发动机DA465Q缸盖进气门清洗装置设计.docx

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发动机DA465Q缸盖进气门清洗装置设计

摘要

汽车是当今人类使用最广泛的交通工具。

汽车发动机的自动化装配程度在一定程度上限制了汽车的自动化生产水平。

因此对汽车发动机自动装配生产线的研究，对提高生产线水准具有十分重要的现实意义。

在对进气口清洗装置的设计中，有几个关键的问题，首先是顶开阀杆的凸轮机构的设计；其次是驱动凸轮机构转动的电动机及皮带传动部分；再次就是缸盖的固定问题，因为在进气口和出气口进行高压空气清洗时，会给气缸盖向上的力，所以要做好固定工作。

一旦进气口有一些杂质或者灰尘粒，就会导致密封不严，或者漏气的现象，这样就会影响发动机的正常工作，所以对进气口的清洗装置的设计就显得尤其关键。

清洗装置的设计直接影响到发动机缸盖的密封性，对发动机的工作也有很大影响，所以设计出一套完整、完善的清洗装置是十分必要的。

本文在对汽车、汽车构造、发动机的构造、分类，、工作原理、发动机气缸缸盖和生产线进行了比较详细的阐述的基础上，论述了汽车发动机缸盖生产线自动装配进气门清洗装置的设计，并对其进行了理论分析和设计计算。

完成了该装置总体结构及凸轮机构、电机、带传动、气缸及清洗等主要部件的设计，为实现汽车发动机生产线自动化装置提供了参考价值。

关键词：

汽车发动机；缸盖；生产线；进气口清洗；东安465Q发动机

ABSTRACT

Theautomobileisthewidestmeansoftransportationnowadays.Theautomationoftheautomobileengineassemblestheautomaticlevelofproductionandthedegreehaslimitedtheautomobiletoacertainextent.Soassembllytheresearchoftheproductionlinetotheautomobileengineautomatically,haveveryimportantrealisticmeaningsinimprovingtheproductionlinelevel.Washingtheairinletinthedesignofthedevice,thereareseveralkeyproblems,itisadesignofthecamorganizationwhichbacksdownthevalvestematfirst;Secondlyitismotorurgingthecamorganizationtorotateandbeltrunningpart;fixjobisanotherimportantproblem,becauseitgivesventtotheairinletandcarryonhigh-pressureairwhenwashinginairinlet,willoverlayupwardstrengthfortheaircylinder,soweshoulddothefixjobwell.

Oncetheairinlethassomeimpurityordust,itcannotresultinandsealingtightly,orthephenomenonofleakinggas,willinfluencethenormalworkoftheenginelikethis,soitseemsespeciallycrucialtothedesignofthewashingdeviceoftheairinlet.Thedesignwhichwashesthedeviceisinfluencedthesealingthattheenginejarcovereddirectly,haveverygreatinfluenceontheworkoftheenginetoo,soitisveryessentialtodesignasetofintact,automobile,engine,operationprinciple,engineaircylinderjaroverlayandproductionlinecarryonatthedetailedfoundationofexposition,overlaytheproductionlinetoassembleintothedesignthatthevalvewashedthedeviceautomaticallyafterdescribingtheenginejaroftheautomobile,Havefinishedthedesignofsuchmainpartsasthisdeviceofensemblearchitectureandcamorganization,electricalmachinery,takingthetransmission,aircylinderandwashing,etc.Ithasofferedreferencevalueforrealizingtheautomaticdeviceofproductionlineoftheautomobileengine.

Keyword:

Automobileengine；Productionline；Thejarcovering；Theairinletwashing；DonganEngine465Q

第1章绪论

1.1选题背景，目的及意义

自1886年诞生以来，经历115年进入21社会。

汽车的不断发展，大大的改变了人类生活。

汽车工业和汽车技术得以发展，离不开各国人民发挥各自的智慧和才能，是世界人民共同努力的结果。

汽车是法、英、德、美等国的创造发明者经过不断试验而制成的综合产物。

从早期汽车发展到现代汽车，经历了200多年的时间。

据专家估计,世界汽车的销售量在南朝鲜和东欧销售量猛增的影响下预计在2011年将增50％。

据世界汽车时常战略考察组调查,到2011,世界汽车销售量将从1990年德9万辆增加到747万辆.亚洲汽车销量将达到120万辆,几乎比1990年上升200％。

欧洲的汽车销量也有大幅度的增加.发达国家为争夺市场获得高额利润,加速了国际汽车工业的联合改组,建立跨国公司,组织形式向着国际化,集约化方向发展,生产方式向着大批量和多品种相结合的方向发展.柔性生产,精益生产方式,技术上大量的推广应有新技术,新工艺,新材料的方向发展。

发达国家的汽车品质性能水平的不断提高,产品开发周期有过去的四五年到三年,车型也不断推陈出新。

汽车工业在发达国家的经济发展中，起着重要支柱的作用：

①在产值和销售收入中，汽车工业占较大比重。

②汽车工业的发展必然会推动许多相关工业部门的发展。

汽车工业是综合性的组装工业，一辆汽车由千万种零、部件组成,每一个汽车主机厂都有大量的相关配件厂,所以汽车工业和许多工业部门具有密切的联系。

③汽车工业是高度技术密集型的工业，集中着许多科学领域里的新材料、新设备、新工艺和新技术。

2002年，中国汽车工业全年累计生产汽车325万辆，比上年同期增长38%；销售汽车324.8万辆，比上年同期增长37%。

其中轿车产销均突破百万辆，分别达109万辆和112万辆，比2001年分别增长55%和56%。

商用车的增长也很可观。

汽车工业效益大幅度提高，完成工业增长值1515亿元同比增长28.7%；完成销售收入6465亿元，同比增长30.8%；完成利润总额431亿元，同比增长60.94%。

汽车消费成为拉动2002年经济增长的主要力量。

由于中国汽车工业企业与国际大汽车公司进行了全面的合资，在主要汽车生产厂，主要生产制造环节的工艺装备水平有了较大的提高。

相当多的合资企业生产线装备是按照跨国公司生产标准引进的。

有些企业引进了柔性焊接生产线。

由于合资企业是按照跨国公司要求组织生产，进入跨国公司的全球管理和质量监控体系，因此中国汽车企业在保证产品水平、质量的关键设备、工艺、管理制度等方面正在与国际接轨。

目前汽车用的发动机都是内燃机，内燃机通过燃料的燃烧，把化学能转化为热能，再将热能转化为机械能的热动力机械。

内燃机是热效率最高的热力机械，但仍存在着巨大的节能及降低尾气污染的潜力。

对于量调节式的汽油机而言，在部分负荷时，会因节气门开度小而造成发动机的泵气损失大，从而降低发动机的机械效率，影响到经济性。

取消节气门就是提高汽油机经济性的最根本措施。

但由于目前的汽油机是用节气门来调节混合气量的，取消节气门，发动机的动力输出无法控制，因此必须探索新的途径。

汽油直接喷射技术就是基于这一思路。

将汽油机的节气门调节动力输出，改为用喷油量控制动力输出。

这样一来，采用汽油直接喷射的汽油机与目前的电控喷射发动机相比，燃油消耗量可以减少15%左右。

但汽油机采用直接喷射技术后，现有的三效催化系统难以发挥作用，使发动机的废气排放品质下降，因此还需要重新探索新的途径。

目前的混合气均质压燃理论为解决这一问题提供了很好的思路。

该理论是在汽油机上取消节气门，用喷油量调节动力输出，采用大量的高温废气混合到适当比例的燃料和空气混合气中，用发动机的压缩行程用活塞压缩使混合气自己着火，从而解决汽油机无节气门下的动力输出与同时采用三效催化转化器的矛盾。

同样这一理论也可以应用到柴油机上，使柴油机在均质混合气时压燃着火，而不是现在的边喷油、边着火的扩散燃烧模式，从而使柴油机的废气排放达到最低，特别是烟度排放和NOX排放。

目前均质混合气压燃着火的理论正在付诸实施之中。

一旦这一新理论在实践得到应用，可以预见，今后的发动机会更加高效、更加清洁，汽车的使用将更加安全且有利于环保。

对于发动机制造所采用的生产装备来讲，其投资费用和寿命的计算并非是件简单的事情：

首先，企业要考虑在前期投入大量的资金购置生产设备；其次，在后期的使用过程中还要考虑加工过程中的使用成本和维护费用。

为了适应未来的生产需求，规划发动机生产线时还要考虑，所选择的生产设备能否满足未来生产需求的变化。

如何合理进行投资建设生产线，成为当前每个发动机生产厂慎重研究的课题　随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产方式受到了挑战。

这种挑战不仅对中小企业形成了威胁，而且也困扰着国有大中型企业。

因为，在大批量生产方式中，柔性和生产率是相互矛盾的。

众所周知，只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益；反之，多品种、小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调整工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。

为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，是终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。

先进的装配工艺需要先进的工艺装备，工艺装备设计制造水平，对保证高效率的生产和产品的高质量至关重要，也是汽车装配技术水平的标志。

改革开放以来，随着我国汽车工业的发展，我国从国外引进了大量先进的设备，使汽车工业装备水平有了很大的提高；同时，许多设备制造企业也纷纷引进技术，购买产品生产专利权及合资合作生产国内急需的装备，在机械加工、铸造、冲压、焊接、涂装等设备方面均取得了一定的进展。

但从整体来说，国内的装备制造水平尚不能满足汽车工业发展的需要，几大轿车厂所用设备70％都是引进设备。

就装配工艺装备而言，与其它工种设备相比由于价格低、技术含量高（试验设备），且大多为非标设备，因此设备厂家不重视装配设备的开发，所以装配设备的发展落后于其它设备的发展。

整车装配线和零部件装配线向柔性装配线方向发展，以满足多品种生产和自动化装配要求；加注设备向真空式加注设备方向发展；试验检测设备向微机控制、数字化、高精度、自动化方向发展；专用装配设备向高精度、适应性强、自动化方向发展，一台专机应能适应2～3种产品的生产要求，以适应多品种生产的要求：

以静扭扳手和定扭矩电动扳手替代冲击式气动扳手是装配工具的发展趋势：

一些产量大、零件数量少的零部件装配线趋于采用全自动装配线：

将柔性装配线和其上的各种装配专机及检测设备有机的结合一起，由同一厂家设计、制造、安装，即交钥匙工程，是以后装配设备制造的发展趋势，这样便于保证设备的制造质量，避免扯皮现象，有利手提高装配工艺装备的整体制造水平，因此，未来汽车装配专用设备生产，应向以专业化工厂的生产组织形式发展。

程中进气门有杂质灰尘是发动机形成积碳非常直接的原因。

由于进气门附有灰尘杂质，会使进气门密封不严，从而产生了过多的积碳.需要把气门上和缸盖里的附着的积碳处理干净后再研下气门口,然后重新装配.否则积碳颗粒很容易掉在气门与气门口之间,造成某个缸不工作的情况。

积碳对发动机性能有很大很直接的影响。

发动机进气道中的气体流动性能，可以影响到燃烧室中的湍流强度，火焰传播速度和燃烧速率以及燃烧持续时间，从而对发动机的动力性和经济性产生影响。

当进气道中存在积炭现象时，会对进气道中气流的流动特性产生影响，通过上面的分析可以得出结论，必然会影响到发动机的动力性和经济性。

其次，由于积炭是热的不良导体，所以温度较高，在进气、压缩过不断加热混合气，从而最终提高了终燃混合气的温度；积炭本身占有一定的体积，因而提高了压缩比。

其综合效果为沉积物的存在使得爆震倾向增加。

最后，因为积炭占据了燃烧室中一定的体积，在发动机功率不变的前提下，发动机的输出功率将会降低。

在汽车行驶过程中，发动机功率和汽车的行驶的阻力功率总是平衡的。

汽车的运动阻力所消耗的功率包括滚动阻力功率、空气阻力功率、坡度阻力功率以及加速阻力功率，而这些项直接对应的就是汽车动力性指标，所以会导致汽车的动力性能下降。

积炭的增多会导致发动机异常耗油。

对汽车燃油经济性的评估，通常是根据发动机的万有特性曲线与汽车功率平衡图来进行计算。

图1.1发动机万有特性曲线

万有特性曲线是一组绘制有等功率和等燃油消耗率曲线，如图1.1所示。

根据曲线可以确定发动机在一定转速n，发出一定功率P时的燃油消耗率b。

计算时根据等速行驶车速Ua以及阻力功率P，在万有特性图上利用插值法可确定相应的燃油消耗率b,从而计算出以该速度行驶时单位时间内的燃油消耗量Qt为：

其中b为燃油消耗率，g为燃油的重度，假设燃油品质一定的情况下，燃油重度g为一常量。

从上面对于动力性的分析中可以得到，当存在积炭现象时将会降低发动机的动力性，亦即发动机输出功率将会降低，则当汽车在以同样的等速行驶速度行驶时，为了获得相同的功率，必然需要更高的燃油消耗率。

积炭对汽车排放影响的直观表现在汽车冒黑烟。

燃油在燃烧室中被完全燃烧时，将只会产生二氧化碳和水。

但是由于发动机燃烧时间极短，可燃混合气不是完全均匀，燃料的氧化反应不彻底，所以产生了不完全燃烧产物。

一氧化碳是碳氢化合物燃料在燃烧过程中生成的中间产物。

产生碳氢化合物的主要途径有：

在汽缸内燃烧过程中产生；从燃烧室通过活塞与汽缸之间的间隙漏入曲轴箱的窜气；从发动机和燃油系统等处蒸发产生的汽油蒸汽。

氮氧化合物的主要来源是空气中的氮气。

影响发动机排放性的因素很多，但是具体到积炭方面则主要是表现在过量空气系数对排放性的影响。

由于发动机出现积炭层之后将会吸收部分燃油，从而导致进入燃烧室中的燃油减少，混合气体的浓度降低，影响到发动机的正常启动。

此时，必须增加燃油的供给量以提高混合气体的浓度，实验证明当存在积炭现象的发动机启动时，燃烧室中的混合气浓度已经超过了正常的浓度标准，导致过量空气系数变小。

图1.4为排气污染物与过量空气系数的关系图。

从图1.2可以看出，在过量空气系数从大变小的过程中，氮氧化合物的变化趋势是逐渐减少，而一氧化碳和碳氢化合物的含量逐渐增加。

图1.2排气污染物与过量空气系数的关系

另外，由于积炭占用了燃烧室中的部分体积，从而导致了压缩比的提高，亦即燃烧室表面积和体积之比（面容比）增加，相对增加了激冷面积，增加了碳氢化合物的排放量。

这种现象在发动机冷启动、怠速和暖机时对于碳氢化合物的排放量影响较大。

同时压缩比的升高，使得最高燃烧温度增加，氮氧化物的排放量增加。

综上所述，在发动机装配生产线上，对发动机缸盖进气门的清洗有着非常大的必要性。

汽车厂家要确保发动机出厂性能最优必须重视这个关键环节。

1.2课题研究现状

随着汽车工业的发展，发动机装配线正由刚性装配线向柔性装配线方向发展，柔性装配线的特点是装配节拍可以在一定的范围内自由调整，可以实现多品种混流生产并适应生产纲领的变化。

又由于在装配作业时装配对象和装配工人保持相对静止状态，对保证装配的高质量及采用专门的装配设备提供了方便的条件，便于实现装配的自动化。

因此国内引进的轿车发动机装配线均采用了柔性装配线（即非同步装配线）。

目前国内用于发动机装配非同步装配线主要型式有，纵置单滚杠式、摩擦式机动辊道式、双链滚轮式和鳞板式等。

一般从美国和日本引进的发动机非同步装配线为摩擦式机动辊道式，如一汽二发和天内；从德国引进的发动机非同步装配线为纵置单滚杠式，如上海大众和一汽大众。

大总成（中型）非同步装配线在中国的发展，是随着引进轿车技术和国外二手设备再利用而发展起来的。

北京内燃机厂和一汽第二发动机厂在80年代末分别引进的美国通用汽车公司2.0L发动机生产线及美国克莱斯勒公司的488发动机生产线，该两条生产线上总成和分总成装配线采用的就是非同步装配线。

这一时间可以说柔性装配线已经在中国中小型机械的装配生产中得以应用，以后国内新建的几个大型发动机厂，如上海大众、一汽大众、天津内燃机厂等发动机装配生产线均采用引进的非同步装配线。

1.3研究内容及研究方法

1.3.1设计主要内容

本设计任务是当汽车发动机缸盖与进，排气门自动装配完成后，对进气门进行清洗，清除进气门密封表面的残留物。

根据设计任务的工艺要求，本课题主要研究内容是汽车发动机缸盖清洗装置的设计，并解决以下又几个关键问题的设计：

①顶开进气门阀的机构设计。

②驱动凸轮机构的装置设计。

③进气口的清洗及密封圈设计。

④缸盖的固定。

1.3.2研究方法

①顶开进气门阀的机构设计。

可以选用凸轮机构，通过凸轮机构的转动，带动顶杆向下顶开进气门，进而完成要求此工作要求。

②驱动凸轮机构的装置设计。

可以采用电动机来驱动，由于电动机一般转速较高，所以可以选用减速电动机进行驱动。

电动机转动，带动皮带轮转动，皮带再经过传输，使得凸轮轴跟着转动，从而完成工作。

③进气口的清洗及密封圈设计。

在进行清洗时，要保证清洗装置和进气口之间的密封性，这样才能使清洗时，高压空气完全用来清洗进气门的残留物。

④缸盖的固定。

因为在进气口两边的清洗装置工作时，会给缸盖向上的力，容易使缸盖错位而不能进行正常的清洗。

第2章汽车概述及DA465Q发动机简介

2.1汽车概述

2.1.1汽车的构造

汽车是指能自带能源的机动轮式无轨车辆，它是使用最广泛的交通运输工具。

按运输对象汽车可分为客运汽车和货运汽车（简称货车）两大类。

汽车是法、英、德、美等国的创造发明者经过不断试验而制成的综合产物。

从早期汽车发展到现代汽车，经历了200多年的时间。

汽车通常由发动机、底盘、车身、电气设备四个部分主成。

发动机的作用是使供入其中的燃料燃烧而发出动力。

大多数汽车都采用往复活塞式内燃机，它一般是由机体、曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系、润滑系、点火系（汽油发动机采用）、起动系等部分组成。

底盘的作用是接受发动机的动力，使汽车产生运动，并保证汽车按照驾驶员的操纵正常行驶。

车身的作用是为驾驶员提供工作的场所，也是装载乘客和货物的场所。

车身应为驾驶员提供方便的操作条件，以及为乘客提供舒适安全的环境或保证货物完好无损。

典型的货车车身包括车前钣制件、驾驶室、车厢等部件。

电气设备由电源组、发动机起动系和点火系、汽车照明和信号装置等组成。

此外，在现代汽车上愈来愈多地装用各种电子设备：

微处理机、中央计算机系统及各种人工智能装置等，显著地提高了汽车的性能。

2.1.2汽车发动机的构造

根据组成发动机各部分零部件的作用不同，发动机主要有八大部分（柴油机污点火系）所组成，分别是：

1.机体

2.曲柄连杆机构

3.换气系统

4.燃油供给系统

5.润滑系统

6.冷却系统

7.点火系统

8.启动系统

2.1.3发动机的分类

内燃机的类型很多，通常按不同的特征作如下分类：

1.按所用燃料分：

汽油机、柴油机、石油液化气机、沼气机等。

2.按每循环行程数分：

二行程发动机、四行程发动机。

3.按气缸数分：

单缸发动机、多缸发动机。

4.按冷却方式分：

水冷却发动机、风冷却发动机。

5.按着火方式分：

点燃式发动机、压燃式发动机。

6.按转速分：

高速发动机、低速发动机。

7.按气缸排列方式分：

立式发动机、卧式发动机、V型发动机、对置式发动机等。

2.1.4发动机的工作原理

四行程汽油机的工作原理：

四行程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程的顺序不断循环反复的，如图2.1。

（a）进气（b）压缩（c）作功（d）排气

图2.1汽油机工作原理图

2.1.5发动机气缸盖

气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。

它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。

水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。

利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。

缸盖上装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。

汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。

顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。

气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，

所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。

气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。

汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。

汽油机燃烧室常见的三种形式，见图2.2。

半球形楔形盆形

图2.2燃烧室形式

（1）半球形燃烧室

半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热效率高。

这种燃烧室结构上也允许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气机构变得较复杂，但有利于排气净化。

（2）楔形燃烧室

楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动，有利于提高混合气的混合质量，进气阻力小，提高了充气效率。

气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传播距离长些，切诺基轿车发动机采用这种形式的燃烧室。

（3）盆形燃烧室

盆形燃烧室，气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。

捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。

2.2生