內(nèi)燃機(jī)氣道穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)定位裝置的設(shè)計(jì)

侯樹梅

(承德石油高等?？茖W(xué)校 汽車工程系，河北　承德　067000)

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內(nèi)燃機(jī)氣道穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)定位裝置的設(shè)計(jì)

侯樹梅

(承德石油高等?？茖W(xué)校 汽車工程系，河北承德067000)

設(shè)計(jì)了一種內(nèi)燃機(jī)氣道穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)的定位裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種常見尺寸缸蓋進(jìn)行橫向和縱向的精確定位，避免了傳統(tǒng)的通過手動(dòng)畫線定位方式帶來的較大定位誤差，大大加快了缸蓋的定位速度，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，并提高了試驗(yàn)結(jié)果的可靠度和一致性。

氣道穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)；缸蓋；定位裝置

我國汽車保有量目前為2.64億輛，且年產(chǎn)量已達(dá)2 400多萬輛，汽車工業(yè)迅猛發(fā)展的同時(shí)，能源問題和環(huán)境污染問題也日益凸顯，因此，如何提高內(nèi)燃機(jī)熱效率和大幅度減少有害物排放是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的目標(biāo)和方向，而燃燒過程的優(yōu)化則是內(nèi)燃機(jī)綜合性能提高的根本途徑和主流方向[1]。內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)對(duì)混合氣的形成和燃燒過程有著決定性的影響，直接影響著內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放指標(biāo)，而缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)一個(gè)非常重要的來源即是氣體在流經(jīng)進(jìn)氣道過程中生成的進(jìn)氣渦流或滾流[2]。因此，深入了解由進(jìn)氣道形狀和結(jié)構(gòu)尺寸決定的氣道流通特性，對(duì)組織良好的燃燒過程，開發(fā)具有高性能和低污染的內(nèi)燃機(jī)具有重要意義[3]。從20世紀(jì)60年代，內(nèi)燃機(jī)氣道穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)就成為氣道流通特性的重要研究工具，至今不僅在研發(fā)過程中仍被廣為采用外，在生產(chǎn)線上也將越來越多的得到應(yīng)用，完成在線檢測(cè)，保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性[4]。

1　傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)氣道穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)

內(nèi)燃機(jī)氣道穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)通過測(cè)試內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣道的流量系數(shù)、渦流比、滾流比等參數(shù)，對(duì)氣道的流通特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)氣道穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)主要包括試驗(yàn)平臺(tái)、氣門升程控制及測(cè)量裝置、風(fēng)速儀、真空泵、流量測(cè)量裝置等，其總體布置圖如圖1所示。

傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)氣道穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)如圖2所示，試驗(yàn)平臺(tái)包括測(cè)試操作平臺(tái)及缸套安裝機(jī)構(gòu)，氣門升程采用螺紋調(diào)節(jié)并通過高度尺測(cè)量，風(fēng)速儀安裝在缸套中用以測(cè)量渦流強(qiáng)度等參數(shù)。該裝置的最大缺點(diǎn)是沒有缸蓋定位裝置，在試驗(yàn)之前及測(cè)試過程中必須確保被測(cè)缸蓋對(duì)應(yīng)氣缸中心與缸套中心同軸，因此測(cè)量每個(gè)氣缸都要重新對(duì)缸蓋進(jìn)行畫線對(duì)中，使得測(cè)試過程復(fù)雜且定位精度得不到保證，測(cè)量結(jié)果的一致性也不好，人為因素較大。

2　內(nèi)燃機(jī)氣道穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)定位裝置的設(shè)計(jì)

針對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)氣道穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)存在的缺點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)一套缸蓋定位裝置，對(duì)缸蓋進(jìn)行橫向及縱向定位，并在定位完成后對(duì)缸蓋進(jìn)行夾緊防止測(cè)試過程中缸蓋發(fā)生移動(dòng)。為此，設(shè)計(jì)出如圖3所示的缸蓋定位裝置：

所設(shè)計(jì)的氣道穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)缸蓋定位裝置主要包括：氣道試驗(yàn)平臺(tái)、橫向定位塊、縱向定位塊、定位標(biāo)尺、快進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、手動(dòng)搖輪機(jī)構(gòu)、絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)。氣道試驗(yàn)平臺(tái)上沿氣缸中心縱向和橫向開T型槽，橫向定位塊和縱向定位塊沿T型槽移動(dòng)對(duì)缸蓋進(jìn)行定位；快進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒輪減速機(jī)構(gòu)和齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，實(shí)現(xiàn)縱向定位塊的快速移動(dòng)；手動(dòng)搖輪機(jī)構(gòu)由搖輪、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)和雙向棘輪組成，其作用是實(shí)現(xiàn)縱向定位塊的縱向精確定位；橫向定位塊移動(dòng)范圍較小，采用絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；鎖緊機(jī)構(gòu)采用偏心輪實(shí)現(xiàn)定位塊的可靠鎖緊；夾緊機(jī)構(gòu)對(duì)定位后的缸蓋進(jìn)行可靠的夾緊。

1)氣道試驗(yàn)平臺(tái)

氣道試驗(yàn)平臺(tái)采用400 mm×1 500 mm×50 mm的耐磨鋼板，以適用于現(xiàn)有絕大部分缸蓋的試驗(yàn)，鋼板沿縱向和橫向開設(shè)兩列T型槽，對(duì)縱向定位塊和橫向定位塊的移動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向。

2)定位標(biāo)尺

定位標(biāo)尺分別沿T型槽方向安裝在氣道試驗(yàn)平臺(tái)上，游標(biāo)尺安裝在定位塊上隨定位塊一起移動(dòng)，游標(biāo)尺的精度為0.1 mm，定位標(biāo)尺的零位對(duì)應(yīng)于定位塊定位面處于氣道試驗(yàn)平臺(tái)上氣缸中心位置，缸蓋定位時(shí)定位標(biāo)尺的讀數(shù)即為對(duì)應(yīng)缸蓋氣缸中心至缸蓋定位端面的距離。

3)定位裝置

定位裝置分橫向定位裝置和縱向定位裝置，如圖4和圖5所示。定位塊分為定位塊采用200 mm×80 mm×10 mm的耐磨鋼板，縱向定位塊移動(dòng)距離較遠(yuǎn)，故采用快進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行快速移動(dòng)，手動(dòng)搖輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)游標(biāo)尺來完成精確的縱向定位，橫向定位塊由于移動(dòng)距離較小，采用絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其定位位置由定位塊上游標(biāo)尺的讀數(shù)顯示。

縱向定位裝置的定位過程為：蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)5通過雙向棘輪3驅(qū)動(dòng)小齒輪7和大齒輪8，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6驅(qū)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)換雙向棘輪3的傳力方向使蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)5不起作用，驅(qū)動(dòng)電機(jī)6驅(qū)動(dòng)縱向定位塊1初步定位后，搖動(dòng)手柄帶動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)5對(duì)縱向定位塊1進(jìn)行精確定位，其位置由沿縱向T型槽鑲嵌的縱向定位標(biāo)尺與鑲嵌在縱向定位塊1側(cè)面的縱向游標(biāo)尺4讀出，標(biāo)尺零位與缸套中心孔的中心對(duì)齊，標(biāo)尺的精度為0.1 mm，標(biāo)尺的讀數(shù)即為氣缸中心至缸蓋縱向定位側(cè)面的距離。

4)鎖緊機(jī)構(gòu)

鎖緊機(jī)構(gòu)通過手柄采用偏心輪鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行鎖緊，防止試驗(yàn)過程中定位塊移動(dòng)而造成誤差。該鎖緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且鎖緊可靠，在實(shí)際工程領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。

5)夾緊機(jī)構(gòu)

夾緊機(jī)構(gòu)利用安裝在定位塊上的壓板通過螺母對(duì)定位后的缸蓋進(jìn)行可靠夾緊，防止缸蓋的移動(dòng)。根據(jù)需要該夾緊機(jī)構(gòu)也可更換為液壓機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)機(jī)構(gòu)或電磁機(jī)構(gòu)。

3　結(jié)論

內(nèi)燃機(jī)氣道試驗(yàn)屬于內(nèi)燃機(jī)研發(fā)領(lǐng)域常用的核心技術(shù)手段，內(nèi)燃機(jī)氣道試驗(yàn)臺(tái)是否方便易用將最

終影響研發(fā)的周期及試驗(yàn)的精度?，F(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)氣道試驗(yàn)臺(tái)沒有專門的缸蓋定位裝置，每次試驗(yàn)都要對(duì)缸蓋中心和氣缸中心進(jìn)行劃線對(duì)中，操作極為不便且定位精度得不到保障。設(shè)計(jì)的缸蓋定位裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，定位精度較高，可調(diào)范圍大，適用于各種常見尺寸缸蓋在氣道試驗(yàn)臺(tái)上的快速準(zhǔn)確定位，若將該定位裝置應(yīng)用在生產(chǎn)線上對(duì)缸蓋進(jìn)行在線檢測(cè)，能大大節(jié)約檢測(cè)的時(shí)間并提高測(cè)試的可靠度。

[1]司鵬鹍，張惠明.滿足國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)[J].燃燒科學(xué)與技術(shù),2009,15(5):405-411.

[2]司鵬鹍，侯樹梅，張惠明，等.進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)氣道流通特性的影響[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2008，29(3):25-28.

[3]張全逾，張淑華，張汝清. 內(nèi)燃機(jī)循環(huán)及燃燒測(cè)試分析方法的發(fā)展、現(xiàn)狀及應(yīng)用[J].承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2007(3):21-26.

[4]孫平.柴油機(jī)穩(wěn)流氣道試驗(yàn)臺(tái)的仿真與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 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

河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目:(發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流流場(chǎng)對(duì)缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)影響的研究)：ZD2016113

2016-03-23

侯樹梅(1969-)，女，河北張家口人，承德石油高等?？茖W(xué)校汽車工程系副教授，研究生，主要從事內(nèi)燃機(jī)工作過程的教學(xué)與研究工作。

TK422

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1008-9446(2016)04-0042-03