某款汽油機(jī)進(jìn)氣道偏移對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響

閆立凱，馬江濤，王劍鋒，施玉春，王志國(guó)

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某款汽油機(jī)進(jìn)氣道偏移對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響

閆立凱，馬江濤，王劍鋒，施玉春，王志國(guó)

（哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

文章對(duì)不同偏移量的氣道進(jìn)行氣道穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)和發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，得到氣道流量系數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、油耗、排放數(shù)據(jù)，得出滿足要求的氣道參數(shù)，為后續(xù)生產(chǎn)提供依據(jù)。

進(jìn)氣道；缸蓋；汽油機(jī)；偏移

前言

汽油機(jī)缸內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)對(duì)燃燒過(guò)程有重要影響，合理的氣道結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)滾流比和流量系數(shù)的合理配置，增強(qiáng)缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)、充氣效率和燃燒質(zhì)量，從而提高火焰?zhèn)鞑ニ俣群腿紵俾?，縮短燃燒持續(xù)期，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性[1]。汽油機(jī)一般采用切向氣道，其形狀較為平直，在氣門座前強(qiáng)烈收縮，引導(dǎo)氣流以單邊切線方向進(jìn)入氣缸。切向氣道對(duì)氣流出口的位置較敏感。

缸蓋鑄造有低壓鑄造和重力鑄造兩種方式。無(wú)論是哪種制造都是缸蓋外部六個(gè)面形狀由鋼質(zhì)模具形成，內(nèi)部油腔、水套和氣道則由砂芯成型。鑄造前通過(guò)吹砂工藝制出所有砂芯，然后進(jìn)行組芯，澆注出缸蓋毛坯。實(shí)際生產(chǎn)中氣道砂芯誤差對(duì)氣道的質(zhì)量影響較大。盡管氣道砂芯在缸蓋底模模具上有定位，但在鑄造過(guò)程中受鋁液的沖擊、模具的磨損等原因不可避免出現(xiàn)氣道位置出現(xiàn)偏移。文獻(xiàn)[2]中對(duì)氣道進(jìn)行魯棒性設(shè)計(jì)優(yōu)化，方法是采用球形刀對(duì)氣道出口進(jìn)行機(jī)加校正，降低氣道砂芯對(duì)鑄造偏差敏感度。此種方法的局限性是氣道的修正是有限度的，發(fā)生嚴(yán)重偏移的氣道不能通過(guò)機(jī)加修正的方法得到合格零件。文獻(xiàn)中沒(méi)有說(shuō)明氣道偏移理想位置多大距離可以采用機(jī)加方法進(jìn)行修正。

本文是針對(duì)某款批產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)氣道偏移情況通過(guò)氣道試驗(yàn)和發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架性能試驗(yàn)，確定氣道偏移的極限位置，為以后生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 實(shí)例分析及優(yōu)化

1.1 故障表現(xiàn)

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，進(jìn)氣道普遍向排氣側(cè)發(fā)生偏移，見(jiàn)圖1實(shí)物照片、圖2氣道偏移示意圖。氣道偏移的原因是由于氣道砂芯在底模上定位不準(zhǔn)。模具長(zhǎng)時(shí)間使用定位基準(zhǔn)磨損，保養(yǎng)不到位造成。另外砂芯受鋁液沖擊，產(chǎn)生浮力也會(huì)造成氣道前端抬起，造成砂芯定位不準(zhǔn)。

對(duì)缸蓋氣道偏移量進(jìn)行側(cè)量，統(tǒng)計(jì)出偏移的數(shù)據(jù)，選出三組典型數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖3。氣道偏移量出于0mm~2.62mm之間。同一個(gè)缸蓋最大與最小偏差達(dá)到將近1.76mm左右。

圖1 氣道偏移缸蓋

圖2 氣道偏移示意圖

圖3 缸蓋氣道偏移的測(cè)量數(shù)據(jù)

1.2 氣道穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)

發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)分為微觀研究方法和宏觀研究法。微觀研究方法主要用于科研，而工程上普遍使用的是宏觀研究方法，即氣道穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)。

試驗(yàn)氣道穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)是檢驗(yàn)氣道流通能力和滾流強(qiáng)度。操作方法是保持進(jìn)氣道進(jìn)出口在定壓差情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)氣門升程得到每個(gè)升程下的流量系數(shù)和滾流比，然后計(jì)算得到平均流量系數(shù)和平均滾流比。根據(jù)對(duì)理想氣體不同的假設(shè)，氣道評(píng)價(jià)方法主要有四種方法，即Ricardo方法、AVL方法、FEV方法和SWRI方法。本文試驗(yàn)設(shè)備采用天津大學(xué)的穩(wěn)態(tài)氣道試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行氣道試驗(yàn)。天津大學(xué)穩(wěn)態(tài)氣道試驗(yàn)臺(tái)可以同時(shí)輸出以上四種方法測(cè)試的數(shù)據(jù)。我們采用AVL方法的數(shù)據(jù)。測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 氣道流量系數(shù)

從041#缸蓋數(shù)據(jù)看進(jìn)氣道向排氣側(cè)變形，受喉部頂端上升的影響（見(jiàn)圖2右側(cè)虛線要比實(shí)現(xiàn)高）流量系數(shù)會(huì)增大，相應(yīng)的滾流比會(huì)減少。從008#和0.39#缸蓋數(shù)據(jù)看，流量系數(shù)增大不是無(wú)限地增加，而是當(dāng)變形量超過(guò)某一數(shù)值后，受臺(tái)階A（見(jiàn)圖1）的影響，流量系數(shù)反而會(huì)下降。參照041#缸蓋數(shù)據(jù)，偏移量數(shù)值0.5mm以內(nèi)對(duì)流量系數(shù)影響可以忽略。

表1 氣道流量系數(shù)偏差百分比

由于生產(chǎn)過(guò)程偏差，流量系數(shù)允許偏差理想值±3%。結(jié)合偏移量數(shù)據(jù)（圖3）分析，進(jìn)氣道向排氣道偏移超過(guò)大約1.5mm后，流量系數(shù)減小將超過(guò)3%，發(fā)動(dòng)機(jī)理論進(jìn)氣量將減小，所以氣道偏移量不應(yīng)超過(guò)1.5mm。

1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)組裝后進(jìn)行充分磨合，然后使用AVL臺(tái)架進(jìn)行性能試驗(yàn)。試驗(yàn)使用相同的臺(tái)架及發(fā)動(dòng)機(jī)本體，僅更換缸蓋分總成，以便排除外部影響。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，外特性扭矩：008#和041#與原型機(jī)三者基本相當(dāng)，039#扭矩明顯下降，特別是3000rpm附近比原型機(jī)數(shù)據(jù)高約13Nm，性能下降超過(guò)5%，低速和高速差距減小5~7 Nm。原型機(jī)數(shù)據(jù)為產(chǎn)品批產(chǎn)定型的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)。

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線

萬(wàn)有特性油耗：三件缸蓋油耗表現(xiàn)基本相當(dāng)，039#油耗圈稍小于原型機(jī)數(shù)據(jù)。

萬(wàn)有特性排溫：大負(fù)荷新1、新2渦前排溫略高于原機(jī)，1～15℃不等其余基本相當(dāng)。

排放：三件缸蓋對(duì)排放影響較小，滿足國(guó)五排放要求。

2 結(jié)論

進(jìn)氣道向排氣側(cè)偏移最大值推薦在0.5mm以內(nèi)，管理值最大1.5mm以內(nèi)。

氣道偏移1.5mm以內(nèi)的缸蓋整機(jī)扭矩、排放處于合格范圍內(nèi)，油耗、排溫略有上升。油耗和排溫上升的原因是氣道偏移后阻礙了氣流運(yùn)動(dòng)，使燃燒速度降低，后燃增加。

[1] 李云清.氣道結(jié)構(gòu)對(duì)汽油機(jī)性能影響的分析研究. https://m.baidu. com/sf_edu_wenku/view/36a200a5f524ccbff12184b8.html.

[2] 楊俊偉.進(jìn)氣道生產(chǎn)一致性對(duì)汽油機(jī)性能影響及設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車2014.2,第43卷,第1期:40~45.

Intake port position of effect on one gasoline engine

Yan Likai, Ma Jiangtao, Wang Jianfeng, Shi Yuchun, Wang Zhiguo

（Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150060）

In this paper, the intake port steady-state test and engine bench test with different offset are carried out. The flow coefficient of the intake port, the engine torque, the fuel consumption and the emission data are obtained, and the parame -ters of the intake port are obtained, which provide the basis for the subsequent production.

Intake port; Cylinder head; Gasoline engine; offset

U464

A

1671-7988(2018)20-95-02

U464

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1671-7988(2018)20-95-02

閆立凱，就職于哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.035