淺析QR發(fā)動機動力性偏低原因及整改措施

王紅艷

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州 545005）

發(fā)動機作為汽車的心臟，受到了汽車消費者的特別關注。柳州五菱柳機動力有限公司生產(chǎn)的QR型汽油機在模具樣件階段裝機跑臺架試驗時，發(fā)現(xiàn)其最大功率及扭矩（即發(fā)動機的動力性）存在低于標定的問題。發(fā)動機的動力性，是指其最大功率、最大扭矩及其分別對應的轉速和外特性上扭矩隨轉數(shù)變化的曲線。而體現(xiàn)發(fā)動機品質(zhì)高低的主要因素，就是其動力性和經(jīng)濟性。

燃燒室、供油系統(tǒng)、進氣效率（燃燒系統(tǒng)三要素）三者之間的綜合配合，是影響發(fā)動機性能的關鍵。然而針對發(fā)動機出現(xiàn)動力性偏低的階段及臺架試驗數(shù)據(jù)，我們排除了供油系統(tǒng)存在問題的可能性。

1 對燃燒室的分析及整改

燃燒室對發(fā)動機充氣系數(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，因此對于發(fā)動機而言，控制好燃燒室的結構，就顯得尤為重要。燃燒室容積、形狀是表征燃燒室結構好壞的兩個關鍵因素。

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)動機壓縮比的大小。原理上，壓縮比小時，壓縮終了時混合氣壓力和溫度低，燃燒速率減慢，發(fā)動機的燃燒效率會變差，活塞做功少，發(fā)動機性能變差；但過高的壓縮比，將使壓力升高率增加，發(fā)動機的噪聲與振動增大。

1.2 燃燒室形狀

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

為了準確地驗證燃燒室的真實情況，我們通過測量尺寸和逆向的方式，對燃燒室進行了檢驗，結果表明燃燒室內(nèi)限位凸臺尺寸超差、4個缸的燃燒室容積相差較大。

根據(jù)檢驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場分析，燃燒室內(nèi)限位凸臺尺寸可以通過將模具上4個燃燒室鑲塊中的2個做成可調(diào)的結構，并對模具進行定期檢修來保證；4個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，機加工粗定位基準偏離原設計所致。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 原缸蓋底模結構

圖2 更改后缸蓋底模結構

經(jīng)過整改后，發(fā)動機性能有了較大提高（見表1）。

表1 更改模具前、后試驗數(shù)據(jù)對比

2 對進氣效率的分析與整改

燃燒室內(nèi)的進氣量，是發(fā)動機增加熱量的首要條件。因為燃料燃燒需要空氣，燃料與空氣比較，后者更難以充入氣缸。因此，進氣量越多，發(fā)動機的有效功率和扭矩就越大。減少進氣阻力，提高氣缸內(nèi)進氣終了時的壓力，有效地排除干凈廢氣，可以提高進氣效果及混合氣的品質(zhì)，從而改善換氣條件，提高發(fā)動機的性能。進氣系統(tǒng)流動阻力，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。局部阻力，是由于流通截面積大小、形狀以及流動方向的變化造成局部產(chǎn)生渦流所引起的損失。

從影響進氣量的相關要素出發(fā)，通過拆機后內(nèi)窺鏡觀察及逆向對比分析有下述發(fā)現(xiàn)。

2.1 影響進排氣的凸臺

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

圖3 進氣凸臺照片

圖4 排氣凸臺照片

這些凸臺，會使氣體在進、排出燃燒室時，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，對其他氣體也會產(chǎn)生紊流的影響，從而影響進、排氣的暢通。

通過校對圖紙和尺寸鏈計算后，發(fā)現(xiàn)圖紙在設計上的確存在風險。因此，我們分別對進氣歧管、缸蓋、排氣歧管相配合的接口的坐標位置尺寸及大小尺寸，分別完善了尺寸及公差。

為了減少進氣阻力，進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候，發(fā)動機會強制排氣，因此排氣過程對發(fā)動機性能的影響相對較小，所以缸蓋上的單邊大小尺寸，定為比排氣歧管的小0.2 mm；進氣歧管、缸蓋與排氣歧管氣道砂芯的定位方式不同，進氣歧管、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大一點，定在±0.4 mm以內(nèi)；進氣歧管、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，臺架試驗對比數(shù)據(jù)顯示效果良好（見表2）。

表2 完善尺寸前、后試驗數(shù)據(jù)對比

2.2 氣道粗糙度的影響

缸蓋、進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在零件上，披縫嚴重（見圖5）。通過檢查控制計劃及現(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。針對現(xiàn)場的情況，分別做出了兩套方案進行驗證。

圖5 管壁燒砂圖

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

（2）強調(diào)修芯的同時，將生產(chǎn)出的毛坯成品進行拋丸處理。對以上兩套方案做出的零件分別上臺架做試驗驗證，結果噴涂料的性能改善效果明顯（見表 3）。

表3 處理砂芯前、后試驗數(shù)據(jù)對比

2.3 逆向對比分析的結果

進氣歧管及缸蓋氣道泥芯的逆向對比分析結果，與原三維設計基本吻合，公差值基本在±0.20 mm以內(nèi)（見圖 6、圖 7）。

圖6 進氣歧管氣道逆向對比分析結果

圖7 缸蓋氣道逆向對比分析結果

經(jīng)過技術整改，再做臺架試驗檢測，發(fā)動機性能已達到標定要求，整改前、后的性能曲線對比如圖8。

圖8 整改前、后發(fā)動機性能曲線對比

6 結束語

通過更改缸蓋模具結構，即將模具上4個燃燒室中的2個做成可調(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；強化現(xiàn)場管理；根據(jù)氣體流動原理及設計需要，完善圖紙中的配合尺寸公差后，再經(jīng)臺架試驗檢測，發(fā)動機性能已達到標定要求。

[1]周龍寶.內(nèi)燃機學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2]吳兆漢，等.內(nèi)燃機設計[M].北京：北京理工大學出版社，1990.