某款汽油機進氣道偏移對發動機的影響

閆立凱，馬江濤，王劍鋒，施玉春，王志國

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某款汽油機進氣道偏移對發動機的影響

閆立凱，馬江濤，王劍鋒，施玉春，王志國

（哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司技術中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

文章對不同偏移量的氣道進行氣道穩態試驗和發動機臺架試驗，得到氣道流量系數，發動機扭矩、油耗、排放數據，得出滿足要求的氣道參數，為后續生產提供依據。

進氣道；缸蓋；汽油機；偏移

前言

汽油機缸內的氣流運動對燃燒過程有重要影響，合理的氣道結構可以實現滾流比和流量系數的合理配置，增強缸內氣流運動、充氣效率和燃燒質量，從而提高火焰傳播速度和燃燒速率，縮短燃燒持續期，提高發動機的動力性和經濟性[1]。汽油機一般采用切向氣道，其形狀較為平直，在氣門座前強烈收縮，引導氣流以單邊切線方向進入氣缸。切向氣道對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。無論是哪種制造都是缸蓋外部六個面形狀由鋼質模具形成，內部油腔、水套和氣道則由砂芯成型。鑄造前通過吹砂工藝制出所有砂芯，然后進行組芯，澆注出缸蓋毛坯。實際生產中氣道砂芯誤差對氣道的質量影響較大。盡管氣道砂芯在缸蓋底模模具上有定位，但在鑄造過程中受鋁液的沖擊、模具的磨損等原因不可避免出現氣道位置出現偏移。文獻[2]中對氣道進行魯棒性設計優化，方法是采用球形刀對氣道出口進行機加校正，降低氣道砂芯對鑄造偏差敏感度。此種方法的局限性是氣道的修正是有限度的，發生嚴重偏移的氣道不能通過機加修正的方法得到合格零件。文獻中沒有說明氣道偏移理想位置多大距離可以采用機加方法進行修正。

本文是針對某款批產發動機氣道偏移情況通過氣道試驗和發動機臺架性能試驗，確定氣道偏移的極限位置，為以后生產提供依據。

1 實例分析及優化

1.1 故障表現

根據實際生產情況，進氣道普遍向排氣側發生偏移，見圖1實物照片、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。模具長時間使用定位基準磨損，保養不到位造成。另外砂芯受鋁液沖擊，產生浮力也會造成氣道前端抬起，造成砂芯定位不準。

對缸蓋氣道偏移量進行側量，統計出偏移的數據，選出三組典型數據，見圖3。氣道偏移量出于0mm~2.62mm之間。同一個缸蓋最大與最小偏差達到將近1.76mm左右。

圖1 氣道偏移缸蓋

圖2 氣道偏移示意圖

圖3 缸蓋氣道偏移的測量數據

1.2 氣道穩態試驗臺

發動機缸內氣流運動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，即氣道穩態試驗。

試驗氣道穩態試驗臺是檢驗氣道流通能力和滾流強度。操作方法是保持進氣道進出口在定壓差情況下，通過調節氣門升程得到每個升程下的流量系數和滾流比，然后計算得到平均流量系數和平均滾流比。根據對理想氣體不同的假設，氣道評價方法主要有四種方法，即Ricardo方法、AVL方法、FEV方法和SWRI方法。本文試驗設備采用天津大學的穩態氣道試驗臺進行氣道試驗。天津大學穩態氣道試驗臺可以同時輸出以上四種方法測試的數據。我們采用AVL方法的數據。測量結果見圖4。

圖4 氣道流量系數

從041#缸蓋數據看進氣道向排氣側變形，受喉部頂端上升的影響（見圖2右側虛線要比實現高）流量系數會增大，相應的滾流比會減少。從008#和0.39#缸蓋數據看，流量系數增大不是無限地增加，而是當變形量超過某一數值后，受臺階A（見圖1）的影響，流量系數反而會下降。參照041#缸蓋數據，偏移量數值0.5mm以內對流量系數影響可以忽略。

表1 氣道流量系數偏差百分比

由于生產過程偏差，流量系數允許偏差理想值±3%。結合偏移量數據（圖3）分析，進氣道向排氣道偏移超過大約1.5mm后，流量系數減小將超過3%，發動機理論進氣量將減小，所以氣道偏移量不應超過1.5mm。

1.3 發動機臺架試驗

試驗設計，發動機組裝后進行充分磨合，然后使用AVL臺架進行性能試驗。試驗使用相同的臺架及發動機本體，僅更換缸蓋分總成，以便排除外部影響。

試驗結果顯示，外特性扭矩：008#和041#與原型機三者基本相當，039#扭矩明顯下降，特別是3000rpm附近比原型機數據高約13Nm，性能下降超過5%，低速和高速差距減小5~7 Nm。原型機數據為產品批產定型的發動機數據。

圖5 發動機外特性曲線

萬有特性油耗：三件缸蓋油耗表現基本相當，039#油耗圈稍小于原型機數據。

萬有特性排溫：大負荷新1、新2渦前排溫略高于原機，1～15℃不等其余基本相當。

排放：三件缸蓋對排放影響較小，滿足國五排放要求。

2 結論

進氣道向排氣側偏移最大值推薦在0.5mm以內，管理值最大1.5mm以內。

氣道偏移1.5mm以內的缸蓋整機扭矩、排放處于合格范圍內，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動，使燃燒速度降低，后燃增加。

[1] 李云清.氣道結構對汽油機性能影響的分析研究. https://m.baidu. com/sf_edu_wenku/view/36a200a5f524ccbff12184b8.html.

[2] 楊俊偉.進氣道生產一致性對汽油機性能影響及設計優化[J].小型內燃機與摩托車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

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閆立凱，就職于哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.035