通用小型汽油機合作研發

田進富 高振銳

(山東華盛中天機械集團股份有限公司 山東臨沂 276017)

引言

EX170系列小型通用汽油機是通過引進日本先進的頂置凸輪軸、正時鏈條傳動、單凸輪控制進排氣門技術，由本公司開發的一款小型通用汽油機。通過技術引進，優化了進氣系統的配氣正時，提升了發動機的升功率;無需增加排氣后處理裝置，排放大幅降低;減少了配氣機構零部件的數量;改善了關鍵零部件的工藝條件，延長了發動機使用壽命，降低了油耗和排放指標。該機代表了國際非道路用四沖程汽油機領域的先進水平。

該產品的研制，主要對燃燒室、進排氣道、配氣機構、氣門室、潤滑系統、配氣相位進行了分析和優化，提高了汽油機使用壽命，優化了發動機動力、燃油經濟性和各項排放指標，同時通過該產品的合作研發，有效地培養和鍛煉了一批技術人才隊伍，為以后企業不斷實現技術創新提供技術和人才保障。

1 EX170汽油機主要技術參數

EX170汽油機的主要技術參數見表1。

表1 EX170汽油機主要技術參數

續表1

2 主要結構

EX170汽油機采用單缸、四沖程、強制風冷、前傾25°型式，結構簡單、布置緊湊，美觀大方，詳見圖1。

2．1 氣缸蓋

氣缸蓋材料選用壓鑄鋁合金(YL113)，結構緊湊，將燃燒室、氣門室、空濾器、消音器有機地組合在一起。

1)燃燒室

燃燒室采用蓬頂燃燒室結構［1］，進氣阻力小、散熱損失小，結構緊湊，氣流流動損失少，霧化氣容易混合，提升了整機的啟動性能。燃燒室結構如圖2所示。

圖2 燃燒室結構

2) 進排氣道

為保證混合氣均質化，進一步降低排放，在進氣道中增加擾流擋板(如圖3所示)，保證了燃油和空氣的充分混合，使燃燒更充分，排放污染物進一步降低，該結構已經申請國家發明專利。

圖3 隔熱板形狀

進排氣道成90°分布，配合蓬頂型燃燒室，在氣缸內形成滾流，提高了進氣效率;同時優化氣道的圓滑連接和進氣道的長度，利用進氣諧振波［2］，進一步提高了汽油機的吸氣量，強化了發動機的性能指標。進排氣道形狀如圖4所示。

研究人員逐步揭示環偶極子產生機理，指出環偶極子是由電極子及磁極子之間相互作用破壞近場電環境平衡而產生的，非對稱電流能增強環偶極子強度，是產生高Q值的原因[25，28]。可依據單元結構建立基于耦合LC電路的物理模型進行定量分析。為了定量分析環偶極矩強度，根據體積電流密度分布，利用多極散射理論得到多極子的散射強度，如電偶極矩、磁偶極矩和環偶極矩。該方法已成功應用于微波、太赫茲和光學波段環偶極矩的計算，計算公式為：

圖4 進排氣道形狀

2．2 配氣機構

配氣機構為單凸輪型線控制進排氣門結構，鏈條導板保證了鏈條使用的可靠性，提高了整機的壽命。根據鏈條松緊情況，鏈條漲緊器自動調節漲緊力度，保證了配氣正時，提高了整機的性能指標。凸輪型線經過優化設計，滿足了配氣正時和進氣充量的要求，適時適量地實現新鮮氣體和廢氣的交換。凸輪型線檢測結果如圖5所示。

2．3 氣門室

缸蓋罩與氣缸蓋組合形成氣門室。缸蓋罩由兩層構成，中間為冷卻室，曲軸箱呼出的油霧由單向閥控制進出冷卻室，最大程度地將進入的油霧冷卻，形成液滴，用來潤滑氣門搖臂、凸輪、鏈條、氣門等運動部件。同時阻止油霧進入燃燒室燃燒，進一步降低了排放，保護了環境。

2．4 機體

圖5 凸輪型線檢測結果

作為發動機的支架，機體材料采用壓鑄鋁合金(YL113)，加強筋合理分布，提高了整機的強度，用以承受相關零部件的安裝。缸套采用硼鑄鐵，缸套外壁加工成螺紋結構，一方面增強了與壓鑄鋁的結合強度，提高機體的散熱效率;另一方面提高缸套外壁的表面質量，減少了廢品率，該結構已經申請國家實用新型專利。缸套內壁設計成平臺網紋結構［3］，網紋斜角25°～30°，提高了密封性、潤滑性能。

2．5 潤滑系統

EX170汽油機采用飛濺潤滑和重力潤滑相結合的方式，同時通過曲軸箱負壓，實現潤滑油霧泵油，進一步潤滑氣門及凸輪軸。該潤滑系統結構簡單、成本低廉、使用可靠。

飛濺潤滑主要通過旋轉的連桿大頭油勺實現(該結構已經申請國家實用新型專利)，如圖6所示。高速旋轉的油勺將機油從曲軸箱內濺起，部分油滴飛濺到連桿、活塞銷、氣缸壁等部位，對這些部位進行潤滑。同時形成的油霧，通過曲軸箱的交變壓力，泵送到氣門室內，潤滑進排氣門。在重力的作用下，機油回流至凸輪軸，加強了凸輪軸的潤滑。

圖6 連桿結構圖

2．6 配氣相位

為了提高充氣效率，獲得最大功率與最大扭矩的最優配氣相位，同時兼顧低速和高速工況的性能。經過優化試驗，最終確定進氣提前角為20°CA，進氣門晚關角度為64°CA;排氣門早開角度為64°CA，排氣門晚關角20°CA;氣門重疊角為40°CA。凸輪升程圖如圖7所示，配氣相位如圖8所示。

圖7 EX170凸輪升程表

圖8 配氣相位圖

3 樣機試驗

3．1 零部件確認試驗

通過和日本公司合作本企業完善了零部件的評價試驗，科學、經濟、合理的零部件評估，為產品研發提高了效率、降低了成本。

3．2 臺架性能試驗

EX170汽油機按照JB/T 5135的各項規定，已經通過企業產品定型檢驗，各項指標超出國家標準。詳細數據見表2。

表2 EX170性能測試數據

EX170汽油機按照GB26133－2010《非道路移動機械用小型點燃式發動機排放污染物排放限值與測量方法》進行排放測試，各項指標滿足國Ⅱ規定。在不加任何催化裝置的情況下達到CARBⅢ階段要求。詳細數據見表2、表3和表4。

表3 EX170排放測試數據(0h)

續表3

表4 EX170排放測試數據(250h)

3．3 其他模擬試驗

為了更充分驗證機器的各項指標，本企業結合日本的相關評價方法，完善了振動試驗、冷卻試驗、灑水試驗、冒煙試驗、超速試驗、潤滑試驗、放炮試驗、加減速試驗，停止試驗，噪聲試驗等。以上試驗確認強化了發動機的指標考核，為加快產品的產業化提供了試驗依據，使得產品更成熟，更可靠，同時為其他類似產品的開發提供了試驗依據。

4 結論

1)通過國際科技合作研制的新一代單缸四沖程汽油機滿足設計要求，通過對燃燒室、配氣相位的優化設計、提高了動力性、降低了油耗。

2)通過對缸蓋、配氣機構、機體、氣門室及潤滑系統的優化設計提高了發動機的使用壽命。

3)通過對進氣道、配氣相位、氣門室的優化設計，降低了發動機的排放。

1 許振忠，劉書亮，劉德新，等．滾流對火花點火式發動機性能的影響［J］．汽車工程，2001，23(4):247 ～251

2 馬超，趙永娟，劉云崗，等．車用發動機諧振進氣系統［J］．內燃機與動力裝置，2009(5):41 ～48

3 李伯奎，劉遠偉，王林高．氣缸套內表面平臺珩磨網紋評定方法的探討［J］．工具技術，2003，37(11):65～68