節(jié)流閥體怠速氣道的設(shè)計(jì)

鄧炳林

(湛江德利車輛部件有限公司,廣東湛江 524043)

0 引言

隨著國IV法規(guī)的實(shí)施，國內(nèi)很大一部分摩托車都使用電噴系統(tǒng)，而一些較大的廠家全部使用電噴系統(tǒng)。節(jié)流閥體是電噴系統(tǒng)的主要部件之一，其控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流量的閥門，也是發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)的重要部件之一。節(jié)流控制閥一般裝在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管之前，連接著發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，也被稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的咽喉。

公司現(xiàn)有的摩托車使用的節(jié)流閥體怠速氣道是通過步進(jìn)電機(jī)(IACV)控制，如圖1所示。

圖1 步進(jìn)電機(jī)控制的節(jié)流閥體

步進(jìn)電機(jī)裝在節(jié)流控制閥的怠速氣道上，用于調(diào)節(jié)引擎轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，ECU會(huì)根據(jù)氧傳感器反饋回來的尾氣信號(hào)來判斷當(dāng)前混合氣的濃稀，然后發(fā)出指令給步進(jìn)電機(jī)來調(diào)整怠速進(jìn)氣量的大小，再向噴油器發(fā)出信號(hào)噴出合適的燃油，二者混合后輸送進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠充分燃燒。雖然這樣的控制方式很理想，發(fā)動(dòng)機(jī)的排放污染物能滿足歐IV、歐V和國IV等法規(guī)要求，但成本高，特別對(duì)于一些成本控制較嚴(yán)的廠家 ，就不能接受這樣的方式，因此公司急需要開發(fā)一款低成本的電噴節(jié)流閥體，即用怠速調(diào)節(jié)螺釘機(jī)構(gòu)替代步進(jìn)電機(jī)的方案來滿足更加廣泛的市場(chǎng)需求，如圖2所示。

圖2 機(jī)械調(diào)整方式的節(jié)流閥體

1 節(jié)流閥體結(jié)構(gòu)參數(shù)

如圖2所示，MTB26F節(jié)流閥體的怠速氣道為機(jī)械調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，即通過怠速調(diào)節(jié)螺釘替代步進(jìn)電機(jī)來調(diào)整，由怠速調(diào)節(jié)螺釘、彈簧、平墊圈、本體、O型圈5個(gè)部件構(gòu)成，怠速補(bǔ)氣結(jié)構(gòu)如圖3所示。主要應(yīng)用于100～125 mL排量的彎梁車、騎式車，其規(guī)格參數(shù)見表1。

圖3 節(jié)流閥體本體怠速孔結(jié)構(gòu)

表1 節(jié)流閥體本體規(guī)格參數(shù)

2 設(shè)計(jì)方法

2.1 輸入

根據(jù)現(xiàn)量產(chǎn)節(jié)流閥體(帶步進(jìn)電機(jī))在摩托車整車標(biāo)定參數(shù)可知，摩托車怠速(轉(zhuǎn)速1 500 r/min )時(shí)步進(jìn)電機(jī)退出步數(shù)約40步，然后在公司的綜合流量測(cè)試臺(tái)上模擬發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示此時(shí)的怠速氣道通氣量約為0.66 g/s。

在整車上調(diào)整步進(jìn)電機(jī)步數(shù)來增加怠速氣道補(bǔ)氣量，使摩托車轉(zhuǎn)速升至4 000 r/min，記錄步進(jìn)電機(jī)退出步數(shù)約140步。然后在公司的流量測(cè)試設(shè)備上進(jìn)行測(cè)量此時(shí)的空氣進(jìn)氣量，測(cè)試結(jié)果顯示空氣流量約1.65 g/s。

整車試驗(yàn)要求，摩托車怠速(轉(zhuǎn)速1 500 r/min )時(shí)怠速調(diào)節(jié)螺釘設(shè)定圈數(shù)約1.25圈，且每調(diào)整0.25圈對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化約200 r/min，要求調(diào)整的最大轉(zhuǎn)速達(dá)到4 000 r/min，即怠速調(diào)節(jié)螺釘退出4.5圈時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到約4 000 r/min。

2.2 輸出

根據(jù)輸入條件及產(chǎn)品相關(guān)圖紙尺寸，如圖4所示，利用面積的計(jì)算公式S=πR2，分別計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)退出40步和140步時(shí)空氣流通的環(huán)型面積S1和S2，再根據(jù)摩托車怠速時(shí)怠速調(diào)節(jié)螺釘設(shè)定圈數(shù)約1.25圈和最大轉(zhuǎn)速達(dá)到4 000 r/min時(shí)怠速調(diào)節(jié)螺釘退出4.5圈怠速調(diào)節(jié)螺釘?shù)挠?jì)算出怠速出氣孔根部大小及錐度。計(jì)算出怠速氣道的出氣口直徑為φ3.5 mm，怠速調(diào)節(jié)螺釘錐度為30°(圖5)。為了提高充氣效率，進(jìn)氣口直徑要比出氣口直徑φ3.5 mm大，文中論述所設(shè)定的進(jìn)氣口直徑為φ5 mm，然后進(jìn)行樣件試制驗(yàn)證[1]。

圖4 怠速調(diào)氣機(jī)構(gòu)橫斷面

圖5 怠速調(diào)節(jié)螺釘

3 試驗(yàn)部分

3.1 流量試驗(yàn)

如圖6所示，試制樣件在公司綜合流量臺(tái)上進(jìn)行流量測(cè)試，怠速調(diào)節(jié)螺釘退出1.25圈時(shí)流量為0.65 g/s，退出4.5圈時(shí)量為1.67 g/s，基本上與帶步時(shí)電機(jī)的一致，認(rèn)為設(shè)計(jì)方案可以滿足要求，為了更進(jìn)一步地驗(yàn)證產(chǎn)品適用性，將節(jié)流閥體裝在某廠家的110 mL彎梁車上進(jìn)行整車N/E特性和整車性能測(cè)試[2]。

圖6 AS流量特性

3.2 整車N/E特性試驗(yàn)

如圖7所示，從整車N/E特性試驗(yàn)結(jié)果可知，怠速調(diào)節(jié)螺釘每退0.25圈時(shí)轉(zhuǎn)速上升200 r/min左右，判定滿足整車N/E特性要求。

圖7 N/E特性測(cè)試曲線

3.3 整車性能試驗(yàn)

表2為整車性能測(cè)試結(jié)果[3]。

表2 整車性能測(cè)試結(jié)果

由表2可知，公司所設(shè)計(jì)的MTB26F節(jié)流閥體能滿足整車性能要求。

4 結(jié)束語

文中通過簡單介紹電噴節(jié)流閥體怠速氣道的設(shè)計(jì)方法，然后試制樣件進(jìn)行理論驗(yàn)證。所設(shè)計(jì)的方案是采用機(jī)械調(diào)節(jié)式的節(jié)流閥體，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、布局合理、方案可靠、性能優(yōu)越。巧妙地利用怠速調(diào)節(jié)螺釘?shù)腻F度原理，有效調(diào)節(jié)節(jié)流閥體的怠速進(jìn)氣量，來替代價(jià)格昂貴的步進(jìn)電機(jī)，滿足部分廠家對(duì)成本控制過高的要求。

通過以上節(jié)流閥體的流量試驗(yàn)、整車N/E特性試驗(yàn)、整車性能試驗(yàn)結(jié)果可知，所設(shè)計(jì)的機(jī)械調(diào)節(jié)式節(jié)流閥體MTB26F，不僅能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)/整車各項(xiàng)性能要求，符合摩托車污染物排放限值及測(cè)量方法(中國第四階段)法規(guī)要求，而且成本低、性能優(yōu)、空間緊湊、通用性高。