淺析QR發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性偏低原因及整改措施

王紅艷

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西 柳州 545005）

發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的心臟，受到了汽車消費(fèi)者的特別關(guān)注。柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司生產(chǎn)的QR型汽油機(jī)在模具樣件階段裝機(jī)跑臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其最大功率及扭矩（即發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性）存在低于標(biāo)定的問題。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，是指其最大功率、最大扭矩及其分別對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速和外特性上扭矩隨轉(zhuǎn)數(shù)變化的曲線。而體現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)品質(zhì)高低的主要因素，就是其動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

燃燒室、供油系統(tǒng)、進(jìn)氣效率（燃燒系統(tǒng)三要素）三者之間的綜合配合，是影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵。然而針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)動(dòng)力性偏低的階段及臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們排除了供油系統(tǒng)存在問題的可能性。

1 對(duì)燃燒室的分析及整改

燃燒室對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)充氣系數(shù)、火焰?zhèn)鞑ァ⒎艧崧始皞鳠釗p失等性能參數(shù)，都有很大的影響，因此對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)而言，控制好燃燒室的結(jié)構(gòu)，就顯得尤為重要。燃燒室容積、形狀是表征燃燒室結(jié)構(gòu)好壞的兩個(gè)關(guān)鍵因素。

1.1 燃燒室容積

燃燒室容積指的是活塞頂部以上的容積，也就是壓縮行程終了的氣缸容積。這個(gè)容積，是可燃混合氣燃燒的地方。燃燒室容積的大小，直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比的大小。原理上，壓縮比小時(shí)，壓縮終了時(shí)混合氣壓力和溫度低，燃燒速率減慢，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率會(huì)變差，活塞做功少，發(fā)動(dòng)機(jī)性能變差；但過高的壓縮比，將使壓力升高率增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲與振動(dòng)增大。

1.2 燃燒室形狀

燃燒室形狀對(duì)燃燒速率及燃燒過程中的循環(huán)變動(dòng)率等影響很大，其主要原因是燃油與空氣混合均勻性的問題。

為了準(zhǔn)確地驗(yàn)證燃燒室的真實(shí)情況，我們通過測量尺寸和逆向的方式，對(duì)燃燒室進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明燃燒室內(nèi)限位凸臺(tái)尺寸超差、4個(gè)缸的燃燒室容積相差較大。

根據(jù)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場分析，燃燒室內(nèi)限位凸臺(tái)尺寸可以通過將模具上4個(gè)燃燒室鑲塊中的2個(gè)做成可調(diào)的結(jié)構(gòu)，并對(duì)模具進(jìn)行定期檢修來保證；4個(gè)缸的燃燒室容積相差較大的根本原因，是在鑄造的過程中缸蓋底面模具受熱溫度高、變形大，以致生產(chǎn)出來的毛坯變形，機(jī)加工粗定位基準(zhǔn)偏離原設(shè)計(jì)所致。其可以通過給缸蓋底面模具通冷卻水的方式解決（見圖 1、圖 2）。

圖1 原缸蓋底模結(jié)構(gòu)

圖2 更改后缸蓋底模結(jié)構(gòu)

經(jīng)過整改后，發(fā)動(dòng)機(jī)性能有了較大提高（見表1）。

表1 更改模具前、后試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

2 對(duì)進(jìn)氣效率的分析與整改

燃燒室內(nèi)的進(jìn)氣量，是發(fā)動(dòng)機(jī)增加熱量的首要條件。因?yàn)槿剂先紵枰諝猓剂吓c空氣比較，后者更難以充入氣缸。因此，進(jìn)氣量越多，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率和扭矩就越大。減少進(jìn)氣阻力，提高氣缸內(nèi)進(jìn)氣終了時(shí)的壓力，有效地排除干凈廢氣，可以提高進(jìn)氣效果及混合氣的品質(zhì)，從而改善換氣條件，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。進(jìn)氣系統(tǒng)流動(dòng)阻力，就是沿程阻力及局部阻力。沿程阻力，即管道摩擦阻力，其與管道表面粗糙度、管長等有關(guān)。局部阻力，是由于流通截面積大小、形狀以及流動(dòng)方向的變化造成局部產(chǎn)生渦流所引起的損失。

從影響進(jìn)氣量的相關(guān)要素出發(fā)，通過拆機(jī)后內(nèi)窺鏡觀察及逆向?qū)Ρ确治鲇邢率霭l(fā)現(xiàn)。

2.1 影響進(jìn)排氣的凸臺(tái)

從進(jìn)氣歧管側(cè)通過內(nèi)窺鏡觀察，進(jìn)氣歧管與缸蓋接合處，存在影響進(jìn)氣氣流流動(dòng)的凸臺(tái)（圖3），從缸蓋排氣側(cè)觀察同樣存在凸臺(tái)（圖4）。

圖3 進(jìn)氣凸臺(tái)照片

圖4 排氣凸臺(tái)照片

這些凸臺(tái)，會(huì)使氣體在進(jìn)、排出燃燒室時(shí)，有一小部分被反彈回來，雖然這部分氣體的量很少，但被反彈回的這小部分氣體，對(duì)其他氣體也會(huì)產(chǎn)生紊流的影響，從而影響進(jìn)、排氣的暢通。

通過校對(duì)圖紙和尺寸鏈計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)圖紙?jiān)谠O(shè)計(jì)上的確存在風(fēng)險(xiǎn)。因此，我們分別對(duì)進(jìn)氣歧管、缸蓋、排氣歧管相配合的接口的坐標(biāo)位置尺寸及大小尺寸，分別完善了尺寸及公差。

為了減少進(jìn)氣阻力，進(jìn)氣歧管上與缸蓋相連接的接口的單邊大小尺寸，定為比缸蓋上的小0.5 mm，由于在排除廢氣的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)強(qiáng)制排氣，因此排氣過程對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響相對(duì)較小，所以缸蓋上的單邊大小尺寸，定為比排氣歧管的小0.2 mm；進(jìn)氣歧管、缸蓋與排氣歧管氣道砂芯的定位方式不同，進(jìn)氣歧管、缸蓋氣道砂芯，是在模具上定位的，而排氣歧管砂芯是在潮模砂上定位的，所以進(jìn)氣歧管、缸蓋氣道中心位置尺寸的公差定在±0.2 mm以內(nèi)，排氣歧管氣道中心的公差范圍應(yīng)大一點(diǎn)，定在±0.4 mm以內(nèi)；進(jìn)氣歧管、缸蓋及排氣歧管氣道口的大小尺寸公差范圍定在0.7 mm以內(nèi)，公差帶分布根據(jù)情況調(diào)整。

經(jīng)過調(diào)整后，臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)顯示效果良好（見表2）。

表2 完善尺寸前、后試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

2.2 氣道粗糙度的影響

缸蓋、進(jìn)氣歧管的氣道粗糙度較差，部分位置還存在未清除干凈的殘砂燒結(jié)在零件上，披縫嚴(yán)重（見圖5）。通過檢查控制計(jì)劃及現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)，車間生產(chǎn)氣道用的覆膜砂與其他泥芯用的覆膜砂粒度相同，而且氣道泥芯表面沒有做任何處理。針對(duì)現(xiàn)場的情況，分別做出了兩套方案進(jìn)行驗(yàn)證。

圖5 管壁燒砂圖

（1）要求車間師傅們必須嚴(yán)格按照修芯崗位操作指導(dǎo)書修芯，泥芯表面噴涂可以提高鑄件表面光潔度的涂料；

（2）強(qiáng)調(diào)修芯的同時(shí)，將生產(chǎn)出的毛坯成品進(jìn)行拋丸處理。對(duì)以上兩套方案做出的零件分別上臺(tái)架做試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果噴涂料的性能改善效果明顯（見表 3）。

表3 處理砂芯前、后試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

2.3 逆向?qū)Ρ确治龅慕Y(jié)果

進(jìn)氣歧管及缸蓋氣道泥芯的逆向?qū)Ρ确治鼋Y(jié)果，與原三維設(shè)計(jì)基本吻合，公差值基本在±0.20 mm以內(nèi)（見圖 6、圖 7）。

圖6 進(jìn)氣歧管氣道逆向?qū)Ρ确治鼋Y(jié)果

圖7 缸蓋氣道逆向?qū)Ρ确治鼋Y(jié)果

經(jīng)過技術(shù)整改，再做臺(tái)架試驗(yàn)檢測，發(fā)動(dòng)機(jī)性能已達(dá)到標(biāo)定要求，整改前、后的性能曲線對(duì)比如圖8。

圖8 整改前、后發(fā)動(dòng)機(jī)性能曲線對(duì)比

6 結(jié)束語

通過更改缸蓋模具結(jié)構(gòu)，即將模具上4個(gè)燃燒室中的2個(gè)做成可調(diào)的鑲塊，定期檢修模具；在鑄造工藝中，氣道芯修芯后增加噴涂，可以提高鑄件表面光潔度涂料工序；強(qiáng)化現(xiàn)場管理；根據(jù)氣體流動(dòng)原理及設(shè)計(jì)需要，完善圖紙中的配合尺寸公差后，再經(jīng)臺(tái)架試驗(yàn)檢測，發(fā)動(dòng)機(jī)性能已達(dá)到標(biāo)定要求。

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

[2]吳兆漢，等.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1990.