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毕业设计外文翻译
用于柴油发动机的可变气门液压升降机系统的设计
摘要
本研究提出用于柴油发动机的连续可变气门升程（VVL）机制。液压机构是由一个驱动柱塞，驱动柱塞，液压缸，以及液压油箱组成，是VVL机构的关键部分。仿真中进行研究的最大气门升程和驱动活塞的旋转角之间的关系。计算结果指示出该最大气门升程随旋转角度的增大而减小。原型被制作并且成功的测试单缸柴油发动机。本次实验中，分别在驱动活塞的不同的旋转角度进行的，验证计算结果的准确性。实验气门升程曲线和凸轮升程曲线之间的差被认为是液压油的泄露导致的结果。旋转驱动柱塞泵是调节气门升程的有效方法。在VVL机制的工作稳定性通过多循环操作进行验证。实验结果表明，VVL机构是可以用于实现连续有效和可靠控制的VVL发动机中。
关键词:柴油机；液压机构；减少气门；可变气门升程
1.介绍
能源短缺和污染控制的问题随着日益严格的排放法规导致可变气门技术的发展，用以减少燃料消耗和发动机排放。原来几个设备制造企业已经考虑申请在可变气门驱动（VVA）的机制下的新一代汽车[1，2]。
目前的阀门控制系统由两部分组成，即可变阀正时（VVT）机构和可变气门升程（VVL）机制。扭矩曲线，刹车功率曲线和指示灯的功率曲线可以通过控制阀定时[3-5]来提高。汽油的节流阀发动机可以通过引入一个VVT系统，去除其中显著降低泵气损失。相当多的研究表明发动机的点火损失和燃油消耗中等负荷可通过此技术降低10％-15％[6,7]。此外，VVT可用于控制最高温度及气缸与残差的量，这两者都是有用用于降低发动机排放[8,9].
VVL还在发动机性能中起重要作用[10，11]。结合VVL和废气涡轮增压提供了一个相当大的潜在力，以提高双方的低端扭矩和发动机最大功率。对于柴油发动机，一个小的阀的阀门升程在发动机速度较低时增加气缸负压和进气涡流，这都有利于改善燃料空气混合和燃油经济性并且还能在低速时增加扭矩。在发动机高转速大的气门升程时增加充电效率，这是为提高功率并且有利改善高速发动机的性能。此外，如果一个多气缸发动机在低负荷下运行，那么一个阀升程为零时几个汽缸可减少速度从而来实现停缸的技术。这种方法有效地降低燃油消耗。
因此，在发动机技术发展中，可变气门技术是可取的。众多的阀门控制系统已被提出，并且几这些系统有被证明在发动机[12-15]。可变气门技术有几个缺点，包括复杂的结构，复杂的控制过程，并且需要额外的能量。这些缺点限制可变阀的应用技术工程。
图 1 VVL的机构的结构
一个简单而有效的VVL机制，在此提出研究。原型，制作与成功在一
个单一的柴油机测试。该VVL机制没
有复杂的结构，并且只有轻微的变化都在由现有的引擎来实现连续VVL。这
张纸描述了VVL电梯的持续发展进步机制。设计功能和操作的机构的进行说明。的有效性和可靠性VVL机制是通过对实验所证实单柴油发动机。
2.VVL机构的说明
VVL机构的结构示于图1。阀的驱动机构是基本上与与阀和凸轮习惯引擎。然而，本系统具有一液压机构，它是控制气门升程的关键部分。
液压机构主要包括一个驱动连接到摇臂柱塞，驱动柱塞连接到一个阀，液压缸充满液压油，和一个小液压油箱即得到液压油即必要的回油过程并节省油倒掉从在排油过程图液压缸。图1（b）。两个孔存在于液压的中间位置缸，它是对称的液压的轴线圆筒。
两个孔被定义为排水孔，并且通过油管连接到液压油箱。两个倾斜部
图 2 液压机构的剖面图
分在驱动的底部存在柱塞，这也是对称液压的轴线圆筒。
两个驱动柱塞和从动柱塞被组装在液压机构（图2）。
在开阀过程的开始，摇杆臂推压驱动活塞向下移动。液直到排水孔是油从排出孔排出通过完全的驱动活塞密封。然后，气缸内部液压压力迅速上升，并在阀残留液压油在高压推开气缸内。鉴于液压油是不可压缩的，残液压油可以认为传输连接器通过驱动活塞施加的力。最大气门升程由从液压泄漏的油的量来控制圆筒。泄漏油的量由确定在当时的排水孔是驱动柱塞的位置完全密封。
通过简单方法改变旋转驱动柱塞的长度与驱动柱塞之间的相对位置时排水孔处于完全密封的液压缸（图3）。因此，最大气门升程控制通过驱动柱塞围绕轴的旋转角度的驱动柱塞。 j被定义为旋转角绕轴线的驱动柱塞。
图3 在不同的旋转角度液压驱动柱塞机构的轮廓图
的旋转角度在图10的位置驱动柱塞。图3（a）为0°。
3.研究气门运动规律
3.1在最大气门升程的链式法则计算研究
工作曲线的定义（图4）：
工作曲线A定义为的相交曲线斜部和驱动的外圆柱表面柱塞。
工作曲线B被定义为的相交曲线排水孔的圆柱形内表面和圆柱形内液压缸的表面上。
坐标系的定义（图4）：
坐标的原点定义为交点的轴线与所述驱动柱塞的底部的横截面。
X轴是与排水孔的轴平行。
Z轴是与驱动活塞的轴线平行。
Y轴是根据右手规则定义的。
图 4 曲线A和B的说明
曲线A和B相遇于一点时，排水孔密封完全由驱动柱塞（图3）。因此，无论是排水孔被密封完全可以通过确
定曲线A和B的交叉点数量如果曲线A和B具有一种独特的交叉点，那么排水孔被完全密封。
如假定，如果驱动活塞绕旋转
轴由度，然后由毫米移动曲线B，以允许仅曲线A和B（或漏极之间的独特交叉点孔保持密封完全）是必要的。在不同的解决最大气门升程的问题
角度被改变为解决交叉口的问题曲线A和B点
在不同的旋转角度的工作曲线A方程表示为方程（1）和（2）：
（1）
（2）
在不同排量工作曲线B方程
表示为方程（3）和（4）：
(3)
(4)
其中D和Dcent;是驱动的外径柱塞和分别液压缸，内径;d为所述排水孔的内径; f是两个倾斜部的最小距离，并且h是高度的斜截面。驱动的外径活塞D和液压缸ETH;cent;内径是假定为相等。所有参数都在图中定义。 5，和规格示于表1。
图表1.液压机构的几何参数
|
参数 |
系统数据 |
|
最大的凸轮升程 |
8.927mm |
|
外部驱动柱塞直径 |
9mm |
|
液压缸内部直径 |
9mm |
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内部排水孔直径 |
3mm |
|
两个倾斜部分的最小距离 |
3mm |
|
斜面高度 |
8mm |
|
液压油的压力 |
1bar |
|
液压油 |
润滑油 |
图 5 几何参数的定义
最大气门升程（Lmax）等于差初始最大气门升程（Lˊmax）和值之间。
Lmax= Lˊmax-a (5)
中L＇max斧子被定义为初始最大气门升程的F = 0，这是等于最大凸轮升程。凸轮轮廓单个柴油机的显示示于图 6。
上述的计算结果，并在不同的最大气门升程量该驱动活塞的旋转角度示出在图7。随旋转角度J A的值增加。相比之下，最大气门升程随减小旋转角度学家如果驱动柱塞从0°旋转到90°，最大气门升程从最大值减小的8.927毫米到的0.927毫米最小值。改变与增加旋转最大气门升程增加率因为工作曲线A的形状。因此角，工作曲线A的形状可以用于调节最大改变气门升程轮换的特征角度。因而，调节最大气门升程的曲线是适用于不同的引擎。
计算结果表明，旋转的驱动柱塞是调节阀升程的一种有效方法。此外，此柱塞可实现最大的连续变化气门升
图 6 一个单一的柴油发动机的凸轮轮廓
图 7 计算结果上和最大气门升程
3.2在VVL机制的实验验证
原型建造和单缸柴油机试验引擎来验证VVL机构的原理。该柴油发动
机的最高速度是1500转/分。组装的VVL机构的示于图。图8和已经描述在前面的部分细节。该系统VVL被安装在一个单一的柴油发动机和由该凸轮从动的柴油发动机。该阀的运动是通过使用测的位移传感器。为了便于旋转的驱动柱塞，转动控制部分被设计在驱动的顶柱塞（图8）。该驱动活塞的旋转度通过旋转旋转控制部分控制。在实验中，驱动柱塞手动旋转。的驱动机构可以安装如果以旋转驱动柱塞必要。
为了验证在计算结果的精度最大改变气门升程的规则，进行了实验在驱动活塞的四个不同的旋转角度（J =
图 8 实验VVL系统设备
0°，30°，50°，65°），并以恒定的发动机速度800转。图。
图9显示出的计算的比较和实验上最大气门升程的结果。从这个图中，实验最大气门升程随减小旋转角度。这一结果与计算相一致结果。但是，不同的是实验之间观察和计算结果。这种差异可能是 由于液压油的从间隙，如间隙泄漏驱动柱塞的外壁和内侧之间液压缸的壁。值得注意的是，当排水孔通过完全的驱动活塞密封，液压油仍从国内空白，从而减少的可用升力倒掉阀。但是，在现有的阀这样小的下降电梯是可以接受的。
图 9 在最大计算和实验结果的比较
图10表示阀门的运动在不同的旋转检测结果驱动柱塞的角度（J = 0°，
30°，50°）和恒定的发动机转速（n = 800转/分）。阀门的各种形状升降机曲线是相似的传统的阀列车，这表明良好的性能可以在预期不同的旋转角度的操作图。图10（a）。图10（b）和（c）表示在不同的旋转阀的速度和加速度分别驱动柱塞的角度。
图11表示凸轮升程曲线和阀升程的比较第j = 0度和发动机转速的旋转角曲线800转/分。该图显示了在的相位一个小的延迟实验气门升程曲线和在最大的降低气门升程。气门升程的实验曲线的变化规与凸轮扬程曲线是一致的。实验之间的区别气
门升程曲线和凸轮扬程曲线被定义为电梯损耗，这被认为是油泄漏的结果。最大电梯损失约为0.795毫米。漏水问题可以通过提高液压的精度来解决系统组件。究其原因，实验阶段气门升程曲线的延迟与凸轮升曲线进行比较会对发动机的影响在下面的分析中讨论速度气门升程曲线。
3.3浅析VVL机制的工作稳定性
多周期的气门升程曲线进行分析，以验证工作VVL机制的稳定性。图12示出了在的不同的旋转角度十个循环的气门升程曲线驱动柱塞（J = 0°，30°，50°）和恒定的发动机转速（800转/分）。该图表明，所有的阀的形状
图10在不同的旋转阀升程，速度和加速度曲线驱动柱塞的角度。
图 11 比较凸轮升曲线和气门升程曲线
对于不同的旋转角度升力曲线与一致在前面引入的单个循环的气门气门升程升程曲线分析。一个小的变化是最
图12在不同的旋转角度多周期的气门扬程曲线驾驶活塞和不断的发动机转速。
大的观察气门升程和气门升程的相。因此，VVL机构即实现了气门升程连续变化可以是在发动机可靠运行。
发动机转速的气门升程曲线的影响还不清楚。气门升程量的测量以恒定的旋转进行驱动柱塞的角度（J = 0）和变化的发动机速度从800转/分至1500转/分。图。图10示出的结果在驱动的恒定旋转角的气门升程曲线柱塞和不同的发动机速度。提高发动机转速减少在定时的最大气门升程和延迟最大气门升程（图13）。如果发动机速度增加从800转/分至1500转/分，则最大气门升程从8.204毫米7.37毫米，最大的角度减小从76.25°气门升程延误84.25°。一个小的变化在阀的
图 13 发动机转速的影响气门升程曲线
图 14 为VVL机构的燃料供给装置。
打开时间被观察到。然而，阀关闭时间延迟随着发动机转速。从800转/分增加的发动机转速为1500转/分的延迟阀门关闭时间从150°至173°。
漏油对最大阀的降低效果升降机已在前面的章节中进行了讨论。的效果气泡可被视为另一个原因解释在最大气门升程的发动机转速的效果。泡沫从液压油的高速流动，和一个产生期间在排油配管中观察到的气泡的质量实验。
考虑气泡的存在，残余的液压油气缸中通过气泡部分时漏极取代孔由驱动柱塞完全密封。压缩气泡减少最大气门升程。
提高发动机转速增加油流的速度。一个高流速导致更多的泡沫。因此，更多的残留液压油由气泡代替。因此，不可压缩性液压油和最大气门升程减小进一步。另外，在驱动活塞的加速度随着发动机转速增加，这增加了液压油的压力。较高的油压对应较小体
图15示出气门升程曲线在最高的比较发动机转速（1500转/分）和不同油的压力（1bar和5bar）。
积的气泡。这种现象也减少了最大气门升程随发动机转速。
发动机转速的上气门升程曲线的相位的影响还可以通过气泡的效果的解释。
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