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1、节能汽车设计-发动机设计1.绪论1.1概述 1.1.1 当前世界的能源形势 能源是世界人类社会经济发展的重要物质基础，是生产力发展的主要动力。世界经济发展历史充分表明：能源的增长速度与GDP同步增长，呈正相关。战后5070年代世界费本主义经济大发展与充足的廉价能源供给，特别是石油供给密切相关。为此能源供给引起世界的普遍关注。能源是人类社会发展的重要基础瓷源。但由于世界能源资源产地与能源消费中心相距较远，特别是随着世界经济的发展、世界人口的尉增和人民生活水平的不断提高，世界能源需求量持续增大，由此导致对能源资源的争夺日趋激烈、环境污染加重和环保压力加大。由此可以断定,在未来生活中,节能减排这个话
2、题将不会减弱,相反的,反而会被越来越多的人所关注,而节能减排最终会成为一个永久的话题被人们所认识和对待. 1.1.2节能汽车概况 节能汽车指的是低能耗、低污染、新能源、新动力汽车。节能汽车的宗旨就是在满足需求的前提下尽可能少的耗费能源，同时减少污染气体的产生。由于能源危机和环境问题的日益严重性,越来越多的汽车厂家开始研制节能型汽车,不仅从汽车整体结构入手,节能型发动机的研究更是其中的重中之重。目前世界上的节能型汽车主要有三种类型，一是纯电动汽车。二是混合动力汽车，三是燃料电池汽车。1.2论文选题的背景及意义自从发动机的发明产生以来，石油的危机和温室气体的排放问题愈演愈烈，不断威胁着人类的生存和
3、发展，越来越多的汽车在给人们带来方便快捷的同时也不断的耗费能源和排放废气。在世界石油资源的日益衰竭的危机下，节能型发动机的研究成为人类研究的课题。各国政府对此十分重视，每年都不断的有更新更好的节能车型在出现，高效率的节能车势必给整个世界带来巨大的经济和社会效益。越是排量小，耗油少的车就越是受欢迎，这已成为当代汽车设计的主流理念。对于参加节能竞技大赛的车辆而言，赛车需要在一定时间内完成规定行驶的里程，耗油量最少的车队获胜，即对车辆的速度，耗油量都有要求。发动机是为节能车提供动力的装置，发动机的改造成功与否，直接影响着比赛的成绩。同时该项比赛集思广益，利用大众的智慧来思考发动机的节能改造方案，激起
4、大众对节能的认识和兴趣，可以说是一种行之有效的方法，对于全世界的节能减排必将产生积极的推动作用。 1.3 论文研究的主要内容（1）根据实际应用情况，做详细的调研，并在此基础上确定合理的方案。（2）设计合理的发动机内部结构改造方案及控制系统方案。（3）对系统进行必要的运动参数计算，对汽车的控制系统进行探讨。 （4）绘制车体的设计图，发动机的改造方案。（5）部件图其零件图。（6）编写设计说明书在发动机改造方面，我综合了赛道的条件和比赛要求对发动机进行调整，计划对以下部分进行改进：拆除发动机不必要的部分，减小发动机汽缸体积，精调化油器。2.发动机2.1发动机发展简史 发动机，又称为引擎，是一种能够把
5、一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器，通常是把化学能转化为机械能。发动机最早诞生在英国, 回顾发动机产生和发展的历史，它经历了外燃机和内燃机两个发展阶段。所谓外燃机，就是燃料在发动机的外部燃烧，发动机将这种燃烧产生的热能转化成动能的机器。内燃机就是燃料在发动机的内部燃烧，同时将这种燃烧产生的热能转化成动能。18世纪中叶，瓦特发明蒸汽机标志着发动机的产生，蒸汽机这种外燃机是当时哪个时代最主要的代表。1886年，奔驰一号的发明代表着内燃机开始进入我们的生活。虽然当初的发动机动力小，效率低，但是随着时代的发展，发送机也有了巨大的改变，由最初的外燃机发展到内燃机，再由1892年发明化油器而产生的化
6、油器发动机，再到1967年电喷技术的出现而产生的电喷发动机，然后就是近几年的缸内直喷技术发展起来的缸内直喷发动机。无一不是发动机跨时代的进步。2.3 当代发动机节能新技术 通过查阅资料，当代发动机先进技术主要有以下几点：一：CBR（可控燃烧速率）技术。该技术是通过控制进气气流的组织形式（涡流和滚流）来改善燃烧，以达到降低排放，提高燃油经济性的新技术。主要有两种形式蝶阀式和滑板式。优点是：1.具有良好的燃油。2.不需要特别的低硫燃油。3.不需要成本较高的高压燃油系统。4.提高废气排放标准。二：TCI（涡轮增压中冷）技术。该技术是利用专门的压气机将气体在进入汽缸前预先进行压缩，提高进气压力，从而提
7、高进入汽缸的气体密度，减小体积，由此，单位体积内气体质量增加，满足燃烧需要又可提高发动机的体积比功率和重量比功率、提高机械效率、减少有害废气的排放和降低噪声。增压方式主要有三种：涡轮增压、机械增压和气波增压。TCI的优点是在不增加排量的基础上大幅度提高功率和扭矩，同时提高燃油经济性和降低尾气排放。三：DGI（汽油直喷）技术。该技术是通过电控系统的控制直接将汽油直接喷射在燃烧室内，同通过气门进入的空气进行混合从而形成可燃混合气进行燃烧。优点是：1.提高发动机的压缩比，同时发动机具有更高的热效率，燃料热充分利用。利用该技术的发动机动力比普通的高40%。2.卓越的燃油经济性，油耗量低，升功率大。3.
8、能有效降低HC、NO和CO等有害废气污染物的排放。四：VVT（可变气门）技术。由于发动机运转速度不同，所需要的气门叠开角不同，而通常的发动机气门都是固定的，无法控制气门的叠开角，为节省燃油，出现了VVT技术。该技术是通过对某种特定的转速/负荷运行模式进行优化来降低油耗和有害物质的排放。该技术的运用，使得高速功率和低速扭矩有了较大的提高怠速性能更趋于优化，解决了常用的固定气门和节油之间的矛盾。2.4 我国发动机研发现状 我国发动机研发主要有三种形式：一是企业自行研发，主要是一些独立的发动机生产企业。二是委托或与国外技术公司合作研发，主要对象是自主品牌的整车企业或者发动机企业。三是引进国外先进技术
9、，笑话、吸收和改进，主要是一些合资企业。 我国车用能源消耗日益紧迫，从2000年至今，我国汽车保有量以年均10%以上的速度递增，车用燃油消费占石油消耗的比例逐年增加，2007年末达到34.12%。我国汽车发动机的质量及可靠性在最近的二十年虽然取得了较大的进步，但是发动机的节能减排技术远低于国外先进水平，平均油耗高于国外发动机10%以上。汽车发动机节能减排技术的研发也是国内汽车企业参与国际竞争、走向国际市场的需要。这些紧迫的形势在逼迫我们加快节能发动机技术的研发，但是，在这方面我们国家还存在很多的问题。一：我国汽车及发动机企业对节能汽车发动机的研发还没有形成有效的开发模式，相应的经验积累也较少。
10、二：由于我国汽车发动机新的节能减排技术研发滞后，每到新的节能减排标准实施时，自主品牌企业不得不依靠国外技术，并因此支付过多的费用。三：对先进、前沿的节能减排技术，国内企业由于能力限制，目前只能是模仿。四：政策层面缺少行之有效的支持措施。 为促进我国节能发动机的研发，国家制订了一系列的政策措施。技术方面：将节能与新能源汽车的关键技术和零部件研发列入国家科技计划，给予重点支持。建立节能与新能源汽车产业联盟，集中力量攻克关键技术，促进产业化发展建立符合中国实际的行驶工况以及特定地区、特定车型的行驶工况，促进燃料经济性水平提高。尽快制定和完善节能与新能源汽车技术标准和法规。财税方面：国家采取补贴和税费
11、优惠政策，推动纯电动汽车、混合动力汽车等新能源汽车发展。建立以汽车燃料经济性标准为依据的财税奖罚机制。对达到国家标准的汽车产品，纳税人执行标准的纳税税率；对优于国家标准的汽车产品，按等级调减纳税税率；对低于国家标准的汽车产品，按等级提高纳税税率。建立与车辆燃料经济性挂钩的惩罚性特别目的税：对不达标的车辆给予惩罚性的税收，在交纳了相应的罚款后准予生产和进口，以及上牌和注册使用。建立这种目的税是为了在不增加国家财政支出的情况下，很好地解决节能降耗目标实现与市场需求间的一些难以协调的矛盾。3.本田125发动机结构及改装 3.1 发动机机体组3.1.1机体组组成发动机机体组主要由气缸盖、气缸体、曲轴箱
12、、油底壳和汽缸垫组成的。是发动机各机构、各系统装配基体，也是发动机最主要的部分，其他部分分别是配气机构、供油系统、活塞连杆杆机构、启动系统、冷却系统和润滑系统组成。 图3.1.1汽缸体 图3.1.2活塞连杆机构3.1.2 机体组改装操作3.1.2.1气缸改造（1）对汽缸盖上汽缸接触面进行面磨削及研磨，同时，通过使用薄汽缸垫能提高压缩比。 （2）优化进气岐管的长度，提高惯性吸气充填效果。 （3）将排气管直管化并调节其长度，提高惯性排气量。 （4）发动机油为比赛期间的消耗品，采取自然落下式，卸下既有的润滑系统减轻重量。 （5）通过研磨吸气排气口内部，减低供气排气摩擦阻力。 （6）由于发动机的驱动时
13、间较少，为保温可去掉冷却风扇，这样也可减轻重量。 （7）使用填隙料密封吸气部的各个接合部提高气密性。具体操作是：在汽缸体内加焊一个本田70发动机的汽缸套。依照汽缸体内加焊的汽缸套的长度切除部分汽缸体，加工研磨汽缸体垫片2接触的汽缸体面。图3.1.2.1汽缸装配体3D图3.1.2.2 曲轴箱改造变速系统是为了获得不同转速下的不同车速和扭矩。同时将曲轴连杆活塞的上下往复运动转换成曲轴的旋转运动。 离合器是位于变速系统与传动系统之间，起一个柔和地传递动力（切断动力）的作用的装置。变速器就是根据这一原理来设计的：小齿轮（或小带轮）为主动轮传动大齿轮（或大带轮），则转速降低扭矩增加；大齿轮（或大带轮）为
14、主动轮传动小齿轮（或小带轮），则转速增高扭矩降低。当发动机转速增高时，3个蹄块产生离心力，当离心力超过拉簧的预拉力并达到一定数值时（发动机转速增高至2200转以上时），蹄块与外沿的摩托盘贴合，产生磨擦力，进而构成一个力矩传递到变速箱主轴。当发动机转速下降（至1500转时），蹄块所产生的离心力不足以克服拉簧拉力，就不能与磨擦盘贴合，离合器就处于分离状态，此时传递到后轮的动力被切断。 在变速和传动系统部分，动力的传递路线是：曲轴-皮带轮无级变速-（1次变速传动）-离合器-末级齿轮组件-（2次减速传动）-后轮轮毂。为了减轻发动机的自身重量，我们可以去掉变速齿轮的部分。由于变速箱内齿轮变速机构变速过程
15、复杂，若由变速箱来变速，会导致能量的损失。所以，将变速机构直接改为发动机外部的曲轴动力输出端与节能车动力轮之间的简单齿轮变速机构。而切去发动机本身变速机构，同时还可以减轻车体重量，所以，将变速机构直接改为发动机外部的曲轴动力输出端与节能车动力轮之间的简单齿轮变速机构。具体改造方案：首先拆除变速箱内部结构 ，然后将多余的机体外壳切除，但要保证曲轴空间。输出功率固定为4速档，省略变速器，减轻发动机本身的重量。为了车辆能够行驶并发挥出最高速度，通过与安装在车轮上的链轮齿轮比来控制车速。拆除档位开关连接器。焊死档位开关连接器在左曲轴箱上的开孔。根据汽缸体和汽缸头的长度调节双头螺栓的长度。图3.1.2.2曲轴箱3D视图3.1.2.3 换挡鼓改造图3.18换挡鼓爆炸视图表3.1.2换挡鼓零件目录号码零件名称数量号码零件名称数量1右拨叉111变档臂弹簧12左拨叉112变档回位弹簧13拨叉轴113回位弹簧销14变速鼓114档位开关帽15定位板组合115档位开关弹簧16变速鼓保持架116销轴(变档轴摇臂回位弹簧)17压板组合117垫圈6.1mm18压板弹簧118滚子3X8.5
