发动机可变排量技术研究分析
发动机可变排量技术研究分析[20200408212243]
摘 要
本文针对实现可变排量技术的主要途径—停缸节油技术入手。从发动机的结构入手对排量的定义经行阐述，着重研究了发动机是如何实现可变排量技术的。根据变排量技术特点介绍了停缸的工作模式；重点分析了直列4缸和6缸可变排量发动机的运行模式；由于技术自身特点也指出该模式造成的发动机气缸磨损不均、振动强烈等一些方面的不足，初步提出了改进的措施和建议等。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:可变排量停缸运行模式AnalysisandResearchofEngineVariableDisplacementTechnology
目 录
第一章 前言 1
1.1 可变排量技术的国内外研究现状 1
1.2 研究可变排量技术的目的与意义 1
1.3 课题来源 2
第二章 发动机配气机构 3
2.1 发动机配气机构 3
2.2 凸轮轴和曲轴共同完成发动机的工作循环 3
2.3排量概念 4
第三章 可变排量技术的实现方法 6
3.1 发动机负荷特性 6
3.2 可变排量的原理 7
3.3 如何实现可变排量技术 8
第四章 可变排量技术模式设计 10
4.1 可变排量模式设计中的概念 10
4.2 可变排量模式设计方案 12
4.3 四缸发动机的可变排量（VPD)的设计模式 12
4.4 L6发动机的可变排量模式（VPD)设计 15
第五章 问题和展望 19
第六章 结束语 20
参考文献 21
致谢 23
第一章 前言
今日的社会汽车逐渐成为人们旅游的重要交通工具，然而许多业主们都感觉他们的车辆在行驶过程中所要的动力在很多时间内远远低于汽车所具有的额定功率，那车辆在正常驾驶中发动机有的是处于部分负荷的工作状态，这样很大程度上降低了发动机的工作效率和对应的结果是汽车的燃油经济性也会变的很差，达不到发动机较佳的燃油消耗水平。
那么，我们应该好好地想一想，是不是可以根据需要来改变发动机的排量，能使汽车带到一个更好的节油状态。可变排量技术就是在这种背景下产生的。它设计出来是让发动机在低负荷时关闭部分气缸，有效的降低燃油消耗；在高负荷时全部气缸工作，达到功率利用的最佳。发动机可变排量是一项特别有意义的科学技术。运用十分广范。因此，本课题对于发动机可变排量技术的研究十分有必要。
1.1 可变排量技术的国内外研究现状
简单的说，可变排量技术就是采用具有迅速反应能力的多功能微处理器快速根据发动机负荷的变化适时中断或恢复部分气缸工作能力的一项技术。美国、日本汽车公司是最早开发可变排量发动机的公司。上世纪，美国福特公司通过研究，开发出型号为VDE的可变排量发动机,福特公司生产把它投入在生产的部分轿车和卡车上，以进一步改善汽车的燃油经济性。1982年，日本三菱汽车公司开发的幻影轿车上搭载的称为“猎户座”的可变排量的引擎上[1]。该引擎是由三菱汽车公司独自研制的，采用了气门停止的结构来实现排量的可变。之后本田采用独资开发的VTEC（可变正时电子控制）机构，在思域混合动力车与激励轿车上装备可变排量发动机[2]。其采用可调摇臂式的停缸技术在当时是很先进的。在可变排量这一技术上，国外起步的比较早，所以这方面的技术是很领先的。国内在停缸方面的研究发展比较晚，最先开始于上世纪六十年代。1962年中国《机械工程学报》发表文章，标题为《组合式发动机》，提出了组成机（断开驱动器单元执行部分停缸）的设计演示的技术的可行性，从理论上分析了组成机的特性，假设了一种算法叫做评价运用节油的近似值[3]。
1.2 研究可变排量技术的目的与意义
安全、环保与节能是21世纪汽车发展的主题。随着当今社会的迅速发展，汽车已经越来越普遍。无论是什么车，油耗量已经成为人们最关心的一种问题。在汽车日常行驶过程中，发动机的行驶工况随车速和道路阻力的变化而改变。而汽车的行驶工况和发动机的排量在一定程度上决定发动机的实际工作负荷。减少发动机的实际工作排量通过关闭一些气缸来实现。但是在保证运转平稳的情况下的，使发动机多数工况都工作在较低油耗的经济负荷率范围内，故为提高发动机在怠速及小负荷时汽车运行的经济性，有效地减少燃油消耗量，采用可变排量技术。本文主要通过现有的一些技术可实现发动机的可变排量的研究想达到如下目的：深入了解和分析发动机配气机构的构造与其原理；结合汽车发动机的结构和排量的相关知识，对现有的可变排量技术存在的问题进行思考；探索现有可变排量所存在问题的解决方案；加深进一步对先进技术的了解；提高自身分析解决问题的能力，拓展视野。
1.3 课题来源
当代汽车工业已经成为国民经济的支柱产业，其发展水平反应了国家工业技术的综合实力。我国汽车工业也在飞速发展，已经成为世界第一大汽车生产国和消费国。进入20世纪90年代以来，关于汽车节能的话题是人们关注的重点。当然随着科学的进步，这方面的技术也取得了突飞猛进的发展。比如，发动机稀燃技术、增压技术、燃油掺水节油技术、发动机可变排量技术、发动机可变配气正时技术、可变进气歧管技术、可变压缩比技术、电子节气门技术等等。其中发动机的可变排量这一技术有很多优点，对汽车的减排，耗油量的降低，减少对大气的污染，是现代人最关心的一类的技术。所以对发动机可变排量技术分析与研究，归纳和完善，以期对这项技术有更加深刻的了解和认识。
第二章 发动机配气机构
2.1 发动机配气机构
配气机构的功能是按照每一次气缸内进行的引擎工作循环和点火顺序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜充量（汽油机的是可燃混合气、柴油机为空气）迅速吸进气缸，而废物能在一定时间从气缸排出[4]。发动机的配气机构是本课题所研究变排量技术与发动机最密切相关的机构。
配气机构包括进气门、排气门、摇臂、气门间隙、凸轮轴以及凸轮轴定时带轮等。详细请看下图2-1。
图2-1 发动机配气机构
2.2 凸轮轴和曲轴共同完成发动机的工作循环
凸轮轴上装配气缸，排气凸轮，按一定顺序工作，定时使气门开启和关闭阀门，并保证气门有足够的升程。就四缸发动机而言，每完成一次工作循环，曲轴旋转两周而凸轮轴只旋转一周，在此期间，每个气缸都要进行一次进（或排）气，且各缸进（或排）气的时间间隔相等，即各缸进（或排）气凸轮彼此间的夹角均为360°/4=90°。由图2-2可见，该4缸四冲程发动机的点火次序为1-3-4-2（凸轮轴旋转方向，从前端向后看）。那么6缸四冲程发动机的凸轮轴点火顺序为1-5-3-6-2-4。任何两个相继发火的气缸进（或排）气凸轮间的夹角均为360°/6=60°。发动机的点火顺序为本课题变排量的设计模式提供了前提。
图2-2 四缸四冲程汽油机凸轮轴
2.3排量概念
下图2-3所示为发动机作功示意图。在进行往复运动的活塞，其顶面从一个方向向相反方向的转变点地点称为止点。当活塞顶面距离曲轴中心线最远时的地方，称为上止点；活塞表面点接近曲轴中心线最近的止点称为下止点，活塞运动时上，S的两个点的距离称为活塞行程。曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的垂直距离R叫做是曲曲柄半径。活塞每走一个行程相应于曲轴旋转180°。那些具备气缸中心线和曲轴中心线相交条件的发动机，曲轴半径R的是活塞行程S的一半。
图2-3 发动机示意图
一个气缸中活塞运动一个行程所扫过的容积称为气缸工作容积，可用符号Vs表示。一台发动机全部气缸工作的总和称为发动机排量，用符号 （L)表示，
= = [4] （2-3）
摘 要
本文针对实现可变排量技术的主要途径—停缸节油技术入手。从发动机的结构入手对排量的定义经行阐述，着重研究了发动机是如何实现可变排量技术的。根据变排量技术特点介绍了停缸的工作模式；重点分析了直列4缸和6缸可变排量发动机的运行模式；由于技术自身特点也指出该模式造成的发动机气缸磨损不均、振动强烈等一些方面的不足，初步提出了改进的措施和建议等。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:可变排量停缸运行模式AnalysisandResearchofEngineVariableDisplacementTechnology
目 录
第一章 前言 1
1.1 可变排量技术的国内外研究现状 1
1.2 研究可变排量技术的目的与意义 1
1.3 课题来源 2
第二章 发动机配气机构 3
2.1 发动机配气机构 3
2.2 凸轮轴和曲轴共同完成发动机的工作循环 3
2.3排量概念 4
第三章 可变排量技术的实现方法 6
3.1 发动机负荷特性 6
3.2 可变排量的原理 7
3.3 如何实现可变排量技术 8
第四章 可变排量技术模式设计 10
4.1 可变排量模式设计中的概念 10
4.2 可变排量模式设计方案 12
4.3 四缸发动机的可变排量（VPD)的设计模式 12
4.4 L6发动机的可变排量模式（VPD)设计 15
第五章 问题和展望 19
第六章 结束语 20
参考文献 21
致谢 23
第一章 前言
今日的社会汽车逐渐成为人们旅游的重要交通工具，然而许多业主们都感觉他们的车辆在行驶过程中所要的动力在很多时间内远远低于汽车所具有的额定功率，那车辆在正常驾驶中发动机有的是处于部分负荷的工作状态，这样很大程度上降低了发动机的工作效率和对应的结果是汽车的燃油经济性也会变的很差，达不到发动机较佳的燃油消耗水平。
那么，我们应该好好地想一想，是不是可以根据需要来改变发动机的排量，能使汽车带到一个更好的节油状态。可变排量技术就是在这种背景下产生的。它设计出来是让发动机在低负荷时关闭部分气缸，有效的降低燃油消耗；在高负荷时全部气缸工作，达到功率利用的最佳。发动机可变排量是一项特别有意义的科学技术。运用十分广范。因此，本课题对于发动机可变排量技术的研究十分有必要。
1.1 可变排量技术的国内外研究现状
简单的说，可变排量技术就是采用具有迅速反应能力的多功能微处理器快速根据发动机负荷的变化适时中断或恢复部分气缸工作能力的一项技术。美国、日本汽车公司是最早开发可变排量发动机的公司。上世纪，美国福特公司通过研究，开发出型号为VDE的可变排量发动机,福特公司生产把它投入在生产的部分轿车和卡车上，以进一步改善汽车的燃油经济性。1982年，日本三菱汽车公司开发的幻影轿车上搭载的称为“猎户座”的可变排量的引擎上[1]。该引擎是由三菱汽车公司独自研制的，采用了气门停止的结构来实现排量的可变。之后本田采用独资开发的VTEC（可变正时电子控制）机构，在思域混合动力车与激励轿车上装备可变排量发动机[2]。其采用可调摇臂式的停缸技术在当时是很先进的。在可变排量这一技术上，国外起步的比较早，所以这方面的技术是很领先的。国内在停缸方面的研究发展比较晚，最先开始于上世纪六十年代。1962年中国《机械工程学报》发表文章，标题为《组合式发动机》，提出了组成机（断开驱动器单元执行部分停缸）的设计演示的技术的可行性，从理论上分析了组成机的特性，假设了一种算法叫做评价运用节油的近似值[3]。
1.2 研究可变排量技术的目的与意义
安全、环保与节能是21世纪汽车发展的主题。随着当今社会的迅速发展，汽车已经越来越普遍。无论是什么车，油耗量已经成为人们最关心的一种问题。在汽车日常行驶过程中，发动机的行驶工况随车速和道路阻力的变化而改变。而汽车的行驶工况和发动机的排量在一定程度上决定发动机的实际工作负荷。减少发动机的实际工作排量通过关闭一些气缸来实现。但是在保证运转平稳的情况下的，使发动机多数工况都工作在较低油耗的经济负荷率范围内，故为提高发动机在怠速及小负荷时汽车运行的经济性，有效地减少燃油消耗量，采用可变排量技术。本文主要通过现有的一些技术可实现发动机的可变排量的研究想达到如下目的：深入了解和分析发动机配气机构的构造与其原理；结合汽车发动机的结构和排量的相关知识，对现有的可变排量技术存在的问题进行思考；探索现有可变排量所存在问题的解决方案；加深进一步对先进技术的了解；提高自身分析解决问题的能力，拓展视野。
1.3 课题来源
当代汽车工业已经成为国民经济的支柱产业，其发展水平反应了国家工业技术的综合实力。我国汽车工业也在飞速发展，已经成为世界第一大汽车生产国和消费国。进入20世纪90年代以来，关于汽车节能的话题是人们关注的重点。当然随着科学的进步，这方面的技术也取得了突飞猛进的发展。比如，发动机稀燃技术、增压技术、燃油掺水节油技术、发动机可变排量技术、发动机可变配气正时技术、可变进气歧管技术、可变压缩比技术、电子节气门技术等等。其中发动机的可变排量这一技术有很多优点，对汽车的减排，耗油量的降低，减少对大气的污染，是现代人最关心的一类的技术。所以对发动机可变排量技术分析与研究，归纳和完善，以期对这项技术有更加深刻的了解和认识。
第二章 发动机配气机构
2.1 发动机配气机构
配气机构的功能是按照每一次气缸内进行的引擎工作循环和点火顺序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜充量（汽油机的是可燃混合气、柴油机为空气）迅速吸进气缸，而废物能在一定时间从气缸排出[4]。发动机的配气机构是本课题所研究变排量技术与发动机最密切相关的机构。
配气机构包括进气门、排气门、摇臂、气门间隙、凸轮轴以及凸轮轴定时带轮等。详细请看下图2-1。
图2-1 发动机配气机构
2.2 凸轮轴和曲轴共同完成发动机的工作循环
凸轮轴上装配气缸，排气凸轮，按一定顺序工作，定时使气门开启和关闭阀门，并保证气门有足够的升程。就四缸发动机而言，每完成一次工作循环，曲轴旋转两周而凸轮轴只旋转一周，在此期间，每个气缸都要进行一次进（或排）气，且各缸进（或排）气的时间间隔相等，即各缸进（或排）气凸轮彼此间的夹角均为360°/4=90°。由图2-2可见，该4缸四冲程发动机的点火次序为1-3-4-2（凸轮轴旋转方向，从前端向后看）。那么6缸四冲程发动机的凸轮轴点火顺序为1-5-3-6-2-4。任何两个相继发火的气缸进（或排）气凸轮间的夹角均为360°/6=60°。发动机的点火顺序为本课题变排量的设计模式提供了前提。
图2-2 四缸四冲程汽油机凸轮轴
2.3排量概念
下图2-3所示为发动机作功示意图。在进行往复运动的活塞，其顶面从一个方向向相反方向的转变点地点称为止点。当活塞顶面距离曲轴中心线最远时的地方，称为上止点；活塞表面点接近曲轴中心线最近的止点称为下止点，活塞运动时上，S的两个点的距离称为活塞行程。曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的垂直距离R叫做是曲曲柄半径。活塞每走一个行程相应于曲轴旋转180°。那些具备气缸中心线和曲轴中心线相交条件的发动机，曲轴半径R的是活塞行程S的一半。
图2-3 发动机示意图
一个气缸中活塞运动一个行程所扫过的容积称为气缸工作容积，可用符号Vs表示。一台发动机全部气缸工作的总和称为发动机排量，用符号 （L)表示，
= = [4] （2-3）
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