節(jié)能汽車發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化改造含SW三維圖
節(jié)能汽車發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化改造含SW三維圖,節(jié)能,汽車發(fā)動(dòng)機(jī),優(yōu)化,改造,sw,三維
任務(wù)書
論文(設(shè)計(jì))題目：節(jié)能汽車發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化
工作日期：2018年01月05日 ~ 2018年06月06日
1.選題依據(jù):
優(yōu)化技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造中占有非常重要的地位。考慮到能源的短缺和環(huán)境問題的重要性，未來的車用發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究將是以節(jié)能和環(huán)保為重點(diǎn)的綜合最優(yōu)
，應(yīng)當(dāng)建立并應(yīng)用多種不確定多目標(biāo)多學(xué)科優(yōu)化理論方法、策略及算法，并應(yīng)大力開發(fā)在一個(gè)優(yōu)化平臺(tái)上集成各個(gè)學(xué)科設(shè)計(jì)要求的多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將具有更高的優(yōu)化效率和較好的開放性，可以更好地適應(yīng)未來汽車個(gè)性化設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。
2.論文要求(設(shè)計(jì)參數(shù)):
1.搜集資料，了解國內(nèi)外有關(guān)研究概況，寫出開題報(bào)告。
2.提出完整的設(shè)計(jì)方案。
3.查閱資料，獲得一常用表常用參數(shù)，繪制圖紙。
4.編寫詳盡的設(shè)計(jì)說明書，字?jǐn)?shù)不少于10000字。
5.翻譯有關(guān)外文資料不少于2000字。
3.個(gè)人工作重點(diǎn):
1.進(jìn)行材料收集。
2.根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化方案設(shè)計(jì)。
3.對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)參數(shù)的動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)的計(jì)算。
4.發(fā)動(dòng)機(jī)功率、油耗、排放以及轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)對(duì)比曲線。
5.圖紙的繪制，說明書的撰寫。
4.時(shí)間安排及應(yīng)完成的工作:
第1周：接受設(shè)計(jì)任務(wù),杏閱相關(guān)資料,了解課題的背景和發(fā)展?fàn)顩r第2周：分析本設(shè)計(jì)的可行性和可靠性
第3周：完成外文資料翻譯和開題報(bào)告第4周：完成熱力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算
第5周：根據(jù)計(jì)算結(jié)果，確定幾種設(shè)計(jì)方案，論證并選擇最優(yōu)方案 第6周：設(shè)計(jì)汽油機(jī)機(jī)休組件并完成設(shè)計(jì)圖
第7周：設(shè)計(jì)汽油機(jī)機(jī)休零件并完成設(shè)計(jì)圖
第8周：設(shè)計(jì)汽沖機(jī)機(jī)體組其他零件并完成設(shè)計(jì)圖 第9周：完成裝配圖并完善
第10周：編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書
第11周：完善設(shè)計(jì)計(jì)算與圖紙繪制第12周：撰寫畢業(yè)論文并完善
第13周：進(jìn)行答辯準(zhǔn)備
第14周：完成畢業(yè)論文答辯
5.應(yīng)閱讀的基本文獻(xiàn):
[1]錢葉劍,談建,左承基,滕勤.車用乙醇汽油對(duì)電噴汽油機(jī)性能影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué) 報(bào),2006,7.
[2] 趙志國.我國車用乙醇汽油使用對(duì)車輛性能影響及發(fā)展建議[J].汽車節(jié)能,2007,10. [3]黃付強(qiáng).乙醇一汽油靈活比例電控發(fā)動(dòng)機(jī)性能研究[D].浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005,1. [4]蔣德明.內(nèi)燃機(jī)原理[M].北京,中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社,1985. [5]周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京,機(jī)械工業(yè)出版社,1999. [6]崔心存.現(xiàn)代汽車新技術(shù)[M].北京,人民交通出版社,2001. [7]楊連生.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京,機(jī)械工業(yè)出版社,1992. [8]潘明剛.吉林大學(xué)汽車工程系.汽車構(gòu)造[M].北京,人民交通出版社,2006,第五版. [9]史紹熙.柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京,中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社,1984.
[10]Yamagata H,etc.The Science and Technology of Materials in Automotive Engines [M].Woodhead Publishing Limited,2004.
[11]Christoph Roser,etc.An Economic Design Change Method[J].Journal of Mechanical Design,2003,125（6）.
指導(dǎo)教師簽字：
XX
教研室主任意見：
同意
簽字：XX 2017年12月14日
教學(xué)指導(dǎo)分委會(huì)意見：
同意
簽字：XX 2017年12月15日 學(xué)院公章
節(jié)能汽車發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化改造
摘要
伴隨著能源危機(jī)，溫室效應(yīng)等一系列環(huán)境問題，作為首要排放源的交通工具，依然是以燃料燃燒來作為主要的驅(qū)動(dòng)方式，并且，隨著排放法規(guī)的要求越來越高，尋求低排放甚至無污染低能耗是的驅(qū)動(dòng)方式已經(jīng)成為了解決環(huán)境問題的主要突破口了。許多的汽車制造商開始研究生產(chǎn)電動(dòng)車，但是因?yàn)殡姵厝萘颗c充電的問題并沒有得到很好的方法來解決，現(xiàn)在正處在從燃油機(jī)過渡到電動(dòng)機(jī)的階段上，燃油機(jī)的電動(dòng)化是不可避免的大趨勢(shì)，但是內(nèi)燃機(jī)依然有著不可取代的地位。部分汽車制造商在研發(fā)電動(dòng)車的過程中，結(jié)合內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)的特性，研發(fā)了混合動(dòng)力的汽車，在降低考慮排放的同時(shí)還能避免功率的大幅度損失，在這些方面，日本的汽車制造商尤為突出。在電池問題徹底解決以前，內(nèi)燃機(jī)依然會(huì)是交通工具的主要驅(qū)動(dòng)元，所以內(nèi)燃機(jī)的低排放和低能耗化，是一個(gè)很有價(jià)值的研究問題，對(duì)此，很多的廠商采用了不同方法，小型化，渦輪增壓，混合動(dòng)力，柴油化，缸內(nèi)直噴等技術(shù)不斷被開發(fā)出來，為了能夠更深入的學(xué)習(xí)和了解汽車未來的發(fā)展方向，對(duì)“汽車的心臟”發(fā)動(dòng)機(jī)需要有更深入的理解，并且能將這些理解應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。
關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；經(jīng)濟(jì)性；小型化；排放法規(guī)
Abstract
With a series of environmental problems, such as energy crisis and greenhouse effect, as the primary emission source, the vehicle still uses fuel combustion as the main driving mode, and with the increasing requirements of emission regulations, it has become the main breakthrough to find the driving mode of low emission, no pollution and low energy consumption. Many auto mobile manufacturers began to study and produce electric vehicles, but because the problems of battery capacity and charging have not been solved well, they are now in the stage of transition from fuel engine to electric motor, and the motorization of fuel engine is an inevitable trend, but internal combustion engine still has an irreplaceable position. During the research and development of electric vehicles, some auto mobile manufacturers have developed hybrid vehicles by combining the characteristics of internal combustion engines and motors, which can reduce emissions and avoid significant loss of power at the same time. in these aspects, Japanese auto mobile manufacturers are particularly prominent. Until the battery problem is thoroughly solved, the internal combustion engine will still be the main driving element of the vehicle, so the low emission and low energy consumption of the internal combustion engine is a valuable research problem. in this regard, many manufacturers have adopted different methods, miniaturization, turbocharged, hybrid power, diesel, in-cylinder direct injection and other technologies have been developed constantly. in order to learn and understand the future development direction of the car in a deeper way, we need to have a deeper understanding of the " heart of the car" engine, and these understandings can be applied in actual production.
Key Words：engine；economic；miniaturization；emission regulation
目錄
1、緒論………………………………………………………………1
1.1目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………1
1.2電子燃油噴射裝置及發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向…………………………1
1.2.1電子燃油噴射系統(tǒng)的重要性……………………………………2
1.2.2發(fā)動(dòng)機(jī)小型化與結(jié)構(gòu)優(yōu)化………………………………………3
2、發(fā)動(dòng)機(jī)改造設(shè)計(jì)…………………………………………………5
2.1總體設(shè)計(jì)方案……………………………………………………………5
2.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改造…………………………………………………5
2.1.2變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………5
3、電噴系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………6
3.1化油器系統(tǒng)的問題點(diǎn)……………………………………………………6
3.2電子燃油噴射系統(tǒng)的簡(jiǎn)介………………………………………………6
3.3電子燃油噴射裝置的改裝步驟…………………………………………7
3.4曲軸位置傳感器（CKP）………………………………………………12
3.5 CDI點(diǎn)火系統(tǒng)…………………………………………………………13
3.6電子燃油噴射裝置配套標(biāo)定軟件的使用和調(diào)試……………………14
4、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改造………………………………………18
4.1發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的改造……………………………………………………18
5、發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱改造……………………………………21
5.1 變速箱及傳動(dòng)系統(tǒng)的分析……………………………………………21
5.2 變速箱的傳動(dòng)比改造…………………………………………………23
5.2.1發(fā)動(dòng)機(jī)原變速箱的傳動(dòng)比………………………………………23
5.2.2副軸輸出鏈輪的設(shè)計(jì)……………………………………………25
6、試車效果………………………………………………26
6.1離合效果………………………………………………………………26
6.2電子燃油噴射裝置效果分析…………………………………………26
6.3油耗分析………………………………………………………………26
7、結(jié)論……………………………………………………27
8、致謝
9、參考文獻(xiàn)
1、緒論
1.1目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
小型化指的是汽車工程師減小發(fā)動(dòng)機(jī)排量或減少氣缸數(shù)量的舉措。低速化是指將變速箱和差速器等的傳動(dòng)裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配，使發(fā)動(dòng)機(jī)在既定的高速路工況下以每分鐘較低的轉(zhuǎn)速（RPM）運(yùn)轉(zhuǎn)。目前，這兩項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于輕型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，用以提高燃油效率，同時(shí)減少尾氣和溫室氣體排放。全球排放法規(guī)和不斷提高的燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)推動(dòng)著工程師采取小型化和低速化的技術(shù)路線。小型化可以提升20%到30%的燃油效率，而降低轉(zhuǎn)速可以在此基礎(chǔ)上再度提升3%到7%。并且從1987年到2010年，發(fā)動(dòng)機(jī)功率密度提升超過50%。功率密度是指每立方英寸排量的馬力。如今發(fā)動(dòng)機(jī)的功率密度約為1.0。在20世紀(jì)60年代的“肌肉車”時(shí)代，一輛高性能的街車可達(dá)到每立方英寸1.0到1.2馬力。大眾汽車現(xiàn)在正在開發(fā)每立方英寸馬力高達(dá)2.0的發(fā)動(dòng)機(jī)。這些高輸出功率的發(fā)動(dòng)機(jī)就像當(dāng)年的賽車發(fā)動(dòng)機(jī)一樣：精密、復(fù)雜且承受著巨大壓力，這一切都是技術(shù)發(fā)展帶來的提升，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)的小型化首當(dāng)其沖。所謂的發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速化是通過選擇齒輪比，在一定的高速路工況速度下，用降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方式來節(jié)省燃油。例如，如今，在高速擋、時(shí)速100公里的條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在1700rpm-1800rpm已十分常見。降低轉(zhuǎn)速的一個(gè)潛在問題是對(duì)動(dòng)力性能的影響。不過由于自動(dòng)變速箱的電子控制系統(tǒng)可以在爬坡、加速或拖載重物時(shí)，快速、平穩(wěn)地切換到低速檔，這樣就能保持動(dòng)力性能不受影響了。
1.2電子燃油噴射裝置及發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向
“十一五”提出了節(jié)能減排的政策要求，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能是產(chǎn)業(yè)化節(jié)能環(huán)節(jié)的重要一項(xiàng)，隨著各地展開的暴風(fēng)驟雨般的節(jié)能減排活動(dòng)，通過技術(shù)革新來促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排功效是重要的發(fā)展方向之一。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車運(yùn)行的重要裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)屬于整套動(dòng)力系統(tǒng)的輸出設(shè)備，其中包括了變速齒輪，發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)軸等等，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)所涉及到的產(chǎn)業(yè)鏈也越來越長(zhǎng)，人們的生產(chǎn)生活已經(jīng)離不開發(fā)動(dòng)機(jī)了，人們不斷的研制出不同用途多種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，但是無論哪一種發(fā)動(dòng)機(jī)，其基本的前提條件都是燃料的燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出，燃燒就意味著能源消耗，面對(duì)越來越緊缺的能源供應(yīng)和嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)壓力，這使得發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能問題尤為重要。發(fā)動(dòng)機(jī)性能的好壞也會(huì)直接影響汽車的二氧化碳排放量，所以說發(fā)動(dòng)機(jī)的減排是節(jié)能減排控制的重要內(nèi)容之一。并且伴隨著化石能源為燃料的傳統(tǒng)燃油汽車的大量增加，引發(fā)了全球變暖等一系列嚴(yán)重的問題，吸引了全世界的目光。自工業(yè)革命以來，人類向大氣中排放了大量的二氧化碳等吸熱性強(qiáng)的溫室氣體，尤其是在交通發(fā)達(dá)的現(xiàn)在，人均擁有的車輛越來越多，排放量也越來越大，大氣的溫室效應(yīng)也隨之增強(qiáng)，溫室效應(yīng)的增強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致全球平均氣溫再上升2℃，使得南北極的冰山大幅度融化，海平面會(huì)大大上升，造成一系列災(zāi)難。為了防止出現(xiàn)悲劇，哥本哈根會(huì)議指出，必須停止增加溫室氣體排放，并且在2015年到2020年之間開始減少排放。為此，歐洲國家以及中國開始提高車輛排放標(biāo)準(zhǔn)，讓交通工具排放到大氣中的溫室氣體減少。隨著越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，很多汽車制造商開始研發(fā)電動(dòng)車，但是電動(dòng)車的關(guān)鍵問題，電池的續(xù)航能力以及輕量化始終得不到很好的解決，在向電動(dòng)車過渡的這一階段，傳統(tǒng)燃油汽車仍然具有很重要的地位，如何減少傳統(tǒng)燃油汽車的排放，已經(jīng)成為了幾乎所有汽車制造商的主要研究課題。以本田的地球夢(mèng)技術(shù)，馬自達(dá)的創(chuàng)馳藍(lán)天技術(shù)為代表的日本發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，圍繞著發(fā)動(dòng)機(jī)的小型化以及低速化進(jìn)行研究。
1.2.1電子燃油噴射系統(tǒng)的重要性
汽車空燃比控制和轉(zhuǎn)速控制是發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的兩個(gè)重要問題。為了使汽車滿足一定的排放要求，同時(shí)要具備良好的駕駛性能，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比和轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。這是因?yàn)槿呋D(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化效率在可燃混合氣的化學(xué)當(dāng)量上達(dá)到最高，所以需要控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比在這一理論值附近，減少廢氣的排放，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制不僅可以減輕駕駛員的疲勞，減少交通事故的發(fā)生，更重要的是，可以節(jié)省燃料，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。而本田WH-125型發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是化油器，而非電子燃油噴射系統(tǒng)，無法做到對(duì)空燃比進(jìn)行準(zhǔn)確的控制和監(jiān)視，對(duì)轉(zhuǎn)速也只能通過調(diào)節(jié)化油器上的節(jié)氣門調(diào)節(jié)螺釘，調(diào)節(jié)化油器柱塞的開度（轉(zhuǎn)閥式是調(diào)節(jié)閥門開啟角度）從而達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的?；推魃系牧硪粋€(gè)螺釘叫做怠速輔助噴孔調(diào)節(jié)螺釘（根據(jù)化油器類型不同，還有調(diào)節(jié)怠速進(jìn)氣口的），用于調(diào)節(jié)怠速工況時(shí)的噴油量，以達(dá)到怠速時(shí)的各種性能效果。而對(duì)化油器進(jìn)行調(diào)節(jié)，只會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，加速，以及怠速向中間油門的過渡。對(duì)油耗有影響，但是影響并不大，更多的是根據(jù)實(shí)際需求來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。所以依靠調(diào)節(jié)化油器來降低油耗并不可取，但是化油器并非沒有好處，作為傳統(tǒng)機(jī)械方式的器械，化油器的工作穩(wěn)定，外界原因?qū)ζ溆绊懶。呛芏嘣揭邦惸ν熊嚭唾愜囘€是青睞于化油器的主要原因之一。但是隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的越來越高，對(duì)環(huán)境保護(hù)的需求也越來越大，自進(jìn)入21世紀(jì)以來，化油器已經(jīng)全面被電子燃油噴射系統(tǒng)所取代了，相較于化油器，電子燃油噴射系統(tǒng)因?yàn)樾枰友b許多傳感器，用于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)工況進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)外界環(huán)境的變化和發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)時(shí)的工況做出反應(yīng)，調(diào)節(jié)噴油量和噴油時(shí)機(jī)，也因此，電子燃油噴射系統(tǒng)并沒有化油器來的那么穩(wěn)定。但是隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，電子燃油噴射系統(tǒng)越來越穩(wěn)定，可以適應(yīng)各種在極端工況下的工作，并且可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際需求，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種參量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)可以在各種不同的工況下都能夠正常工作，尤其是，電子燃油噴射系統(tǒng)的本質(zhì)在于調(diào)節(jié)噴油量和噴油脈寬（也就是噴油時(shí)間）來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，利用這一點(diǎn)，可以做到降低排放，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。雖然，電子燃油噴射技術(shù)已經(jīng)越來越發(fā)達(dá)，但是想要更深入的了解其工作形式，為了以后的職業(yè)方向的考慮，以及，對(duì)節(jié)能減排更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和理解，對(duì)化油器型的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改裝，替換為電子燃油噴射系統(tǒng)，其意義重大，并且，本田WH-125發(fā)動(dòng)機(jī)是單缸125cc發(fā)動(dòng)機(jī)，工況相較于多缸的發(fā)動(dòng)機(jī)來說較為簡(jiǎn)單，工作也更加穩(wěn)定，利用其對(duì)電子燃油噴射系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，不失為一種好辦法。
1.2.2發(fā)動(dòng)機(jī)小型化與結(jié)構(gòu)優(yōu)化
發(fā)動(dòng)機(jī)目前的發(fā)展形勢(shì)主要是發(fā)動(dòng)機(jī)的小型化和輕量化，小型化意味著氣缸數(shù)的削減，排量的減少，但是排量的減少并不意味著功率的降低，以功率的降低為代價(jià)來換取燃油經(jīng)濟(jì)性的提高，是不可取的，所以小型化發(fā)動(dòng)機(jī)基本都打上了高壓縮比或者是渦輪增壓，機(jī)械增壓等標(biāo)簽。壓縮比的提高，使得火焰燃燒的空間更小，產(chǎn)生更多的能量來推動(dòng)曲軸對(duì)外輸出。而渦輪增壓或者機(jī)械增壓則是通過降低壓縮比，但是利用排放的尾氣或者是曲軸對(duì)外輸出的功來使更多的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，使得汽缸可以吸入更多的新鮮工質(zhì)，壓力更大，燃燒更加完全，以此提高功率。以上提及的手段都是發(fā)動(dòng)機(jī)在小型化的過程中，工程師們想出來的在降低排量的時(shí)候，保證功率不下降，維持著原有的甚至比以前大排量發(fā)動(dòng)機(jī)更高的功率，最出名的不外乎方程式賽車，以1.6L的排量來壓榨出1000馬力，當(dāng)然以高轉(zhuǎn)速和超高的壓縮比帶來的是發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的嚴(yán)重縮短。但是我們的家用車并不需要考慮那么極端的工況，我們的日常也不需要那么大的功率。其次，在提高壓縮比或者采用增壓的方式的同時(shí)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)也需要進(jìn)行優(yōu)化，像本田的VTEC技術(shù)，采用變凸輪的方式使發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速之后氣門升程變大，換取發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)有較好的扭矩和功率表現(xiàn)。所以在降低排量的同時(shí)，保證功率不下降也是一個(gè)很重要的課題。在本次的論文中，將通過對(duì)本田WH-125發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比進(jìn)行改造，并且，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定程度上的優(yōu)化，使得本田WH-125發(fā)動(dòng)機(jī)在降低了排量的同時(shí)，保證功率不下降，理解發(fā)動(dòng)機(jī)小型化的概念以及實(shí)際運(yùn)用。在排放法規(guī)越來越嚴(yán)格，對(duì)環(huán)境保護(hù)呼聲越來越高的今天，小型化無疑是具備很重要的研究?jī)r(jià)值的。
2 發(fā)動(dòng)機(jī)改造
2.1 總體設(shè)計(jì)方案
2.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改造
1) 盡可能降低發(fā)動(dòng)機(jī)重量；
2) 測(cè)試車輛的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)間，并以此為標(biāo)準(zhǔn)選擇檔位；
3) 以活塞在工作時(shí)，不與氣門發(fā)生干涉為前提，削減氣缸蓋提升壓縮比；
4) 加裝電子燃油噴射裝置，進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié) ；
5) 針對(duì)傳感器的各個(gè)不同變量，尋找對(duì)應(yīng)關(guān)系，以經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)對(duì)變量的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；
6) 設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，以利于調(diào)整各個(gè)參數(shù)并測(cè)試。
2.1.2 變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1) 為保證車體滑行阻力較小，設(shè)計(jì)滑行脫開離合組件；
2) 脫開離合嚙合和脫開空行程的預(yù)留；
3) 增大抗彎能力，加粗后軸，設(shè)計(jì)矩形花鍵，方便離合脫開；
4) 使油耗最小，設(shè)計(jì)傳動(dòng)比，使其行駛時(shí)的大部分時(shí)間處于發(fā)動(dòng)機(jī)最佳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速；
5) 為保證離合控制結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、簡(jiǎn)單、體積小，設(shè)計(jì)齒輪齒條機(jī)構(gòu)輔助撥叉控制離合脫開。
3 電噴系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 化油器系統(tǒng)的問題點(diǎn)
本田節(jié)能車大賽使用的發(fā)動(dòng)機(jī)是統(tǒng)一發(fā)放給參賽學(xué)校的，排量為125cc的單汽缸風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)，型號(hào)為WH-125。本田此型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)一直以來都采用的化油器式的供油方式，也因?yàn)檫@個(gè)原因，在節(jié)能車比賽中，各大隊(duì)伍的主流供油方式還是化油器，本校也不例外，但是伴隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，化油器已基本被淘汰，化油器的調(diào)教可節(jié)省的燃油量越來越少，為了突破這個(gè)問題，一些學(xué)校開始將目光放在了電子燃油噴射裝置上，電子燃油噴射裝置自2000年以后大量運(yùn)用在乘用車中，隨著時(shí)代的發(fā)展，對(duì)節(jié)油要求越來越高，對(duì)控制的噴油量也越來越嚴(yán)格，化油器因?yàn)楣┯土康牟豢赏耆刂菩?，已基本被淘汰，除此以外，化油器還有幾個(gè)問題點(diǎn)：
1) 空燃比的調(diào)整：
這也是化油器最大的問題，空燃比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的作用是波及整體的，影響
到所有的轉(zhuǎn)速區(qū)間，無法做到在個(gè)別轉(zhuǎn)速區(qū)間對(duì)空燃比進(jìn)行控制，意味著在不需要過多噴油量的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，化油器還是會(huì)供給過量的燃油，造成燃油的浪費(fèi)，其次，因?yàn)椴豢梢钥刂苽€(gè)別區(qū)間內(nèi)的空燃比，所以在進(jìn)行調(diào)教的時(shí)候，必須要考慮全部的轉(zhuǎn)速區(qū)間，增加了調(diào)教的難度和工作量。
2) 燃油量的測(cè)量
對(duì)于化油器來說，燃油消耗量的測(cè)量非常困難，實(shí)驗(yàn)使用的測(cè)量方法是
比較行駛前后的管內(nèi)和油箱的燃油質(zhì)量，但是因?yàn)樵谛旭傔^程中的振動(dòng)，浮子室的油液液面等原因，想要正確測(cè)得燃油消耗量是幾乎不可能的，比如，在行駛前后，燃油減少了10g，噴入吸氣管內(nèi)的燃油量有8g，剩余的2g留在了浮子室中，但是浮子室中的燃油量無法測(cè)得，所得燃油消耗量比實(shí)際的要高。
但是如果采用電子燃油噴射裝置，就可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的個(gè)別轉(zhuǎn)速區(qū)間進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)教，達(dá)到控制空燃比的目的，其次，利用電腦和傳感器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，可以準(zhǔn)確的知道燃油的消耗量。
3.2 電子燃油噴射系統(tǒng)的簡(jiǎn)介
本次實(shí)驗(yàn)采用的電噴為益科創(chuàng)新開發(fā)的SE-EFI小型發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)，適用發(fā)動(dòng)機(jī)類型型號(hào)為GY6-125型發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)實(shí)驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)WH-125型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了必要的改造后，將電噴裝置安裝上并進(jìn)行檢測(cè)。
對(duì)于除了GY6以外的其他類型的小型發(fā)動(dòng)機(jī)需要做一些小改動(dòng)和微調(diào)，例如安裝閥體總成等一系列部件。該系統(tǒng)中默認(rèn)的數(shù)據(jù)配置能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并處于怠速工況，但可能還需要一些參數(shù)優(yōu)化，這些參數(shù)會(huì)在ECU里體現(xiàn)，并且數(shù)據(jù)是可以被修改和反復(fù)調(diào)試的。
本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1) 發(fā)動(dòng)機(jī)自診斷系統(tǒng)
2) 轉(zhuǎn)速降低斷油功能
3) 冷機(jī)啟動(dòng)性優(yōu)秀（-30℃）
4) 燃燒效率高，排放低
5) 支持使用者自行調(diào)教優(yōu)化
6) 電子控制燃油噴射
SE-EFI系統(tǒng)包含的配件：
① 發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元（ECU）
② 進(jìn)氣歧管及節(jié)氣門部件：
進(jìn)氣歧管
節(jié)氣門閥體
燃油噴射器
③ 電噴裝置線束
④ 汽油泵部件
電動(dòng)汽油泵
燃油過濾器
油管
卡箍
三通管
高壓油管
壓力調(diào)節(jié)裝置
⑤ 進(jìn)氣壓力傳感器
⑥ 發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器（ECT）
⑦ 串口通訊線和配器（用于和電腦進(jìn)行連接便于調(diào)教）
⑧ 氧傳感器（安裝于排氣管處）
⑨ 發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器（IAT）
3.3 電子燃油噴射裝置的改裝步驟
1) 節(jié)氣門閥體替換原裝化油器
將原發(fā)動(dòng)機(jī)上的化油器和進(jìn)氣歧管取下，將節(jié)氣門閥體和進(jìn)氣歧管安裝至發(fā)動(dòng)機(jī)上，再將節(jié)氣門閥體的進(jìn)氣端口連接至空氣濾芯器，將電噴噴射裝置利用進(jìn)氣歧管安裝至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣處，并在兩者之間墊上隔熱墊，若是進(jìn)氣歧管距離進(jìn)氣口太近，可以使用兩個(gè)進(jìn)氣墊隔開。
2) 安裝進(jìn)氣壓力傳感器
將進(jìn)氣壓力傳感器安裝至進(jìn)氣口附近，注意固定的方式，本實(shí)驗(yàn)中采取的是利用短軟管將進(jìn)氣壓力傳感器連接至節(jié)氣門閥體的吊耳處。
3) 油箱及油路的改造
電噴系統(tǒng)裝置中需要有一條回油管接回至油箱處，實(shí)驗(yàn)中使用的僅有發(fā)動(dòng)機(jī)，并無油箱，所以采用了比賽計(jì)算油量使用的油罐瓶作為油箱，其頂部有孔，將其與回油管連接，并使回油管進(jìn)入開孔約10cm，用硅橡膠進(jìn)行密封，確?；赜凸芨稍?，壓力調(diào)節(jié)裝置可以正常使用。
4) 安裝油泵組
將油泵安裝于燃油開關(guān)以及進(jìn)氣歧管之間，起到節(jié)省油管長(zhǎng)度的效果，其次，油泵位置要安全，避免損壞，若是損壞，發(fā)動(dòng)機(jī)將無法工作，本實(shí)驗(yàn)將油管至于發(fā)動(dòng)機(jī)上方迂回，將油泵組中帶有燃油濾清器的油管接到油箱底端的燃油開關(guān)處，同時(shí)確保燃油濾清裝置已安裝至油泵的進(jìn)油口，之后將高壓油管的一部分接至噴油裝置，用卡箍固定，將回油管接回油泵組的三通上，檢查所有緊固件，用卡箍鎖緊，確保不會(huì)泄露。如圖3.3.1
5) 安裝發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器IAT
在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋處尋找背風(fēng)處，因?yàn)閃H-125型發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是風(fēng)冷，若是迎風(fēng)處并且氣流小的位置，測(cè)量的進(jìn)氣溫度會(huì)低于實(shí)際的進(jìn)氣溫度，選擇的位置是在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的螺母處，背風(fēng)且氣流小。
6) 安裝進(jìn)氣溫度傳感器
將進(jìn)氣溫度傳感器安裝至節(jié)氣門閥體和空氣濾清器之間，本實(shí)驗(yàn)采用的方法是在兩者之間的管道上開一個(gè)小孔，并用膠槍將其固定。
7) 安裝CDI點(diǎn)火控制系統(tǒng)模塊
CDI點(diǎn)火控制裝置的安裝，涉及到其他幾個(gè)模塊，首先，先將ECU和CDI連在一塊后引出一條新的線，連接至一機(jī)械開關(guān)稱為鑰匙開關(guān)，也就是控制發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的必要的裝置，且CDI上有各種標(biāo)識(shí)，將GND連接至電池負(fù)極，CKP連接至點(diǎn)火觸發(fā)信號(hào)。如圖3.3.2
8) 安裝高壓線圈
一端連接至電池負(fù)極，一端連接至CDI的IGN。具體如圖3.3.3
9) 連接鑰匙開關(guān)線
將點(diǎn)火開關(guān)線和ECU線束中的KEYSW輸入線連接，其信號(hào)是來自鑰匙開關(guān)的+12V電壓，KEYSW若是未連接到手動(dòng)開關(guān)處，則ECU不工作。
10) ECU的安裝
將ECU安裝在安全，干燥，不易損壞的地方（應(yīng)該靠近EFI元件，比如車座下面或者車體內(nèi)部）
11) 將電池負(fù)極接地
根據(jù)未來車架的設(shè)計(jì)，將電池安放后，搭鐵接地。
12) 將電噴系統(tǒng)零部件和線束連接
發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的線束如圖3.3.4所示，其所對(duì)應(yīng)的各種傳感器的名稱如表3.1所示。將除了氧傳感器以外的傳感器和線束的連接，具體的連線只需參照說明書就可以完成。
13) 將12V蓄電池接上ECU
14) 安裝氧傳感器
氧傳感器需要靠近排氣口，但是不能太過于接近，本實(shí)驗(yàn)中將氧傳感器安裝于離排氣口10cm的位置，氧傳感器可以利用排氣口處的熱量，不需要自身進(jìn)行加熱，并且因?yàn)槲恢貌⒉贿^于接近，其溫度會(huì)維持在300-900℃之間，同時(shí)，氧傳感器的安裝需要有一定的角度，若是安裝角度錯(cuò)誤的話，會(huì)造成傳感器損壞，其角度如圖3.3.5所示。
圖3.3.1安裝油泵組
圖3.3.2CDI點(diǎn)火系統(tǒng)裝置模塊
圖3.3.3高壓線圈的安裝
圖3.3.4電噴線束
圖3.3.5氧傳感器安裝角度
標(biāo)簽
名稱
注釋
ECU
電子控制模塊
RS232
串口通訊線
O2S
窄域氧傳感器
Fuel Pump
燃油泵接插件
12V-
電源12V-
12+
電源12V+
IAT
進(jìn)氣溫度傳感器
ECT
發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器
Performance
switch
模式選擇開關(guān)（經(jīng)
濟(jì)/動(dòng)力）
TPS
節(jié)氣門位置傳感器
MAP
進(jìn)氣壓力傳感器
INJ
噴油器
CKP
曲軸位置傳感器連
接觸發(fā)信號(hào)線
橙色
CDI-Ctrl
CDI控制輸出
灰色
GND
地線
綠色
KEYSW
鑰匙開關(guān)
粉色
表3.3.1 電噴組件
3.4 曲軸位置傳感器（CKP）
曲軸位置傳感器的作用是確定曲軸的位置，也就是利用曲軸的轉(zhuǎn)過的角度判斷曲軸的位置，確定點(diǎn)火時(shí)刻。
對(duì)于電噴系統(tǒng)而言，曲軸傳感器提供的觸發(fā)信號(hào)會(huì)反饋給電子控制單元，判斷出曲軸所處的位置后給高壓線圈一個(gè)點(diǎn)火信號(hào)，通過觸發(fā)信號(hào)，ECU還可以計(jì)算轉(zhuǎn)速，它也會(huì)在每個(gè)周期，觸發(fā)電子噴油器噴射燃油一次，并且能控制在特定的點(diǎn)火角度點(diǎn)火。
如果曲軸位置傳感器沒有提供位置信號(hào)給ECU，電子燃油噴射系統(tǒng)將無法進(jìn)行工作。
根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的類型的不同，電噴系統(tǒng)能夠識(shí)別下列幾種類型的曲軸位置觸發(fā)信號(hào)：
l l 磁電感應(yīng)式觸發(fā)信號(hào)
l l 霍爾效應(yīng)式觸發(fā)信號(hào)
l l 光電感應(yīng)式觸發(fā)信號(hào)
l l 多齒觸發(fā)式觸發(fā)信號(hào)
針對(duì)于本實(shí)驗(yàn)采用的SE-EFI電子燃油噴射系統(tǒng)來說，曲軸位置傳感器旋轉(zhuǎn)一圈能產(chǎn)生的曲軸信號(hào)越多越好，控制也就能更加的精細(xì)，調(diào)教就更充分。
1) 假設(shè)飛輪上只有一個(gè)凸臺(tái)或者磁鐵，如圖所示，這意味者曲軸每轉(zhuǎn)一圈只能產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，并且需要在配套調(diào)教軟件中輸入總齒數(shù)：VAL_nTeethTot=1。
圖3.4.1個(gè)凸臺(tái)
2) 假設(shè)飛輪上有兩個(gè)凸臺(tái)或者磁鐵
① 當(dāng)凸臺(tái)或者磁鐵按180度分開排列時(shí)，曲軸每轉(zhuǎn)一圈會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)，所以配套調(diào)教軟件中輸入總齒數(shù)VAL_nTeethTot=2
圖3.4.2 飛輪有兩個(gè)凸臺(tái)
② 當(dāng)兩個(gè)磁鐵或凸臺(tái)距離小于90度，每轉(zhuǎn)1圈雖然也會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)。但是因?yàn)樘咏?，需要?shí)用配套軟件濾波來忽略一個(gè)脈沖，防止產(chǎn)生的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤，并做校準(zhǔn)，在配套軟件中輸入以下的齒數(shù)和校準(zhǔn)。
圖3.4.3 飛輪有兩個(gè)凸臺(tái)
VAL_nTeeTot = 2
VAL_Ignore_second_tooth_enable = 1
VAL_Ignore_second_tooth_x_apart = 2
3.5 CDI點(diǎn)火系統(tǒng)
本次實(shí)驗(yàn)采用的電子燃油噴射系統(tǒng)的點(diǎn)火方式是電容式點(diǎn)火。
普通的點(diǎn)火系統(tǒng)采用的觸發(fā)源是位于飛輪內(nèi)部的小型觸發(fā)線圈，曲軸每旋轉(zhuǎn)一周就發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)給高壓線圈。之后高壓線圈便增壓使火花塞點(diǎn)火。而對(duì)于SE-EFI電噴系統(tǒng)而言，只需要將電噴線束的曲軸位置傳感器和高壓線圈的觸發(fā)信號(hào)線相互連接就可以達(dá)到目的。
該系統(tǒng)的觸發(fā)線圈安裝于曲軸箱體的內(nèi)部，和飛輪不相互接觸，同時(shí)飛輪的表面有一凸臺(tái)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的感應(yīng)線圈檢測(cè)到凸臺(tái)經(jīng)過的時(shí)候，切割磁感應(yīng)線圈后向控制單元發(fā)送脈沖信號(hào)，電子控制單元接受處理信號(hào)后再發(fā)送點(diǎn)火信號(hào)給高壓線圈點(diǎn)火器。利用這種方法，CDI點(diǎn)火系統(tǒng)就明確了具體的點(diǎn)火時(shí)刻。同時(shí)，電子控制單元的正時(shí)輸入也可以采用這樣的觸發(fā)信號(hào)來確定噴油和點(diǎn)火的時(shí)刻。
圖3.5.1 CDI點(diǎn)火
3.6 電子燃油噴射裝置配套標(biāo)定軟件的使用和調(diào)試
1) 簡(jiǎn)介
SE-EFI采用的標(biāo)定軟件的名稱為ProCAL，其控制芯片為摩托羅拉系列的MCU，將其放在控制單元中，需要進(jìn)行標(biāo)定的時(shí)候再使用數(shù)據(jù)線和計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，進(jìn)行參數(shù)的修改和標(biāo)定。
啟動(dòng)ProCAL，操作界面如圖3.6.1所示，在頁面的主要部分顯示發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)，在ProCAL中，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的表現(xiàn)方法有儀表盤類型，列表化類型，圖像示波類型等三種類型。顯示在3.6.1中的為儀表盤類型，可以直觀的看到各類參數(shù)的變化，但是卻看不到原始數(shù)據(jù)，需要使用列表化類型才可以看到原始數(shù)據(jù)。
圖3.6.1電噴儀表盤
左上角：目錄列表樹狀圖
左下角：程序運(yùn)行狀態(tài)指示窗口?？梢钥闯龀绦蚴欠裾５倪\(yùn)行，新寫的數(shù)據(jù)是否正常錄入控制單元。
右側(cè)：發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)顯示界面。
2）ProCAL軟件的使用
① 載入廠家事先寫入的默認(rèn)參數(shù)
控制單元采用的是摩托羅拉系列MCU（微處理器芯片），可執(zhí)行文件為S19文件。其次說明文件A2L包含了ProCAL工具中各類數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息；參數(shù)化標(biāo)定文件CAL包含了用戶可以調(diào)整的數(shù)據(jù)和參數(shù)部分。
圖3.6.2電噴標(biāo)定文件
② 打開通信設(shè)置（Communication Setting）窗口
點(diǎn)擊ProCAL菜單欄上的Settings，之后選擇Communication setting（設(shè)置à通信設(shè)置）選項(xiàng)后打開通信設(shè)置窗口。
圖3.6.3 通信設(shè)置
③ 數(shù)據(jù)通信模式的設(shè)置
ProCAL軟件共擁有串口、藍(lán)牙、USB、以太網(wǎng)等四種不同的通信設(shè)置模式。
在沒有做修改的前提下ProCAL軟件默認(rèn)的是使用USB通信設(shè)置。
圖3.6.4 通信選擇
④ 與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試
將ECU電源打開（當(dāng)電源開關(guān)被打開的一會(huì)兒油泵會(huì)發(fā)出泵油的聲音），選擇合適的通信設(shè)置，如果采用數(shù)據(jù)線則選擇USB通信。
⑤ 與發(fā)動(dòng)機(jī)間建立通訊
在建立起通信之后，ProCAL軟件，將內(nèi)置的文件和標(biāo)定的文件進(jìn)行比較， ProCAL軟件對(duì)控制單元加載的參數(shù)和激活的CAL文件進(jìn)行對(duì)比以及分析，若是相互之間的參數(shù)不一致，就會(huì)出現(xiàn)“Message”的彈窗。之后點(diǎn)擊按鍵（Burn to ECU）便可以將CAL文件中的參數(shù)發(fā)送到電子控制單元中或點(diǎn)擊按鍵（Fetch from ECU）將CAL文件從控制單元中發(fā)送至計(jì)算機(jī)。
圖3.6.5 更新數(shù)據(jù)
若是ProCAL軟件中，當(dāng)前電子控制單元中加載的參數(shù)和正在運(yùn)行的CAL文件是一致的話，在程序運(yùn)行狀態(tài)指示窗口會(huì)出現(xiàn)“Data is latest”。
圖3.6.6 操作記錄
3) 數(shù)據(jù)的錄制和回放
1數(shù)據(jù)的錄制
點(diǎn)擊菜單上方的Start Measuring按鈕后，再點(diǎn)擊“RunàStart Recording”（如圖3.6.7的紅色圓形按鈕）便開始錄制傳感器送到控制單元的數(shù)據(jù)，并在計(jì)算機(jī)中顯示出來。
圖3.6.7 開始錄制
2數(shù)據(jù)錄制的停止
點(diǎn)擊菜單中的Run按鈕后，再點(diǎn)擊“RunàStop Measuring”（或點(diǎn)擊圖2.16的黑色方塊按鈕），數(shù)據(jù)錄制便會(huì)停止。
ProCAL軟件會(huì)將當(dāng)前顯示的時(shí)間和數(shù)據(jù)采集的頻率（syn、20ms、100ms）作為名稱，將完成好的數(shù)據(jù)分別保存到不同的3個(gè)CSV文件中。并將數(shù)據(jù)存放在目錄中。
3數(shù)據(jù)回放并分析
在完成數(shù)據(jù)的錄制后，點(diǎn)擊菜單中的“RunàPlay ”（或點(diǎn)擊圖3.6.7中的示波器圖標(biāo)），系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開自帶的回放軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)的回放。 “Data Analyzer”是系統(tǒng)自帶的回放軟件。
圖3.6.8 發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)易臺(tái)架
上圖3.6.8是已經(jīng)組裝完成的電噴系統(tǒng)的簡(jiǎn)易試驗(yàn)臺(tái)架，利用焊接在簡(jiǎn)易臺(tái)架上的虎鉗作為油門的微調(diào)裝置，固定在木板上的是電噴系統(tǒng)的一些組件。這些組件都是原定放在車架上的，在實(shí)驗(yàn)完成后會(huì)將其重新裝車。
4 發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改造
4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的改造
對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)而言，有一個(gè)很重要的參數(shù)—壓縮比。壓縮比指的是當(dāng)活塞位于下止點(diǎn)（開始進(jìn)行壓縮時(shí)）時(shí)，氣體的體積和活塞位于上止點(diǎn)時(shí)（壓縮結(jié)束時(shí)）氣體體積的比值。若是僅僅從燃燒效率和經(jīng)濟(jì)性角度看來，壓縮比的數(shù)值應(yīng)該時(shí)越大越好。壓縮比越高，燃燒越充分，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率越高、動(dòng)力越強(qiáng)勁、車輛的最高車速和加速性能等都會(huì)得到相應(yīng)的提高。但是受限于汽缸的制作材料以及過度壓縮引起的爆震等因素，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比不能無限制的提高。
通常來說發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比和所使用的汽油密切相關(guān)，一般來說，加油站中汽油的標(biāo)號(hào)數(shù)值越高，汽油的辛烷值越高，相應(yīng)的汽油抗爆性也就越好。但是若將壓縮比的數(shù)值變得很高，而汽油質(zhì)量過低或者標(biāo)號(hào)數(shù)值過低，就會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，活塞上行正在壓縮油氣混合氣的時(shí)候，由于壓力過大，混合氣被提前點(diǎn)燃，使得活塞沒有到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)就發(fā)生爆炸，產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)做負(fù)功，對(duì)活塞連桿組產(chǎn)生過大的壓力，影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作以及穩(wěn)定性能。為此，在本次實(shí)驗(yàn)中，為了不對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生不好的影響以及保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)為目的，所采用的是#93號(hào)汽油，同時(shí)，汽油數(shù)值標(biāo)號(hào)和壓縮比的關(guān)系如表4.1所示：
表4.1 汽油數(shù)值標(biāo)號(hào)和壓縮比關(guān)系
90#的汽油
用于壓縮比在8.5以下的汽油汽車
93#的汽油
用于壓縮比在8.6-9.9的汽油汽車
97#的汽油
用于壓縮比在10.0-11.5之前的汽油汽車
98#的汽油
用于壓縮比在11.6以上的汽油汽車
由表4.1分析可見，若是采用#93號(hào)汽油，需要將壓縮比控制在8.6-9.9范圍內(nèi)才不會(huì)出現(xiàn)爆燃現(xiàn)象，為此本次實(shí)驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體第一次改造為壓縮比改造，將壓縮比在不產(chǎn)生爆燃的前提下盡可能的提高，目標(biāo)為壓縮比達(dá)到9.9。
本次實(shí)驗(yàn)中采用的WH-125型發(fā)動(dòng)機(jī)的具體相關(guān)參數(shù)如圖4.1所示：
圖4.1 WH-125發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)
由圖4.1可以看到WH-125型發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比為9.0：1，并且圖中還說明了汽缸的缸徑（52.4mm）、汽缸的沖程（57.0mm）、發(fā)動(dòng)機(jī)的總排量（124.8ml）以及活塞的行程（51.28mm），就可以利用下列的公式2.1和已經(jīng)預(yù)設(shè)的壓縮比來計(jì)算出汽缸壓縮后的體積。
公式4.1 壓縮后容積公式
為了使壓縮比達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)9.9:1，利用數(shù)控機(jī)床將發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體長(zhǎng)度銑去了0.4mm，利用圖2.18中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出壓縮后的容積共少了0.86ml，最后再利用公式4.1計(jì)算出壓縮比，最后得到壓縮比的數(shù)值提升到了9.46:1，并未達(dá)到預(yù)想的9.9:1的壓縮比數(shù)值，因?yàn)?，再最后進(jìn)行分析的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，若是為了將壓縮比提升到9.9:1，會(huì)造成氣門和活塞發(fā)生干涉，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作，這是由于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的原因造成的，若想要達(dá)到9.9壓縮比需要重新設(shè)計(jì)汽缸，從設(shè)計(jì)角度和工作量來看并不具備條件，所以最后只銑去了0.4mm，確?；钊粫?huì)碰到氣門，因?yàn)閴嚎s比的改變并無法直觀的看到結(jié)果，需要實(shí)際實(shí)驗(yàn)才能得到，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果將會(huì)在下文中展示。
5發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱改造
5.1 變速箱及傳動(dòng)系統(tǒng)的分析
圖5.1 總體變速系統(tǒng)
傳統(tǒng)的變速系統(tǒng)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)將動(dòng)力輸出，動(dòng)力輸送的過程是從自動(dòng)離合器開始的，經(jīng)過手動(dòng)離合器，通過齒輪傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到變速箱的主軸后，根據(jù)所選擇的檔位的不同，不同齒輪相互搭配，使動(dòng)力從變速箱的副軸對(duì)外輸出，副軸的外端接有傳動(dòng)鏈輪，經(jīng)過鏈條將動(dòng)力送到與車輪連接的從動(dòng)鏈輪上，使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來。
本次實(shí)驗(yàn)中，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同樣也是從自動(dòng)離合器開始的，取消了手動(dòng)離合器，活塞做功推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動(dòng)力送至自動(dòng)離合器，通過齒輪傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到變速箱的主軸，因?yàn)槿∠耸謩?dòng)離合器的原因，所以無法切換檔位，所以本實(shí)驗(yàn)中將3 個(gè)檔位拆除，僅余下一個(gè)2檔也就是僅剩一對(duì)齒輪，之后動(dòng)力經(jīng)由2檔送至副軸，再經(jīng)過鏈條將動(dòng)力送到與車輪連接的從動(dòng)鏈輪。如圖5.1為總體變速系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
圖5.2 手動(dòng)離合器
上圖5.2為手動(dòng)離合器。本次設(shè)計(jì)的改造主要圍繞曲軸箱里面的構(gòu)造進(jìn)行，首先，拆除了腳起動(dòng)部件，但留下了電起動(dòng)的組件，因?yàn)樵趯?shí)際的比賽中，發(fā)動(dòng)機(jī)位于車手的后方，無法使用腳起動(dòng)，所以將腳起動(dòng)部件拆除，一方面減少重量，另一方面使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，之后，因?yàn)樾枰鸪謩?dòng)離合器部件，所以檔位將變得無法切換，所以將在切檔時(shí)需要使用的圓柱凸輪拆除，并且拆除的還有位于主副軸上的3對(duì)檔位齒輪，同時(shí)，由于不用切檔，將手動(dòng)離合器的摩擦片拆除后，使用氬弧焊將手動(dòng)離合器焊接在一塊，確保動(dòng)力的輸送不會(huì)中斷，并且將變速箱副軸外端的主鏈輪換成滑行掄，滑行輪的作用是在曲軸轉(zhuǎn)速降低，帶動(dòng)變速箱副軸轉(zhuǎn)速降低，后輪轉(zhuǎn)速超過副軸轉(zhuǎn)速時(shí)，確保發(fā)動(dòng)機(jī)的副軸不會(huì)拖動(dòng)后輪產(chǎn)生負(fù)功，使得后輪的慣性作用充分發(fā)揮，更加的節(jié)省能源。
5.2 變速箱的傳動(dòng)比改造
5.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)原變速箱的傳動(dòng)比
發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱未改造之前，其各個(gè)檔位的齒輪參數(shù)和傳動(dòng)比參數(shù)如下表5.2.1所示。
發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱的各檔傳動(dòng)比可以從表5.2.1中得知，配合發(fā)動(dòng)機(jī)最佳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速3000-3500RPM，利用下列的公式5.2.1既可以計(jì)算出最佳的傳動(dòng)比范圍，所計(jì)算的的傳動(dòng)比范圍在12-15之間，根據(jù)表格中的傳動(dòng)比數(shù)據(jù)，最后選擇了第二個(gè)檔位，傳動(dòng)比為13.35。確定傳動(dòng)比之后，將其他各檔位的齒輪組全部拆除，主副軸上僅保留二檔齒輪組。
表5.2.1 傳動(dòng)參數(shù)
后輪鏈輪36T，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出鏈輪14T，傳動(dòng)比計(jì)算
檔位
曲軸齒輪
主軸齒輪
主軸（輸入軸）
副軸（輸出軸）
輸出鏈輪
后輪鏈輪
傳動(dòng)比
1
20
67
14
35
14
36
21.54
2
20
67
20
31
14
36
13.35
3
20
67
20
23
14
36
9.91
4
20
67
26
24
14
36
7.95
公式5.2.1 車速和速比、傳動(dòng)比的計(jì)算公式
同時(shí)在實(shí)際的比賽中，為了控制速度以及油耗等原因，對(duì)車輛的平均行駛速度有所限制，要求車速控制在25公里每小時(shí)左右，以保證可以達(dá)到最佳的燃油使用情況。同時(shí)，對(duì)車輛的啟動(dòng)車速要求為15公里每小時(shí)，對(duì)車輛的開始滑行車速要求為35公里每小時(shí)。并且根據(jù)WH-125型發(fā)動(dòng)機(jī)，具有其自己的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)間，根據(jù)以上參數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)2擋時(shí)做出表5.2.1。
表5.2.1 車輪速度和曲軸速度比較
二檔車輪速度和曲軸轉(zhuǎn)速間關(guān)系，傳動(dòng)比13.35
車輪速度（km/h）
車輪速度（r/min）
曲軸轉(zhuǎn)速
15
159
2126
16
170
2268
17
180
2409
18
191
2551
19
202
2693
20
212
2834
21
223
2976
22
234
3118
23
244
3260
24
255
3401
25
265
3543
26
276
3685
27
287
3826
28
297
3968
29
308
4110
30
318
4252
31
329
4393
32
340
4535
33
350
4677
34
361
4818
35
372
4960
在進(jìn)行變速箱改造之前，對(duì)未改裝過的變速箱實(shí)際著車后，并比較上表中的不同參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用2檔前進(jìn)時(shí)，其曲軸的轉(zhuǎn)速區(qū)間和發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)間基本重合，在起動(dòng)時(shí)可以提供足夠的扭矩以及加速能力，對(duì)此，本次實(shí)驗(yàn)最后決定采用2檔，將其他的檔位拆除。
5.2.2 副軸輸出鏈輪的設(shè)計(jì)
WH-125原配的副軸輸出鏈輪，其規(guī)格為14T，08A。但是因?yàn)樵漭敵鲦溳喸谑褂卯?dāng)中，若是車輛關(guān)閉電源進(jìn)入滑行狀態(tài)的時(shí)候，由于原輸出鏈輪無法實(shí)現(xiàn)超越，導(dǎo)致會(huì)有大量的能量消耗在克服變速箱的阻力上，為了避免這一不必要的損失，將原輸出鏈輪改為滑行輪，其具體樣式如圖5.1所示，且其規(guī)格大小和發(fā)動(dòng)機(jī)原配輸出鏈輪一致，均為14T,08A。
圖5.1 滑行輪
滑行輪具備以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1：滑行輪的工作原理和工業(yè)中使用的超越離合器的工作原理基本一致。
2：由于不用克服變速箱阻力做工，使得車輛可以滑行的更遠(yuǎn)，具備良好的經(jīng)濟(jì)性，有效的降低不必要的油耗。滑行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于熄火狀態(tài)，不排除燃燒廢氣，有效降低排放，滿足排放法規(guī)。同時(shí)，因?yàn)殒溳喛沙?，除了不用克服阻力做工，還降低了發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損耗，類似于爆缸事件的概率降低，提升操作的安全等級(jí)。并且，在車輛起動(dòng)時(shí)，人向前助力時(shí)，由于滑行輪的存在，車輛起動(dòng)力矩小，起動(dòng)平穩(wěn)，在起動(dòng)后，滑行輪自身開始旋轉(zhuǎn)，當(dāng)滑行輪內(nèi)圈速度超越了外圈速度時(shí)，鎖死，此時(shí)滑行輪相當(dāng)于普通鏈輪，同時(shí)運(yùn)行的阻力也相應(yīng)的較小。
3：可以做到不用換擋，僅靠油門既可以進(jìn)行操作
6試車效果
6.1 離合效果
離合器閉合快捷，在分離的時(shí)候不干涉車輪的運(yùn)行，車架的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不同和離合器在開合時(shí)產(chǎn)生的相反方向的力會(huì)影響離合器的正常工作。
6.2 電子燃油噴射裝置效果分析
本次實(shí)驗(yàn)過程中，電子燃油噴射裝置由于可以在很小的轉(zhuǎn)速區(qū)間范圍內(nèi)調(diào)整空氣和燃油的比值，可以做到在發(fā)動(dòng)機(jī)每次做工燃燒時(shí)，油氣混合物被充分消耗，達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)由于完全燃燒，排氣管尾氣不會(huì)冒出藍(lán)色煙霧（燃燒不完全帶來的副作用）以及噪聲，在車輛無負(fù)載的時(shí)候，因?yàn)殡娮尤加蛧娚溲b置的實(shí)時(shí)控制性，導(dǎo)致加速響應(yīng)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過化油器，圍繞這個(gè)特點(diǎn)，可以更好的控制車輛的加速。
6.3 油耗分析
本實(shí)驗(yàn)車輛實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所選擇在大連大學(xué)的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，場(chǎng)中擁有標(biāo)準(zhǔn)的400米塑膠環(huán)形跑道，并設(shè)定10公里的測(cè)試?yán)锍?，再?jīng)過了10公里的運(yùn)行之后，根據(jù)電子燃油噴射裝置的反饋，以及從實(shí)際油箱上測(cè)量來看，一共消耗了93號(hào)汽油共98毫升，計(jì)算為比賽成績(jī)的話，可以達(dá)到102.5公里每升，雖然較于前次實(shí)驗(yàn)中的化油器和雙火花塞的改造，成績(jī)有所下降，但那是因?yàn)?，電子燃油噴射裝置的調(diào)節(jié)僅僅在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成，實(shí)際的著車效果并沒有如實(shí)驗(yàn)臺(tái)上那樣表現(xiàn)出來，實(shí)際著車中有各種各樣的影響因素，在之后的調(diào)教中，會(huì)更著重于實(shí)際著車調(diào)試。 7結(jié)論
對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行電子化改造，加裝了電子燃油噴射裝置后，發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)得到了很大的改善，在工作室里采用自行設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)加裝了電子燃油噴射裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，利用虎鉗的輕微距離變化來控制節(jié)氣門的開度，使轉(zhuǎn)速出現(xiàn)變化，便于在各個(gè)不同的區(qū)間內(nèi)標(biāo)定發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)取得，主要是通過安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的各個(gè)傳感器，比較各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)之后，將同一轉(zhuǎn)速區(qū)間的數(shù)據(jù)匯總整理后，繪制出MAP圖后，對(duì)不足的地方進(jìn)行優(yōu)化，將優(yōu)化過后的數(shù)據(jù)，重新輸入計(jì)算機(jī)中，再保存到電子控制單元，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和調(diào)整，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳的空燃比范圍內(nèi)，充分燃燒，提高熱效率以及燃油經(jīng)濟(jì)性。
降低發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)是整車中質(zhì)量最重的一部分，發(fā)動(dòng)機(jī)的擺放直接影響了車輛的重心，也對(duì)車輛的操控表現(xiàn)有不小的影響，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，除了整車質(zhì)量變輕，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載小相應(yīng)的燃油消耗率也變小以外，最重要的是，使車輛的重心更靠近幾何中心，強(qiáng)化了操作性。
對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比改造，切割了氣缸之后，成功的將壓縮比從9.0提升到了9.46，同時(shí)，使用93號(hào)汽油，在改裝前后測(cè)得數(shù)據(jù)對(duì)比來看，壓縮比改裝之后的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性更高了，但是中間也出過一些差錯(cuò)，在剛切割完時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的氣密性降低了，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能不升反降，后來利用氣缸測(cè)壓表才發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榍懈畹牟痪鶆?，發(fā)動(dòng)機(jī)的氣密性得不到保障，效率極低，最后在氣缸周圍添加了補(bǔ)充劑后，解決了這部分的問題
通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的改造，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能得到了很大的改善，在試驗(yàn)臺(tái)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行標(biāo)定后，測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油利用率達(dá)到了479km/L，但是實(shí)際著車以后，效果并不突出，以后會(huì)在這方面進(jìn)行更多的修改和比較。
8致謝
在經(jīng)過半年的學(xué)習(xí)后，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造有了更深入的了解，也對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在李吉老師的指導(dǎo)下，我也找到了自己的大方向，雖然，這一次的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)際的效果并沒有預(yù)期的在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的效果那么好，也是有各種原因的，因?yàn)闆]有考慮整車，只考慮了單獨(dú)的發(fā)動(dòng)機(jī)部分，導(dǎo)致在最后著車實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)生了預(yù)料之外的情況，也證明了實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。最后，感謝我領(lǐng)航工作室的節(jié)能車組的成員，韋毅鵬，劉小帆，以及王淑芬老師和李吉老師，給予了我們很多幫助，謝謝老師和同學(xué)們的支持。
9參考文獻(xiàn)
[1]周開勤. 機(jī)械零件手冊(cè)(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2014.
[2]孫恒，陳作模.機(jī)械原理(第七版)[M].北京：高等教育出版社，2006.
[3]濮良貴,紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計(jì)(第九版)[M]北京：高等教育出版社，2013.
[4][美]伯爾著,汪一麟等譯．機(jī)械分析與機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.
[5]章日晉等編.機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2014.
[6]鐘磊. 摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制策略與排放控制技術(shù)研究[D]. 山東理工大學(xué), 2010.
[7]王琳. 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制和速度控制的方法研究[D]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué),2006.
[8]汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展幾大趨勢(shì) [J]. 中華汽摩配，2005（05）：28-29.
[9] 傅世樞. 國際轎車技術(shù)的新動(dòng)向——大型車發(fā)動(dòng)機(jī)小型化[J]. 輕型汽車技術(shù)，2005（Z2）：76-77.
[10]曾家駒, 王懋榮, 廖德剛. 機(jī)械制造技術(shù)(現(xiàn)代技術(shù)部分)[M ]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2014.
[11]連剛. 化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)改造成電控燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的研究與開發(fā)[J]. 哈爾濱工程大學(xué).2002.
[12]池奕承.關(guān)于honda中國節(jié)能競(jìng)技大賽節(jié)能車的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J]. 科協(xié)論壇.2012.（09）：53-54.
[13] Huan Liao,?Yue Dong Sun,?Ping Zhou. Design and Research of Engine Electronic Fuel Injection Simulation Experimental Platform[J]. Applied Mechanics and Materials, 2014: 184-187.
[14] Chaoyi Wei,?Mengqi Chen,?Yinjing Jiang. Electronic Control Fuel Injection System Based on GT-POWER and MotoTron[J]. Procedia Engineering.2017: 773-779.
[15] J. Pradeep Bhasker,?E. Porpatham. Effects of compression ratio and hydrogen addition on lean combustion characteristics and emission formation in a Compressed Natural Gas fuelled spark ignition engine[J]. Fuel.2017: 260-270.
36
收藏