内燃机动力学论文.docx

《内燃机动力学》课程论文题 目 直 列 五 缸 柴 油 机 平 衡 及 整 机 振 动 分 析 学 院 工 程 技 术 学 院 专 业 车 辆 工 程 年 级 2 0 1 2 级 学 号 222012322220091姓 名 黄 林 波 成 绩 2015年 6月 25日直列五缸柴油机平衡及整机振动分析黄林波车辆一班、222012322220091摘要：针对企业产品系列化的要求，本文对直列五缸发动机的平衡性做了理论分析，在此基础 上，设计了该五缸机的平衡方案，并使用 AVL Excite 软件对采用平衡措施前后五缸机的振动 情况进行了仿真分析，初步评价了五缸机的振动情况和平衡措施的有效性，为五缸机的可行性 做了初步的探索。关键词：直列五缸柴油机；平衡措施；模拟仿真1 概述振动和噪声是评价发动机综合性能的重要指标之一。在汽车工业发展史上，直列五缸发动 机没有得到广泛应用的主要原因，就是由于五缸发动机的平衡性较差，易引起整机较大的振动 而影响发动机的 NVH 性能。但在目前直列四缸机和直列六缸机技术比较成熟的情况下，直列 五缸机也有其优点：a) 五缸机填补了四缸机和六缸机间的功率空白，因此可以使气缸的容积效率达到最优。如 果需要一款功率大于四缸且小于六缸的发动机，那么与六缸机、四缸机系列化设计的直列五缸 发动机是一个较好的选择方案；b) 在企业已经有成熟的四缸机和五缸机产品条件下，五缸机可以与现有的四缸机或六缸机 实现系列化、模块化设计，主要零部件的加工和采购（如曲轴、连杆、活塞、气门、机体、缸 盖等）都可以在一个平台上进行，这样可以节省开发费用、减少建设新生产线的资金投入和配 套费用。本文即是在考虑五缸机的上述优点，使用商业软件对五缸机的平衡性进行分析，以对五缸 机的研制做初步的探索。主要优势：发动机NVH（噪音震动）。传统四缸机的激励阶次为二阶，五缸机的激励阶次为2.5阶次。这样避开了很多系统的固有频率避免了共振，比如方向盘转向管柱就很容易和四缸机在怠速转速时产生共振。激励阶次可以这么理解，四缸机是有四个缸，每一次冲程有2个缸同时工作，就变成了2阶次，五缸机就是2.5阶次。主要劣势：相对目前主流的发动机技术，即四缸缸内直喷。五缸机在低转速的扭矩很差，最大扭矩点一般要到2500以上，而新的四缸缸内直喷加涡轮则可以在1500甚至1200转时达到最大扭矩。这样带来的劣势就是发动机在城市工况的油耗很高（相对的），而且给标定带来了很多局限性，为了保证驾驶性以及动力感受不得不进一步牺牲油耗。沃尔沃一直是五缸的忠实拥护者，这从沃尔沃的各款发动机就能看出。1.有缺点：技术较老，占用空间大等，但一定不是你说的动力分配不均匀。2.在技术条件相同的情况下，发动机的震动与气缸是奇数还有偶数关系并不大，而是主要受气缸做功间的点火间隙影响。举例来说：相同技术条件下，5缸发动机（点火间隔144度）的震动一定比4缸车（点火间隔180度）小，但要比6缸车稍大。3.2013款V60车上装配T5（直5，带增压），最大功率157kw，最大扭矩300nm。2直列五缸机平衡性分析往复式内燃机不平衡的原因主要是由于其工作过程和机件运动的周期性造成。发动机运动 过程中所产生的旋转惯性力和往复惯性力的周期性变化，及发动机输出转矩的波动，都会造成 支反力的不断变化，从而引起发动机的不平衡振动。由于直列五缸机的曲拐均匀分布，旋转惯 性力和往复惯性力的合力都为零，因此本文主要分析旋转惯性力矩和一阶、二阶往复惯性力矩 对五缸机振动的影响。四冲程五缸机的发火间隔为 720°/5=144°，发火顺序一般采用 1-2-4-5-3。使用图解法分析 发动机的不平衡力矩，得到力矩矢量的大小和方向，如图 1 中所示。当一缸位于上止点的时候， 旋转惯性力矩∑Mr=0.449aFrcos54° 一阶和二阶往复惯性力矩大小分别为∑MjⅠ=0.449aCcos54° ΣMjⅡ=4.98λaCcos18°式中，C=mjrω2 为常数，mj 是曲柄连杆机构往复运动质量（kg），r 为曲柄半径(m)，ω 为 曲轴角速度（rad/s），λ 是连杆比，a 是气缸中心距。可以看出，旋转惯性力矩大小不变，方向 随曲轴改变；一阶往复力矩和二阶往复力矩大小随曲轴转动按余弦规律周期性变化。a 五缸机曲拐布置图b 旋转惯性力矩矢量图c 一阶往复惯性力矩矢量图 d 二阶往复惯性力矩矢量图 图 1 直列五缸机平衡性分析很明显，直列五缸发动机的二阶往复惯性力矩值远大于旋转惯性力矩和一阶往复惯性力矩， 在气缸直径比较大（一般 D100mm）时，将是整机的主要振动源，对此可采用双轴平衡机构 降低其引起的整机振动。而对于旋转惯性力矩和一阶往复惯性力矩，在曲柄上添加适当的平衡 配重，产生一个与之相反的力矩以消除或