某汽油機(jī)氣缸蓋罩設(shè)計(jì)

周興家，趙映偉

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西 柳州545005）

針對(duì)某汽油機(jī)的實(shí)際使用狀況進(jìn)行氣缸蓋罩設(shè)計(jì)，遮蓋并密封氣缸蓋，將機(jī)油保持在內(nèi)部，同時(shí)將污垢和濕氣等污染物隔絕于外，并且能很好的實(shí)現(xiàn)氣缸蓋罩外部不積水，罩內(nèi)油氣分離效果理想等目的。

1 材料選擇

材料的選擇應(yīng)在滿足功能的基礎(chǔ)上，考慮輕量化，成本等因素。該汽油機(jī)在整車上使用狀態(tài)為中置后驅(qū)，并且布置為往排氣側(cè)傾斜，傾角為50°.該布置使得氣缸蓋罩幾乎處于排氣歧管正上方，雖然在歧管上安裝有上隔熱罩，但由于距離較近且同在豎直方向，因此最高工作溫度達(dá)150℃的排氣歧管對(duì)氣缸蓋罩有很大熱輻射作用。為確保氣缸蓋罩不至于受熱源影響，而導(dǎo)致密封和油氣分離失效，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能產(chǎn)生巨大影響，本設(shè)計(jì)選擇材料為鑄鋁ADC12.該汽油機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1所列。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

氣缸蓋罩是隨著頂置氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)而出現(xiàn)的，早期通常采用沖壓鋼、鑄鋁或鑄鐵，隨著頂置凸輪軸的出現(xiàn)，氣缸蓋罩輪廓變得復(fù)雜，因此鑄鋁成為最常用的材料，輕量化，耐熱等特點(diǎn)成為優(yōu)勢(shì)。

2 外形設(shè)計(jì)

氣缸蓋罩的外形設(shè)計(jì)考慮滿足功能的前提下，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。氣缸蓋罩其中的一個(gè)功能是充當(dāng)機(jī)油加注口，將其簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)為一個(gè)孔。由于該發(fā)動(dòng)機(jī)斜置50°，所以為使機(jī)油口在豎直方向，以便添加機(jī)油，設(shè)計(jì)機(jī)油口軸線與氣缸蓋罩密封面平面成50°夾角。

另外，發(fā)動(dòng)機(jī)在向排氣歧管側(cè)傾斜的同時(shí)，還向后端傾斜3°.發(fā)動(dòng)機(jī)裝配在整車上時(shí)，會(huì)有雨水，灰塵落在氣缸蓋罩上，因此可以在發(fā)動(dòng)機(jī)傾斜那一側(cè)設(shè)計(jì)缺口，以便雨水灰塵流出，避免長(zhǎng)時(shí)間堆積和進(jìn)入到氣缸蓋內(nèi)。

氣缸蓋罩還肩負(fù)著一個(gè)重要任務(wù)，就是把發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行產(chǎn)生的油霧中的油分離出來(lái)，因此需要一個(gè)油氣分離機(jī)構(gòu)[1]。為方便整車上線束和水管布置，將PCV閥接口和通氣管均設(shè)計(jì)在靠進(jìn)氣側(cè)。兩道迷宮分布在點(diǎn)火線圈兩邊，傾斜側(cè)設(shè)計(jì)缺口，所以，中間設(shè)計(jì)一個(gè)通道，連接兩邊的迷宮。

氣缸蓋罩還需作為安裝支座，設(shè)計(jì)幾個(gè)搭子，安裝線束支架等。由于該汽油機(jī)有帶VVT和不帶VVT不同狀態(tài)機(jī)型，為使該氣缸蓋罩通用，設(shè)計(jì)其前端能容納雙VVT，圖1是氣缸蓋罩設(shè)計(jì)的數(shù)模。

圖1 氣缸蓋罩外形

密封面是氣缸蓋罩關(guān)鍵的設(shè)計(jì)考慮因素。通過(guò)有限元分析，確定使用10個(gè)螺栓壓緊密封面，并確定其布置，確保獲得均勻壓緊力，設(shè)計(jì)采用丙烯酸（ACM）做密封墊。

3 油氣分離結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該氣缸蓋罩的分離機(jī)構(gòu)主要利用油滴的慣性和撞擊實(shí)現(xiàn)分離[2]。油氣分離機(jī)構(gòu)包括氣缸蓋罩內(nèi)設(shè)計(jì)的迷宮和擋油板，擋油板上設(shè)計(jì)有帶孔隔板和回油孔。油氣混合氣在迷宮內(nèi)運(yùn)動(dòng)可以看作是氣體在管道內(nèi)做穩(wěn)定流動(dòng)，當(dāng)油氣混合氣進(jìn)入迷宮后，在流動(dòng)中由于慣性作用，加上氣缸蓋罩迷宮和擋油板搭配形成冷卻腔室，油氣混合物會(huì)對(duì)隔板撞擊多次。

由于油滴和氣體密度不一樣，較大的油滴就會(huì)被吸附于擋油板的隔板上，較小的油滴則可能隨氣流一起被帶出。吸附的油滴由于自身重力掉下來(lái)，通過(guò)回油孔回油底殼。從而實(shí)現(xiàn)油和氣的分離（圖2所示）。

圖2 缸蓋罩迷宮

4 性能試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)的氣缸蓋罩零件數(shù)模和圖紙，開模制作樣件。裝配該汽油機(jī)總成并使用制作的氣缸蓋罩樣件，上臺(tái)架進(jìn)行試驗(yàn)，采集數(shù)據(jù)驗(yàn)證效果。

具體的油氣分離試驗(yàn)步驟如下[3]：

（1）準(zhǔn)備兩個(gè)油氣分離瓶；

（2）將兩個(gè)瓶子分別進(jìn)行稱重；

（3）分別將兩個(gè)瓶子串聯(lián)在PCV和通氣管上；

（4）在活塞竄氣量最大工況點(diǎn)（6 000 r/m、60.5 kW）進(jìn)行測(cè)量，運(yùn)行1 h；

（5）測(cè)量完成后再次對(duì)兩個(gè)瓶子進(jìn)行稱重，計(jì)算機(jī)油擠出量，如見表2所示。

表2 試驗(yàn)前后集油瓶質(zhì)量

由表2可知，集油瓶1的質(zhì)量增加了3 g/h，集油瓶2的質(zhì)量增加了5 g/h，均達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)氣缸蓋罩總成的嚴(yán)格設(shè)計(jì)分析，并進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，切實(shí)可行且達(dá)到預(yù)期效果，一定程度上提升了發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能。

[1]周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]宗雋杰.曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)油氣分離器的性能研究[J]．內(nèi)燃機(jī)工程，2010，31（2）：86-91.

[3]GM.Standards.GMW16413 Vent System Oil Consumption Evaluation[Z].General Motors Company，2011.