第３期 内燃机 Ｎｏ．３ ２０１２年６月 Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｓ Ｊｕｎ．２０１２ 摘要：通过分析轻型汽车发动机台架实验用排气装置的现状，并指出缺点和不足，提出改进方案，设计一种适用多类型轻 型汽车发动机台架实验的新型排气装置，在 ， ， ， ， ， 六个方向有一定自由度和伸缩空间，这样解决在安装过程 的空间干涉问题，达到一机多用，减少研发与测试成本并可缩短研发周期，并在发动机台架下与传统排气装置进行了发动 机外特性对比，两种排气装置的实验结果基本一致，证明新型排气装置是可行的。 关键词：发动机；台架；实验；新型；排气装置 中图分类号：ＴＫ４０２ 文献识别码：Ｂ 文章编号：１０００—６４９４（２０１ ２）０３—００４５—０３ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｎ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｅｄ ｆｏｒ Ｌｉｇｈｔ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅ Ｂｅｎｃｈ Ｔｅｓｔ ＺＨＡＮＧ Ｄｅｓｈｅｎｇ （Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ａｎｄ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５００５０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｅｘｈａｕｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｌｉｇｈｔ ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｎｇｉｎｅ ｂｅｎｃｈ ｔｅｓｔ，ａｎｄ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔ ａｎｄ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｉｔ ｇｉｖｅｓ ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅ：ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ ｅｘｈａｕｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｕｓｅ ｍｏｒｅ ｔｙｐｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｎｇｉｎｅ ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｃｅｒｔａｉｎ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｆｒｅｅｄｏｍ ａｎｄ ｓｐａｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ， ，ｉ，ｉ， ， ｉｎ ６－ａｘｉｓ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ＳＯ ｔｈａｔ ｍｅｃｈａｎｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｃａｎ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ Ｎ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｕｓ ｉｔ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｏｎｅ ｍｕｌｔｉ—ｐｕｒｐｏｓｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆ｔｅｓｔ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｓｈｏｒｔｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ ｗｉｔｈ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｅｘｈａｕｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｅｘｈａｕｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｅｘｈａｕｓｔ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｎｇｉｎｅ；ｂｅｎｃｈ；ｔｅｓｔ；ｎｅｗ ｔｙｐｅ；ｅｘｈａｕｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ０前言 １发动机台架实验用排气装置现状 随着以内燃机为动力源的各种汽车的快速发 目前发动机台架实验用排气装置大部分采用 展，汽车保有量逐年增加，汽车技术加快发展，发 固定式锁止件与固定部件相配合来实现定位联接， 动机是汽车的动力核心，发动机的设计改进等技术 如法兰盘与套筒等件刚性焊接，只能锁止相对位置 水平的发展及研发已成为汽车发展的技术关键。发 基本固定的静态锁紧，无法实现因发动机改进或改 动机的台架实验是影响研发周期与质量的重要环 进型号导致排气支管结构尺寸改变的定位与联接锁 节，新型或改进发动机都需要在台架上反复测试， 紧，不利于发动机的改进与研发，安装调整难度 在发动机实验台架的安装与调试进度与质量中所用 大，干涉严重，功能单一，结构尺寸单一，仅适合 排气装置是关键部件之一，排气装置空间三维结构 一种发动机用，调节适应性不佳，增加了研发成 即与安装调试有着密切关系，同时对发动机性能的 本。如我国的湘仪发动机实验用台架和德国李斯特 测试有至关重要的影响。 公司ＡＶＬ发动机实验台架用等，针对现有发动机 基金项目：黑龙江省自然科学基金资助项目（Ｅ２００８３７）， 台架实验用排气装置以上的缺点及不足，需要设计 一黑龙江省教育厅项目ｆ１１５５１３９３） 种在台架实验使用，适合多类型发动机的发动机 作者简介：张德生（１９７１一），男，副教授，硕士，主要 台架实验用排气装置。 从事汽车制造与运用的研究。 收稿日期：２０１２—０２—０１ ２传统发动机台架实验用排气装置不足分析 内燃机 ２０１２年６月 ａ．刚性联接。传统发动机台架实验用排气装 ｃ．与安装底座的法兰盘位置 ，ｌ，，ｚ能实现 置基本采用焊接方式联接，属于刚性联接，一机一 ， Ｘ ，Ｙ一， 六个方向有一定自由度和伸缩 调试，结构尺寸单一，仅适合一种类型发动机用， 空间。 不适合多台发动机用。 ３．２排气装置基本组成 ｂ．安装难度大。由于发动机台架实验用排气 排气装置基本组成见图Ｉ。 装置一端要安装在发动机排气支管的法兰盘出口 ３．３主要部件 端，另一端要联接在实验室排气口的安装法兰盘座 发动机台架实验用排气装置主要包括两套可 上，由于发动机排气歧管的法兰盘出口端与实验室 旋转式法兰盘（其中一套与排气歧管连接的法兰 排气口的安装法兰盘座之间位置关系属于三维立体 盘，另一套与安装底座的法兰盘连接的法兰盘连 空间交叉型，所以导致安装难度大，调整比较困 接）、两套波纹管（分别与两套可旋转式法兰盘 难，干涉严重。 连接）、第一可轴向移动套筒、套筒、弯头、变 Ｃ．调试时间与研发周期加长。由于发动机安 径套筒、等径套筒、第二可轴向移动套筒等部分 装支点的位置随发动机不同类型适时而变，导致发 组成，发动机台架实验用排气装置的组成结构主 动机排气歧管的法兰盘出口端的位置和空间角度也 视图见图２。 实时在变化，这样导致安装尺寸的三维空间角度更 ３．４具体实施方案 难以保证，总是采用一台发动机或同一机型一次调 改进后的发动机台架实验用排气装置主要由 整方法，增加调试时间，延长研发周期。 两套可旋转式法兰盘１、两套波纹管２、第一可轴 ｄ．部分件的密封质量下降。在调整过程中也 向移动套筒３、紧固螺钉４、套筒５、弯头６、变径 经常导致波纹管等件变形过大，致使漏气严重，严 套筒７、三元催化装置８、等径套筒ｌ１、第二可轴 重污染工作室，排出的尾气对实验人员危害严重。 向移动套筒１２、法兰盘排气支管联接端面１３、法 ｅ．在发动机改型或新型研发时，调节适应性 兰盘出口安装端面ｌ４等部分组成，实现 ， ， 不佳，只能再制造一个新排气装置，造成劳动强 Ｘ一，，Ｙ一，ｚ六个方向自由度上实现动态调整，其 度大，增加了研发成本，增加调试时间，研发周 特点在于： 期加长 ａ．第一可轴向移动套筒３外轴径采用间隙配 合安装在套筒５内孔中并可沿套筒５的内孔作轴向 ３设计方案 移动及绕轴线转动，实现动态可调整联接，通过紧 根据以上发动机台架实验用排气装置的不 固螺钉４锁止第一可轴向移动套筒３在套筒５上。 足，改进后的新型发动机台架实验用排气装置必须 ｂ．第二可轴向移动套筒１２外轴径采用间隙配 实现在ｘ一，Ｙ’，Ｚ一，Ｘ一，Ｙ一，Ｚ一六个方向有一定自由度 合安装在变径套筒７内孔中并可沿变径套筒７的内 和伸缩空间，这样才能保证解决在安装过程的干涉 孔作轴向移动及绕轴线转动，实现动态可调整联 问题，达到一机多用，减少研发成本与周期。 接，通过紧固螺钉４锁止第二可轴向移动套筒１２ ３．１具体解决措拖 在变径套筒７上。 ａ．在排气支管连接法兰盘的位置 ，ｙ，ｚ实 Ｃ．一个波纹管２采用焊接方法与第一可轴向 现 ，ｙ一，Ｚ ，Ｘ一， ，Ｚ一六个方向有一定自由度和伸 移动套筒３及等径套筒Ｉ１刚性联接；弯头６采用 缩空间。 焊接方法与套筒５及第二可轴向移动套筒１２均刚 ｂ．随发动机类型的改变而使排气歧管连接法 性联接；三元催化装置８通过等径套筒１１采用焊 兰盘位置改变，能实现排气歧管连接法兰盘位置 接方法与变径套筒７及波纹管２均刚性联接，可随 ｙ，ｚ坐标Ｘ一，Ｙ一，Ｚ一，Ｘ一，Ｙ一，Ｚ一六个方向有一定 第二可旋转式法兰盘１一起调整，三元催化装置８ ，自由度和伸缩空间。 前侧与后侧分别焊接等径套筒１１，等径套筒１１设 ｆ与排气歧管 连接的法兰盘 ｒ－－－－％ 兰盘的 ，歹，可实现与排气歧管连接的法 ， ， ， 六 与安装底座的法兰盘位能实现ｉ， ， ， ， ， 置 ｚ六个 霪璧盘 个方向自由度和伸缩的装置 方向 图１排气装置基本组成 第３期 张德生：轻型汽车发动机台架实验用排气装置的设计与分析 计有联接螺栓孔，用于安装氧传感器。 ｄ．第一可旋转式法兰盘１的轴径端采用焊接 Ｘ一， ，，Ｙ一， 六个方向自由度上实现较大范 围的动态调整，再通过波纹管本具有弹性可在一定 较小范围内三维空间的微动与调整，可旋转式法兰 盘锁止紧固螺栓的示意图见图５。这样安装方便、 容易，不干涉，而且适合多种类型的发动机实验台 架用，实现了动态调整，一机多用，达到了柔化高 效的低成本的研发。 方法与波纹管２刚性联接，波纹管２本身具有弹性 可在一定较小范围内三维空间的微动与调整，即可 在 ， ， ，２－， ， 六个方向有一定自由度。 ｅ．第一可旋转式法兰盘１的法兰盘联接端上 设计有紧固螺栓联接孔９和紧固螺栓锁止支承弧形 槽１Ｏ，可旋转式法兰盘１的联接端面可采用４个 紧固螺栓联接孔９与４个紧固螺栓锁止支承弧形槽 １０或３个紧固螺栓联接孔９与３个紧固螺栓锁止 支承弧形槽１０，结构见图３。紧固螺栓锁止支承弧 形槽紧固螺栓联接孔９的直径要大于紧固螺栓的螺 母的直径至少１ ｍｍ，其中第一可旋转式法兰盘１ 通过紧固螺栓与法兰盘排气支管联接端面ｌ３安装 在发动机排气支管的安装座上，第二可旋转式法兰 盘１通过紧固螺栓与法兰盘出口安装端面１４安装 在排气法兰盘支座上。 发动机排气支管联接端 ４ 气装置出口端 图２主要部件组成结构主视图 球 １１．可旋转式法兰盘２．波纹管３．可轴向移动套筒４．紧固 螺钉５．套筒６．弯头７．变径套筒８．三元催化装置９．紧 固螺栓联接孔１０．紧固螺栓锁止支承弧形槽１１．等径套简 １２．可轴向移动套筒１３．法兰盘排气支管联接端面４．法 兰盘出口安装端面 ３．５安装与调试过程 证 １发动机台架实验用排气装置安装前，可旋转 式法兰盘没有安装紧固螺栓的示意图见图３。安装 首先可将紧固螺栓先旋人发动机排气支管的安装座 或排气法兰盘支座一部分后，再将紧固螺栓伸入可 旋转式法兰盘的紧固螺栓联接孔内，可旋转式法兰 盘伸人紧固螺栓的示意图见图４。根据安装适当位 置绕上部的第一可轴向移动套筒的中心轴沿紧固螺 栓旋转第一可旋转式法兰盘、波纹管、第一可轴向 移动套筒等零件或第二旋转可旋转式法兰盘、波纹 管、变径套筒、三元催化装置、等径套筒等零件绕 下边的第二可轴向移动套筒的轴线旋转，并旋转一 定的角度到适当位置。然后锁止紧固螺栓，实现 有 伸 图５司旋转式法兰盘锁止紧固螺栓的不意图 ４实验对比 在湘仪发动机实验台架ＦＣ２０００系统下、ＣＷ １６０电涡流测功机、采用东安三菱公司４Ｇ１８发动 机进行了在原来传统刚性发动机排气装置与改进后 发动机排气装置实测对比性实验，具体实验数据对 比见图６、图７。结果证明改进后与传统刚性发动 机实验用排气装置实验数据基本一致，对发动机动 力性、油耗基本没有影响。 ５结论 ａ．改进后的发动机台架实验用排气装置，克 （下转第５６页） ・５６・ 内燃机 ２０１２年６月 内部存在的道口进行细致的调研，清理或合并部分 长期不用的道口，同时受到莱钢生产实际的影响， 名次的司机担当讲师，针对操作水平差的乘务员 进行现场指导并进行考核，要求每名乘务员必须 达到如下要求： ａ．无法实现整个铁路区间的封闭式管理，但可以对特 殊线路区间进行封闭式管理，以此来减少不必要的 熟悉线路，能随线路不同而相应改变手柄 限速、一度停车等增加油耗的因素影响。 ３．５进一步优化设备点检督查问题闭环管控 要强化设备点检与问题回查的密切联系，强 位，应该在上坡道区间用较高经济手柄运行，并 善于利用动能闯坡，在下坡区间尽量多采取惰力 运行。 化使用者是第一责任人的观念，充分调动广大乘务 员认真点检维护机车的主动性和到位性。配合机动 科、机车段等相关专业人员，对机车定期开展全面 督查，不断加强机车乘务员在油润保养、机车清洁 保养等方面的工作，完善验收室工作职责，加强验 收把关机制的执行力度，同时利用机车乘务员业务 技能培训的实作考试，对部分机车进行自然活的报 活处理，并对有燃油消耗超标隐患的机车进行重点 的整治。 ３．６持续提升乘务员操作技能 ｂ．充分利用运行点，在不耽误铁水调运等重 点任务的前提下，尽可能在较低经济手柄位压低运 行速度。 ｃ．注意嘹望和鸣笛，在确保安全行车的前提 下，尽可能少用或不用机车制动。 ｄ．利用柴油机转速和线路状况的合理匹配， 在确保安全行车的前提下，掌握好各限速路段、点 的过渡和通过，尽可能使机车在整个运行区域的运 行速度趋于一致。 ｅ．建立合理的奖惩机制，通过开展每年的节 机车乘务员的操作技能对燃油消耗有着不可 忽视的作用，当前机务段新员工较多，部分待务 司机定岗时间短，对此应专门成立机务段乘务员 油优胜机车和机油之星，每月进行节能评比，按照 节能情况发放节能奖，促进乘务员自觉苦练操作技 能，从而有效减少机车燃油消耗。 操作技能培训组，让在山东省技术比武中取得好 ◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇ （上接第４７页） 一．一／—— ‘ ，／／／／ ／ 转矩传统排气磐臂 ｛Ｉ 基 豪 ｌ：箍 置ｌ 、 莹 霉 功率 腓气姻ｒ ｊ转速／（ｒ．ｍｉｎ ） 怔 网６发动机外特性转矩与功率实验数据对比图 转速／（ｒ－ｍｉｎ ） 图７发动机外特性燃油消耗率实验数据对比图 服了传统刚性发动机台架实验用排气装置的缺点， 实现 ， ， ， ， ， 六个方向自由度的调整， ［参考文献】 ［１］ 万茂林，张光慧，杨超云．汽车排气系统的模态分析ｌＪ１． 汽车工程师，２０１ ｌ，（９）：４８—５０． ［２］ 李智安．ＣＦＤ在发动机排气歧管设计中的应用ｌＪ］．汽车 工程师，２００９，ｆ１２）：５２—５５． 达到结构简单，制造容易，安装方便，一机多用， 节约研发成本，提高了研发效率。 ｂ．传统刚性发动机排气装置与改进后发动机 排气装置实测对比性实验，实验数据对比结果证明 改进后与传统刚性发动机实验用排气装置实验数据 基本一致，对发动机动力性、油耗基本没有影响， 是可行的 【３】 马帅营，陈传举，王雅丽．发动机排气歧管稳流试验研 究［ＪＪ．内燃机与动力装置，２００８，ｌＯ７（５）：１ １－１３． ［４】 刘敬平，邓帮林，杜标，冯仁华，许胜利．某轿车排气系 统振动分析『Ｊ］．振动与冲击．２０１ １，３０（８）：２３８—２４０． 【５］ 陈福泉．新型排气装置改进设计研究ｆＪ１＿ＧＭ通用机械，
