FSAE大學(xué)生方程式賽車發(fā)動機缸蓋及配氣機構(gòu)設(shè)計.doc

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FSAE大學(xué)生方程式賽車發(fā)動機缸蓋及配氣機構(gòu)設(shè)計 摘 要 以FSAE大學(xué)生方程式賽車中最常用的HONDA CBR600-F4i發(fā)動機為例，探討了該型號發(fā)動機中缸蓋及配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，并計算缸蓋總體尺寸，凸輪型線方程式，并校核氣門彈簧力。氣缸蓋是提高整機性能的重要結(jié)構(gòu)件之一，是發(fā)動機技術(shù)競爭的焦點。氣缸蓋的氣門排列方式與氣道結(jié)構(gòu)形式影響進氣充量和氣流在氣缸內(nèi)的運動，從而影響了燃燒效率，對整機的動力性、經(jīng)濟性以及排放都有直接的影響；配氣機構(gòu)的形式影響充氣系數(shù)和整機噪聲等；缸蓋燃燒室決定了影響整機動力性能的壓縮比ε，影響HC排放的F/V和對擠流起決定性作用的擠氣面積以及擠氣間隙，所以燃燒室對整機動力性、經(jīng)濟性、排放等都有重要的影響；氣缸蓋是整機熱負荷與熱應(yīng)力最大的部件之一，熱負荷過高將不利于發(fā)動機壽命以及可靠性的提高。在實際中要特別防止發(fā)動機的局部過熱，因而對缸蓋必須要有充分的冷卻。 關(guān)鍵詞 FSAE；發(fā)動機；缸蓋；氣門 Abstract In this paper, Formula in FSAE college students the most commonly used HONDA CBR600 - F4i engine as an example, discusses the model of Cylinder head and gas distribution agencies, and calculate overall size of cylinder head, equation of CAM contour line, and check valve spring force. Cylinder head is one of the core parts that affect the performance of the engine. It is the the focus of the competition. The disposal of the valves and intake manifold structure not only affect fresh air charge but airflow in the cylinder, which immediately affect combustion efficiency and the performance of dynamic, economic and emission. The structure of the air distributing institution has influence on charging efficiency and the noise of engine. The combustion chamber affects compression scale which has great influence on dynamical performance; F/V which affects the exhaust of HC; Squash area and clearance which have great influence on the intensity of squash. So, combustion chamber has great influence on dynamical performance, economical performance, emission and so on. Cylinder head is one of the highest temperature parts. Higher heat stress will lower the engine’s useful life and security. In practical, it is important to avoid local overheating. To full cool to cylinder head is necessary. Key words: FSAE; Engine; Cylinder head; The valve 30 目 錄 摘要 1 Abstract 1 1 緒論 1 1.1 FSAE大學(xué)生方程式大賽 3 1.1.1 賽事起源 3 1.1.2 賽事簡介 3 1.1.3 FSAE大賽的意義 4 1.2 論文的研究背景及意義 4 1.3 論文研究的主要內(nèi)容 5 2 發(fā)動機 5 2.1 發(fā)動機的發(fā)展歷程 5 2.2 我國發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀 6 2.3 提高發(fā)動機動力性的途徑 8 2.3.1 渦輪增壓技術(shù) 8 2.3.2 燃油直噴技術(shù) 8 2.3.3 分層燃燒技術(shù) 10 2.3.4 連續(xù)可變氣門正時機構(gòu) 10 3 氣缸蓋 10 3.1 氣缸蓋的工況及設(shè)計要求 10 3.2 氣缸蓋的材料 11 3.3 氣缸蓋結(jié)構(gòu)形式的選擇 11 3.4 進排氣道的布置 12 3.5 氣缸蓋螺栓的布置 13 4 氣缸蓋罩 4.1進氣門室罩 4.2排氣門室罩 4.3蓋板 5 配氣機構(gòu) 14 5.1 配氣機構(gòu)的作用及要求 14 5.1.1 配氣機構(gòu)的功用 14 5.1.2 配氣機構(gòu)的要求 14 5.2 配氣機構(gòu)采用的新技術(shù) 14 5.2.1 頂置凸輪軸技術(shù) 14 5.2.2 多氣門技術(shù) 15 5.2.3 可變氣門正時配氣機構(gòu)(VVA) 15 5.3 總布置設(shè)計 16 5.3.1 氣門的布置形式 16 5.3.1.1 氣門頂置式配氣機構(gòu) 16 5.3.1.2 凸輪軸的布置形式 16 5.3.1.3 凸輪軸的傳動方式 16 5.3.1.4 每缸氣門數(shù)及其排列方式 16 5.3.1.5 氣門間隙 17 5.3.2 配氣定時工作原理 17 6 配氣機構(gòu)的零件和組件 18 6.1 氣門 18 6.2 凸輪型線設(shè)計 20 6.2.1 簡介 20 6.2.2 緩沖段設(shè)計 20 6.2.3 工作段設(shè)計 20 6.3 氣門彈簧設(shè)計 22 6.3.1 氣門彈簧特性的確定 22 6.3.2 氣門彈簧基本尺寸的確定 22 6.3.2 彈簧的疲勞強度校核 23 6.3.3 彈簧的振動校核 23 參考文獻 24 設(shè)計總結(jié) 26 致謝 27 附錄1 附錄2 1 緒論 1.1 FSAE大學(xué)生方程式大賽 1.1.1 賽事起源 FSAE方程式（Formula SAE）系列賽源于1978年。第一次比賽于1979年在美國波斯頓舉行，13支隊伍中有11支完賽。當(dāng)時的規(guī)則是制作一臺5馬力的木制賽車。SAE方程式（Formula SAE）系列賽將挑戰(zhàn)本科生、研究生團隊構(gòu)思、設(shè)計與制造小型具有越野性能的方程式賽車的能力。為給車隊最大的設(shè)計彈性和自我表達創(chuàng)意和想象力的空間，在整車設(shè)計方面將會限制很少。賽前車隊通常用8至12個月組的時間設(shè)計、建造、測試和準備賽車。在與來自世界各地的大學(xué)代表隊的比較中，賽事給了車隊證明和展示其創(chuàng)造力和工程技術(shù)能力的機會。 為了達到比賽的目的、學(xué)生可以把自己假想設(shè)計人員。某一制造公司聘請他們?yōu)槠湓O(shè)計、制造和論證一輛用來評估該公司某一量產(chǎn)項目的原型車。預(yù)期的銷售市場是周末業(yè)余汽車比賽。因此，該車必須在加速，制動和操控性能方面表現(xiàn)出色。該車必須成本低廉、易于維修、可靠性好。此外，考慮到市場銷售的因素，該車需美觀、舒適，零部件也需要有通用性。制造企業(yè)計劃每天生產(chǎn)四輛該型車, 并要求原型車實際耗資應(yīng)低于2.5萬美元（該規(guī)則09年已經(jīng)取消）。設(shè)計小組受到的挑戰(zhàn)是設(shè)計和組裝一輛滿足各種要求的車。各個設(shè)計環(huán)節(jié)將作為競賽比較和評判的內(nèi)容。 1.1.2 賽事簡介 中國大學(xué)生方程式汽車大賽（簡稱“中國FSC”）是一項由高等院校汽車工程或汽車相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生組隊參加的汽車設(shè)計與制造比賽。各參賽車隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標準，在一年的時間內(nèi)自行設(shè)計和制造出一輛在加速、制動、操控性等方面具有優(yōu)異表現(xiàn)的小型單人座休閑賽車，能夠成功完成全部或部分賽事環(huán)節(jié)的比賽。 2010年第一屆中國FSC由中國汽車工程學(xué)會、中國二十所大學(xué)汽車院系、國內(nèi)領(lǐng)先的汽車傳媒集團——易車（BITAUTO）聯(lián)合發(fā)起舉辦。中國FSC秉持“中國創(chuàng)造擎動未來”的遠大理想，立足于中國汽車工程教育和汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實基礎(chǔ)，吸收借鑒其他國家FSC賽事的成功經(jīng)驗，打造一個新型的培養(yǎng)中國未來汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和工程師的交流盛會，并成為與國際青年汽車工程師交流的平臺。中國FSC致力于為國內(nèi)優(yōu)秀汽車人才的培養(yǎng)和選拔搭建公共平臺，通過全方位考核，提高學(xué)生們的設(shè)計、制造、成本控制、商業(yè)營銷、溝通與協(xié)調(diào)等五方面的綜合能力，全面提升汽車專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)，為中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進行長期的人才積蓄，促進中國汽車工業(yè)從“制造大國”向“產(chǎn)業(yè)強國”的戰(zhàn)略方向邁進。 中國FSC是一項非盈利的社會公益性事業(yè)，利在當(dāng)代，功在未來。項目的運營和發(fā)展結(jié)合優(yōu)秀高等院校資源、整車和零部件制造商資源，獲得了政府部門和社會各界的大力支持以及品牌企業(yè)的資助。社會各界對項目投入的人力支持和資金贊助全部用于賽事組織、賽事推廣和為參賽學(xué)生設(shè)立賽事獎金。 1.1.3 FSAE大賽的意義 目前，中國汽車工業(yè)已處于大國地位，但還不是強國。從制造業(yè)大國邁向產(chǎn)業(yè)強國已成為中國汽車人的首要目標，而人才的培養(yǎng)是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)強國目標的基礎(chǔ)保障之一。大學(xué)生方程式賽車活動將以院校為單位組織學(xué)生參與，賽事組織的目的主要有：一是重點培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計、制造能力、成本控制能力和團隊溝通協(xié)作能力，使學(xué)生能夠盡快適應(yīng)企業(yè)需求，為企業(yè)挑選優(yōu)秀適用人才提供平臺；二是通過活動創(chuàng)造學(xué)術(shù)競爭氛圍，為 院校間提供交流平臺，進而推動學(xué)科建設(shè)的提升；大賽在提高和檢驗汽車行業(yè)院校學(xué)生的綜合素質(zhì)，為汽車工業(yè)健康、快速和可持續(xù)發(fā)展積蓄人才,增進產(chǎn)、學(xué)、研三方的交流與互動合作等方面具有十分廣泛的意義。毫無疑問，對于對汽車的了解僅限于書本和個人駕乘體驗的大學(xué)生而言，組成一個團隊設(shè)計一輛純粹而高性能的賽車并將它制造出來，是一段極具挑戰(zhàn)，同時也受益頗豐的過程。在天馬行空的幻想、大腦一片空白的開始、興奮的初步設(shè)計、激烈的爭執(zhí)、毫無方向的采購和加工、無可奈何的妥協(xié)、令人抓狂的一次次返工、絞盡腦汁的解決難題之后，參與者能獲得的不僅僅是CATIA UG ANSYS以及焊接、定位、機加工技能,更有汽車工程師的基本素養(yǎng)和豐富實踐經(jīng)驗。與此同時，管理和運營整個團隊讓未來的企業(yè)管理者接受了一次難度十足的鍛煉。FSAE賽事也給了汽車廠商發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀人才和創(chuàng)意想法的機會。 1.2 論文的研究背景及意義 目前，隨著人們生活水平的提高，汽車、摩托車日益成為人們生活當(dāng)中重要交通工具，對機械產(chǎn)品的需求量是越來越大，產(chǎn)品質(zhì)量要求是越來越高。同時，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品與設(shè)備也日益向高速、高效、精密、輕量化和自動化方向發(fā)展。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，對其工作性能的要求也越來越高，為使產(chǎn)品能夠安全可靠地工作，其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)必須具有良好的靜動態(tài)特性。同時，設(shè)備在工作時產(chǎn)生的振動和噪聲，會損害操作者的身心健康，污染環(huán)境。因此必須對機械產(chǎn)品進行動態(tài)分析和動態(tài)設(shè)計，以滿足機械結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)特性與低振動、低噪聲的要求。這一切都要求工程師在設(shè)計階段就能精確的預(yù)測出產(chǎn)品或工程的技術(shù)性能，需要對結(jié)構(gòu)的靜、動力強度以及溫度場等技術(shù)參數(shù)進行分析計算。為了在工程應(yīng)用中節(jié)約成本、提高設(shè)計效率、縮短設(shè)計周期，很多廠家已經(jīng)把前期的軟件模擬作為檢驗設(shè)計成敗的一個關(guān)鍵步驟。 發(fā)動機在車輛中是動力部件，其性能直接影響車輛在使用中的工作狀況和可靠性。發(fā)動機的發(fā)展向著大功率輕重量的方向發(fā)展，使得其剛度不斷減少，從而加劇了發(fā)動機的振動和結(jié)構(gòu)噪聲，這類振動將直接影響發(fā)動機的壽命。因此對發(fā)動機必須進行動態(tài)設(shè)計與分析，把動態(tài)特性作為設(shè)計的重要目標。 氣缸蓋是燃燒室的組成部分，燃燒室的形狀對發(fā)動機的工作影響很大，由于汽油機和柴油機的燃燒方式不同，其氣缸蓋上組成燃燒室的部分差別較大。汽油機的燃燒室主要在氣缸蓋上，而柴油機的燃燒室主要在活塞頂部的凹坑。氣缸蓋的作用是密封氣缸套并與活塞共同形成燃燒室空間，結(jié)構(gòu)及形狀復(fù)雜，除須承受高溫、高壓燃氣的作用外，還須承受很大的螺栓預(yù)緊力。氣缸蓋各部分的溫度分布很不均勻，如底面燃燒室部分溫度很高，而冷卻水套部分的溫度較低，進、排氣道溫度相差也很大。因此，氣缸蓋承受的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力都很大。此外，其結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，鑄造殘余應(yīng)力大，是發(fā)動機設(shè)計難度最大的零件之一。要把氣缸蓋布置得既緊湊又合理，既要能組織有效的冷卻水流，又避免產(chǎn)生應(yīng)力集中，是非常重要的。壓縮比、進氣量、進氣溫度、燃油霧化質(zhì)量、進排氣系統(tǒng)的構(gòu)造、燃燒室積碳情況、配氣相位、活塞與氣缸的配合間隙、發(fā)動機的氣缸數(shù)與排量等，這些都會影響發(fā)動機的動力性，而這些參數(shù)都與發(fā)動機的氣缸蓋的結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系，所以為增加發(fā)動機的動力性必須注重氣缸蓋的設(shè)計。 配氣機構(gòu)是發(fā)動機的重要組成部分，發(fā)動機配氣機構(gòu)，經(jīng)常處在高溫、高壓下工作，因此氣門機構(gòu)是發(fā)動機最容易發(fā)生故障的零部件之一。而配氣機構(gòu)性能的好壞, 直接影響到發(fā)動機的經(jīng)濟性、可靠性, 并對發(fā)動機噪聲與振動產(chǎn)生直接影響。 而配氣機構(gòu)的主要零件氣門既是燃燒室的組成部分，又是氣體進、出燃燒室的通道，工作時需承受很高的機械負荷和熱負荷，尤其是排氣門，由于經(jīng)常受到高溫燃氣的沖刷，從而更加容易產(chǎn)生漏氣、腐蝕與燒損等現(xiàn)象，工作條件也就更為嚴酷。其后果將影響氣缸內(nèi)的換氣質(zhì)量，嚴重時會導(dǎo)致燃燒惡化，從而降低了發(fā)動機的經(jīng)濟性、動力性和可靠性。因此，對發(fā)動機的配氣機構(gòu)特別是氣門進行深入研究是非常有必要的。 隨著發(fā)動機強化程度的不斷提高, 氣缸蓋和配氣機構(gòu)已經(jīng)成為發(fā)動機發(fā)展過程中的一個重要而且困難的環(huán)節(jié)。這不只是由于內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速的急劇增長, 使機構(gòu)零件慣性力和振動迅速提高,而且還由于內(nèi)燃機平均有效壓力的增加。因此氣缸蓋及配氣機構(gòu)動力學(xué)的研究已經(jīng)成為研究小型高速內(nèi)燃機的重要課題。此外隨著發(fā)動機低排放、高速化的發(fā)展趨勢，對其性能指標要求越來越高，要求其在高速運行的條件下仍然能夠平穩(wěn)、可靠地工作，因此對氣缸蓋和配氣機構(gòu)設(shè)計的要求也越來越高。 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)動機氣缸蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)方案。 （3）對系統(tǒng)進行必要的參數(shù)計算。 （4）繪制零件圖。 （5）編寫設(shè)計說明書 在發(fā)動機方面，我綜合了賽道的條件和比賽要求對發(fā)動機內(nèi)部的氣缸蓋、配氣機構(gòu)等部件進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計。 2 發(fā)動機 2.1 發(fā)動機的發(fā)展歷程 18世紀中葉，瓦特發(fā)明了蒸氣機，此后人們開始設(shè)想把蒸汽機裝到車子上載人。法國的居紐（N.J.Cugnot）是第一個將蒸汽機裝到車子上的人。1770年，居紐制作了一輛三輪蒸汽機車。這輛車全長7.23米，時速為3.5公里,是世界上第一輛蒸汽機車。 　　1858年，定居在法國巴黎的里諾發(fā)明了煤氣發(fā)動機，并于1860年申請了專利。發(fā)動機用煤氣和空氣的混合氣體取代往復(fù)式蒸汽機的蒸汽，使用電池和感應(yīng)線圈產(chǎn)生電火花，用電火花將混合氣點燃爆發(fā)。這種發(fā)動機有氣缸、活塞、連桿、飛輪等。煤氣機是內(nèi)燃機的初級產(chǎn)品，因為煤氣發(fā)動機的壓縮比為零. 　　1867年，德國人奧托（Nicolaus August Otto）受里諾研制煤氣發(fā)動機的啟發(fā)，對煤氣發(fā)動機進行了大量的研究，制作了一臺臥式氣壓煤氣發(fā)動機，后經(jīng)過改進，于1878年在法國舉辦的國際展覽會上展出了他制作的樣品。由于該發(fā)動機工作效率高，引起了參觀者極大的興趣。在長期的研究過程中，奧托提出了內(nèi)燃機的四沖程理論，為內(nèi)燃機的發(fā)明奠定了理論基礎(chǔ)。德國人奧姆勒和卡爾·本茨根據(jù)奧托發(fā)動機的原理，各自研制出具有現(xiàn)代意義的汽油發(fā)動機，為汽車的發(fā)展鋪平了道路。 　　1892年，德國工程師狄塞爾根據(jù)定壓熱功循環(huán)原理，研制出壓燃式柴油機，并取得了制造這種發(fā)動機的專利權(quán)。 　　1957年，德國人汪克爾發(fā)明了轉(zhuǎn)子活塞發(fā)動機，這是汽油發(fā)動機發(fā)展的一個重要分支。轉(zhuǎn)子發(fā)動機的特點是利用內(nèi)轉(zhuǎn)子圓外旋輪線和外轉(zhuǎn)子圓內(nèi)旋輪線相結(jié)合的機構(gòu)，無曲軸連桿和配氣機構(gòu)，可將三角活塞運動直接轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。它的零件數(shù)比往復(fù)活塞式汽油少40%，質(zhì)量輕、體積小、轉(zhuǎn)速高、功率大。1958年汪克爾將外轉(zhuǎn)子改為固定轉(zhuǎn)子為行星運動，制成功率為22.79千瓦、轉(zhuǎn)速為5500轉(zhuǎn)/分的新型旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動機。該機具有重要的開發(fā)價值，因而引起各國的重視。日本東洋公司（馬自達公司）買下了轉(zhuǎn)子發(fā)動機的樣機，并把轉(zhuǎn)子發(fā)動機裝在汽車上，可以說，轉(zhuǎn)子發(fā)動機生在德國，長在日本。 2.2 我國發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀 首先回顧一下中國新能源汽車的發(fā)展道路。中國新能源汽車基本上從八五時期，90年代初期，我們國家有了國家的投入開始正式在做，當(dāng)年就是國家紀委立項，拿到850萬塊錢，當(dāng)時委托清華在做，當(dāng)時在做純電動汽車的技術(shù)；在九五期間，國家投入的主體從當(dāng)時的紀委變成了科技部，當(dāng)時還是科委，大體上有兩千萬左右的投入去做示范運行，當(dāng)時實際上在當(dāng)時技術(shù)不是很成熟的情況下，就已經(jīng)去做示范運行；當(dāng)然我們國家新能源汽車比較大規(guī)模的啟動還是從十五初期，現(xiàn)在我們科技部長萬鋼先生，當(dāng)時還是同濟大學(xué)的校長，他倡導(dǎo)的做新能源汽車，當(dāng)時把新能源汽車從幾個技術(shù)分成三縱三橫，三縱就是作為純電動汽車、混合動力汽車，燃料電池汽車；三橫：電池、電機、整車控制技術(shù)，這樣來進行了發(fā)展。并且提高到國家能源安全這樣一個比較重要的角度來做這個事情，當(dāng)然在十一五，當(dāng)然十五就已經(jīng)把這個投入，我們國家投資發(fā)展到十億以上，十一五試圖把十五成果更加實用化，大型的投資提高了20億左右。 從后兩個五年計劃比較大的投入，產(chǎn)生的結(jié)果來看。因為在當(dāng)時提的是，我們和國外站在同一起跑線上，但是經(jīng)過十年左右的發(fā)展，我們已經(jīng)全面地落后，就是從整體技術(shù)上來講，方方面面都與國外有了更大的差距，無論是在電池還是在做電機以及整車技術(shù)上，這個當(dāng)然是現(xiàn)實，不是誰說，我跟人家同步或者什么，這個基本上是趨勢，我們國家推出“十城千輛”，政府有了補貼，這樣拿單子的基本上是國外的，你的電機、電池、整車控制器，自己的產(chǎn)品基本上拿不出來，基本上還是用國外的這些方案。實際上我們需要反思，這十年來，這新能源發(fā)展的路，走得對還是不對，從大的方向上來講，你是不是找到了這個新能源汽車的關(guān)鍵？這個需要我們進行反思的。 第二，談一談我們國家在新能源汽車方面技術(shù)的進展，當(dāng)然從三縱三橫來談一談，首先電機，當(dāng)然電機確實技術(shù)上還是有了非常大的進步，但是總體體現(xiàn)是投入不足，到現(xiàn)在為止，還沒有形成一個能夠提供在汽車上可以用的電機產(chǎn)品，現(xiàn)在還是一個樣機的階段，一個做個十臺八臺，沒有上百臺的電機的出現(xiàn)，因此電機主要的差距一個是效益方面，我們電機效率基本上無論是充電還是發(fā)電效率跟國外差十個百分點左右。 另外，就是它的壽命和可靠性，這些還有比較大的差距，第二個橫向的技術(shù)就是電池了，電池也是一樣的，到目前為止，說的廠家一些資金投入有一些了，現(xiàn)狀還是拿不出，這個能夠產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品出來，因為很多企業(yè)從宣傳來講，它都說他的電池研發(fā)怎么樣，但是實際上還是拿不出實際的東西來，這個電池差距主要體現(xiàn)幾個方面，充、放電的效力，你的充電效率和放電效率跟人家有很大的差距，第二就是一致性，你充多少，有的好，有的沒有，這個一致性還是有很大的差異，其他[綜述 圖片]的由于一致性導(dǎo)致的差異的可靠性或者性能優(yōu)一定的差距的。 整車控制器來講，我們國家跟國外差距小一些，整車的控制器差距小一些，基本上由于電池、電機的制約，當(dāng)然使得整車集成方面存在著非常大的障礙，這個還是現(xiàn)狀，另外一個在動力和自動變速這兩個方面，我們國家變速這一塊跟國外有很大的差距，新能源汽車，如果還是手動擋，這個是不可行的，現(xiàn)在我們有一些混合動力汽車是手動擋，混合動力汽車有混合驅(qū)動模式，還有發(fā)動機驅(qū)動模式，還有兩個一起驅(qū)動模式，一個人靠手動擋怎么適應(yīng)這樣一個，你的驅(qū)動模式是自動變化的，而你的換擋還要手動，這個根本就是不可能實現(xiàn)的，所以必須要有自動變速的重力耦合器，才能實現(xiàn)這樣一個技術(shù)。 另外三縱，混合動力汽車，從現(xiàn)在來講，實際上我們過去都開發(fā)了一些混合動力汽車，并且很多混合動力汽車得到了國家的獎勵，但是實際上拿出來用得時候，基本還都是不可用的，基本上是一些驗收工程的東西，這樣相對來說比較多，這樣純電動汽車，由于技術(shù)門檻比較低，純電動汽車在這些里面技術(shù)門檻比較低的車，這些有一些應(yīng)用，但是由于他成本問題，一次購車的成本以及它的應(yīng)用的成本，是一個區(qū)域內(nèi)應(yīng)用的設(shè)備，主要是局限在區(qū)域用的車，不可能是一個大范圍的用車。 當(dāng)然燃料電池的車子，我們國家從燃料電池的汽車，也可能和國際上差距最小的品種，從燃料電池來講也是跟國際上差距最小的，當(dāng)然這個燃料電池汽車，我自己感覺也是最不實用的，由于他的成本的問題，是現(xiàn)有汽車的幾十倍的成本，由于應(yīng)用受到限制，從國外來講也沒花很大的力氣在做這個事情。 從新能源汽車的前景來講，我覺得今后的道路非常艱辛，絕不是一帆風(fēng)順的就走得通的，也不是國家拿點財政，給點補貼，或者說刺激你有一定的規(guī)模就能解決的問題，我自己的感覺就是新能源汽車假如采用目前的方案，混合動力、純動力、燃料電池新材料來講，新的資源來講，假如說沒有突破的話，現(xiàn)在新能源汽車是不可能普及應(yīng)用的。 因為新能源汽車的目標當(dāng)然從我們國家來講，從世界來講，首先是能源安全，很可能現(xiàn)在是放在第一位的，然后很可能才是節(jié)能，才是它的低碳，才是環(huán)保等等。 由于能源的安全，很高的成本是可能需要要做的事情，但是由于受資源的限制，因為你節(jié)能，節(jié)省了很多能源的資源，但是新能源汽車消耗的材料都是地球上稀缺的材料。比如說做電機的，你的銅的材料，前一些日子智利發(fā)生地震，銅發(fā)生一些反彈，智利銅影響不是很大，智利地震的時候，他現(xiàn)在是世界上85%的銅礦在他們那里，而它的儲量只有兩億噸，全球目前的儲量不超過三億噸，銅的銷量我們國家去年一年是800萬噸，銅金礦的儲量200萬噸左右，另外200萬可能是回收銅產(chǎn)生的，但是如果做新能源汽車都是新增的銅的消耗，必須采用礦山銅用的，不是回收銅的，很可能冶煉了以后可能還要用到那個行業(yè)，新增的只有那么多儲量，不可能保持普及或者增長，你做導(dǎo)向必須要有新的東西出來，沒有新的替代銅的材料出來，新能源汽車量非常小，這個矛盾是不突出的，你等到量增大了，你的矛盾就會非常突出，現(xiàn)在有的銅的儲量不足以支撐新能源汽車一個品種新增的一些量。 另外，你的有色材料，制造電機的有色材料也是稀缺有色材料，地球上資源并不多，真正這個電機都拿它做他的材料，以后他會受到很大的制約。 今后，假如說新能源汽車不能在制造新能源汽車的資源方面有突破的話，它的前景并不樂觀，所以我在這里所說的描繪了一個相對來講并不是很光明的前景，但是為了能源的安全，你必須要走這條路，因此這個路將會是非常艱辛的。 2.3 提高發(fā)動機動力性的途徑 2.3.1 渦輪增壓技術(shù) 其實簡單的來說就是其利用發(fā)動機排放的尾氣來驅(qū)動空氣壓縮機，以此增大氣缸單位時間的進氣流量，從而提高發(fā)動機的功率和扭矩。一臺發(fā)動機裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器的時候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺的發(fā)動機在經(jīng)過增壓之后能夠產(chǎn)生更大的功率。就拿我們最常見的1.8T渦輪增壓發(fā)動機來說，經(jīng)過增壓之后，動力可以達到2.4L發(fā)動機的水平，但是耗油量卻比1.8發(fā)動機并不高多少，在另外一個層面上來說就是提高燃油經(jīng)濟性和降低尾氣排放。 不過也有它的缺點，其中最大的就是動力輸出的滯后性，現(xiàn)在全世界很多國家的汽車制造商都熱衷于這項技術(shù)，并在不斷研發(fā)與改進，以前在中國幾乎這就是一個盲區(qū)，隨著近幾年自主品牌的快速發(fā)展，像奇瑞和吉利等的這種技術(shù)也很快就會出現(xiàn)在量產(chǎn)的車型當(dāng)中。 2.3.2 燃油直噴技術(shù) 就像是從化油器到電噴一樣，直噴技術(shù)又是發(fā)動機供油系統(tǒng)的一大改革，N多年后一樣會像電噴代替化油器那樣取代了電噴普及在所有的汽油發(fā)動機上。 在構(gòu)造上，傳統(tǒng)多點噴射系統(tǒng)的噴油嘴是位于進氣歧管前方，在引擎需要供油時，由計算機計算出最佳的供油量并與進入引擎的空氣混合后，經(jīng)由進氣閥門到達汽缸內(nèi)部，并進行壓縮、爆炸等動作。至于缸內(nèi)直噴系統(tǒng)，則是將噴油嘴置于汽缸內(nèi)部，其特色在于引擎燃油的取得不需要經(jīng)過氣門的開啟，而能夠藉由計算機主動控制噴油時間、壓力與噴射量。與傳統(tǒng)噴射系統(tǒng)相較，缸內(nèi)直噴不受限于傳統(tǒng)機械構(gòu)造的進氣方式，而且能夠依照引擎所需隨時調(diào)整空燃比例等特點，均使其表現(xiàn)擁有無限的想象空間。 圖1 燃油直噴系統(tǒng) 眾所皆知，內(nèi)燃機在一般工作狀態(tài)中所需的理想油氣比例為1：14.7，這種調(diào)配是傳統(tǒng)化油器的專長，不論天候、溫度，永遠進行著一成不變的工作。然而在少數(shù)狀態(tài)下如冷車啟動、怠速運轉(zhuǎn)、急加速或低氣壓環(huán)境等，這樣固定的供油方式實際上并無法全面滿足引擎的運轉(zhuǎn)需求，甚至可能因而產(chǎn)生黑煙、燃燒不全與馬力不足等狀況。至于噴射供油系統(tǒng)，則相對顯得智能許多，其中樞系統(tǒng)會隨時偵測引擎溫度、進氣流量、轉(zhuǎn)速變化、震動狀況，并依照實際需求調(diào)整供油量與點火時間，因此在動力輸出、燃油經(jīng)濟與排污表現(xiàn)上可以取得相當(dāng)不錯的平衡。 但是由于引擎構(gòu)造的先天限制，噴射引擎所吸進油氣的時間只有在氣門開啟狀態(tài)下才能進行，故行車計算機所能控制的因子其實也相當(dāng)有限。直到缸內(nèi)直噴系統(tǒng)問世后將噴油嘴內(nèi)移到汽缸內(nèi)部后，才開啟了全新的視野，其能直接由計算機主動決定噴油時機與份量，至于氣門則僅看管“純空氣”的進入時程，兩者則是在進入到汽缸內(nèi)才進行混合的動作。 也由于油、氣的混合空間、時間都相當(dāng)短暫，故缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的噴油嘴必須輔以高增壓系統(tǒng)，以大幅提高燃油的噴射壓力與效率，并達到高度霧化的效果，期有更佳的混合表現(xiàn)。此外，缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的燃燒室、活塞也大多具有特殊的導(dǎo)流槽，以供油氣在進入燃燒室后能夠產(chǎn)生氣旋渦流，藉以提高混合油氣的霧化效果與燃燒效率。 在構(gòu)造改變之后，供油動作已完全獨立于進門與活塞系統(tǒng)之外，中央計算機也因而擁有更多的主導(dǎo)權(quán)。于是乎，超乎傳統(tǒng)噴射理論的稀薄燃燒與更多元的混合比便得以發(fā)生。 在穩(wěn)定行進或低負載狀態(tài)下，采用缸內(nèi)直噴設(shè)計的引擎得以進入Ultra lean(精實)模式。在此設(shè)定下，引擎于進氣行程時只能吸進空氣，至于噴油嘴則在壓縮行程才供給燃料，以達到節(jié)約效果。根據(jù)實際測試，其最高能達到1：65的油、氣比例，除了節(jié)能表現(xiàn)相當(dāng)驚人，整體動力曲線也能夠維持在相當(dāng)高的平順程度。然而本模式由于會產(chǎn)生相當(dāng)大量的NOx(硫化物)與高溫氣體，所幸在近期由于技術(shù)與材料科學(xué)的突破，故也已得到相當(dāng)程度的解決。 3.2升的奧迪A6L的百公里油耗僅為11升。這要歸功于FSI發(fā)動機的缸內(nèi)直噴技術(shù)。FSI發(fā)動機與傳統(tǒng)發(fā)動機相比，最大的亮點在于發(fā)動機的經(jīng)濟性提高了15%。奧迪FSI增加了火花塞點燃式發(fā)動機的扭矩和輸出，與常規(guī)的點燃式發(fā)動機相比，F(xiàn)SI可將燃油直接噴入燃燒室，從而增大了輸出功率并降低了燃油消耗。 2.3.3 分層燃燒技術(shù) 在這里舉例大眾的FSI發(fā)動機 大眾FSI發(fā)動機利用一個高壓泵，使汽油通過一個分流軌道（共軌）到達電磁控制的高壓噴射氣門。它的特點是在進氣道中已經(jīng)產(chǎn)生可變渦流，使進氣流形成最佳的渦流形態(tài)進入燃燒室內(nèi)，以分層填充的方式推動，使混合氣體集中在位于燃燒室中央的火花塞周圍。如果稀燃技術(shù)的混合比達到25：1以上，按照常規(guī)是無法點燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內(nèi)空氣的運動在火花塞周圍形成易于點火的濃混合氣，混合比達到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點燃后，燃燒迅速波及外層。 FSI特點是：能夠降低泵吸損失，在低負荷時確保低油耗，但需要增加特殊催化轉(zhuǎn)換器以有效凈化處理排放氣體。 現(xiàn)在集結(jié)了上述技術(shù)的發(fā)動機很少，但值得一提的就是大眾的TSI發(fā)動機，不光擁有上述技術(shù)還有機械增壓，其實就是雙增壓了，使發(fā)動機動力更加強勁，可謂是非常先進的發(fā)動機了。 要想提高汽車的動力性和經(jīng)濟性不光只對發(fā)動機進行改進，也有其他途徑，想想除了發(fā)動機外另一個主要部件就是變速器了。 2.3.4 連續(xù)可變氣門正時機構(gòu) 就拿已經(jīng)相當(dāng)成熟的本田的VTEC技術(shù)為例吧，VTEC是本田開發(fā)的先進發(fā)動機技術(shù)，也是世界上第一個能同時控制氣門開閉時間及升程兩種不同情況的氣門控制系統(tǒng)。VTEC（Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System）的意思“可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng)”。與普通發(fā)動機相比，VTEC發(fā)動機所不同的是凸輪與搖臂的數(shù)目及控制方法，它有中低速用和高速用兩組不同的氣門驅(qū)動凸輪，并可通過電子控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)進行自動轉(zhuǎn)換。通過VTEC系統(tǒng)裝置，發(fā)動機可以根據(jù)行駛工況自動改變氣門的開啟時間和提升程度，即改變進氣量和排氣量，從而達到增大功率、降低油耗及減少污染的目的。 目前本田車型都使用i-VTEC(智能可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng))，i-VTEC技術(shù)作為本田公司VTEC技術(shù)的升級技術(shù)，其不僅完全保留了VTEC技術(shù)的優(yōu)點，而且加入了當(dāng)今世界流行的智能化控制理念。 3 氣缸蓋 3.1 氣缸蓋的工況及設(shè)計要求 氣缸蓋的作用是密封氣缸，并與活塞共同形成燃燒空間，并承受高溫高壓燃氣的作用。為了保證缸蓋與氣缸套之間的密封，缸蓋還要受到很大的螺栓預(yù)緊力(一般為爆—發(fā)壓—力的3—4倍)；氣缸蓋各部分溫度很不均勻，如缸蓋底面燃燒室部分(稱為火力面)溫度最高，而冷卻水套部分溫度較低，進氣道和排氣道溫度也不相同，因此，氣缸蓋的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力很大。實踐表明，“鼻梁區(qū)”(氣門座孔和噴油器孔之間的地區(qū))所產(chǎn)生的裂紋，大多數(shù)由于熱疲勞造成。再加上氣缸蓋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造殘余應(yīng)力也很大。因此，氣缸蓋應(yīng)當(dāng)滿足下列要求： 1)氣缸蓋應(yīng)具有足夠的強度和剛度，：[作時缸蓋變形最小并保證與氣缸的接合面和氣門座的接合面有良好的密封。缸蓋變形過大會加速氣門座磨損、氣門桿咬死和氣缸密封遭到破壞，造成嚴重漏氣，漏水和漏油，使內(nèi)燃機無法工作。 2)要根據(jù)混合氣形成和燃燒方式布置出合理的燃燒室形式，氣門和氣道布置合理，力求使內(nèi)燃機性能良好。 3)結(jié)構(gòu)力求簡單、鑄造工藝良好；力求避免氣門座之間形成裂紋。 3.2 氣缸蓋的材料 根據(jù)工作條件，氣缸蓋應(yīng)該用抗熱疲勞性能好的材料鑄造。材料的導(dǎo)熱性愈好，膨脹系數(shù)愈小，高溫疲勞強度愈高，愈能承受熱負荷的反復(fù)作用。氣缸蓋中熱應(yīng)力很大。當(dāng)變形受到限制時，各種材料中產(chǎn)生熱應(yīng)力的大小可以用熱應(yīng)力特性數(shù) (αE/λ)表示，其中α為材料的線膨脹系數(shù)，E為彈性模數(shù)，λ為導(dǎo)熱系數(shù)。為了比較材料的熱強度，用材料的拉伸極限強度與(αE/λ)相比而得到熱強度系數(shù)。特性數(shù)愈小，熱應(yīng)力愈小，熱強度系數(shù)愈大，熱強度也愈大。目前有鑄鐵、鋁合金和鋼三種材料的氣缸蓋。當(dāng)溫度低于250度時，鋁合金具有相當(dāng)高的熱強度，當(dāng)溫度在300度左右時，鑄鐵、鋁合金和和鋼的熱強度系數(shù)差不多。當(dāng)溫度高于300度時，鑄鐵和鋼的熱強度比較好。當(dāng)溫度達到400度時，鑄鐵的熱強度也迅速下降。里卡圖公司認為：鑄鐵氣缸蓋的工作溫度不應(yīng)超過375—400度，鋁合金氣缸蓋的工作溫度不應(yīng)超過220度。否則，鑄鐵氣缸蓋的“鼻梁區(qū)”由于熱膨脹產(chǎn)生應(yīng)力而在高溫下發(fā)生塑性變形，但在冷態(tài)時又因冷縮受到拉伸，這樣熱脹冷縮交變作用，由于熱疲勞而發(fā)生裂紋。鋁合金氣缸蓋由于高溫而使強度迅速下降。所以，要采取有效冷卻措施，使“鼻梁區(qū)”溫度不要超過上述數(shù)值。 3.3 氣缸蓋結(jié)構(gòu)形式的選擇 水冷內(nèi)燃機的氣缸蓋有整體式、分塊式和單體式三種。當(dāng)缸徑D＜105毫米時，一般多用整體式氣缸蓋，它的零件數(shù)少，結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本較低。如果選用單體式氣缸蓋在結(jié)構(gòu)上就比較困難，因為各部分壁厚與泥芯截面尺寸受到造型和澆鑄條件的限制而不能按缸徑比例縮小，這樣就不能在保證有適當(dāng)?shù)谋诤窈湍嘈境叽绲臈l件下得到既有足夠的氣道面積又有先進的氣缸中心距。當(dāng)D＞140毫米時，一般都用單體式(一缸一蓋)氣缸蓋。這樣可以使鑄造廢品下降，尤其可以供給同一系列而缸數(shù)不同的內(nèi)燃機通用，便于組織系列化的批量生產(chǎn)，降低制造成本，且使維修方便。當(dāng)125＜D＜140毫米時，采用單體、整體和分塊(每兩缸或三缸一蓋)或者兼而有之，視各廠傳統(tǒng)習(xí)慣和其它條件而定。D＝105毫米左右是采用分塊式氣缸蓋的下限值；D＝125毫米左右是采用單體式氣缸蓋的下限值。但在產(chǎn)品品種比較單一且產(chǎn)量很大時， 由于鑄造技術(shù)設(shè)備比較完善，加工生產(chǎn)線負荷率較高，即使缸徑較大，還是以整體式氣缸蓋比較經(jīng)濟。整體式氣缸蓋結(jié)構(gòu)如下圖所示。具體尺寸參見圖紙。 圖2 整體式氣缸蓋結(jié)構(gòu) 3.4 進排氣道的布置 進排氣道的設(shè)計對內(nèi)燃機性能有很大的影響，進氣道影響進氣阻力和充氣效率，排氣道影響排氣阻力和廢氣能量的利用(如廢氣渦輪增壓)。在汽油機中，采用將進排氣道布置在氣缸兩側(cè)的方案，但這時也要從排氣通道中引出一部分廢氣預(yù)熱進氣管。為了保證內(nèi)燃機有盡可能高的充氣系數(shù)，進排氣通道應(yīng)當(dāng)有足夠大的面積，氣道斷面要避免突變，最好由氣道口起向進氣道的進口和排氣道的出口通道面積分別均勻增大20％左右，同時鑄出的氣道表面要盡量光滑。因此，要選取若干進排氣通道截面，繪制圖形，計算通過面積。如下圖所示。 圖3 進排氣道的布置圖 3.5 氣缸蓋螺栓的布置 氣缸蓋螺栓是氣缸蓋與氣缸體之間的聯(lián)接件，它的位置和數(shù)量對于氣缸蓋和氣缸體的受明蹲汽缸蓋與機體之間接合面密封的可靠程度、以及氣缸套的變形大小都有很大的影響。 螺栓數(shù)目要足夠，以保證壓緊均勻，減小局部交形，密封可靠。增加螺栓數(shù)目，每個甥校直徑可以相應(yīng)減小，相對于氣缸蓋的柔性變大，故能減小螺栓上載荷的交變分量，因而相應(yīng)地可降低預(yù)緊力，同時兩螺栓問的距離減小，對氣缸墊片的壓緊力更加均勻，減少了沖墊漏氣的可能性。但是，螺栓的布置又受到氣道、推桿孔、水孔和氣缸中心距等具體結(jié)構(gòu)的限制，所以螺栓數(shù)目也不能隨意增多。頂置氣門汽油機，每缸4個螺栓一般就夠了，有時也用5個螺栓。高速柴油機由于氣壓力高，一般每缸要5—8個螺栓。 螺栓的布置應(yīng)盡量相對于氣缸中心線均勻分布，否則可能由于氣缸受力不均引起局部變形，各螺栓、中心連線最好沿氣缸周邊切線布置，以增加密封能力；各螺栓所分攤的壓緊面積要基本相同，以保證壓力均勻。當(dāng)每缸用4個螺栓時，氣缸蓋螺栓的布置最方便。 氣缸蓋螺栓的預(yù)緊力要足夠，以保證必要的密封壓力，防止長期工作后發(fā)生松弛。但預(yù)緊力過大會使機體、氣缸蓋過度變形，反而損壞密封。經(jīng)驗證明，當(dāng)每缸周圍所有螺栓的總預(yù)緊力等于作用在一缸氣缸蓋上最大氣壓力的3倍以上時，密封的可靠性才能得到較好的保證。氣缸蓋螺栓受力很大，一般都用優(yōu)質(zhì)中碳鋼．45或合金鋼40Cr。等制造，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。螺栓的尺寸對汽油機為Ml 2—14，對應(yīng)項緊力矩為80—150牛頓·米。 在裝配發(fā)動機擰緊氣缸蓋螺栓時，為避免氣缸蓋襯墊和氣缸蓋局部變形，引起壓力不均勻，必須依次由氣缸蓋的中央向四周對角地逐漸擰緊。如預(yù)緊扭矩在50牛頓·米以下，可分兩次擰緊，50—100分三次，100—160分3—4次，160—250分4—5次擰緊。如有可能，最好在暖車運轉(zhuǎn)后再擰緊一次。如已松弛，則再擰緊到規(guī)定扭矩值，如未松弛，則不宜再增大扭矩。 4 氣缸蓋罩 4.1氣缸蓋罩的功能 雖然某些氣缸蓋罩獨具特色, 但所有氣缸蓋罩都有一些通用功能。第一個且最基本的功能是遮蓋并密封氣缸蓋, 將機油保持在內(nèi)部, 同時將污垢和濕氣等污染物隔絕于外。這聽起來似乎簡單, 但通常是最難做好的一個方面。氣缸蓋罩的第二個功能是將機油與空氣隔離。在發(fā)動機的運轉(zhuǎn)過程中會形成油霧。氣缸蓋罩較冷的內(nèi)表面會聚集油霧, 使機油冷凝并向下流回機油殼。氣缸蓋罩還肩負曲軸箱通風(fēng)的責(zé)任。當(dāng)活塞在氣缸中運動時, 發(fā)動機內(nèi)部會集聚壓力。如果置之不理, 此壓力會使各個密封件泄漏, 導(dǎo)致發(fā)動機效率降低。為了避免這種情況, 用一個管子連接氣缸蓋罩和進氣道, 以便燃燒通風(fēng)空氣。該管可以使用帶槽軟管接頭、螺紋管接頭或快換接頭來連接。氣缸蓋罩內(nèi)的擋油板或過濾器用來盡量避免機油流向進氣道。氣缸蓋罩的另一功能是充當(dāng)機油加注口。這種結(jié)構(gòu)可以簡單至一個孔, 在其中擰入機油加注口蓋即可；也可以是更加復(fù)雜的注油管。氣缸蓋罩還可以作為傳感器安裝支座, 包括凸輪軸位置和凸輪軸正時傳感器。當(dāng)然, 是否包括這些傳感器取決于發(fā)動機的復(fù)雜程度。 4.2設(shè)計考慮因素 在設(shè)計PA66氣缸蓋罩時, 必須考慮 到各種因素。以下段落將討論材料相關(guān) 的考慮因素, 密封及NVH（噪聲, 振動和聲振粗糙度）, 這些都會對采用PA66的成功氣缸蓋罩設(shè)計產(chǎn)生影響。 1）材料相關(guān)的考慮因素 所選材料的特性是首要設(shè)計考慮因素。PA66是一種熱塑性塑料, 因此其特性會隨著環(huán)境變化。使用增強材料可以減弱環(huán)境變化的影響, 但這種影響在某種程度上仍會發(fā)生。 這些環(huán)境因素中最重要的是溫度。對于泛達R533H（PA66，33GF）等典型氣缸蓋罩材料, 在從23°C移至150°C的環(huán)境時其強度將損失一半。這種特性下降對于所有聚合材料都是正常的, 應(yīng)該在設(shè)計過程的開始階段予以考慮。另外兩個環(huán)境因素是老化及與機油接觸。泛達R533H等產(chǎn)品中的穩(wěn)定劑體系使得這些材料在長期高溫下特性不會有顯著變化。尼龍66在機油中也非常穩(wěn)定, 但它確實存在塑化效應(yīng)。根據(jù)具體的接觸情況, 材料特性通常將降低10%到20%。蠕變通常表現(xiàn)為載荷或應(yīng)力松弛下的變形。它是壓緊力和螺栓載荷的主要問題, 并且在溫度的共同作用下, 還需更多考慮這種因素。與材料相關(guān)的因素應(yīng)該在設(shè)計的早期階段解決。在有限元分析中結(jié)合使用信息時, 可以在各調(diào)整級別考慮材料特性。如果使用了數(shù)據(jù)表特性但未考慮調(diào)整級別, 將導(dǎo)致最終零件失效。 2）密封 設(shè)計氣缸蓋罩的密封系統(tǒng)時, 壓縮永久變形和密封力保持性能是兩大考慮要素。密封系統(tǒng)的壓縮永久變形對于保持緊固件的壓緊力非常重要。密封力保持性能是在氣缸蓋罩與氣缸蓋相對運動的條件下保持密封的能力。 目前, 有四種材料用于密封氣缸蓋罩。 第一種材料即室溫硫化（RTV）硅橡膠目前已很少使用了。在早期的PA66氣缸蓋罩中, 該密封系統(tǒng)最為普遍。RTV是一種硅橡膠, 在涂敷時為液態(tài)。與空氣接觸后, 這種材料會固化形成一個襯墊。RTV具有卓越的壓縮永久變形和密封力保持性能。主要缺點是在固化過程中排放揮發(fā)性有機化合物（VOC）, 以及需要在發(fā)動機裝配過程而不是之前涂敷RTV。目前最為廣泛采用的系統(tǒng)是VMQ合成橡膠。VMQ是一種成型硅橡膠, 溫度范圍非常寬泛。但是, 其密封力保持性能差并且通常會滲油是人所共知的。為了彌補VMQ的不足, 人們采用了乙烯-丙烯酸酯橡膠（AEM）。AEM具有 優(yōu)異的密封和高溫特性。然而在低溫下這種材料會變硬, 導(dǎo)致密封不良。有時還會采用聚酰胺橡膠（PA）。 PA與VMQ相比具有較低的機油溶脹性和均衡的特性。PA在低溫下同樣表現(xiàn)不佳并且會泄漏。 3）噪聲、振動和聲振粗糙度 (NVH) 當(dāng)今的客戶期望他們的汽車噪聲更小, 并且法規(guī)要求更低的駕駛噪聲級別。 因此, 在氣缸蓋罩設(shè)計中, 噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）是一個重要問題。PA66較之于它所取代的金屬具有更低的硬度和密度, 因而會削弱降噪功能。人們可以通過聲學(xué)分析來找出有噪聲問題的區(qū)域, 通常這些問題可以通過為零件增加加強筋或輪廓以提高其表觀模量來解決。另一種降低噪聲的方法是將氣缸蓋罩隔離。通常, 我們考慮將氣缸蓋罩 緊密地安裝到氣缸蓋上。這樣, 所有噪聲都將從發(fā)動機傳遞至氣缸蓋罩。通過使用帶肩螺栓和橡膠墊圈隔離搖臂罩, 可以顯著減少噪聲傳遞。 4.3具體尺寸 汽缸蓋罩長為367mm，寬為205mm，拉深高度為47mm左右。6個φ14mm螺栓孔和一個加油口都是位于平行于底面的平面上,具體詳細尺寸見圖紙。 5配氣機構(gòu) 5.1 配氣機構(gòu)的作用及要求 5.1.1 配氣機構(gòu)的功用 配氣機構(gòu)是完成換氣過程，根據(jù)發(fā)動機氣缸的工作循環(huán)次序，定時地開啟和關(guān)閉進、排氣門，不斷的用新鮮的氣體來氣缸內(nèi)上一循環(huán)的的廢氣。 5.1.2 配氣機構(gòu)的要求 對于一個正常工作的配氣機構(gòu)應(yīng)該具有如下的要求： 1　 進、排氣門的時間足夠大，泵氣損失小，配氣正時恰當(dāng)，在排氣過程中能較好的排出廢氣，進氣過程中能吸入較多的新鮮空氣，因而使發(fā)動機具有較高的充量系數(shù)和合適的扭矩特性。 2　 振動、噪聲較小，并且工作可靠和耐磨。 3　 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。 4　 為了減輕慣性負荷，使配氣機構(gòu)運動零件的質(zhì)量減到最小。 5.2 配氣機構(gòu)采用的新技術(shù) 配氣機構(gòu)的作用是根據(jù)內(nèi)燃機工況的需要適時適度地開閉進排氣門，對氣缸進行換氣。目前廣泛采用的是氣門—凸輪式配氣機構(gòu)，它具有保證氣缸密封性的優(yōu)點。氣門—凸輪式配氣機構(gòu)按氣門布置分側(cè)置氣門和頂置氣門機構(gòu)?，F(xiàn)代發(fā)動機配氣機構(gòu)采用的技術(shù)主要有以下三方面：頂置凸輪軸技術(shù)，多氣門技術(shù)，可變配氣定時及氣門升程技術(shù)。 5.2.1 頂置凸輪軸技術(shù) 頂置氣門配氣機構(gòu)，內(nèi)燃機的充氣系數(shù)較高，燃燒室比較緊湊，內(nèi)燃機有較好的性能指標，是側(cè)置氣門機構(gòu)所不能達到的，故側(cè)置氣門機構(gòu)已被淘汰。 頂置氣門配氣機構(gòu)又由凸輪軸的放置位置分成凸輪軸下置型和頂置凸輪軸型。絕大部分發(fā)動機采用凸輪軸下置型，但這種機構(gòu)高速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生較大的慣性力和振動及噪聲，消耗較大的動力。目前的趨向是把凸輪軸放在氣門上方，省去了推桿、挺柱，稱頂置凸輪軸型(OHC)；還有些機構(gòu)將頂置凸輪軸放在氣門室罩里，凸輪直接作用于氣門上，這種機構(gòu)省去了搖臂，高速時氣門工作良好，零件慣性力極小，工作平穩(wěn)。 頂置凸輪軸型(OHC)又可分成SHOC型和DHOC型。前者只用一根凸輪軸來驅(qū)動進、排氣門；而后者采用兩根凸輪軸來分別驅(qū)動進、排氣門。這種結(jié)構(gòu)適用于進、排氣門呈V形排列的內(nèi)燃機。凸輪軸的傳動類型有三種：正時齒輪傳動、正時鏈輪傳動和驅(qū)動帶傳動。其中，正時齒輪傳動主要用于要求長壽命和大載荷的內(nèi)燃機，如船用、商用車和賽車內(nèi)燃機；正時鏈輪傳動，廣泛應(yīng)用于轎車內(nèi)燃機，一般來說，它比正時齒輪傳動機構(gòu)噪音?。或?qū)動帶傳動或齒形帶傳動是最新出現(xiàn)的傳動方式，主要用于頂置凸輪軸內(nèi)燃機上。 5.2.2 多氣門技術(shù) 配氣機構(gòu)的最新發(fā)展是改善燃料經(jīng)濟性，其關(guān)鍵在于如何提供更多的新鮮空氣，多氣門內(nèi)燃機很早就己經(jīng)出現(xiàn)了，但僅用于賽車，目的是減輕排氣門的熱負荷和機械負荷，但并未能在內(nèi)燃機制造業(yè)得到推廣。意大利布加奇公司首先創(chuàng)出具有四個排氣門和一個進氣門的內(nèi)燃機。促進多氣門內(nèi)燃機產(chǎn)量迅速提高的原因在于自動控制技術(shù)的快速發(fā)展和生產(chǎn)的工藝水平越來越高，可以充分發(fā)揮多氣門配氣方案的優(yōu)越性，保證內(nèi)燃機在整個負荷和速度范圍內(nèi)形成最佳混合氣，并適時適度送入氣缸。 多氣門內(nèi)燃機優(yōu)點很明顯，如用兩個進氣門取代一個進氣門，流通截面加大30%左右，可大大改進充氣系數(shù)。因此，多氣門內(nèi)燃機可以提高功率。四氣門內(nèi)燃機曲軸在中低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，扭矩一般比二氣門內(nèi)燃機大10%—15%，高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)大10%—20。多氣門內(nèi)燃機不僅可以提高內(nèi)燃機功率，還可以降低燃油消耗，減少排污。據(jù)分析，四氣門內(nèi)燃機燃油消耗比二氣門內(nèi)燃機燃油消耗低%6—8%。多氣門內(nèi)燃機的優(yōu)越性是二氣門內(nèi)燃機無法比擬的。因而，世界各國的內(nèi)燃機制造業(yè)都將生產(chǎn)轉(zhuǎn)向多氣門內(nèi)燃機的制造。船用內(nèi)燃機則多為四氣門配氣機構(gòu)，如PA6，620等船用機。由于新的設(shè)計技術(shù)和加工技術(shù)的應(yīng)用，不僅研制新內(nèi)燃機時間短、投產(chǎn)快，而且生產(chǎn)周期也短。90年代日本多氣門內(nèi)燃機有了很大的發(fā)展，幾乎所有的新內(nèi)燃機系列都是多氣門內(nèi)燃機。美國幾大公司于1990—.1991年已開始并正在大量生產(chǎn)多氣門內(nèi)燃機。多氣門配氣方式是配氣機構(gòu)發(fā)展的大勢所趨。 5.2.3 可變氣門正時配氣機構(gòu)(VVA) 常規(guī)內(nèi)燃機配氣相位都是按內(nèi)燃機性能要求，通過試驗確定某一轉(zhuǎn)速和負荷條件下較為適合的配氣相位，自然只達到一種轉(zhuǎn)速最為有利。然而為了在更大的曲軸轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提高功率指標，降低燃料消耗，現(xiàn)代多氣門內(nèi)燃機氣門開啟相位可以改變、升程也可以改變，稱作可變氣門運動配氣機構(gòu)(VVA)。通過這套機構(gòu)對配氣過程的調(diào)節(jié)和控制，低、中轉(zhuǎn)速時，活塞運動速度低，氣流動力學(xué)特性差，因而要求“縮小”相位重疊角，以減少工作混合氣倒流，保證低、中轉(zhuǎn)速時扭矩曲線形狀較好，可顯著地降低燃油消耗率。在中高轉(zhuǎn)速時，活塞運動速度快，氣流動力學(xué)特性好，因而要求“放大”相位重疊角，廢氣排放徹底，進氣量充分可相應(yīng)增加內(nèi)燃機扭矩。顯然，采用這一機構(gòu)，可以提高內(nèi)燃機性能、降低污染、改善怠速性能。目前，可變氣門正時配氣系統(tǒng)，大致可分成兩種形式，一種稱為可變凸輪相位的配氣機構(gòu)(WT)，另一種稱為可變配氣正時及氣門升程的配氣機構(gòu)(WT&WL)。 當(dāng)今內(nèi)燃機配氣機構(gòu)的發(fā)展趨向是，在排量不變的前提下，提高內(nèi)燃機性能指標。不論是多氣門配氣機構(gòu)還是在此基礎(chǔ)上演化而來的可變氣門運動配氣機構(gòu)，其基本出發(fā)點都是，在更大范圍內(nèi)使內(nèi)燃機動力指標、經(jīng)濟指標和生態(tài)指標等達到最優(yōu)，這是傳統(tǒng)配氣機構(gòu)無法完成的。 5.3 總布置設(shè)計 5.3.1 氣門的布置形式 5.3.1.1 氣門頂置式配氣機構(gòu) 氣門頂置式配氣機構(gòu)應(yīng)用廣泛，其進氣門和排氣門都倒掛在氣缸頂上。發(fā)動機工作時，曲軸通過定時齒輪驅(qū)動凸輪軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)凸輪軸轉(zhuǎn)到凸輪的凸起部分頂起挺柱時，通過推桿和調(diào)整螺釘使搖臂繞搖臂軸擺動，壓縮氣門彈簧，使氣門離座，當(dāng)凸輪凸起部分離開挺柱后，氣門便在氣門彈簧的作用下落座，即氣門關(guān)閉。 四沖程發(fā)動機每完成一個工作循環(huán)，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，各缸的進、排氣門各開啟一次，此時凸輪軸只旋轉(zhuǎn)一周。曲軸與凸輪軸轉(zhuǎn)速比為2：1。在此，選用氣門頂置式配氣機構(gòu)。 5.3.1.2 凸輪軸的布置形式 凸輪軸位于曲軸箱內(nèi)的配氣機構(gòu)稱為凸輪軸下置式配氣機構(gòu)。凸輪軸下置式配氣機構(gòu)的主要優(yōu)點是凸輪軸離曲軸近，可以簡單地用一對齒輪傳動，缺點是零件多，傳動鏈長，整機機構(gòu)的剛度差。在發(fā)動機高速時，可能破壞氣門的運動規(guī)律和氣門的定時啟閉。在此，選用凸輪軸下置式配氣機構(gòu)。 5.3.1.3 凸輪軸的傳動方式 凸輪軸下置、中置的配氣機構(gòu)大多采用圓柱形定時齒輪傳動。一般曲軸與凸輪軸之間的傳動只需一對定時齒輪，必要時加裝中間齒輪。為了嚙合平穩(wěn)，減小噪聲，定時齒輪多采用斜齒輪。在中小功率發(fā)動機上，曲軸定時齒輪用鋼來制造，而凸輪定時齒輪則用鑄鐵或夾布膠木制造，以減小噪聲。在此，選用齒輪傳動。 5.3.1.4 每缸氣門數(shù)及其排列方式 一般發(fā)動機都采用每缸量氣門，即一進一排的結(jié)構(gòu)。為了進一步改善氣缸的換氣，在可能的情況下，應(yīng)盡量加大氣門的直徑，特別是進氣門的直徑。但是，由于燃燒室尺寸的限制，氣門直徑最大一般不能超過氣缸直徑的一半。當(dāng)氣缸直徑較大，活塞平均速度較高時，每缸一進一排的氣門機構(gòu)就不能保證良好的換氣質(zhì)量。因此，可采用4氣門，甚至5氣門的機構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)后，進氣門總的通過面積較大，充量系數(shù)較高，排氣門的直徑可適當(dāng)減小，使其工作溫度相應(yīng)降低，提高了工作可靠性。此外，采用四氣門后，還可適當(dāng)減小氣門升程，改善配氣機構(gòu)的動力性，多氣門的汽油機還有利于改善HC與CO的排放性能。 當(dāng)每缸用兩個氣門時，為使結(jié)構(gòu)簡化，大多數(shù)采用氣門沿機體縱向軸線排成一列的方式。這樣，相鄰兩缸的同名氣門就有可能合用一個氣道，這樣有助于氣缸蓋冷卻均勻。柴油機的進、排氣道一般分置于機體的兩側(cè)，以免排氣對進氣加熱。在此，采用兩氣門沿凸輪軸軸線成一列的方式。 5.3.1.5 氣門間隙 發(fā)動機工作時，氣門將因溫度的升高而膨脹。如果氣門及其傳動件之間在冷態(tài)時無間隙或間隙過小，則在熱態(tài)下，氣門及其傳動件的受熱膨脹勢必引起氣門關(guān)閉不嚴，從而使功率下降，嚴重時不易啟動。氣門間隙的大小一般由發(fā)動機制造廠根據(jù)試驗確定。在冷態(tài)時，進氣門的間隙一般為0.23—0.3mm，排氣門的間隙為0.3—