某款汽油机进气道偏移对发动机的影响

闫立凯，马江涛，王剑锋，施玉春，王志国



某款汽油机进气道偏移对发动机的影响

闫立凯，马江涛，王剑锋，施玉春，王志国

（哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江 哈尔滨 150060）

文章对不同偏移量的气道进行气道稳态试验和发动机台架试验，得到气道流量系数，发动机扭矩、油耗、排放数据，得出满足要求的气道参数，为后续生产提供依据。

进气道；缸盖；汽油机；偏移

前言

汽油机缸内的气流运动对燃烧过程有重要影响，合理的气道结构可以实现滚流比和流量系数的合理配置，增强缸内气流运动、充气效率和燃烧质量，从而提高火焰传播速度和燃烧速率，缩短燃烧持续期，提高发动机的动力性和经济性[1]。汽油机一般采用切向气道，其形状较为平直，在气门座前强烈收缩，引导气流以单边切线方向进入气缸。切向气道对气流出口的位置较敏感。

缸盖铸造有低压铸造和重力铸造两种方式。无论是哪种制造都是缸盖外部六个面形状由钢质模具形成，内部油腔、水套和气道则由砂芯成型。铸造前通过吹砂工艺制出所有砂芯，然后进行组芯，浇注出缸盖毛坯。实际生产中气道砂芯误差对气道的质量影响较大。尽管气道砂芯在缸盖底模模具上有定位，但在铸造过程中受铝液的冲击、模具的磨损等原因不可避免出现气道位置出现偏移。文献[2]中对气道进行鲁棒性设计优化，方法是采用球形刀对气道出口进行机加校正，降低气道砂芯对铸造偏差敏感度。此种方法的局限性是气道的修正是有限度的，发生严重偏移的气道不能通过机加修正的方法得到合格零件。文献中没有说明气道偏移理想位置多大距离可以采用机加方法进行修正。

本文是针对某款批产发动机气道偏移情况通过气道试验和发动机台架性能试验，确定气道偏移的极限位置，为以后生产提供依据。

1 实例分析及优化

1.1 故障表现

根据实际生产情况，进气道普遍向排气侧发生偏移，见图1实物照片、图2气道偏移示意图。气道偏移的原因是由于气道砂芯在底模上定位不准。模具长时间使用定位基准磨损，保养不到位造成。另外砂芯受铝液冲击，产生浮力也会造成气道前端抬起，造成砂芯定位不准。

对缸盖气道偏移量进行侧量，统计出偏移的数据，选出三组典型数据，见图3。气道偏移量出于0mm~2.62mm之间。同一个缸盖最大与最小偏差达到将近1.76mm左右。

图1 气道偏移缸盖

图2 气道偏移示意图

图3 缸盖气道偏移的测量数据

1.2 气道稳态试验台

发动机缸内气流运动分为微观研究方法和宏观研究法。微观研究方法主要用于科研，而工程上普遍使用的是宏观研究方法，即气道稳态试验。

试验气道稳态试验台是检验气道流通能力和滚流强度。操作方法是保持进气道进出口在定压差情况下，通过调节气门升程得到每个升程下的流量系数和滚流比，然后计算得到平均流量系数和平均滚流比。根据对理想气体不同的假设，气道评价方法主要有四种方法，即Ricardo方法、AVL方法、FEV方法和SWRI方法。本文试验设备采用天津大学的稳态气道试验台进行气道试验。天津大学稳态气道试验台可以同时输出以上四种方法测试的数据。我们采用AVL方法的数据。测量结果见图4。

图4 气道流量系数

从041#缸盖数据看进气道向排气侧变形，受喉部顶端上升的影响（见图2右侧虚线要比实现高）流量系数会增大，相应的滚流比会减少。从008#和0.39#缸盖数据看，流量系数增大不是无限地增加，而是当变形量超过某一数值后，受台阶A（见图1）的影响，流量系数反而会下降。参照041#缸盖数据，偏移量数值0.5mm以内对流量系数影响可以忽略。

表1 气道流量系数偏差百分比

由于生产过程偏差，流量系数允许偏差理想值±3%。结合偏移量数据（图3）分析，进气道向排气道偏移超过大约1.5mm后，流量系数减小将超过3%，发动机理论进气量将减小，所以气道偏移量不应超过1.5mm。

1.3 发动机台架试验

试验设计，发动机组装后进行充分磨合，然后使用AVL台架进行性能试验。试验使用相同的台架及发动机本体，仅更换缸盖分总成，以便排除外部影响。

试验结果显示，外特性扭矩：008#和041#与原型机三者基本相当，039#扭矩明显下降，特别是3000rpm附近比原型机数据高约13Nm，性能下降超过5%，低速和高速差距减小5~7 Nm。原型机数据为产品批产定型的发动机数据。

图5 发动机外特性曲线

万有特性油耗：三件缸盖油耗表现基本相当，039#油耗圈稍小于原型机数据。

万有特性排温：大负荷新1、新2涡前排温略高于原机，1～15℃不等其余基本相当。

排放：三件缸盖对排放影响较小，满足国五排放要求。

2 结论

进气道向排气侧偏移最大值推荐在0.5mm以内，管理值最大1.5mm以内。

气道偏移1.5mm以内的缸盖整机扭矩、排放处于合格范围内，油耗、排温略有上升。油耗和排温上升的原因是气道偏移后阻碍了气流运动，使燃烧速度降低，后燃增加。

[1] 李云清.气道结构对汽油机性能影响的分析研究. https://m.baidu. com/sf_edu_wenku/view/36a200a5f524ccbff12184b8.html.

[2] 杨俊伟.进气道生产一致性对汽油机性能影响及设计优化[J].小型内燃机与摩托车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

U464

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1671-7988(2018)20-95-02

闫立凯，就职于哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.035