发动机新技术简介TTA -培训总结TTATTA-Ausbildungszusammenfassung产品部动力总成科吴畏二OO一年六月十九日目录一. 可变进气歧管及进气歧管设计--------------------------------------1(1). 不同结构的可变进气歧管---------------------------------------------------1(2). 可变进气歧管组成------------------------------------------------------------3(3). 进气歧管设计------------------------------------------------------------------3a. 发动机进气系统概述b. 进气歧管设计对发动机性能的影响c. 进气歧管内空气的流动过程d. 进气歧管内压力波的形成过程e. 进气歧管设计优化(4). 可变进气歧管工作原理----------------------------------------------------- 9(5). 柴油机和汽油机进气系统设计差异--------------------------------------10(6). 自然吸气与增压发动机进气系统设计差异-----------------------------11(7). 塑料进气管的优缺点-------------------------------------------------------11(8). 总结---------------------------------------------------------------------------12二. 发动机装饰罩盖开发------------------------------------------------13(1). 德国大众发动机装饰罩盖开发过程概述--------------------------------13(2). 发动机装饰罩盖开发所需考虑的因素-----------------------------------13(3). 试验及评价------------------------------------------------------------------14(4). 总结---------------------------------------------------------------------------14三. 发动机新技术简介--------------------------------------------------14(1). 催化反应器------------------------------------------------------------------14(2). 氧传感器---------------------------------------------------------------------15(3). 废气再循环(EGR) ---------------------------------------------------------16(4). 二次空气喷射 --------------------------------------------------------------18(5). 汽油机缸内直喷------------------------------------------------------------19(5). 柴油机泵喷嘴技术---------------------------------------------------------20(6). 总结--------------------------------------------------------------------------20可变进气歧管及进气歧管设计•不同形式的可变进气歧管().Bora 1.8L(1). Bora(2). Audi 1.8L共20页,第1页.(3). Audi 2.4L/2.8L进气歧管长通道进气歧管短通道(4). 其它共20页,第2页.• 可变进气歧管组成(以Bora 1.8L 可变进气歧管为例)110长通道短通道操纵阀门操纵阀门长通道短通道1. 密封垫2. 活门3. 中间歧管4. 电磁阀5. 真空膜盒6.单向阀总成7. 电子节流阀体 8. 节流阀体密封垫 9.进气管支架 10.罩盖支架总成• 进气歧管设计a. 发动机进气系统概述 (1).赛车的发动机进气系统特点:为追求更大的功率和扭矩,各缸有独立的进气管及节流阀体,采用长直和喇叭状的进气管,使进气 阻 力尽可能小,有利于提高充气效率,但成本很高.见图:共20页,第3页.(2). 普通汽车发动机进气系统特点:结构复杂,进气阻力大,受整车布置的约束,主要构成:空滤器,连接管,空气23567894流量计,节流阀体及进气歧管组成.由于普通轿车的发动机机舱结构紧凑,因此进气管设计有很大的局限性,另外要求尽可能减小空气的流动损失,见图:b.进气管设计对发动机性能的影响汽车在行驶过程中(在平坦道路上匀速行驶)要克服的阻力主要有空气阻力和滚动阻力,为克服这些阻力,要求设计发动机时,要有足够的功率和扭矩,以克服这些阻力,并具有足够储备保证用于汽车加速及爬坡.见图一:1.空气滤清器2.进气连接管3.空气流量计4.节流阀体5.进气歧管Ma,Mb为两组不同的扭矩特性,Ma1和Mb1为在3000r/min时发动机的扭矩储备,Ma2和Mb2为最高转速时发动机的扭矩值,从该图可以看出:虚线:该车的加速性能差,但可以获得较高的车速 ;实线:该车的加速性能好,但最高车速较低;如何能既有良好的加速性,又能获得较高的车速:可采用可变进气管来解决这一矛盾.见图二.TTA LL=850r/min, Max=5000r/min图一共20页,第4页.M Ma Mb为采用长进气道的扭矩曲线为采用短进气道的扭矩曲线从此图显然可以看出采用可变进气道的发动机扭矩特性是最为理想的.图二c. 进气歧管内空气的流动所谓可变进气管,即通过改变进气歧管的长度和直径,使发动机在最大扭矩和最大功率点都能获得最大的进气量,以达到兼顾低速段扭矩及高速段功率的目的,其原理主要是由于空气在进气管内的流动特性(非稳定的流动).以发动机简化模型为例(不计进气损失),见图:设进气管长度为L,气缸容积变化为∆v,流动时间为∆t,发动机曲轴转角变化∆α.当曲轴带动活塞向下移动时,气缸容积变化∆v,并随时间变化向进气歧管方向传递,使空气产生流动.并以声速向稳压腔方向传播,通过公式可计算出传播时间τ,同时可推导出进气歧管长度和曲轴转角αR及发动机转速n间的关系,从而确共20页,第5页.d. 进气歧管内压力波的形成过程:由于进气管内空气的流动,管内真空度向稳压腔传播,由于管内的真空度增大,空气在进气管末端流动速度急剧加快,造成堵塞,使该处压力迅速升高,并向管内传播,空气在进气管内的往复运动,形成压力波,可以利用此压力波,以进一步提高充气效率.见图:e.进气管的优化设计长度和直径的优化设计是进气管设计的重点,如果能按发动机各个工况的要求合理匹配进气管的长度和直径,则该发动机的性能将达到最佳;由于进气管的长度和直径在结构上很难满足发动机各个工况时最佳长度和直径的要求,因此,可变进气管的设计也仅是在发动机达到某一转速(如Bora A41.8L 在4000r/min左右)时起作用,而不可能做到无级调整.共20页,第6页.长度:选择最佳长度l opt的公式:αRopt=90°=12/a•l opt•, a为声速, n为转速直径:选择最佳直径d opt的公式:d opt=(2•V h/l opt)1/2, 见图: V h为排量下图表为德国大众开发2.0L16V发动机时对进气管长度和直径的优化计算结果共20页,第7页.结构:尽量合理,避免进气阻力,如:在进气管与缸盖进气道接口处,尽量使其接口的形状、尺寸保持一致,否则在局部产生紊流,进气阻力增加;另外要求稳压腔容积要尽可能大一些,连接管长度尽可能短一些,进气流动轨迹的合理设计,这些措施都可以提高充气效率;见图:共20页,第8页.其它:与可变配气相位相结合,可达到最佳效果,即通过在不同情况下调节配气相位,使反射波波峰到达进气门处时,恰好为进气门开度最大的时刻,这时的充气效率为最高,见图:图中OT为上死点,UT为下死点;EO为进气门开启,ES为进气门关闭;式中:a为声速,l为进气管长度,τ为压力波传播时间,ω角速度,α为曲轴转角,n为发动机转速.•可变进气管的工作原理:当发动机转速低于4000r/min时(举例),可变进气歧管活动阀门关闭,空气通过较长的轨迹进入气缸,管内进气流具有较大的惯性,起到惯性增压的作用,可获得较大的扭矩;当发动机转速超过4000r/min时,ECU给电磁阀信号,使电磁阀打开,此时进气管内的低压空气进入到真空膜盒的右恻,而真空膜盒的左侧与大气相通,因此形成压力差∆p(∆p= P 0 - P u),使膜片向右移动, 从而通过连杆带动活门转动,此时空气通过较短的轨迹流入气缸内,可降低延程阻力,使发动机高速时获得较大的功率.见图:共20页,第9页.•柴油机和汽油机进气系统设计的差异由于柴油较汽油而言,其黏度较大, 不易与空气混合,因此柴油机进气系统设计主要是要考虑让进入气缸里的空气产生较强的涡流,也就是说,进气歧管和缸盖上进气道的设计,主要是使空气流动的轨迹有利于产生涡流,如图所视;从而有利于柴油与空气更好地混合,达到充分燃烧的目的,同时有利于降低排放;柴油机进气歧管的设计无需考虑最佳的进气管长度和直径,但最好保证各进气歧管的长度和直径及轨迹尽可能一致. 见图:共20页,第10页.•自然吸气与增压发动机进气系统设计的差异由于增压及中冷技术的采用,使发动机进气管的设计变得十分简单,仅根据总布置情况进行设计即可,且一般增压发动机进气歧管设计得较短,尽量保证进气歧管直径、长度和轨迹一致,使各缸的混合气分配均匀,但无需选择最佳的进气管长度和直径.见图:Bora 1.8TBoraAudi 1.8T•塑料进气歧管的优缺点(与金属进气歧管相比)a. 优点(1). 内壁光滑,进气阻力小(2). 重量轻,降低了总机重量(3). 可根据设计思想制造结构较复杂的进气歧管(4). 大批量生产成本较低b. 缺点(1). 由于自身较轻,易产生振动和噪音(2).强度较差,且需装通气阀,因为:当发动机产生回火时,进气歧管内压力急剧上升,为防止塑料进气管在高压下爆裂损坏,必须加装通气阀.•试验及评价a. 试验(1). 可靠性试验,如BAT(2). 振动试验,试验要求-. 所有被测的零件在整个试验过程中必须无破裂和机能失常现象;页.11页共20页,第11-. 在节流阀体处的振动极限值要小于等于±10g;-. 发动机性能在整个试验过程中应稳定.(3). 对于塑料进气歧管还要做抗爆性能试验(4). 道路试验:5-10万公里b. 评价(1). 零件制造无大的缺陷(2). 尺寸材料符合图纸及技术条件要求(3). 性能试验:达到设计目标(4). 振动试验-. 所有被测零件在整个试验过程中未损坏和丧失功能;-. 振动加速度小于±10g;-. 发动机在整个试验过程中性能稳定.(5). 塑料进气管在抗暴性能试验中不允许损坏(6).道路试验:在整个道路试验过程中,发动机在各工况下性能良好,进气歧管及其支撑部件和连接部件无损坏或丧失功能的现象发生.若满足以上要求则视为该产品合格,可以给出认可.•总结综上所述,发动机进气歧管设计应主要考虑以下几个方面:(1).首先根据整机性能指标的要求,通过理论计算,确定进气歧管的最佳长度和直径以及稳压腔容积(要大于该发动机的排量);(2).其次根据发动机在整车的布置情况,合理设计进气歧管的轨迹,并尽量满足最佳长度和直径的要求;(3).最后在结构上对进气歧管进行优化设计,尽量避免空气在管内流动过程中遇到较大的阻力,以免使充气效率下降;(4).其它:在制造上要求使进气歧管内腔尽可能光滑(可考虑用塑料进气歧管);另外,要求所设计的进气歧管长度、直径和轨迹尽可能保持一致;如果要使发动机具有更好的性能,可考虑采用可变进气歧管.共20页,第12页.发动机装饰罩盖开发•德国大众发动机装饰罩盖的开发过程概述:(1). 对该产品的技术要求(2). 供货商协作的内容(3). 相关标准(4). 试验项目(5). 时间进度(6). 供货商的供货状态(7). 描述组成该总成的全部零件号(8). 附件:1.参考图纸 2.材料说明•发动机装饰罩盖开发所需考虑的因素(1). 造型:与机舱内其它零件相协调,达到完美统一.(2). 结构:在保证造型美观的基础上,采用合理的结构,便于生产制造;(3). 工艺上:要进行注塑过程的流动分析,避免零件制造缺陷;(4). 材料:PA66+M30或PA66+GF30或PA66+GF15+M20;这三种材料是目前德国大众设计发动机罩盖的主要材料,其特点是:-.PA66+30%GF:该材料由于玻璃纤维本身为各向异性,当在温度较高时,该材料各个方向的膨胀量不一致,因此容易造成严重变形;但该种材料有利于增加罩盖的强度,防止零件脆裂;-.PA66+30%M:该种材料由于矿物粉本身为各向同性,在温度较高的条件下材料各个方向的膨胀量较为均匀,因此抗变形能力较强,但强度较差,尤其在气温较低的条件下受到较大的外力易脆裂,因此在运输过程中要合理摆放,避免零件损坏;发动机装饰罩盖主要功能就是起装饰作用,对强度的要求不是很高,目前Audi及Bora车的发动机装饰罩盖多采用此种材料; -.PA66+15%GF+20%M:该材料的各项性能介于上述两种材料之间,但由于该材料的配比较难掌握,因此采用较少.共20页,第13页.•试验及评价(1). 试验:高、低温存放试验和道路试验(2). 评价:材料、尺寸合格，道路试验未发现问题即可认可。
