運(yùn)用AVL_Excite Designer對(duì)YC4A發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行曲軸偏置設(shè)計(jì)

趙泉 盧年紅

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品力是發(fā)動(dòng)機(jī)競(jìng)爭(zhēng)力的重要組成及影響因素，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的市場(chǎng)推廣情況。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品力由動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、NVH、油耗、機(jī)油耗、可靠性、價(jià)格水平、質(zhì)量水平、服務(wù)水平等各個(gè)重要維度組成。每一個(gè)產(chǎn)品力維度均會(huì)開展長期及深入的開發(fā)和提升，其中曲軸的偏置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗、NVH、摩擦功有局部的積極影響，需持續(xù)并深入探究其相關(guān)性，最大限度地提升動(dòng)力系統(tǒng)的產(chǎn)品力。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)? 產(chǎn)品力? 曲軸偏置? 摩擦功? NVH

Using AVL_ Excite Designer Carries out Crankshaft Offset Design for YC4A Engine

ZHAO Quan?? LU Nianhong

（Guangxi Yuchai Machinery Co.， Ltd.， Yulin， Guangxi， 537005 China）

Abstract： Engine product power is an important component and influencing factor of engine competitiveness， which directly affects engine market promotion. It consists of power， economy， NVH， fuel consumption， engine fuel consumption， reliability， price level， quality level， service level and other important dimensions. Each product force dimension will carry out long-term and in-depth development and improvement. The offset of crankshaft has a local positive impact on engine fuel consumption， NVH and friction work. Its correlation needs to be continuously and deeply explored to maximize the product force of power system.

Key Words： Engine; Product force; Crankshaft offset; Friction work; NVH

發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品力是發(fā)動(dòng)機(jī)競(jìng)爭(zhēng)力的重要影響因素，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的市場(chǎng)推廣情況^[1]。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品力由動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、NVH、油耗、機(jī)油耗、可靠性、價(jià)格水平、質(zhì)量水平、服務(wù)水平等各個(gè)重要維度組成。其中，曲軸的偏置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗、NVH、摩擦功有局部的積極影響，需持續(xù)并深入探究其相關(guān)性^[2]。現(xiàn)針對(duì)一款新開發(fā)的四缸機(jī)做曲軸偏置分析，深入探究曲軸的偏置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、油耗、NVH、摩擦功的相關(guān)性，最大限度地提升發(fā)動(dòng)機(jī)的表現(xiàn)水平，獲得更好的產(chǎn)品力。

1發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)計(jì)算邊界

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：YC4A*。

發(fā)動(dòng)機(jī)型式：立式、直列、四缸、水冷、四沖程。

氣缸數(shù)：4。

缸徑×行程（mm×mm）：108mm×132mm。

標(biāo)定功率/轉(zhuǎn)速（kW/r/min）：129/2200。

最大扭矩/轉(zhuǎn)速（N·m/r/min）：620/1600～1800。

怠速/最高空車轉(zhuǎn)速（r/min）：750/2310。

1.2 計(jì)算模型

根據(jù)內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的相關(guān)公式，在Excel中建立計(jì)算模型。在Excite Designer中分析發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承的受力情況和有效輸出功率，計(jì)算模型如圖1所示。同時(shí)以YC4A機(jī)型爆壓實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為分析的載荷及邊界。

2計(jì)算分析

2.1? 缸內(nèi)氣體作用力

根據(jù)性能實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)：800rpm、1200rpm和2000rpm爆壓峰值在一缸曲拐上止點(diǎn)后，其余轉(zhuǎn)速的爆壓峰值在曲拐上止點(diǎn)位置。

2.2 活塞側(cè)推力、發(fā)動(dòng)機(jī)傾覆力矩

作用在主推力面時(shí)，活塞側(cè)推力為正;反之為負(fù)。隨著偏置距離的增加，主推力面上的最大活塞側(cè)推力逐漸減小，副推力面上的最大活塞側(cè)推力逐漸增大。活塞側(cè)推力暫無評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但其對(duì)傾覆力矩和活塞-缸壁的摩擦功有影響[3]。

從發(fā)動(dòng)機(jī)前端往后看，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為傾覆力矩的正向。隨著偏置距離的增加，正向最大傾覆力矩逐漸減小，負(fù)向最大傾覆力矩逐漸增大。傾覆力矩絕對(duì)值越大，對(duì)整機(jī)振動(dòng)影響越大。傾覆力矩絕對(duì)值的最大值比較如表1所示?，高轉(zhuǎn)速時(shí)曲軸左偏10mm對(duì)傾覆力矩有較好的減小效果。

傾覆力矩絕對(duì)值的最大值比較如圖2所示，高轉(zhuǎn)速時(shí)曲軸左偏10mm對(duì)傾覆力矩有較好的減小效果。

2.3? 二階往復(fù)慣性力

曲軸不偏置時(shí)，活塞加速度為J₀= rω²[ cos α + λ· cos（2α） ]，曲軸偏置時(shí)，活塞加速度為 J₁= rω²[ cos α + λ· cos（2α） + λε· sin α ]，λ = 曲柄半徑/連桿長度，ε = 偏置距離/曲柄半徑[4];曲軸左偏置后，活塞加速度比 不偏置時(shí)多一項(xiàng)單項(xiàng)式，即為λε· sin α。λε是一個(gè)較是一個(gè)較小值，因此曲軸左偏置后，對(duì)活塞加速度影響微小。偏置前后，活塞二階加速度相同，即發(fā)動(dòng)機(jī)二階往復(fù)慣性力相同^[5]。

2.4 活塞與缸壁的摩擦功

曲軸左偏有利于降低活塞與缸壁的摩擦功;活塞與缸壁的摩擦功隨偏置距離增大而減小，各偏置方案間比較（不偏置方案不進(jìn)行比較），減小幅度差異較小^[6]。

2.5? 指示輸出力矩

爆壓曲線相同時(shí)，曲軸左偏置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示輸出力矩影響微小。

3分析結(jié)論

曲軸偏心率，取值范圍通常為0.05～0.2，某新開發(fā)機(jī)型的曲柄半徑為66mm，則曲軸偏置距離推薦值為3.3～13.2mm。現(xiàn)初定曲軸左偏置范圍為10～15mm，分析結(jié)論如下。（1）隨著偏置距離的增加，主推力面上的最大活塞側(cè)推力逐漸減小，副推力面上的最大活塞側(cè)推力逐漸增大。曲線變化規(guī)律和具體數(shù)值見2.2節(jié)的圖表。（2）從前端往后看，逆時(shí)針方向?yàn)閮A覆力矩的正向，傾覆力矩絕對(duì)值大會(huì)增強(qiáng)整機(jī)的振動(dòng)。隨著偏置距離的增加，正向最大傾覆力矩逐漸減小，負(fù)向最大傾覆力矩逐漸增大。高轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)于降低最大傾覆力矩，左偏10mm的方案改善較好。（3）曲軸偏置對(duì)活塞往復(fù)慣性力影響微小，對(duì)二階往復(fù)慣性力沒有影響。（4）曲軸左偏有利于降低活塞與缸壁的摩擦功;活塞與缸壁的摩擦功隨偏置距離增大而減小，各偏置方案間比較（不偏置方案不進(jìn)行比較），減小幅度差異較小。（5）本設(shè)計(jì)計(jì)算分析結(jié)果表明：可采用左偏10mm方案，發(fā)動(dòng)機(jī)傾覆力矩較小，摩擦功較小，對(duì)NVH、油耗、機(jī)油耗均有積極影響。

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