浅析QR发动机动力性偏低原因及整改措施

王红艳

（柳州五菱柳机动力有限公司，广西 柳州 545005）

发动机作为汽车的心脏，受到了汽车消费者的特别关注。柳州五菱柳机动力有限公司生产的QR型汽油机在模具样件阶段装机跑台架试验时，发现其最大功率及扭矩（即发动机的动力性）存在低于标定的问题。发动机的动力性，是指其最大功率、最大扭矩及其分别对应的转速和外特性上扭矩随转数变化的曲线。而体现发动机品质高低的主要因素，就是其动力性和经济性。

燃烧室、供油系统、进气效率（燃烧系统三要素）三者之间的综合配合，是影响发动机性能的关键。然而针对发动机出现动力性偏低的阶段及台架试验数据，我们排除了供油系统存在问题的可能性。

1 对燃烧室的分析及整改

燃烧室对发动机充气系数、火焰传播、放热率及传热损失等性能参数，都有很大的影响，因此对于发动机而言，控制好燃烧室的结构，就显得尤为重要。燃烧室容积、形状是表征燃烧室结构好坏的两个关键因素。

1.1 燃烧室容积

燃烧室容积指的是活塞顶部以上的容积，也就是压缩行程终了的气缸容积。这个容积，是可燃混合气燃烧的地方。燃烧室容积的大小，直接影响到发动机压缩比的大小。原理上，压缩比小时，压缩终了时混合气压力和温度低，燃烧速率减慢，发动机的燃烧效率会变差，活塞做功少，发动机性能变差；但过高的压缩比，将使压力升高率增加，发动机的噪声与振动增大。

1.2 燃烧室形状

燃烧室形状对燃烧速率及燃烧过程中的循环变动率等影响很大，其主要原因是燃油与空气混合均匀性的问题。

为了准确地验证燃烧室的真实情况，我们通过测量尺寸和逆向的方式，对燃烧室进行了检验，结果表明燃烧室内限位凸台尺寸超差、4个缸的燃烧室容积相差较大。

根据检验数据和现场分析，燃烧室内限位凸台尺寸可以通过将模具上4个燃烧室镶块中的2个做成可调的结构，并对模具进行定期检修来保证；4个缸的燃烧室容积相差较大的根本原因，是在铸造的过程中缸盖底面模具受热温度高、变形大，以致生产出来的毛坯变形，机加工粗定位基准偏离原设计所致。其可以通过给缸盖底面模具通冷却水的方式解决（见图 1、图 2）。

图1 原缸盖底模结构

图2 更改后缸盖底模结构

经过整改后，发动机性能有了较大提高（见表1）。

表1 更改模具前、后试验数据对比

2 对进气效率的分析与整改

燃烧室内的进气量，是发动机增加热量的首要条件。因为燃料燃烧需要空气，燃料与空气比较，后者更难以充入气缸。因此，进气量越多，发动机的有效功率和扭矩就越大。减少进气阻力，提高气缸内进气终了时的压力，有效地排除干净废气，可以提高进气效果及混合气的品质，从而改善换气条件，提高发动机的性能。进气系统流动阻力，就是沿程阻力及局部阻力。沿程阻力，即管道摩擦阻力，其与管道表面粗糙度、管长等有关。局部阻力，是由于流通截面积大小、形状以及流动方向的变化造成局部产生涡流所引起的损失。

从影响进气量的相关要素出发，通过拆机后内窥镜观察及逆向对比分析有下述发现。

2.1 影响进排气的凸台

从进气歧管侧通过内窥镜观察，进气歧管与缸盖接合处，存在影响进气气流流动的凸台（图3），从缸盖排气侧观察同样存在凸台（图4）。

图3 进气凸台照片

图4 排气凸台照片

这些凸台，会使气体在进、排出燃烧室时，有一小部分被反弹回来，虽然这部分气体的量很少，但被反弹回的这小部分气体，对其他气体也会产生紊流的影响，从而影响进、排气的畅通。

通过校对图纸和尺寸链计算后，发现图纸在设计上的确存在风险。因此，我们分别对进气歧管、缸盖、排气歧管相配合的接口的坐标位置尺寸及大小尺寸，分别完善了尺寸及公差。

为了减少进气阻力，进气歧管上与缸盖相连接的接口的单边大小尺寸，定为比缸盖上的小0.5 mm，由于在排除废气的时候，发动机会强制排气，因此排气过程对发动机性能的影响相对较小，所以缸盖上的单边大小尺寸，定为比排气歧管的小0.2 mm；进气歧管、缸盖与排气歧管气道砂芯的定位方式不同，进气歧管、缸盖气道砂芯，是在模具上定位的，而排气歧管砂芯是在潮模砂上定位的，所以进气歧管、缸盖气道中心位置尺寸的公差定在±0.2 mm以内，排气歧管气道中心的公差范围应大一点，定在±0.4 mm以内；进气歧管、缸盖及排气歧管气道口的大小尺寸公差范围定在0.7 mm以内，公差带分布根据情况调整。

经过调整后，台架试验对比数据显示效果良好（见表2）。

表2 完善尺寸前、后试验数据对比

2.2 气道粗糙度的影响

缸盖、进气歧管的气道粗糙度较差，部分位置还存在未清除干净的残砂烧结在零件上，披缝严重（见图5）。通过检查控制计划及现场考察发现，车间生产气道用的覆膜砂与其他泥芯用的覆膜砂粒度相同，而且气道泥芯表面没有做任何处理。针对现场的情况，分别做出了两套方案进行验证。

图5 管壁烧砂图

（1）要求车间师傅们必须严格按照修芯岗位操作指导书修芯，泥芯表面喷涂可以提高铸件表面光洁度的涂料；

（2）强调修芯的同时，将生产出的毛坯成品进行抛丸处理。对以上两套方案做出的零件分别上台架做试验验证，结果喷涂料的性能改善效果明显（见表 3）。

表3 处理砂芯前、后试验数据对比

2.3 逆向对比分析的结果

进气歧管及缸盖气道泥芯的逆向对比分析结果，与原三维设计基本吻合，公差值基本在±0.20 mm以内（见图 6、图 7）。

图6 进气歧管气道逆向对比分析结果

图7 缸盖气道逆向对比分析结果

经过技术整改，再做台架试验检测，发动机性能已达到标定要求，整改前、后的性能曲线对比如图8。

图8 整改前、后发动机性能曲线对比

6 结束语

通过更改缸盖模具结构，即将模具上4个燃烧室中的2个做成可调的镶块，定期检修模具；在铸造工艺中，气道芯修芯后增加喷涂，可以提高铸件表面光洁度涂料工序；强化现场管理；根据气体流动原理及设计需要，完善图纸中的配合尺寸公差后，再经台架试验检测，发动机性能已达到标定要求。

[1]周龙宝.内燃机学[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]吴兆汉，等.内燃机设计[M].北京：北京理工大学出版社，1990.