MAN系列柴油機(jī)氣缸蓋座圈錐面角度檢測裝置研究

梁穎杰，黃月，鄭錚毅，王強(qiáng)，張夢東

中國重汽集團(tuán)杭州發(fā)動機(jī)有限公司 浙江杭州 311232

1 序言

發(fā)動機(jī)缸蓋是汽車動力總成中設(shè)計最為緊密復(fù)雜的箱體零件[1]，主要與缸體以及活塞上表面形成燃燒室，完成柴油燃燒、做功及排氣等全部工作，新鮮空氣與燃燒后產(chǎn)生的廢氣通過進(jìn)氣門、排氣門與座圈之間的間隙完成進(jìn)、排動作，氣門座圈內(nèi)表面通常由3個相連接的錐面組成，3個錐面的角度分別為：進(jìn)口導(dǎo)向座圈錐面 60°，氣門密封座圈錐面90°，以及氣流內(nèi)倒角座圈錐面150°[2]。通過控制相鄰錐面上某直徑截圓之間的間距和錐面沿軸線剖面的角度，可以保證錐面對氣體的導(dǎo)流效果[3]，使得進(jìn)氣時油氣混合充分以及排氣順暢。MAN系列柴油機(jī)進(jìn)氣門錐面角度為120°，通過研發(fā)中心的缸蓋氣道渦流比試驗(yàn)結(jié)果可知，缸蓋進(jìn)氣進(jìn)口導(dǎo)向座圈錐面 120°角度以及φ36mm寬度尺寸，對缸蓋吸氣滾流比的影響最大，因此如何控制進(jìn)口導(dǎo)向座圈錐面120°角度的穩(wěn)定，改善缸蓋在進(jìn)氣工作時氣流的平順及穩(wěn)定，保證缸蓋進(jìn)氣性能一致性，直接影響柴油機(jī)運(yùn)行初期的壓縮比、燃燒狀況、扭矩、有效功率及起動性能等一系列技術(shù)性能指標(biāo)[4]。

2 針對減薄座圈缸蓋檢測存在的問題

MAN系列柴油機(jī)缸蓋為四氣門布置結(jié)構(gòu)，缸蓋和氣門座圈局部結(jié)構(gòu)及尺寸如圖1所示。

圖1 缸蓋和氣門座圈局部結(jié)構(gòu)及尺寸

座圈量規(guī)檢測尺寸深度3.4mm，直徑36mm，該尺寸為氣門座圈錐面測量基準(zhǔn)截面到缸蓋端面的距離。進(jìn)氣門座圈錐面角度120°，寬度3.13mm，該角度為與進(jìn)氣門錐面的配合角度，與其一起形成密封面，其配合的緊密程度是實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)做功的關(guān)鍵，非常重要，需重點(diǎn)檢測?，F(xiàn)階段正式量產(chǎn)工藝針對錐面角度采用尼泊丁檢具在線測量，實(shí)現(xiàn)對缸蓋高頻次快速測量，檢測頻次為每10件檢測1件，可以提高及時發(fā)現(xiàn)缺陷產(chǎn)品的可能性。

針對在國六開發(fā)試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)的進(jìn)氣座圈磨損異常及售后反饋機(jī)油耗偏高等問題，設(shè)計端對座圈進(jìn)行了改進(jìn)，采用減薄座圈結(jié)構(gòu)，進(jìn)氣座圈錐面寬度從3.13mm減小至2.47mm，共減短了0.66mm，錐面角度120°保持不變。更改后因現(xiàn)有尼泊丁檢具定位點(diǎn)高于座圈錐面而無法準(zhǔn)確定位，無法完成錐面角度的測量，需重新設(shè)計角度測量檢具，改進(jìn)后的座圈錐面如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后的座圈錐面

3 檢具設(shè)計

檢具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計：根據(jù)上述分析，座圈錐面角度測量檢具設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括百分表、百分表用接頭、表架、杠桿以及底座等。其中X軸、Y軸百分表采用百分表用接頭分別與其對應(yīng)的表架通過φ4mm定位銷和螺釘固定在測量底座上，X軸方向上通過X軸杠桿，其一端φ2mm圓頭部分與座圈錐面緊密貼合，一端與百分表測頭貼合。根據(jù)尺寸測算可知，錐面120°，寬2.47mm尺寸在X軸方向上極限移動距離約為1.24mm（2.47mm×sin30°），考慮到調(diào)整間隙以及安裝誤差等，實(shí)際移動距離＜1mm，因此設(shè)計采用杠桿結(jié)構(gòu)，進(jìn)行1∶3比例放大，確保X軸方向移動測量距離＞2mm，同時測量杠桿擺動必須靈活。Y軸表架采用垂直布置，測量表頭實(shí)時與座圈在量規(guī)尺寸線附近接觸，整個測量過程僅存在Y軸方向上下移動。

圖3 座圈錐面角度測量檢具設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)

檢具整體通過導(dǎo)向桿座與缸蓋導(dǎo)管孔形成間隙配合（φ7H7/g7）來完成定位，以實(shí)現(xiàn)檢具在整個Y軸方向測量過程中上下移動時的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，同時可通過調(diào)整螺釘座、導(dǎo)向銷與壓縮彈簧的配合來調(diào)整和明確測量的起始位置。

4 檢具操作方法

（1）校零 擰松百分表用接頭，將檢具整體插入標(biāo)準(zhǔn)缸蓋的導(dǎo)管中，通過擰松/預(yù)緊調(diào)節(jié)螺釘上的螺母，使得X軸杠桿φ2mm圓頭部分與座圈錐面最上端接觸，Y軸百分表表頭與座圈在量規(guī)尺寸線附近接觸。同時緊固兩個百分表用接頭，確保X軸百分表壓縮2圈以上，Y軸百分表壓縮半圈以上，完成檢具校零工作。

（2）檢測 檢具校零工作完成后，將發(fā)動機(jī)缸蓋放在平面上，手持檢具，將檢具心軸的定位軸放入導(dǎo)管孔中[5]，使X軸、Y軸百分表分別與杠桿和座圈量規(guī)尺寸線附近接觸，同時調(diào)整表盤歸零位，在壓縮彈簧的壓縮作用以及導(dǎo)向銷的導(dǎo)向作用下，由上到下移動表架，完成整個錐面的測量動作，記錄兩表的示數(shù)，通過公式arctan[X軸百分表示數(shù)/（3×Y軸示數(shù)）]計算出杠桿座圈錐面角度是否在工藝要求的119.667°～120°。

5 可重復(fù)性與再現(xiàn)性（GR&R）測評

使用該檢具，對缸蓋座圈錐面角度進(jìn)行測量，組織A、B、C三名操作人員分別測量10個缸蓋，每個缸蓋重復(fù)測量3次，共計90組數(shù)據(jù)，測評數(shù)據(jù)見表1。

表1 可重復(fù)性及可再現(xiàn)性數(shù)據(jù)分析（單位：°）

可重復(fù)性及可再現(xiàn)性

式中，R為極差；EV為重復(fù)性；為3組數(shù)據(jù)極差均值的平均；K1為常數(shù)，取0.5908；AV為再現(xiàn)性；

根據(jù)評測數(shù)據(jù)分析計算可知：EV＝0.000197，AV＝0.000060，PV＝0.002132，TV＝0.002142，GR&R＝9.61%，測量系統(tǒng)狀況良好。

6 結(jié)束語

該專用檢具具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，使用方便可靠等特點(diǎn)，能夠快速、準(zhǔn)確地測量出缸蓋氣門座圈錐面角度，提高檢測效率和檢測精度，同時通過對缸蓋座圈錐面角度檢具的設(shè)計開發(fā)研究，也解決了傳統(tǒng)角度尺無法對座圈錐面進(jìn)行測量的問題，彌補(bǔ)了在產(chǎn)品開發(fā)試制及小批量階段，僅能通過三坐標(biāo)這種檢驗(yàn)頻次及效率較低的檢測方式來檢測角度而帶來的質(zhì)量風(fēng)險，為后續(xù)座圈錐面角度測量的方案設(shè)計提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。