CA4GE3汽油发动机总布置设计研究

汽油机 总体布置设计研究

2006年(第28卷)第4期

汽　车　工　程AutomotiveEngineering

2006(Vol.28)No.4

2006084

CA4GE3汽油发动机总布置设计研究

姜建华,谭昭波,刘东航,李丰军

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(11天津大学管理学院,天津　300072;　21一汽技术中心,长春　130000)

[摘要]　概括介绍了CA4GE3汽油发动机的总布置设计方案。主要是对CA4GE发动机进行升级改造,充分

考虑到CA4GE系列发动机现生产的客观条件,尽可能通用CA4GE系列发动机的零部件和附配件,专用件尽可能利用或部分利用CA4GE系列发动机零部件的工装或生产线,在满足红旗轿车总布置的条件下,先进技术即可变配气正时(VVT)技术及可控燃烧速率(CBR)技术,CA4GE3。

关键词:汽油发动机,总布置设计

AStudyontheEngine

a,iuDonghang&LiFengjun

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ent,University,Tianjin　300072;　21FAWR&DCenter,Changchun　130000

[Abstract]　ThispaperbrieflypresentsthelayoutdesignofCA4GE3petrolengine.GivingfullconsiderationonthepresentproductionconditionsofCA4GEseriesengines,carryingoverasmoreaspossiblethepartsandcom2ponents,accessoriesandspecialpartsfromcurrentCA4GEseriesenginesandutilizingasmuchaspossiblethemanufacturingequipmentandproductionlinesforCA4GEseriesengines,theupgradingmodificationonCA4GEengineiscarriedout.OnthepremiseofbeingabletobefittedintotheenginecompartmentofRedflagcar,thestateofthearttechnologies,suchasvariablevalvetimingandcontrollableburningrate,areadoptedinthedevel2opmentofupgradedandhighperformanceCA4GE3engine.

Keywords:Petrolengine,Layoutdesign

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1　压缩比

1　前言

目前CA4GE发动机存在的问题主要包括:空载工况下失火率较高,高速时循环变动率较大;在低速、低负荷工况下,单缸以及各缸间的平均指示压力的变化率较高;低速全负荷时摩擦损失较大;全负荷高转速下换气损失较大。

为此对CA4GE发动机重新进行总布局设计,定名为CA4GE3,与新的CA7182红旗轿车相匹配。

为了适应轿车的高速性和市场燃油品质的提

高,采用先进的燃烧系统和电子点火系统,CA4GE3发动机的压缩比定为917∶1较为合适。发动机气缸工作容积为55312mL,燃烧室各部分的容积值如表1所示。

表1　燃烧室各部分的容积值

名称缸盖燃烧室活塞凹坑挤气间隙一环岸气缸垫总　计

容积/mL

271129146160150126318

所占比例/%

421446121013018013100

2　发动机主要性能参数设定

根据世界先进发动机的指标,结合CA4GE发动机的实际情况,确定合理的指标。

　　原稿收到日期为2005年4月2日,修改稿收到日期为2005年6月28日。

汽油机 总体布置设计研究

2006(Vol.28)No.4姜建华,等:CA4GE3汽油发动机总布置设计研究 　387

212　发动机动力性指标

为了适应高速性,CA4GE3发动机的目标值如下。

额定功率:85kW　　　　　　　　5200r/min最大转矩:190N m(±215%)3200r/min低端转矩:165N m(±215%)1500r/min213　发动机经济性指标

发动机台架试验(带整车进排气系统)的经济性指标如下。

最低燃油消耗率≤265g/(kW h)2000r/min、200kPa时的燃油消耗率

≤380～385g/(kW h)

4000r/min、400kPa时的燃油消耗率

≤315～325g/(kW h)

怠速工况:降20%～30%

数由原来的124减少为122。齿带长度由原来的118111mm减短到1162105mm。31312　多楔带轮系的布置前端轮系从原来1根V型带、1根PK多楔带改为1根PK多楔带传动,以减少发动机的轴向长度。314　提高动力性的技术措施31411　可控燃烧速率(CBR)技术的使用

CBR技术的关键是通过可变的进气充量实现对燃烧速率的控制,燃烧所需的涡流由气道偏置以及切向的进气道产生。同时采用可变配气正时(VVT)技术和适当提高内部EGR率,减少泵气损失功,有利于降低NOx排放量,。,,改善性能指CBR系统中,进气的第一步是利用废气涡流,之后在正常进气时利用所产生的进气涡流,它们会接触到相邻的旋涡,造成黏滞剪切作用,这样可迅速地提高热传递速度和加快燃气的混合。31412　采用可变配气正时(VVT)技术

VVT通过在凸轮轴上安装凸轮相位转换器(CamPhaser)以及在缸盖上安装控制油路的电磁阀来实现其功能。其原理是通过凸轮轴相对于曲轴转动来提供连续可变的气门正时。VVT系统可通过改变气门重叠,实现缸内气体再循环,减少进气的逸出,而不需要外设的EGR系统,从而改善怠速性能和燃料经济性。

在多个进气门发动机中,若实现CBR燃烧,可以通过适时关闭其中1个进气门改变发动机的充量来实现燃烧速率的改变;而在只有1个进气门的2气门发动机中,改变进气充量的有效措施之一是采用VVT技术,VVT是2气门发动机实现CBR技术

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的必要条件。

这样,通过CBR技术和VVT技术的采用,使得发动机整个转速范围内的容积效率增加,实现了内部EGR,改善了中、低转速的转矩特性。31413　配气机构的选择

CA4GE3发动机采用了2V2CBR新技术,可以有两种配气机构形式进行选择,即直推式(DD式)与滚轮摇臂式(RFF式)。

从摩擦比较来看,RFF式摩擦功损失明显低于DD式,从而降低了燃油消耗量;同时,RFF式配气系摩擦功的减少也对CamPhaser的应用有利,凸轮轴所需驱动转矩明显减小,调整速度加快,

因此对排

3　311　为保证使CA4GE3发动机与现生产的CA4GE发动机生产线变动最小,同时考虑保持发动机转矩不降低,仍采用212L排量。312　发动机进排气道的布置

CA4GE3缸盖设计中,在降低发动机高度的基

础上,将发动机进排气道从现在的同侧布置改为两侧布置,可实现发动机纵向直立布置,如图1所示

。

图1　CA4GE3发动机进气道双侧布置

两侧布置可以借鉴2V2CBR成熟的技术,降低设计风险,同时使得设计空间充足,避免了排气歧管对进气歧管热辐射,增加进气密度,从而提高了充气效率;同时还加大了冷却水套的布置空间,更好地组织缸盖冷却水流,保证新燃烧技术的实现。313　轮系的布置31311　正时轮系的布置

为实现发动机直立布置,将气缸盖高度由原来的158155mm降低到145mm,相应重新设计正时齿带长度,保持正时齿轮直径和齿数不变,正时齿带齿

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放及驾驶性能都有较大地改善。

从耐久性和可靠性来看,两种形式性能相当,但考虑到中国典型的驾驶条件(低发动机速度及长时间的高负荷),RFF式可能更为有利,同时由于滚动接触,几乎是零磨损,甚至允许在更为恶劣的条件或是脏的机油条件下工作。为保证液压间隙调节器正常工作,对机油供给压力、机油流速以及机油充气率的要求是严格的。两种机构的机油压力需求是相似的,然而直推式由于挺柱的直径较大,泄漏也较大,因此需要更高的流量。直推式挺柱对于机油充气率也更为敏感,为了保证其可靠的工作,机油充气率应小于10%,静态液压间隙调节器允许机油充气率大约达到20%适当增加筋的数量从而减少缸筒变形及辐射噪声。

目前CA4GE气缸体存在缸筒变形的问题,4个缸体在自由状态时,可以发现第3缸的2阶变形超

μm,在安装缸盖之后,只有第3缸的4阶变过标准7

μm,在安 …… 此处隐藏：4843字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……