關(guān)于汽車的科技論文3000字怎么寫

　　汽車的科技3000字論文篇三：《汽車液壓助力系統(tǒng)》

　　摘 要：目前汽車助力裝置的主流是真空助力和氣壓助力。真空助力結(jié)構(gòu)小巧，但存在安全隱患;氣壓助力安全性好，但結(jié)構(gòu)龐大。高液壓存儲(chǔ)倉的目的是提供一種小巧且安全性兼顧的裝置。高液壓存儲(chǔ)倉的基本工作原理是利用制冷劑的壓力特性，用制冷劑充當(dāng)儲(chǔ)壓劑來儲(chǔ)存壓力液的能量。使整罐壓力液能夠以高達(dá)20～25 MPa的準(zhǔn)恒壓向外作功。討論了液壓倉的基本結(jié)構(gòu)和工作原理、儲(chǔ)壓劑選擇的難題、抑制泄漏的措施、超臨界CO2的特性，在此基礎(chǔ)上，提出了存儲(chǔ)高液壓的超臨界CO2液壓倉的設(shè)計(jì)思路，用超臨界CO2和溫控相配合，得到了準(zhǔn)恒高壓壓力液，實(shí)現(xiàn)了小巧且安全性兼顧，由此產(chǎn)生新型的制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、離合助力器。

　　關(guān)鍵詞：助力系統(tǒng);真空制動(dòng);氣壓制動(dòng);轉(zhuǎn)向助力;液壓倉

　　根據(jù)助力的原理不同可以將其分為四大類：真空助力、氣壓助力、液壓助力以及電動(dòng)助力。

　　真空助力裝置的優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)單緊湊，幾乎所有的小型汽車都采用了真空助力器，并且為了加強(qiáng)其安全性還建立了國家標(biāo)準(zhǔn)[1]。但是真空助力的安全性還是有很大的漏洞，因?yàn)檎婵罩Χ家Q于發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)，只有發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)才會(huì)產(chǎn)生真空助力，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后不再產(chǎn)生真空。轎車因?yàn)榭臻g小，通常難以安裝真空罐，所以已經(jīng)形成的真空助力只能完成一次制動(dòng)助力[2]，隨后就是助力消失，其后果是引起制動(dòng)乏力、轉(zhuǎn)向很重，存在安全隱患。

　　氣壓助力裝置的優(yōu)勢(shì)是安全可靠，如果能像大型車一樣采用氣壓助力就不用擔(dān)心發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[3]，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后仍可保證連續(xù)5次踩到底全行程制動(dòng)助力，所以氣壓助力可以保證行車安全。但是氣壓助力并不適合小型車，其主要缺點(diǎn)是必須有空氣壓縮機(jī)、貯氣罐、制動(dòng)閥等裝置，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、成本高。另外，其管路工作壓力低，一般為0.5～0.7 MPa，因而制動(dòng)氣室的直徑必須設(shè)計(jì)得大些，且只能置于制動(dòng)器外部，再通過桿件和凸輪或楔塊驅(qū)動(dòng)制動(dòng)蹄，這就增加了簧下質(zhì)量，并且制動(dòng)氣室排氣還有很大噪聲。液壓控制―氣壓助力器本質(zhì)上還是氣壓助力器。

　　電動(dòng)助力是采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，優(yōu)點(diǎn)是可靠、體積適中。缺點(diǎn)主要包括：(1)需要大大加強(qiáng)發(fā)電和儲(chǔ)電能力。(2)經(jīng)過發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩次能量轉(zhuǎn)換，效率損失大。(3)目前只能用于方向助力，制動(dòng)助力要另建一套系統(tǒng)。

　　采用液壓助力是很好的方案，液壓助力的優(yōu)點(diǎn)是：作用滯后時(shí)間較短(0.1～0.3 s);工作壓力高(可達(dá)10～25 MPa)，使助力裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量小;機(jī)械效率較高(液壓系統(tǒng)有自潤(rùn)滑作用)。但是因?yàn)橐后w的不可壓縮性，所以液壓無法直接儲(chǔ)存，在沒有壓力液存儲(chǔ)的情況下，當(dāng)需要用到液壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，需要啟動(dòng)液泵，反應(yīng)不會(huì)很及時(shí)，并且需要一個(gè)功率較大的泵，才能迅速產(chǎn)生足夠的液壓。如果像儲(chǔ)氣筒一樣有一個(gè)儲(chǔ)液罐儲(chǔ)存了高壓液體，使整罐壓力液能夠以高達(dá)10～25 MPa的壓力迅速向外作功，那么液壓助力必定是最優(yōu)方案。

　　直接用壓縮液體的辦法去儲(chǔ)存液壓是不可能的，本文提出的是一種間接儲(chǔ)存液壓的裝置――液壓倉。

　　1 液壓倉的基本工作原理

　　液壓倉的基本工作原理是通過制冷劑的壓力特性來儲(chǔ)存壓力液的能量。液壓倉對(duì)于制冷劑的選用僅關(guān)心其壓力值，即只關(guān)心其壓力、溫度和密度之間的關(guān)系和儲(chǔ)存壓力的特性，并不關(guān)心其制冷特性，所以在液壓倉中將制冷劑改稱儲(chǔ)壓劑。以R717(氨)為例分析其儲(chǔ)壓特性，臨界溫度為132.25 ℃，臨界壓力為11.333 MPa。當(dāng)溫度高于凝固點(diǎn)-77.65 ℃低于臨界溫度132.25 ℃時(shí)，R717處于氣液汽共存的狀態(tài)，該狀態(tài)的每個(gè)溫度值都唯一對(duì)應(yīng)著一個(gè)壓力值(即飽和蒸汽壓)，比如將液壓倉溫度控制在125 ℃，R717的飽和蒸汽壓就維持在9.97 MPa，將這個(gè)飽和蒸汽壓變?yōu)閴毫σ旱膲毫Γ@就是液壓倉的思路。

　　液壓倉包括動(dòng)密封和靜密封兩大類[4]，每大類又包括基本型液壓倉、超臨界流體高壓型液壓倉和增壓缸高壓型液壓倉3種。

　　圖1所示是基于飽和蒸汽壓的基本型活塞式液壓倉，簡(jiǎn)稱基本型活塞式液壓倉，是3種動(dòng)密封型液壓倉的基礎(chǔ)?；钊鸋S將缸筒腔GT隔離成液壓腔YYQ和儲(chǔ)壓腔CYQ兩個(gè)子腔，假定儲(chǔ)壓腔中充注了氣液共存的R717充當(dāng)儲(chǔ)壓劑，液壓倉溫度控制在125 ℃，這時(shí)，儲(chǔ)壓腔壓力恒等于R717的飽和蒸汽壓9.97 MPa，其壓力不會(huì)因活塞HS的移動(dòng)而變化。由于液壓腔與儲(chǔ)壓腔之間是一個(gè)活塞，所以兩個(gè)腔壓力相等，即液壓腔中的壓力液都儲(chǔ)存了相當(dāng)?shù)哪芰浚瑝毫Υ笮〉扔趦?chǔ)壓腔的壓力9.97 MPa。當(dāng)對(duì)外作功時(shí)，儲(chǔ)壓劑推動(dòng)活塞擠壓壓力液，壓力液以等于9.97 MPa壓力值向外作功，壓力液從滿腔直至流完，壓力都會(huì)自動(dòng)維持在9.97 MPa附近。

　　圖1中，液壓腔端部有注液口ZYK和排液口PYK，可以注入或排出壓力液。當(dāng)補(bǔ)液液泵的壓力大于儲(chǔ)壓劑的飽和蒸汽壓時(shí)，壓力液注入液壓腔并擠推活塞向儲(chǔ)壓腔方向移動(dòng)，將氣態(tài)儲(chǔ)壓劑壓縮成液態(tài)儲(chǔ)壓劑，進(jìn)行儲(chǔ)壓。WZC為儲(chǔ)壓腔位置開關(guān)，當(dāng)活塞觸碰到它時(shí)補(bǔ)液液泵停機(jī)。WZY為“缺壓力液”的報(bào)警傳感器。QCJ為儲(chǔ)壓劑漏完報(bào)警傳感器。BCK為儲(chǔ)壓劑補(bǔ)充口。

　　根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[5]，汽車液壓按最高工作液壓分為10 MPa、15 MPa、20 MPa、25 MPa 4個(gè)壓力級(jí)，對(duì)于這么高的壓力級(jí)，液壓倉有兩大疑點(diǎn)需要分析，一是儲(chǔ)壓劑的密封問題，二是有無合適的儲(chǔ)壓劑。

　　2 儲(chǔ)壓劑的密封問題

　　活塞處無疑是儲(chǔ)壓劑的泄漏源，動(dòng)密封是無法做到完全密封的，在這么高的壓力下，如何保證儲(chǔ)壓劑的密封，要分以下兩種情況分析。

　　(1)液壓倉處于正常工作狀態(tài)。這時(shí)，壓力液腔中或多或少存儲(chǔ)著壓力液，壓力液腔與儲(chǔ)壓劑腔是壓力平衡的，所以儲(chǔ)壓劑向壓力液腔方向泄漏是一種無壓差的滲漏，這是很微弱的泄漏。為了進(jìn)一步減小滲漏，可以采用夾心層式活塞(圖2)，活塞HS由上下兩個(gè)“半活塞”HSx和HSy夾一個(gè)油封腔YFQ組成。HSx和HSy通過滑動(dòng)柱HDZ和滑動(dòng)套HDT相結(jié)合，可以滑動(dòng)而改變兩者的距離(即夾心層油封腔YFQ的厚度)，油封腔中充滿壓力液，所以是增加了一級(jí)無壓差密封，在油封腔中的壓力液泄漏完之前，儲(chǔ)壓劑的泄漏可以忽略，從而使密封更加可靠。油封腔中的壓力液也存在泄漏問題，泄漏后需要補(bǔ)充，半活塞HSx上有一個(gè)單向閥DXF，當(dāng)液壓腔壓力大于油封腔壓力時(shí)，允許液壓腔中的壓力液進(jìn)入油封腔，反之不行。所以，油封腔中的壓力液只要有泄漏，就總會(huì)得到補(bǔ)充。 　　(2)液壓倉處于長(zhǎng)時(shí)間停止工作的狀態(tài)。液壓腔中壓力液會(huì)慢慢泄漏完畢，活塞一邊是儲(chǔ)壓腔的高壓力，一邊是大氣壓，形成了大壓差泄漏，這種泄漏比無壓差泄漏嚴(yán)重得多，所以要設(shè)法抑制。方案之一是采用橡膠密封墊MFD(圖1)進(jìn)行密封，壓力液泄漏完畢后，活塞會(huì)將密封墊壓緊，達(dá)到密封效果，同時(shí)，油封腔也能協(xié)助密封。

　　3 儲(chǔ)壓劑的討論

　　儲(chǔ)壓劑的選用，重點(diǎn)是需在合理的溫控下具有足夠高的飽和蒸汽壓。目前資料表明[6]，儲(chǔ)壓劑的選用是一個(gè)大難題――沒有合適的儲(chǔ)壓劑?，F(xiàn)將幾種有充當(dāng)儲(chǔ)壓劑潛力的制冷劑列表如下(表1)。

　　合理的溫控，就汽車而言，將液壓倉溫度控制在60～110 ℃是合理的選擇，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液最高溫度約110 ℃。假如要控制在60 ℃以下，夏天的溫度加上汽車的溫度，很快就突破60 ℃，還要提供制冷才可以到60 ℃，顯然不合理。難題是，溫度定在60～110 ℃時(shí)，就只有硫化氫和氨的飽和蒸汽壓較高，硫化氫劇毒，不予考慮，而氨(即R717)，當(dāng)溫度為110 ℃時(shí)，飽和蒸汽壓為7.578 MPa，如果要(勉強(qiáng)及格)達(dá)到10 MPa，溫度要控制在125 ℃，無法利用已有的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)加熱，需要單獨(dú)設(shè)置一套125 ℃的加熱恒溫系統(tǒng)，這就比較麻煩。更不利的是氨的臭氣，稍有泄漏就會(huì)引起反感。

　　綜上所述，目前儲(chǔ)壓劑壓力范圍可達(dá)到5～10 MPa，但難以達(dá)到10 MPa，借此界定5～10 MPa為次高壓，10～25 MPa為高壓，高壓也就是國標(biāo)規(guī)定的壓力級(jí)范圍[4]?；拘鸵簤簜}只能形成次高壓，要產(chǎn)生高壓壓力液，只能是另辟蹊徑。有3種辦法，一是增壓缸高壓型液壓倉，這在結(jié)構(gòu)上將有較復(fù)雜的變化，擬另專題討論;二是研究新的高壓儲(chǔ)壓劑;三就是下文將討論的超臨界流體CO2(類似的有NO2)的液壓倉。

　　4 基于超臨界CO2的液壓倉可行性研究

　　作為儲(chǔ)壓劑，CO2的主要優(yōu)點(diǎn)是[7-8]：環(huán)境友好，并且在60～110 ℃之間作為超臨界流體儲(chǔ)壓劑使用的壓力正好可以滿足要求。缺點(diǎn)就是因?yàn)榕R界溫度偏低而無法作為飽和蒸汽壓型的儲(chǔ)壓劑使用。

　　超臨界CO2的壓力不但隨溫度上升而增加，而且還隨CO2密度增加而增加，而活塞的運(yùn)動(dòng)必定使CO2密度改變，所以，要像飽和蒸汽壓那樣維持壓力恒定是不可能的，只能考慮讓壓力維持在可接受的變化范圍。為簡(jiǎn)化敘述，下面均以壓力范圍在20～25 MPa為例進(jìn)行分析。

　　超臨界CO2高壓液壓倉(圖3)的結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是在前述的“基本型活塞式液壓倉”基礎(chǔ)上增加了一個(gè)儲(chǔ)壓劑輔助腔FZQ(輔助罐FZG)。該輔助腔與儲(chǔ)壓主腔CYQ連通，加大了儲(chǔ)壓腔的總?cè)莘e，以減小儲(chǔ)壓劑密度變化率，從而減小壓力的波動(dòng)。所以，超臨界CO2液壓倉的設(shè)計(jì)要復(fù)雜些，需要進(jìn)行許多計(jì)算，包括壓力、溫度、CO2密度、輔助腔容積與儲(chǔ)壓主腔容積之比。

　　現(xiàn)已知，壓力設(shè)定在20～25 MPa，溫度設(shè)定在60～110 ℃比較合理，而且分析圖4得知，超臨界CO2正好在這個(gè)溫區(qū)的壓力非常理想[7-8]。根據(jù)圖4估算得到表2中的密度值，根據(jù)表2 ，通過對(duì)60 ℃和110 ℃的兩組數(shù)據(jù)的計(jì)算和對(duì)比來看趨勢(shì)，確定相對(duì)合理的溫度、密度、輔助腔的大小等參數(shù)。

　　對(duì)超臨界CO2高壓液壓倉結(jié)構(gòu)，設(shè)：儲(chǔ)壓主腔容積VC與液壓腔容積VY之和為VCY，即VC+VY=VCY;溫控在110℃;所需的輔助腔容積為V110;儲(chǔ)壓劑總質(zhì)量為M。

　　根據(jù)超臨界CO2高壓液壓倉結(jié)構(gòu)可知：VCY為固定值，由于活塞的運(yùn)動(dòng)，VC在0～VCY之間變化。

　　當(dāng)活塞移動(dòng)到最頂部時(shí)，儲(chǔ)壓腔總?cè)莘e達(dá)到最大值Vmax= VCY+V110，儲(chǔ)壓劑密度達(dá)到最小值M/(V110+VCY)，由表2得知，20 MPa對(duì)應(yīng)著CO2的最小密度為430 kg/m3，所以得到

　　當(dāng)活塞到最底部時(shí)，儲(chǔ)壓主腔容積VC等于0，儲(chǔ)壓腔總?cè)莘e達(dá)到最小值Vmin= V110，儲(chǔ)壓劑密度達(dá)到最大值M/V110。由表2得知，25 MPa對(duì)應(yīng)著CO2的最大密度為550 kg/m3，所以得到

　　同理，當(dāng)溫控為100 ℃時(shí)，輔助腔為儲(chǔ)壓主腔的5倍;當(dāng)溫控為60 ℃時(shí)，得到輔助腔應(yīng)該為儲(chǔ)壓主腔最大值的12.33倍。

　　根據(jù)以上分析可知，在20～25 MPa的壓力區(qū)間，作為儲(chǔ)壓劑的CO2，溫度越高則密度變化范圍越寬松，輔助腔就不需要太大，溫控為100～110 ℃時(shí)的綜合特性較理想。根據(jù)壓力反饋調(diào)節(jié)溫度，當(dāng)壓力小于23 MPa時(shí)提高溫度使壓力上升，當(dāng)壓力大于25 MPa時(shí)降低溫度使壓力下降，將壓力控制在23～25 MPa范圍內(nèi)。

　　5 體積估算

　　根據(jù)制動(dòng)和轉(zhuǎn)向助力的能量需求，計(jì)算液壓倉體積。

　　根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[3]，產(chǎn)生最大制動(dòng)作用時(shí)的踏板力，對(duì)于座位數(shù)小于或等于9的小型載客汽車應(yīng)不大于500 N，踏板行程不得超過120 mm;對(duì)于其它車輛踏板力應(yīng)不大于700 N，踏板行程不得超過150 mm。也就是說，駕駛員制動(dòng)作功的上限Amax為

　　國家標(biāo)準(zhǔn)要求儲(chǔ)存的能量可以提供連續(xù)5次踩到底全行程制動(dòng)，而0.6 L容積的液壓倉儲(chǔ)存的能量即可提供18次踩到底全行程制動(dòng)。當(dāng)然，這些儲(chǔ)存的能量還要用于轉(zhuǎn)向助力，考慮到還有液壓泵的后續(xù)支持，這么大的能量?jī)?chǔ)存已經(jīng)足夠用于大貨車的助力。

　　6 結(jié)論和展望

　　液壓倉只需0.6 L容積即可儲(chǔ)存足夠用于大貨車助力的能量，所以在結(jié)構(gòu)上比真空助力裝置更小巧緊湊。液壓倉的液壓是目前氣壓助力壓力的40倍，液壓的可靠性和被密封性都要優(yōu)于氣壓，所以液壓倉在安全性上超過氣壓助力裝置。即，液壓倉集中并超過了真空助力和氣壓助力兩者的優(yōu)點(diǎn)而避免了兩者的缺點(diǎn)。

　　超臨界流體液壓倉可以得到25 MPa甚至更高壓力的液壓，由于利用活塞兩邊壓力平衡原理設(shè)計(jì)的夾心層式活塞的結(jié)構(gòu)，使儲(chǔ)壓劑的泄漏問題基本解決。

　　要形成25 MPa級(jí)的恒定液壓，除了上述的超流體CO2方案外，還可以進(jìn)行其它方案的研究，有以下幾種研究方向。

　　(1)研究出在60～100 ℃時(shí)飽和蒸汽壓處于20～25 MPa區(qū)間的儲(chǔ)壓劑，將使液壓倉更加小巧簡(jiǎn)單。

　　(2)目前水的飽和蒸汽壓最高，365 ℃時(shí)飽和蒸汽壓為20 MPa，374 ℃時(shí)臨界飽和蒸汽壓為22 MPa，如果解決這么高的溫控并且解決高溫狀態(tài)下的密封問題，同樣可以使液壓倉更加小巧簡(jiǎn)單。

　　(3)采用增壓缸提高壓力和采用封閉式液壓倉結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)問題都已經(jīng)解決，但還有進(jìn)一步研究的空間。

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