3. 2活塞連桿機(jī)構(gòu)3. 2. 1活塞連桿機(jī)構(gòu)簡介活塞連桿機(jī)構(gòu)包括活塞、連桿、帶飛輪齒圈曲軸。此機(jī)構(gòu)將活塞的往復(fù)直線 運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而給發(fā)動機(jī)輸出動力?；旌蜌馊紵龝r，活塞在氣缸內(nèi)做上下往復(fù)運(yùn)動，曲軸連桿將活塞的上下往復(fù) 運(yùn)動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，曲軸再將動力傳遞給變速機(jī)構(gòu)，驅(qū)動后輪旋轉(zhuǎn)。 曲軸連桿安裝在曲軸箱中。在曲軸箱里，曲軸左面安裝有正時鏈條，曲軸右面安 裝機(jī)油泵總成、磁電機(jī)總成。曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為 正時鏈條、機(jī)油泵總成、磁屯機(jī) 總成提供能量。磁屯機(jī)總成里面的飛輪（即轉(zhuǎn)子）旋轉(zhuǎn)切割磁力線發(fā)

18、屯，機(jī)油泵 工作將潤滑油壓到各個零件表面及缸頭，正時鏈條驅(qū)動氣門打開與關(guān)閉。整個內(nèi) 燃機(jī)系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。3.2.2曲軸連桿改造由于原發(fā)動機(jī)為本田125排量的發(fā)動機(jī)，而比賽是動力輸出不需要這么大， 因而將汽缸換成本田70的汽缸桶及活塞，同時更換相關(guān)活塞環(huán)套件、活塞銷、活 塞銷擋圈等。然后講曲軸內(nèi)的正時鏈輪去掉。如圖：3. 2.2圖3. 2.2活塞3d圖3. 3發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)3. 3. 1發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的組成、功能及工作形式配氣機(jī)構(gòu)組成:由氣門組和氣門傳動組組成。配氣機(jī)構(gòu)功能：配氣機(jī)構(gòu)是進(jìn)、排氣管道的控制機(jī)構(gòu)，它要按照發(fā)動機(jī)的 做功次序和每一缸的工作循環(huán)的耍求，適時地開閉進(jìn)、排氣門、向氣缸供給可燃

19、混合氣并及時排出廢氣。燃燒是內(nèi)燃機(jī)工作的核心，最佳狀態(tài)的燃燒必須要滿足 以下兩個條件：合適的地點(diǎn)、合適的時間。因此只有當(dāng)油正時、火正時通俗些說 就是進(jìn)氣、排氣動作與火花塞點(diǎn)火的時間兩者都最佳的時候，才能使進(jìn)入汽缸的 汽油最大限度的燃燒。配氣機(jī)構(gòu)的作用就是完成控制氣門在合適的時間打開和關(guān) 閉。配氣機(jī)構(gòu)形式：按不同的氣門布置方式可分將配氣機(jī)構(gòu)分成側(cè)置式和氣門頂 置式。大多數(shù)汽車發(fā)動機(jī)采用的是頂置氣門式配氣機(jī)構(gòu)。主要由挺柱、推桿、搖 臂、凸輪、氣門和氣門彈簧等零件組成。頂置式配氣機(jī)構(gòu)按凸輪軸的置形式又分成凸輪軸卜置式、凸輪軸中置式、凸 輪軸上置式；按曲軸和凸輪軸的傳動方式能分為齒輪傳動式、鏈條傳動式

20、和齒形 帶式。按照每只氣缸的氣門數(shù)目可以分成兩氣門式和四氣門式兩種。3. 3.2氣門的改造配氣相位：配氣相位就是用壞形圖表示曲軸轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)、排氣門的開啟時 刻和開啟延續(xù)時間，也叫配氣相位圖。為了能使汽缸進(jìn)氣充足，排氣干凈，除了從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)外（如增大進(jìn)、 排氣管道），還可以從配氣相位上想點(diǎn)辦法，氣門能否早開晚閉，延長進(jìn)、排氣 時間呢？ 氣門早開晩閉活塞到達(dá)進(jìn)氣下止點(diǎn)時，由于進(jìn)氣吸力的存在，氣缸內(nèi)氣體壓力仍然低于大 氣壓，在大氣壓的作用卜仍能進(jìn)氣；另外，此時進(jìn)氣流還有較大的慣性。由此可 見，進(jìn)氣門晚關(guān)可以增加進(jìn)氣量。進(jìn)氣門早開，可使進(jìn)氣一開始就冇一個較大的 通道面積，可增加進(jìn)氣量。在作功行程

21、快要結(jié)束時，排氣門打開，可以利用作功的余壓使廢氣高速沖出 氣缸，排氣量約占總排量的50%。排氣門早開，雖然會造成功率的損失，但因氣 壓較低，損失并不大，而早開同時可以減少排氣所消耗的功，又有利于廢氣的排 出，所以總功率仍是提高的。進(jìn)氣門早開：增大了進(jìn)氣行程開始時氣門的開啟高度，減小進(jìn)氣阻力，增加 進(jìn)氣量。進(jìn)氣門晚關(guān)：延長了進(jìn)氣時間，在大氣壓和氣體慣性力的作用下，增加 進(jìn)氣量。排氣門早開：借助氣缸內(nèi)的高壓門行排氣，大大減小了排氣阻力，使排 氣干凈。排氣門晩關(guān)：延長了排氣時間，在廢氣壓力和廢氣慣性力的作用下，使 排氣干凈。由此在理論上可以得出，氣門的早開晚閉對于燃料的充分燃燒是有作 用的，問題的關(guān)

22、鍵在于如何做到準(zhǔn)確控制氣門的關(guān)閉。 氣門重疊由于進(jìn)氣門早開，排氣門晚關(guān)，勢必造成在同一時間內(nèi)兩個氣門同時開啟。 把兩個氣門同時開啟時間相當(dāng)?shù)那S轉(zhuǎn)角叫作氣門重疊角。在這段時間內(nèi)，可燃 混合氣和廢氣在理論上可能會混合，但是實際上是不會的，首先，進(jìn)、排氣流各 自有自c的流動方向和流動慣性，而重疊時間又很短，不至于達(dá)到混合的程度， 吸入的可燃混合氣不會隨同廢氣排出，廢氣也不會經(jīng)進(jìn)氣門倒流入進(jìn)氣管。其次, 進(jìn)氣門附近有降壓作用，有利于進(jìn)氣，廢氣無法從排氣口到達(dá)進(jìn)氣口。 氣門的實際開閉時刻和延續(xù)時間的控制實際進(jìn)氣時刻和延續(xù)時間：在排氣行程接近終了時，活塞到達(dá)上止點(diǎn)而，即 曲軸轉(zhuǎn)到離上止點(diǎn)還差一個角度q,

23、進(jìn)氣門便開始開啟，進(jìn)氣行程直到活塞越過 下止點(diǎn)后b時，進(jìn)氣門才關(guān)閉。整個進(jìn)氣過程延續(xù)時間相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角180° +q + b oa-進(jìn)氣提前角一般a =10°30°b-進(jìn)氣延遲角一般3=40°80°所以進(jìn)氣過程曲軸轉(zhuǎn)角為230°290。實際排氣時刻和延續(xù)時間：同樣，做功行程接近終了時，活塞在下止點(diǎn)前排 氣門便開始開啟，提前開啟的角度y般為40°80° ,活塞越過下止點(diǎn)后§角 排氣門關(guān)閉，§ 一般為10°30° ,整個排氣過程相當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角180。+y + 5 oy-排氣提前角一

24、般y二40。80°排氣延遲角一般8=10°30°所以排氣過程曲軸轉(zhuǎn)角為230°290。氣門重疊角a+ 5=20°60°經(jīng)分析，我們可以看出實際配氣相位和理論上的配氣相位相差很大，實際配 氣相位，氣門要早開晚關(guān)，主要是為了滿足進(jìn)氣充足，排氣干凈的要求。具體操作步驟： 拆除氣門調(diào)整孔蓋配合進(jìn)行氣門進(jìn)行改造。 研磨汽缸頭墊接觸面，減小半球形燃燒室容積，增加壓縮比。 火花塞改用高屯壓白金v火花塞 研磨吸氣排氣口內(nèi)部，減低供氣排氣摩擦阻力其中步驟g）換用高電壓口金火花塞的r的在于提高點(diǎn)火效率和準(zhǔn)確度。拿上下二等角軸測七 int圖3. 3. 2.

25、 1汽缸頭改裝3d圖與此同時將氣門和凸輪軸進(jìn)行改裝：拆除氣門搖臂組合及相關(guān)組件,完成氣門改造。依照設(shè)計圖加工、安裝電子氣門。氣門凸輪軸如圖:圖3. 3. 2.2氣門凸輪軸3d圖3. 4燃料供給系統(tǒng)3. 4. 1燃料系統(tǒng)組成燃料供給系統(tǒng)組成有汽油箱、汽油泵、汽油濾清器、化油器、進(jìn)氣歧管、排 氣歧管、排氣消聲器等。它們的作用是向汽缸供入具冇一定數(shù)量和濃度的可燃性 混合氣，并將燃燒之后的廢氣排岀發(fā)動機(jī)的裝置。3. 4. 2燃料系統(tǒng)改造由于這次比賽是按照行駛同定距離測定燃油消耗，主辦方同意分發(fā)汽油的情 況，所以汽油箱要放置在外部且是可視狀態(tài)。因而將原有油箱去除。3.5點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)包括點(diǎn)火開關(guān)、點(diǎn)火

26、線圈、分電器總成、火花塞等，其作用是產(chǎn)生高 壓電火花，點(diǎn)燃汽缸內(nèi)的混合氣。3. 5.1發(fā)動機(jī)電氣系統(tǒng) 磁電機(jī)由飛輪組件和定子組成，是給發(fā)動機(jī)提供電 能的裝置。發(fā)電的原理是密閉導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生電流。飛輪旋傳時，磁電機(jī)線 圈切割磁力線產(chǎn)生交流電，為全車提供所有用電部件的電能。磁電機(jī)也是點(diǎn)火系 統(tǒng)能量的來源也是磁電機(jī)提供的。磁電機(jī)線圈共有三組獨(dú)立的線圈：第一組給cdi 點(diǎn)火器屮的儲能元件（電容）充電，稱為低壓點(diǎn)火線圈。第二組是給蓄電池充電, 給大燈照明，是充電照明線圈。第三組是觸發(fā)線圈，主要控制cd1屮電容放電。五 羊本田125發(fā)動機(jī)采用電容放電點(diǎn)火，英文縮寫。cdi內(nèi)部由一個構(gòu)造簡單的電 路板組

27、成，電路板上有三個基本元件：一個電容c、一個可控硅scr,-個二級管 d,電路板用壞氧樹脂固封?；鸹ㄈ烹娛峭ㄟ^高壓點(diǎn)火線圈將cdi中輸出的脈沖 電壓放大，產(chǎn)生高壓，然后通過高壓線，到高壓帽，使火花塞放電。通常使的火 花塞放電電壓要求在8kv以上13kvo3. 5. 2 cdi的工作過程:發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，磁電機(jī)也隨著轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電流，電流通過硅二極管整流向電容 器充屯，此時可控硅處于截止?fàn)顟B(tài)，屯流無法通過口j控硅。當(dāng)脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到點(diǎn)火 位置時，脈沖發(fā)生器發(fā)出電信號，這個電信號加在可控硅的控制極上，觸發(fā)可控 硅導(dǎo)通，于是電容器的電能通過可控硅進(jìn)入點(diǎn)火線圈。當(dāng)脈沖轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)過點(diǎn)火位置 時，脈沖發(fā)生器停止發(fā)岀電

28、信號，可控硅立即截止，點(diǎn)火線圈的電流被斷開，這 時點(diǎn)火線圈就會立即產(chǎn)生自耦高壓電，使火花塞迸發(fā)火花點(diǎn)火。圖3.5.1磁電機(jī)爆炸視圖表3. 5. 1磁電機(jī)零件目錄號碼零件名稱數(shù)量號碼零件名稱數(shù)量1飛輪15法蘭螺母12mm12定子組合16法蘭面螺母m6x1423磁電機(jī)線夾17螺栓6x2224平墊 24x12x2.313.5.3點(diǎn)火系統(tǒng)改造為減輕發(fā)動機(jī)的重量，拆除磁電機(jī)及其組件，改用外電瓶屯源給發(fā)動機(jī)供屯。3. 6發(fā)動機(jī)冷卻和潤滑系統(tǒng)改造給工作中的發(fā)動機(jī)散熱，讓發(fā)動機(jī)保持最佳的工作溫度。潤滑系曲油底殼、機(jī)油集濾器、機(jī)油泵、潤滑油道及油管等組成。潤滑系主 要是將潤滑油不斷供給給作相對運(yùn)動的零件以減少它

29、們之間的摩擦阻力，減少機(jī) 件磨損，冷卻部分摩擦零件，還能達(dá)到清洗摩擦表面的作用。四沖程發(fā)動機(jī)的潤滑，采用的是壓力與飛濺相結(jié)合的方式。機(jī)油泵將曲軸箱 中的機(jī)油加壓后，輸送到曲軸、凸輪軸、軸承等高速高負(fù)荷的零件表面。在氣缸、 氣缸頭中，有相關(guān)的油道以通過潤滑油。對于難于實現(xiàn)壓力潤滑的部位，則利用 曲軸、齒輪等旋轉(zhuǎn)飛濺起來的、或者是重力下落的機(jī)油來潤滑，如氣缸壁、正時 齒輪等。由于大量的齒輪、軸被拆除，機(jī)油泵作用變小，因此可以拆除機(jī)油泵來減輕 發(fā)動機(jī)重量。o圖3. 1.5油泵3d圖3. 7發(fā)動機(jī)啟動系統(tǒng)電啟動機(jī)構(gòu)圖3. & 1啟動繼電器圖3. & 2啟動屯機(jī)電啟動機(jī)構(gòu)曲啟動開關(guān)、啟動

30、繼屯器、啟動電機(jī)、單向啟動離合器、莆屯池組成。它的工作過程是：用鑰匙將電鎖開關(guān)轉(zhuǎn)至on的位置，蓄電池電源接通，按下啟動開關(guān)-啟動繼屯器工作（觸點(diǎn)回路接通）啟動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)（齒輪軸旋轉(zhuǎn)并帶動齒輪組合）單向啟動離合器動作磁電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)曲軸旋轉(zhuǎn) 活塞上下運(yùn)動壓縮 點(diǎn)火成功。3. 8發(fā)動機(jī)啟動系統(tǒng)人工動力啟動機(jī)構(gòu)（反沖啟動軸）11k?h<圖3. & 1反沖啟動軸組爆炸視圖 表3.8. 1反沖啟動軸組零件目錄號碼零件名稱數(shù)量號碼零件名稱數(shù)量1反起啟動齒輪17反沖起動冋位彈簧12反起啟動棘輪18襯套13反沖起動軸19墊圈25x20. 2x114彈簧保持架110止推墊圈15. 5mm15襯套111

31、卡環(huán)20mm26彈簧112腳啟動組件1出于需要減輕發(fā)動機(jī)整體質(zhì)量，因而完全采用屯啟動，拆除腳啟動裝電加熱化油g液子滋傅偏心曲軸軸浙x&雙置及拆除反沖啟動軸的相關(guān)零部件。圖2. 1. 5大賽提供五羊本出125cc發(fā)動機(jī)圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.節(jié)能汽車發(fā)動機(jī)改裝相關(guān)計算4. 1發(fā)動機(jī)的熱計算4.1.1換氣過程計算：進(jìn)氣終點(diǎn)的壓力值為pa 二 0.85p。二 85kpci進(jìn)氣終點(diǎn)溫度_ t, + at + rtf itr298 + 4 + 0.04x9301 + 0.04=326.2k充氣效率11852981xxx11-1 100 326.2 1 + 0.04= 0.8214.1.2燃料燃燒化學(xué)計

32、算過程 燃燒1血燃料所需的理論空氣量1(ch0、1(0.855045）+=x+0.21112432丿0.21k 124丿0.512kmol空氣/kg燃料lo = 2&96l0 = 14.828kg 空氣/kg 燃料（式中28.96為空氣的平巨額分子量）燃料燃燒前工質(zhì)的摩爾數(shù)：m| 二 a厶）+ 丄 二 0.82 x 0.512 + 丄二 0.4285kmol/kg mr115燃料燃燒后工質(zhì)的摩爾數(shù):12 2 0122+ 0.79 x 0.82 x0.512 = 0a754kmol/ kg理論分子更變系數(shù):實際分了更變系數(shù):“=“() +廠1 + r1.09l04= 1.05汽油發(fā)動機(jī)機(jī)

33、每小時的吸氣量: 在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下的空氣比重:/o =pqrt°io5-287.1x298= 1.169kg/m3所以汽油機(jī)的吸氣量為：gh =久 ivh 了() 30“ 二0.82x0.2493xl.l69x30x10500xlo-3 = 75.3kg/h設(shè)油耗比g0 =325g/kw-h則汽油發(fā)動機(jī)的耗油量為：gt =n°go=19xo.325 = 6.175kg/2 故過量空氣系數(shù)gbg"。75.36.175x14.828= 0.824.1.3汽油壓縮過程計算汽油壓縮過程小任意點(diǎn)的壓力為:（式中fcx為任意點(diǎn)的氣缸容積） 汽油壓縮終點(diǎn)壓力：p=pa-曰=85

34、xll132 = 2014"汽油壓縮終點(diǎn)溫度：t =巧曰戸=326.2x11.0°a =703k tc=tc-213 = 430°c4.1.4汽油燃燒過程計算曲于汽油不完全燃燒而損失的熱量為：ah “ = 58000(1-) = 58000 x 00 = 5800kj / kg 燃料 汽油機(jī)的燃燒方程為：$2(h“-ahjc："”(1 +“ pv 'tc = 430 ccv = 5.754©/ / kmol' c=0.9x(44100-10440)+ 24.2x430 = 7094 3k/k泅1 '1.04x0.4285

35、x1.1051.105由查燃燒產(chǎn)物平均定壓摩爾比熱表，可得:cv=30.5l4kj/kmor°c=2323%t. = 2597/c壓力升高比值2t=1105xw=408最高爆發(fā)壓力pz =ap =4.08x2014 = 8221.34.1.5膨脹過程計算已知vb x為任意點(diǎn)的汽缸容積則膨脹過程屮氣缸內(nèi)任意點(diǎn)的壓力為:、/r>z 1.23d'=822l3xfcj膨脹終點(diǎn)壓力為：p8221.3 “c 一j嚴(yán)皿0.6吧膨脹終點(diǎn)溫度259711.0123= 1496.1k4. 1. 6技術(shù)指標(biāo)計算理論平均指示壓力201410111.0°23) 0.32111.0

36、76;32)=11力 3kpa實際平均指示壓力r =£ 卩 =1177.3x0.94 = 1106.7k& 指不功率n1 1200= ho6.7xo.249xlo-xlo5oo = 241j<w1200指示熱效率7 =8.31嚴(yán)存&314><° 宓5x1106.7x283 j.45% 'hjr/jp,44100x0.821x98(式中c = 9skpa,ts=2s3k為進(jìn)氣管內(nèi)充量壓力及溫度)指示比油耗3.6xl063.6xlq6_ 44100x0.3145=259.5g/kw/z平均有效壓力為 匕=£ %= 1106.7

37、x08 = 8854k£冇效熱效率為rja = 口 % = 0.3145x0.8 = 25.2%有效功率na = y % =24.1x 0.8 = 19.3/cw 有效耗油比為匕二 259.5().8=324.5g / kg h4. 1.7已知條件：氣缸直徑：d =47mm活塞彳亍程：s = 44.1mm氣缸數(shù)：i=l排量：iv h = 72 ml壓縮比：£ =11曲柄半徑與連桿長度比:r 1 = 22.05/102.2最大轉(zhuǎn)速：n=105（）（）i7min （曲軸轉(zhuǎn)速）最大功率：ne = 19kw （曲軸輸出功率）最大扭矩：me max = 19 n- m最大扭矩對應(yīng)轉(zhuǎn)速

38、：nmemax = 5500±500r/min標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài):p0 = lookpa ； to = 298k混合氣體燃料平均重量成份：c = 0.855; h = 0.145; mt= 115 燃料低熱值：hu = 44100 kj/kg（04）4. 1. 8額定工況計算用系數(shù)及參數(shù)的選擇過量空氣系數(shù)：« =0.82進(jìn)氣溫升：at = 4 °c殘余廢氣系數(shù)：r = 0.04殘余廢氣溫度：t r = 930k膨脹多變指數(shù)：n2=1.23壓縮多變指數(shù):n=1.32示功圖豐滿系數(shù)：4）i = 0.94熱量利用系數(shù)：u = 0. 90傳動效率：n i = 0.92機(jī)械效率：

39、n m = 0.804. 2發(fā)動機(jī)動力計算4. 2. 1已知條件：氣缸直徑：d二47/77/77活塞行程：s - 44. mm氣缸數(shù)：i = 1排量：iv 二 72 ml/h壓縮比：£ = 11曲柄半徑與連桿長度比：r 二22.05/102.2曲軸最人轉(zhuǎn)速：n =10500tvmin曲軸輸川最大功率：川e = 19伽缸內(nèi)氣體作用力pg(見熱計算)4. 2. 2氣缸運(yùn)動速度 加速度活塞位移(如圖所示)設(shè)活塞處于上止點(diǎn)時，活塞銷中心處于x坐標(biāo)原點(diǎn)，則x = (l + 7?) - (7? cos a)-l cos p簡化后可得:x = r (l cosco + f (1 cos2q)bn：

40、a = - = = 0.216l 102.2活塞運(yùn)動速度為：v = x =/?69(sirm + tsin2a)甘出 7m ttx 10500“ _i其中，(o = 一 = 1099.565 13030活塞的運(yùn)動的平均速度為：3044.1x107x105003015.44m/5活塞運(yùn)動的最大速度為：匕 =rqji + 才=22.05 xl03xl 099.56 x vl + 0.2162 = 24.8加 / s 活塞的加速度a = v = x = 7?少(cosq+ 2cos2q)=22.05 x924.52 xlo-3 = 2669.2m/j2當(dāng)q = 0“時，最大加速度為：crniax =

41、 /?/ ° + 石=26659.2 x(l+ 0.216) = 32417.5?/ 524.2.3曲柄連桿機(jī)構(gòu)的質(zhì)量換算連桿組的質(zhì)量換算：用雙質(zhì)量替代系統(tǒng)對連桿組的質(zhì)量進(jìn)行換算，即用兩個 假想的集屮于連桿大小頭屮心的質(zhì)量代替連桿組實際的分布質(zhì)量，根據(jù)實測，可 得岀如下結(jié)果：連桿的總質(zhì)量g(.=215g其屮分配在小頭上作往復(fù)運(yùn)動的質(zhì)量g 緲=40g其中分配在大頭上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的質(zhì)量g“=175g連桿大頭軸瓦質(zhì)量g. = 20g作往復(fù)運(yùn)動的活塞組總質(zhì)量g廠現(xiàn) 曲軸旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算mrb = 一566.5g往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量叫=gcp + gp = 220g做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的總質(zhì)量mr = 2 x mra

42、 + mri =-176.5g連桿組大頭的質(zhì)量叫a =gce+gn t95g4.2.4曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動的慣性力 活塞面積：ttjtf, =-xd2 =-x4 4xlo'6 =2.827 xlo_3m2 "44往復(fù)慣性力pj：-220-6/2.827 x 10=3=一力 2 akpa離心慣性力:=3677$kpo叫ar2 _ 2x0.195x22.05x1099.562 x10"f _2.827 xlo-3曲拐不平衡質(zhì)量產(chǎn)牛的離心慣性力:= 53422kpan mrr r d -0.566x 22.05 x 1099.562 x io-6” f,2.827 xlo&#

43、39;3離心慣性力z和ppr = pa + pb =3677.8 5342.2 = 1664.4kpa4. 3發(fā)動機(jī)主要零部件強(qiáng)度校核4. 3. 1曲軸強(qiáng)度計算曲軸已知數(shù)據(jù)如圖所示，對曲軸各部分進(jìn)行受力分析如圖所示:圖中，kb為各曲柄不平衡重的離心力，其值為:kla = mbi s = 365.8 x 26659.2 = 9511.4 kb2 = mh2 r co = 372.4 x 26659.2 = 9927.9/vcm為曲柄銷、連桿軸瓦、連桿大頭的離心力合力:ca/ = (175 + 20 + 185.3)x 26659.2 x 10'3 = 10138.5n額定工況卜，曲拐受最

44、大切向力時由動力計算可知，曲拐受到的最大切向力為: 當(dāng)a = 380。時,pf = 2745.2kpa,艮卩p = 2745.2x-x 602 x 10'3 = 7760.7'4pra = 7340.9n曲柄銷fl引起的彎曲應(yīng)力%=仃/令心-心）k1引起的彎曲應(yīng)力（1616-203&9x16 亠膿x(332 -103)5657x16= 26ampa令(d")欹(332iot1引起的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力卜（335）2 殲 廿 7761.9x22.05 =24.冊兀合成應(yīng)力 5)=丿此+元+廠=79.52 +26.42 +24.92 = 37.5mpa 由于 40c,的<

45、;to = 8o-1oomp,i,& 安全。額定工況卜，曲拐受最大法向力時曲動力計算可知，曲拐受到的最大法向力 當(dāng) a =360° 時，pra=5850.2kpaf 即3pra=5850.2x£x60xl0-16538pt =3170.5n引起軸瓦支承反力(16538.5 10138.5)x43 _32o()7v2186乙=(p“-cjg = (16538.5-10138.5)x43 = 320(j;v曲柄銷圓角度處的支反力為：f =(匕-6)叫仁(16538.5-10138.5)x43 =儉彳 4n1 厶*+1659/|7 +16辿70.5x43 pio，

46、4;f =(代-= (16538.5 10138.5)x43 = 46644n1 £+1659k, = p,'/,7 = 3170.5x43 = 2310.7n -/17+1659曲柄銷由f1引起的彎曲應(yīng)力：由門引起的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:合成應(yīng)力:5)=仏1+%+4嚴(yán)=721.82 +10.82 +4x10.22 = 31j mpa 由于40c的tj = 7080mpd,故安全結(jié)論：在工作室中，通過這次比賽，我充分了解了本田125發(fā)動機(jī)的構(gòu)造及工作 原理，并對當(dāng)前社會上的汽車發(fā)動機(jī)節(jié)能減排技術(shù)有了一個大概的認(rèn)識。這次發(fā) 動機(jī)的改裝,我們將發(fā)動機(jī)的排量由125ml改裝成70ml,將耗油量降低50%,同 時將齒輪箱、