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[发动机] 小排量发动机降噪和性能提升

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发表于 2015-11-25 03:15:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
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小排量发动机降噪和性能提升

小排量发动机降噪和性能提升

        图1 无间隙齿轮传动机构

        小排量发动机通过合理的设计,达到降噪和性能提升;采用比较特殊的机构来减小冲击,从而减小噪声;把大排量发动机的技术移植到小排量发动机上,对传统小排量发动机进行升级,提高小排量发动机在市场上应用,拓宽小排量发动机销售市场,进而缓解能源供应的压力。
        前言
        汽车进入家庭是中国未来五年的主旋律和大方向。然而,随着汽车保有量的逐年增加,能源消耗也越来越大,汽车尾气排放对人体健康的影响也越来越明显。降低发动机的排量,一般来说可以减少20%的CO2排放,基于对环境保护和节约能源需要,就要抑制大排量汽车的生产与消费、鼓励小排量汽车的生产和消费。财政部和国家税务总局联合发出通知,决定从2008年9月1日起调整汽车消费税政策,提高大排量乘用车的消费税率,降低小排量乘用车的消费税率,为中国汽车产业结构调整和产品结构调整发出了明确信号,生产高效、节能、低排放的小排量发动机是众多企业产业结构调整的一个策略。
       

小排量发动机降噪和性能提升

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        图2 提升前的气道尺寸

        奇瑞汽车公司在开发先进性的小排量发动机领域方面,走在国内行业的前列,为了减小噪声,把无间隙齿轮传动成功移植到自主开发的发动机上,同时,为了保持产品的先进性,不断对产品的性能进行提升。
        双凸轮轴间无间隙齿轮传动机构
        顶置双凸轮轴结构中的双凸轮轴之间的传动方式有齿轮传动、链轮+链条和正时齿轮+齿带等。本小排量发动机双凸轮轴之间采用无间隙齿轮传动机构(见图1),确保两根凸轮轴间的传动平稳性,防止发动机高速运转时,因齿轮的齿侧间隙引起冲击和往复敲击,从而减小机械噪声。
       

小排量发动机降噪和性能提升

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        图3 提升后的气道尺寸

        排气凸轮轴上装有1个主动斜齿轮,进气凸轮轴上装有1个从动斜齿轮和1个辅助斜齿轮,从动斜齿轮比辅助斜齿轮要厚,主要是用来传递两根凸轮轴间的运动和力,辅助斜齿轮空套在进气凸轮轴上,主要是用来消除两齿轮传动时的齿侧间隙,两斜齿轮与排气凸轮轴上的主动斜齿轮模数相同,齿数相等,但螺旋角方向相反。进气凸轮轴的从动斜齿轮和辅助斜齿轮之间有一传动环,它是依靠传动环的弹性变形,使辅助齿轮、从动齿轮始终与主齿轮啮合,补偿齿轮磨损时的间隙,同时还能减小两齿轮侧面因摩擦或撞击而产生的噪声;当两根凸轮轴进行正常运转时,从动斜齿轮的轮齿一侧与主动斜齿轮的相啮合齿的一侧相啮合,而辅助斜齿轮的另一侧和主动斜齿轮的相啮合齿另一侧啮合,保证主动齿轮轮齿两侧始终与从动齿轮、辅助齿轮轮齿两侧分别啮合,使齿轮副间形成无间隙的传动,避免因齿轮加工误差而产生的齿侧间隙,同时避免齿轮啮合时产生相对滑动、冲击和反复敲击。采用这种结构,消除了两机械运动件因冲击而产生的噪声。
       

小排量发动机降噪和性能提升

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        图4 提升前的气道形状

        小排量发动机的动力提升
        大部分人都认为小排量发动机技术含量较低、样式陈旧、产品早已过时、淘汰,动力性满足不了消费者的需要,虽然我们开发的这款小排量发动机,在开发初期已经达到国际一流小排量发动机的水平,但是,基于奇瑞人永不满足这个观点,我们对小排量发动机进行了性能提升。
        在本次动力性提升过程中,主要是对缸盖气道的大小(见图2、图3)和走向进行优化(见图4、图5),然后进行计算分析。
       

小排量发动机降噪和性能提升

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        图5 提升后的气道形状

        为了保证缸盖气道改进的合理性,我们对缸盖气道改进前后的进气道流场进行数值模拟,计算模型如下:
        将改进前后的气道数模中提取进气气道的型线,为了使进气道进口的压力保持稳定,在气道进口处增加一个稳压腔,在燃烧室下面加一个气缸,组成一个计算域,分别计算凸轮轴不同升程状态下气体的流量系数,具体模型如图6和图7所示。
       

小排量发动机降噪和性能提升

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        图6 缸盖进气道计算模型

        1. 边界条件的设定
        气体进口边界条件
        气道进气口气体总压力P0=100 000Pa,静压P1=99 950Pa,气体温度T1=293K
        气道出口气体静压P2=97550Pa,气体温度T2=300K
       

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        图7 缸盖进气道计算模型网格

        2. 流量系数的计算
        流量系数是评定进气道性能的主要参数,通过模型计算后,可以得出流量系数如表1所示。
       

小排量发动机降噪和性能提升

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        从上表可以看出,在其他条件相同的前提下,气道改后流量系数比改进前有很大程度的提高,在气门升程为1mm时,流量系数增加最大为28.7%,在气门升程为3mm时,流量系数增加值最小为16.8%。
        3. 试验验证
        为了对气道改进的效果进行验证,在完成计算结束后将缸盖的气道芯盒做了快速成型后,在台架试验中对改进的气道进行试验验证,数据如表2所示。
       

小排量发动机降噪和性能提升

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        从台架的数据可以看出,缸盖气道改进后发动机外特性各转速扭矩比改进前相同转速外特性扭矩都有所提高,从理论计算分析,流量系数增加值最小为16.8%,但是气体流量增加后,影响燃烧的其他参数的配合情况,再加上电喷系统标定过程中考虑到燃油消耗和排放的限制,发动机最大扭矩提高8.9%,额定功率增加了7.6%。
        我国现在面临着能源和环境的巨大压力,为了缓解这些压力,同时要满足消费者对动力性的需求,开发动力性好、经济耐用、低排放的发动机是每个汽车生产企业一直在追寻的目标,比功率较大的微型轿车,在我国的需求量将会有突飞猛进的发展。
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