内燃机气道稳流试验台定位装置的设计

侯树梅

(承德石油高等专科学校 汽车工程系，河北　承德　067000)



内燃机气道稳流试验台定位装置的设计

侯树梅

(承德石油高等专科学校 汽车工程系，河北承德067000)

设计了一种内燃机气道稳流试验台的定位装置，实现对各种常见尺寸缸盖进行横向和纵向的精确定位，避免了传统的通过手动画线定位方式带来的较大定位误差，大大加快了缸盖的定位速度，降低了劳动强度，并提高了试验结果的可靠度和一致性。

气道稳流试验台；缸盖；定位装置

我国汽车保有量目前为2.64亿辆，且年产量已达2 400多万辆，汽车工业迅猛发展的同时，能源问题和环境污染问题也日益凸显，因此，如何提高内燃机热效率和大幅度减少有害物排放是内燃机发展的目标和方向，而燃烧过程的优化则是内燃机综合性能提高的根本途径和主流方向[1]。内燃机缸内气体运动对混合气的形成和燃烧过程有着决定性的影响，直接影响着内燃机的动力性、经济性及排放指标，而缸内气体运动一个非常重要的来源即是气体在流经进气道过程中生成的进气涡流或滚流[2]。因此，深入了解由进气道形状和结构尺寸决定的气道流通特性，对组织良好的燃烧过程，开发具有高性能和低污染的内燃机具有重要意义[3]。从20世纪60年代，内燃机气道稳流试验台就成为气道流通特性的重要研究工具，至今不仅在研发过程中仍被广为采用外，在生产线上也将越来越多的得到应用，完成在线检测，保证产品质量的一致性[4]。

1　传统的内燃机气道稳流试验台

内燃机气道稳流试验台通过测试内燃机进、排气道的流量系数、涡流比、滚流比等参数，对气道的流通特性进行评价。传统的内燃机气道稳流试验台主要包括试验平台、气门升程控制及测量装置、风速仪、真空泵、流量测量装置等，其总体布置图如图1所示。

传统的内燃机气道稳流试验台结构比较简单，结构如图2所示，试验平台包括测试操作平台及缸套安装机构，气门升程采用螺纹调节并通过高度尺测量，风速仪安装在缸套中用以测量涡流强度等参数。该装置的最大缺点是没有缸盖定位装置，在试验之前及测试过程中必须确保被测缸盖对应气缸中心与缸套中心同轴，因此测量每个气缸都要重新对缸盖进行画线对中，使得测试过程复杂且定位精度得不到保证，测量结果的一致性也不好，人为因素较大。

2　内燃机气道稳流试验台定位装置的设计

针对传统内燃机气道稳流试验台存在的缺点，需要设计一套缸盖定位装置，对缸盖进行横向及纵向定位，并在定位完成后对缸盖进行夹紧防止测试过程中缸盖发生移动。为此，设计出如图3所示的缸盖定位装置：

所设计的气道稳流试验台缸盖定位装置主要包括：气道试验平台、横向定位块、纵向定位块、定位标尺、快进驱动机构、手动摇轮机构、丝杠传动机构、锁紧机构、夹紧机构。气道试验平台上沿气缸中心纵向和横向开T型槽，横向定位块和纵向定位块沿T型槽移动对缸盖进行定位；快进驱动机构由驱动电机、齿轮减速机构和齿轮齿条传动机构组成，实现纵向定位块的快速移动；手动摇轮机构由摇轮、蜗轮蜗杆机构和双向棘轮组成，其作用是实现纵向定位块的纵向精确定位；横向定位块移动范围较小，采用丝杠传动机构进行驱动；锁紧机构采用偏心轮实现定位块的可靠锁紧；夹紧机构对定位后的缸盖进行可靠的夹紧。

1)气道试验平台

气道试验平台采用400 mm×1 500 mm×50 mm的耐磨钢板，以适用于现有绝大部分缸盖的试验，钢板沿纵向和横向开设两列T型槽，对纵向定位块和横向定位块的移动进行导向。

2)定位标尺

定位标尺分别沿T型槽方向安装在气道试验平台上，游标尺安装在定位块上随定位块一起移动，游标尺的精度为0.1 mm，定位标尺的零位对应于定位块定位面处于气道试验平台上气缸中心位置，缸盖定位时定位标尺的读数即为对应缸盖气缸中心至缸盖定位端面的距离。

3)定位装置

定位装置分横向定位装置和纵向定位装置，如图4和图5所示。定位块分为定位块采用200 mm×80 mm×10 mm的耐磨钢板，纵向定位块移动距离较远，故采用快进驱动机构进行快速移动，手动摇轮机构驱动游标尺来完成精确的纵向定位，横向定位块由于移动距离较小，采用丝杠传动机构进行驱动，其定位位置由定位块上游标尺的读数显示。

纵向定位装置的定位过程为：蜗轮蜗杆机构5通过双向棘轮3驱动小齿轮7和大齿轮8，当驱动电机6驱动时转换双向棘轮3的传力方向使蜗轮蜗杆机构5不起作用，驱动电机6驱动纵向定位块1初步定位后，摇动手柄带动蜗轮蜗杆机构5对纵向定位块1进行精确定位，其位置由沿纵向T型槽镶嵌的纵向定位标尺与镶嵌在纵向定位块1侧面的纵向游标尺4读出，标尺零位与缸套中心孔的中心对齐，标尺的精度为0.1 mm，标尺的读数即为气缸中心至缸盖纵向定位侧面的距离。

4)锁紧机构

锁紧机构通过手柄采用偏心轮锁紧机构进行锁紧，防止试验过程中定位块移动而造成误差。该锁紧机构结构简单且锁紧可靠，在实际工程领域应用非常广泛。

5)夹紧机构

夹紧机构利用安装在定位块上的压板通过螺母对定位后的缸盖进行可靠夹紧，防止缸盖的移动。根据需要该夹紧机构也可更换为液压机构、气动机构或电磁机构。

3　结论

内燃机气道试验属于内燃机研发领域常用的核心技术手段，内燃机气道试验台是否方便易用将最

终影响研发的周期及试验的精度。现有的内燃机气道试验台没有专门的缸盖定位装置，每次试验都要对缸盖中心和气缸中心进行划线对中，操作极为不便且定位精度得不到保障。设计的缸盖定位装置结构简单，操作方便，定位精度较高，可调范围大，适用于各种常见尺寸缸盖在气道试验台上的快速准确定位，若将该定位装置应用在生产线上对缸盖进行在线检测，能大大节约检测的时间并提高测试的可靠度。

[1]司鹏鹍，张惠明.满足国Ⅳ排放标准天然气发动机的开发[J].燃烧科学与技术,2009,15(5):405-411.

[2]司鹏鹍，侯树梅，张惠明，等.进气道结构参数对气道流通特性的影响[J].内燃机工程，2008，29(3):25-28.

[3]张全逾，张淑华，张汝清. 内燃机循环及燃烧测试分析方法的发展、现状及应用[J].承德石油高等专科学校学报，2007(3):21-26.

[4]孙平.柴油机稳流气道试验台的仿真与试验[J].农业工程学报, 2007(1):99-104.

Positioner Design of Intake Port Steady Flow Test Bench for Internal Combustion Engine

HOU Shu-mei

(Department of Automotive Engineering，Chengde Petroleum College，Chengde 067000，Hebei，China)

To avoid larger positioning error of marking-out positioning using traditional way by hand, a kind of positioner of intake port steady flow test bench for internal combustion engine was designed. The horizontal and vertical positioning of cylinder head with various common size can be precisely located, which greatly accelerated the speed of cylinder head positioning, reduced the labor intensity, and improved reliability and consistency of the results.

intake port steady flow test bench; cylinder head; positioning device

河北省高等学校科学技术研究重点项目:(发动机进气流流场对缸内气体运动影响的研究)：ZD2016113

2016-03-23

侯树梅(1969-)，女，河北张家口人，承德石油高等专科学校汽车工程系副教授，研究生，主要从事内燃机工作过程的教学与研究工作。

TK422

A

1008-9446(2016)04-0042-03