侯樹梅

(承德石油高等?？茖W校 汽車工程系，河北　承德　067000)

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內(nèi)燃機氣道穩(wěn)流試驗臺定位裝置的設計

侯樹梅

(承德石油高等?？茖W校 汽車工程系，河北承德067000)

設計了一種內(nèi)燃機氣道穩(wěn)流試驗臺的定位裝置，實現(xiàn)對各種常見尺寸缸蓋進行橫向和縱向的精確定位，避免了傳統(tǒng)的通過手動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，降低了勞動強度，并提高了試驗結(jié)果的可靠度和一致性。

氣道穩(wěn)流試驗臺；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2 400多萬輛，汽車工業(yè)迅猛發(fā)展的同時，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)燃機熱效率和大幅度減少有害物排放是內(nèi)燃機發(fā)展的目標和方向，而燃燒過程的優(yōu)化則是內(nèi)燃機綜合性能提高的根本途徑和主流方向[1]。內(nèi)燃機缸內(nèi)氣體運動對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)燃機的動力性、經(jīng)濟性及排放指標，而缸內(nèi)氣體運動一個非常重要的來源即是氣體在流經(jīng)進氣道過程中生成的進氣渦流或滾流[2]。因此，深入了解由進氣道形狀和結(jié)構(gòu)尺寸決定的氣道流通特性，對組織良好的燃燒過程，開發(fā)具有高性能和低污染的內(nèi)燃機具有重要意義[3]。從20世紀60年代，內(nèi)燃機氣道穩(wěn)流試驗臺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用，完成在線檢測，保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性[4]。

1　傳統(tǒng)的內(nèi)燃機氣道穩(wěn)流試驗臺

內(nèi)燃機氣道穩(wěn)流試驗臺通過測試內(nèi)燃機進、排氣道的流量系數(shù)、渦流比、滾流比等參數(shù)，對氣道的流通特性進行評價。傳統(tǒng)的內(nèi)燃機氣道穩(wěn)流試驗臺主要包括試驗平臺、氣門升程控制及測量裝置、風速儀、真空泵、流量測量裝置等，其總體布置圖如圖1所示。

傳統(tǒng)的內(nèi)燃機氣道穩(wěn)流試驗臺結(jié)構(gòu)比較簡單，結(jié)構(gòu)如圖2所示，試驗平臺包括測試操作平臺及缸套安裝機構(gòu)，氣門升程采用螺紋調(diào)節(jié)并通過高度尺測量，風速儀安裝在缸套中用以測量渦流強度等參數(shù)。該裝置的最大缺點是沒有缸蓋定位裝置，在試驗之前及測試過程中必須確保被測缸蓋對應氣缸中心與缸套中心同軸，因此測量每個氣缸都要重新對缸蓋進行畫線對中，使得測試過程復雜且定位精度得不到保證，測量結(jié)果的一致性也不好，人為因素較大。

2　內(nèi)燃機氣道穩(wěn)流試驗臺定位裝置的設計

針對傳統(tǒng)內(nèi)燃機氣道穩(wěn)流試驗臺存在的缺點，需要設計一套缸蓋定位裝置，對缸蓋進行橫向及縱向定位，并在定位完成后對缸蓋進行夾緊防止測試過程中缸蓋發(fā)生移動。為此，設計出如圖3所示的缸蓋定位裝置：

所設計的氣道穩(wěn)流試驗臺缸蓋定位裝置主要包括：氣道試驗平臺、橫向定位塊、縱向定位塊、定位標尺、快進驅(qū)動機構(gòu)、手動搖輪機構(gòu)、絲杠傳動機構(gòu)、鎖緊機構(gòu)、夾緊機構(gòu)。氣道試驗平臺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型槽移動對缸蓋進行定位；快進驅(qū)動機構(gòu)由驅(qū)動電機、齒輪減速機構(gòu)和齒輪齒條傳動機構(gòu)組成，實現(xiàn)縱向定位塊的快速移動；手動搖輪機構(gòu)由搖輪、蝸輪蝸桿機構(gòu)和雙向棘輪組成，其作用是實現(xiàn)縱向定位塊的縱向精確定位；橫向定位塊移動范圍較小，采用絲杠傳動機構(gòu)進行驅(qū)動；鎖緊機構(gòu)采用偏心輪實現(xiàn)定位塊的可靠鎖緊；夾緊機構(gòu)對定位后的缸蓋進行可靠的夾緊。

1)氣道試驗平臺

氣道試驗平臺采用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，鋼板沿縱向和橫向開設兩列T型槽，對縱向定位塊和橫向定位塊的移動進行導向。

2)定位標尺

定位標尺分別沿T型槽方向安裝在氣道試驗平臺上，游標尺安裝在定位塊上隨定位塊一起移動，游標尺的精度為0.1 mm，定位標尺的零位對應于定位塊定位面處于氣道試驗平臺上氣缸中心位置，缸蓋定位時定位標尺的讀數(shù)即為對應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，縱向定位塊移動距離較遠，故采用快進驅(qū)動機構(gòu)進行快速移動，手動搖輪機構(gòu)驅(qū)動游標尺來完成精確的縱向定位，橫向定位塊由于移動距離較小，采用絲杠傳動機構(gòu)進行驅(qū)動，其定位位置由定位塊上游標尺的讀數(shù)顯示。

縱向定位裝置的定位過程為：蝸輪蝸桿機構(gòu)5通過雙向棘輪3驅(qū)動小齒輪7和大齒輪8，當驅(qū)動電機6驅(qū)動時轉(zhuǎn)換雙向棘輪3的傳力方向使蝸輪蝸桿機構(gòu)5不起作用，驅(qū)動電機6驅(qū)動縱向定位塊1初步定位后，搖動手柄帶動蝸輪蝸桿機構(gòu)5對縱向定位塊1進行精確定位，其位置由沿縱向T型槽鑲嵌的縱向定位標尺與鑲嵌在縱向定位塊1側(cè)面的縱向游標尺4讀出，標尺零位與缸套中心孔的中心對齊，標尺的精度為0.1 mm，標尺的讀數(shù)即為氣缸中心至缸蓋縱向定位側(cè)面的距離。

4)鎖緊機構(gòu)

鎖緊機構(gòu)通過手柄采用偏心輪鎖緊機構(gòu)進行鎖緊，防止試驗過程中定位塊移動而造成誤差。該鎖緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單且鎖緊可靠，在實際工程領(lǐng)域應用非常廣泛。

5)夾緊機構(gòu)

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

3　結(jié)論

內(nèi)燃機氣道試驗屬于內(nèi)燃機研發(fā)領(lǐng)域常用的核心技術(shù)手段，內(nèi)燃機氣道試驗臺是否方便易用將最

終影響研發(fā)的周期及試驗的精度?，F(xiàn)有的內(nèi)燃機氣道試驗臺沒有專門的缸蓋定位裝置，每次試驗都要對缸蓋中心和氣缸中心進行劃線對中，操作極為不便且定位精度得不到保障。設計的缸蓋定位裝置結(jié)構(gòu)簡單，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臺上的快速準確定位，若將該定位裝置應用在生產(chǎn)線上對缸蓋進行在線檢測，能大大節(jié)約檢測的時間并提高測試的可靠度。

[1]司鵬鹍，張惠明.滿足國Ⅳ排放標準天然氣發(fā)動機的開發(fā)[J].燃燒科學與技術(shù),2009,15(5):405-411.

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

[3]張全逾，張淑華，張汝清. 內(nèi)燃機循環(huán)及燃燒測試分析方法的發(fā)展、現(xiàn)狀及應用[J].承德石油高等?？茖W校學報，2007(3):21-26.

[4]孫平.柴油機穩(wěn)流氣道試驗臺的仿真與試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學報, 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?？茖W技術(shù)研究重點項目:(發(fā)動機進氣流流場對缸內(nèi)氣體運動影響的研究)：ZD2016113

2016-03-23

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

TK422

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1008-9446(2016)04-0042-03