电驱式变长度连杆可变压缩比机构的设计
发布时间：2021-02-25 19:30
可变压缩比（Variable Compression Ratio,VCR）技术是一种改善发动机动力性,经济性和排放性的前沿技术。本文通过研究国内外可变压缩比机构,选择将发动机连杆作为研究对象,采用改变连杆长度来实现压缩比的可变。本文以常柴ZS1100单缸直喷柴油机为样机,结合专利《一种内置电机驱动式可变长度连杆》提出了本文的设计方案。本方案将电机置于连杆内部,充分利用缸体内狭小的空间;VCR连杆主要传动零件只有四个,结构简单,利于加工;且连杆巧妙地利用螺纹传递运动的作用,将旋转运动转化为上下移动来实现连杆长度的变化。本文选取了N20减速电机和JGA20-180B直流减速电机两款驱动电机,然后根据电机尺寸和原机连杆结构参数确定了VCR连杆零件的基本尺寸,N20减速电机驱动的VCR连杆零件整体尺寸较JGA20-180B直流减速电机驱动的VCR连杆大。利用CATIA对VCR连杆进行三维建模,计算了压缩比变化范围,并对压缩比和VCR连杆长度之间的变化关系进行了分析。本文利用ADAMS对VCR机构进行了运动学分析,对比了不同压缩比对活塞的位移,速度和加速度等性能的影响,发现不同压缩比下活塞的行程...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
014年-2019年全国汽车保有量走势汽车行业的繁荣与否，是衡量一个国家实力的标准之一，但是随着汽车保有量的增长，各种各样的问题也接踵而至
吉林大学硕士学位论文2为此，我国在汽车的节能减排方面投入大量精力，提出明确目标的同时也制定了日益严苛的法规，要求截止到2020年各大汽车厂商必须要实现国产乘用车平均油耗降到5L/100km[3]，图1.2所示为我国不同阶段油耗法规燃油消耗目标。图1.2我国不同阶段油耗法规燃油消耗目标目前，随着能源形势的日益严峻，排放法规和油耗法规的日益严苛，使得各行各业，尤其是汽车行业对发动机的要求不断提高，一般的发动机不能同时满足良好的动力性、排放性和燃油经济性这三个要求，并且在冷启动、怠速和部分负荷工况时，发动机燃烧不完全一直是待解决的问题[4]，为了解决这些问题，各大汽车公司都在致力于研发发动机的先进技术，一些新技术应运而生，发动机可变技术就是其中之一。发动机可变技术具体包括可变气门正时／升程技术（VariableValveTiming，VVT／VariableValveLift，VVL）、可变进气歧管技术（VariableIntakeManifold，VIM）、可变截面涡轮技术（VariableGeometryTurbine，VGT）、可变压缩比技术（VariableCompressionRatio，VCR）等。其中，可变压缩比技术（VCR）在提高发动机热效率，提升发动机动力性，降低油耗，降低排放，改善冷启动性等方面发挥着巨大的作用，因此获得了国内外各大车企和研究机构的关注。可变压缩比技术虽然有着上述优点但是却没有得到相应的发展，主要原因是由于现有的可变压缩比方案的结构复杂，成本高，工作可靠性差，一直只处于试验阶段，但作为改善发动机性能最有效的手段之一，可变压缩比技术仍值得我们不断去探索和研究。如图1.3所示是2002年雷诺公司对发动机前沿技术的研究报告,以当前的汽油机的燃油消耗水平为基准，用稀薄均质燃烧和改善热管理等技术,可以降低油耗5%左右,采用汽油直喷和无凸轮等技术可以
第1章绪论3图1.32002年雷诺公司对发动机前沿技术对经济贡献量的潜力评估可变压缩比技术主要是对压缩比进行可控改变，压缩比是发动机的重要参数，是指活塞在下止点时气缸的最大体积与活塞在上止点时气缸的最小体积之比[6]。一般来说，传统的内燃机是固定不变的，因此，传统的内燃机选择压缩比时必然是以各种影响因素为限选出定值，固定的压缩比是考虑到各个参数的折中，必然会牺牲某些工况的性能作为代价，因此难以发挥出整机潜力，将可变压缩比技术运用到发动机上，可以改善发动机的综合性能。对于增压发动机，在大负荷工况时，若压缩比较大，会导致压缩终了时燃烧室的温度和压力可能会因过度升高而产生爆震，这样不仅会影响动力输出，同时会使发动机所受热负荷和机械负荷增大影响发动机的工作寿命，所以，在设计增压式发动机的压缩比时得比普通自然吸气的发动机低很多。但压缩比设计过低，又会导致发动机在低负荷工况下燃料不能充分燃烧，因此不仅会造成输出的扭矩要比普通自然吸气的发动机少的多，而且会恶化发动机的经济性和排放性[7]。在增压发动机上采用可变压缩比技术，在小负荷时采用大压缩比，能够避免由于压缩比固定不变所导致发动机在部分负荷时性能的降低，同时在大负荷时采用小压缩比，能够有效防止爆震的发生。VCR技术在发动机的热效率和经济性方面有着巨大的作用。如图1.4所示，对于传统进气道喷射的汽油机，无论是自然吸气发动机还是增压发动机，在小负荷时如果采用较大的压缩比（14-16），其有效热效率将达到35%以上[8]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]《2016年国内外油气行业发展报告》发布[J]. 天工. 天然气工业. 2017(01)
[2]可变压缩比技术的研究[J]. 孙莉莉. 民营科技. 2015(06)
[3]中国乘用车节能发展现状[J]. 任焕焕,赵冬昶,葛鹏. 汽车与配件. 2015(19)
[4]浅谈属具快换液压系统工作控制原理[J]. 马广奇. 机器人技术与应用. 2013(04)
[5]改善湿式双离合器自动变速器换挡品质的研究[J]. 马瑾,孙伟,刘国强. 现代制造工程. 2013(01)
[6]195柴油机连杆有限元分析及结构优化[J]. 孟建,孟敏,江平. 机械传动. 2012(07)
[7]基于ANSYS的铸件流动场分析[J]. 周桂云. 金属加工(热加工). 2008(23)
[8]N485柴油机连杆静强度有限元分析[J]. 邓兆祥,胡玉梅,王欣,褚志刚. 内燃机. 2001(06)
硕士论文
[1]双元动力发动机活塞连杆组设计[D]. 朱晓鹏.青岛大学 2015
[2]中非石油贸易潜力研究[D]. 牟梅娟.中国海洋大学 2015
[3]一种可变连杆式VCR发动机结构设计与主要零部件动力学分析[D]. 王艺颖.重庆交通大学 2015
[4]一种新型多连杆可变压缩比发动机的多体动力学虚拟仿真研究[D]. 韩旭.天津大学 2012
[5]可变压缩比活塞的力学仿真研究[D]. 郑亮.武汉理工大学 2011
[6]可变压缩比活塞结构设计与试验研究[D]. 阮见明.武汉理工大学 2011
[7]发动机连杆静态与动态特性的有限元分析研究[D]. 龚立新.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：3051468
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
014年-2019年全国汽车保有量走势汽车行业的繁荣与否，是衡量一个国家实力的标准之一，但是随着汽车保有量的增长，各种各样的问题也接踵而至
吉林大学硕士学位论文2为此，我国在汽车的节能减排方面投入大量精力，提出明确目标的同时也制定了日益严苛的法规，要求截止到2020年各大汽车厂商必须要实现国产乘用车平均油耗降到5L/100km[3]，图1.2所示为我国不同阶段油耗法规燃油消耗目标。图1.2我国不同阶段油耗法规燃油消耗目标目前，随着能源形势的日益严峻，排放法规和油耗法规的日益严苛，使得各行各业，尤其是汽车行业对发动机的要求不断提高，一般的发动机不能同时满足良好的动力性、排放性和燃油经济性这三个要求，并且在冷启动、怠速和部分负荷工况时，发动机燃烧不完全一直是待解决的问题[4]，为了解决这些问题，各大汽车公司都在致力于研发发动机的先进技术，一些新技术应运而生，发动机可变技术就是其中之一。发动机可变技术具体包括可变气门正时／升程技术（VariableValveTiming，VVT／VariableValveLift，VVL）、可变进气歧管技术（VariableIntakeManifold，VIM）、可变截面涡轮技术（VariableGeometryTurbine，VGT）、可变压缩比技术（VariableCompressionRatio，VCR）等。其中，可变压缩比技术（VCR）在提高发动机热效率，提升发动机动力性，降低油耗，降低排放，改善冷启动性等方面发挥着巨大的作用，因此获得了国内外各大车企和研究机构的关注。可变压缩比技术虽然有着上述优点但是却没有得到相应的发展，主要原因是由于现有的可变压缩比方案的结构复杂，成本高，工作可靠性差，一直只处于试验阶段，但作为改善发动机性能最有效的手段之一，可变压缩比技术仍值得我们不断去探索和研究。如图1.3所示是2002年雷诺公司对发动机前沿技术的研究报告,以当前的汽油机的燃油消耗水平为基准，用稀薄均质燃烧和改善热管理等技术,可以降低油耗5%左右,采用汽油直喷和无凸轮等技术可以
第1章绪论3图1.32002年雷诺公司对发动机前沿技术对经济贡献量的潜力评估可变压缩比技术主要是对压缩比进行可控改变，压缩比是发动机的重要参数，是指活塞在下止点时气缸的最大体积与活塞在上止点时气缸的最小体积之比[6]。一般来说，传统的内燃机是固定不变的，因此，传统的内燃机选择压缩比时必然是以各种影响因素为限选出定值，固定的压缩比是考虑到各个参数的折中，必然会牺牲某些工况的性能作为代价，因此难以发挥出整机潜力，将可变压缩比技术运用到发动机上，可以改善发动机的综合性能。对于增压发动机，在大负荷工况时，若压缩比较大，会导致压缩终了时燃烧室的温度和压力可能会因过度升高而产生爆震，这样不仅会影响动力输出，同时会使发动机所受热负荷和机械负荷增大影响发动机的工作寿命，所以，在设计增压式发动机的压缩比时得比普通自然吸气的发动机低很多。但压缩比设计过低，又会导致发动机在低负荷工况下燃料不能充分燃烧，因此不仅会造成输出的扭矩要比普通自然吸气的发动机少的多，而且会恶化发动机的经济性和排放性[7]。在增压发动机上采用可变压缩比技术，在小负荷时采用大压缩比，能够避免由于压缩比固定不变所导致发动机在部分负荷时性能的降低，同时在大负荷时采用小压缩比，能够有效防止爆震的发生。VCR技术在发动机的热效率和经济性方面有着巨大的作用。如图1.4所示，对于传统进气道喷射的汽油机，无论是自然吸气发动机还是增压发动机，在小负荷时如果采用较大的压缩比（14-16），其有效热效率将达到35%以上[8]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]《2016年国内外油气行业发展报告》发布[J]. 天工. 天然气工业. 2017(01)
[2]可变压缩比技术的研究[J]. 孙莉莉. 民营科技. 2015(06)
[3]中国乘用车节能发展现状[J]. 任焕焕,赵冬昶,葛鹏. 汽车与配件. 2015(19)
[4]浅谈属具快换液压系统工作控制原理[J]. 马广奇. 机器人技术与应用. 2013(04)
[5]改善湿式双离合器自动变速器换挡品质的研究[J]. 马瑾,孙伟,刘国强. 现代制造工程. 2013(01)
[6]195柴油机连杆有限元分析及结构优化[J]. 孟建,孟敏,江平. 机械传动. 2012(07)
[7]基于ANSYS的铸件流动场分析[J]. 周桂云. 金属加工(热加工). 2008(23)
[8]N485柴油机连杆静强度有限元分析[J]. 邓兆祥,胡玉梅,王欣,褚志刚. 内燃机. 2001(06)
硕士论文
[1]双元动力发动机活塞连杆组设计[D]. 朱晓鹏.青岛大学 2015
[2]中非石油贸易潜力研究[D]. 牟梅娟.中国海洋大学 2015
[3]一种可变连杆式VCR发动机结构设计与主要零部件动力学分析[D]. 王艺颖.重庆交通大学 2015
[4]一种新型多连杆可变压缩比发动机的多体动力学虚拟仿真研究[D]. 韩旭.天津大学 2012
[5]可变压缩比活塞的力学仿真研究[D]. 郑亮.武汉理工大学 2011
[6]可变压缩比活塞结构设计与试验研究[D]. 阮见明.武汉理工大学 2011
[7]发动机连杆静态与动态特性的有限元分析研究[D]. 龚立新.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：3051468
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3051468.html
