EQ368汽油机配气机构的设计开发--《汽车技术》2002年07期
EQ368汽油机配气机构的设计开发
【摘要】：为给东风汽车公司AF微型轿车及微型系列载货汽车提供适配动力,开展了EQ368发动机的开发研制工作。介绍了EQ368汽油机配气机构设计构思及总体布置方案,凸轮轴、气门弹簧等主要零件的结构特点,配气相位的设计,凸轮型线的设计。发动机整机性能、可靠性试验结果表明,该机构的设计达到了预期的效果。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TK413【正文快照】：
１引言设计配气机构时，要考虑诸多因素，如充气性能、排放性能、机构的平稳性和各接触零件的接触应力等。而当发动机的总布置结构和尺寸确定以后，配气机构的设计已在很大程度上受到了边界条件的制约，配气机构优化设计的重点只能放在主要零件的结构、凸轮型线和配气相位的
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京公网安备74号长安奥拓368Q汽油机气缸盖与配气机构簧高度为48.9mm。 (三)气门导管 368Q汽油机气门导管的作用是对气门导向以保证气门与气门座之间的密封，并承受气门工作时产生的侧压力；同时还能将气门的部分热量散出。 气门导管配置于气缸盖盆腔及进、排气道内，在高温条件下，气门导管内不易保持油膜润滑，使气门杆和气门导管内表面磨损严重。为了改善这种状况，368Q汽油机气门导管采用了渗透、自润性能较好的粉末冶金材料，气门杆的磨损得到了明显改善。 (四)气门油封 为避免润滑油从气缸盖中从气门导管及气门杆间隙中流入燃烧室被燃烧掉，增大机油消耗量，为此，在气门导管上安装了骨架式气门油封，如图2-13所示。 (五)气门座圈 368Q汽油机气门座圈是与气门密封锥面相配合的支承件。它的作用是与气门一起共同保证密封性能，同时它还能导出气门头部的热量。 368Q汽油机上的气门座圈是采用耐热粉末合金材料制成的环形零件，通过过盈配合压入气缸盖相应的气门座孔中，再加工成形。采用这种结构提高了座面的耐磨性和寿命。缺点是传热性较差，加工要求较高。[TOP] 四、气门驱动组 气门驱动组毡括凸轮轴，摇臂，摇臂轴，摇臂轴弹簧，止推装置等，如图2-14所示。 (一)凸轮轴 1.概述368Q汽油机凸轮轴的作用是控制进、排气门的开闭及其运动规律。其结构除具有全支承轴颈、各缸进、排气凸轮外，同时还有装配正时齿轮，分电器驱动斜齿轮和汽油泵驱动凸轮的轴颈及轴向止推槽。368Q汽油机上只有一根装在气缸盖上的凸轮轴，称为单顶置凸轮轴式。它通过中介零件来驱动发动机的进，排气门，这种中介零件我们称之为摇臂。 顶置凸轮轴式的配气机构布置比较紧凑，零件数目比较少，可以减少运动件的惯性质量。所以，这种型式的配气机构非常适合368Q汽油机这种高速发动机。其不足之处在于凸轮轴与曲轴相距较远，传动比较复杂。 2.凸轮外形凸轮外形在配气机构中极为重要，因为气门开关的快慢，开度大小，开启时间的长短都取决于配气凸轮的外形。可以说，凸轮外形决定了气门断开时间的长短，通气断面的大小，配气机构各零件的运动规律及承载情况。 在368Q汽油机上，实际的换气时间极其短暂(一般只有百分之一秒左右)，在这样短的时间内发动机得到充分换气，而配气机构各零件的承载情况又在许可范围内，是因为368Q汽油机的凸轮外形满足了下列要求。 1)凸轮外形能够保证获得尽可能大的时间断面值，即气门开启和关闭迅速，气门在尽可能大的凸轮转角内达到全开位置。 2)凸轮外形能够保证配气机构各零件所承受的冲击和振动尽可能小，即加速度小且不发生突变，以提高配气机构工作的可靠性和耐久性。凸轮轴凸轮的工作轮廓面采用了高次函数形式，其加速度和惯性力呈连续变化，工作平稳可靠。 3.凸轮轴基本尺寸及结构参数凸轮轴的轴向长度决定于发动机的总体布置、凸轮轴轴承数决定于作用在凸轮轴上的载荷和轴本身的刚度。368Q汽油机凸轮轴采用全支承形式(即每缸两端都有支承的形式)。凸轮轴的轴向止推设计在后端，宽度尺寸为mm的环形槽，装上止推片定位，其间隙为0.05-0.15mm。 368Q汽油机凸轮轴在安装时是从缸盖的后端推进去的，所以从后往前，凸轮轴轴颈的直径递减，且最小半径大于凸轮最大半径。368Q汽油机凸轮轴主要结构参数见表2-3。 表2-3凸轮轴主要结构参数& &
序号& 项& 目& 要 求&
1& 主轴颈直径& Ⅳmm Ⅲmm Ⅱmm I mm&
2& 主轴颈圆柱度& 0.004mm&
3& 正时齿轮轴颈直径&
4& 分电器驱动齿轮轴颈直径&
5& 凸轮基圆半径& R15.5mm&
6& 凸轮升程& 5.153mm&
7& 止推槽高度&
8& 正时齿轮键槽宽度&
9& 主轴颈表面粗糙度& Ra0.4&
10& 凸轮表面粗糙度& Ra0.4&
11& Ⅱ、Ⅲ轴颈对I、Ⅳ轴颈径向跳动& 0.03mm 4.凸
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电控汽油喷射发动机故障诊断的一般原则是什么？
&&& 1、先外后内发动机出现故障时，先对电控汽油喷射系统以外的可能故障部位予以检查，然后视情况再对系统内的可能故障部位进行检查。&&& 2、先简后繁直观检查最为简单，可以用看、摸、听等直观检查将一些较为显露的故障迅速地找出来。&&& 看：用眼睛观察，看电路是否松脱，断裂；油路是否漏油；进气管路是否破损漏气等。&&& 摸：用手摸一摸可疑电路插接器连接是否松动；摸一摸火花塞的温度，喷油器的振动以判断其是否工作；摸一摸电路连接处是否有不正常的高温以判断该处是否接触不良等。&&& 听：用耳朵或借助于螺钉旋具、听诊器等听是否有漏气声、发动机是否有异响，喷油器是否有有规律的“喀喀”声等。&&& 直观检查未找出故障，需借助于仪器仪表或其他专用工具来进行检查时，也应对较易检查的、能够就车检查的项目先进行检查。&&&& 3、先熟后生对常见的故障部位先检查。发动机某一故障现象可能是以某一个总成或部件的故障最为常见，先对该总成或部件进行检查，往往可以迅速找到故障，省时省力。&&& 4、代码优先一些电控系统有故障自诊断功能，如果出现“检测发动机”等警告灯报警，则表明故障自诊断系统已诊断出故障并以代码形式储存下来。那么，应按制造厂提供的方法，先找出故障码，检查代码所指的故障部位。如果故障码所指的故障排除后，发动机的故障现象还未消除，则再对系统进行检查。&&& 5、先思后行对发动机的某一故障现象先进行故障分析，了解可能的故障原因再作故障检查，这样，可避免检查的盲目性。&&& 6、先备后用先备后用是指在检修该型车辆前，就应准备好维修车辆的有关数据资料。除了维修手册、专业书刊上收集整理的检修数据资料外，另一个有效的途径是对未发生故障车辆的有关参数进行测量，并记录下来，作为日后检修同类型车辆的检测对比参数。若能做好这项工作，会给系统的故障检查带来极大的方便。
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市场研究报告
发动机市场状况分析
从上世纪五十年代引进前苏联技术生产了第一款发动机――CA10到现在（发动机引进项目详见附表），我国汽车发动机产业已经走过了50年的发展历程。已经形成年产400万台的生产规模。随着近年汽车工业的整体发展，我国汽车发动机产业亦步入快速发展阶段。最近10年我国汽车发动机产量平均增长幅度为11.5%，而最近3年的平均增长幅度为19.5%，显示出该市场强劲的发展潜力。
第一节 中国历年汽车发动机产量
我国汽车发动机产业在未形成大规模出口市场前主要受国内市场需求影响，其销售走势更多时候要受制于国内整车市场的发展。在改革开开放初期（甚至发展到90年代初），我国把汽车定位于生产资料，并安排相应生产计划，故我国整车及发动机市场发展受经济运行周期影响较大，呈阶梯式发展。即在经历了较长一段平台整理后进入2-3年的快速发展期，后又进入一段较长时期的横盘整理。
图 1 中国历年发动机产量 （万台）
从最近几年发动机市场平均增长幅度分析，总体上汽油发动机和柴油发动机发展速度持平，大致维持在13% -14%左右，但对比最近三年数据可以发现，汽油发动机在“轿车进入家庭”的带动下，其发展速度明显超过了柴油发动机。表明在目前中国汽车市场，尤其是轿车市场人们普遍接受的是汽油发动机。
柴油发动机从上世纪50年代开始用于轻型车，上世纪90年代用于轿车，由于税收方面的优惠政策，柴油乘用车在欧洲市场的发展呈跳跃之势，要远远快于汽油车，其中发展速度较快的除了轿车之外，就是轻型客车。受石油、环保等因素影响，美国最近也开始制定法规，要鼓励柴油乘用车的发展。
长久以来，由于国内柴油发动机技术落后，国产柴油质量较差，柴油车在国人眼里，一直是污染、噪声的代名词。而在国外，在诸如德国大众和德国博世（BOSCH）等公司的不懈努力下，柴油发动机技术得到了不断的完善，柴油发动机本身的优势也渐渐显现出来，目前的柴油发动机技术与以前的状况相比已经有了飞速的发展。在今天的欧美市场上，装载柴油发动机的轿车在市场占有率已经超过30%，这充分说明欧美等成熟汽车市场的消费者已经认同柴油轿车在节能、环保方面的突出优势。
第二节 发动机生产地区分布
根据我国目前汽车发动机与整车配套关系，某地区发动机生产数量直接反映了该地区汽车工业发展水平。我国汽车工业传统四强（上海－大众和通用、吉林－一汽、湖北－东风、重庆－长安）其发动机市场生产量依然是国内前4名。
同时随着北京现代等一批新轿车项目的启动必然会带动当地汽车发动机产业发展，03年北京地区发动机产量同比增长111%。
图2 国产发动机地区分布
另一方面，汽车发动机地区集中度在进一步提高，三大集团发动机生产总量占全部发动机总产量的比例以由02年34.8%提高致03年的41.1%，增长6.3%。发动机生产集中度提高反映了三大集团在产品竞争时越来越依重汽车发动机－－一款大马力发动机的上市可以惊动整车企业老总集体参观庆贺，足以说明发动机在整车企业的重要地位。
第三节 近年国内发动机发展特点分析
1、环保成为近年发动机市场核心发展问题，并带动高科技广泛应用
机动车尾气是环境污染的重要因素之一，而柴油车的尾气排放又首当其冲。从1998年开始，我国一些大城市相继制订了地方性法规，限制柴油车进入城市和要求汽油车改用电子燃油喷射，且尾气排放必须达到欧洲一号标准。最近北京等大城市又将这一标准提高至欧II标准，这一些列举措作用到市场上就是企业不断提高发动机技术水平和制造工艺。如在柴油机采用电控喷射、共轨、涡轮增压中冷等技术；在汽油机上采用直喷直喷、延迟点火时间、尾气回收再燃烧等新技术。目前有些发动机企业为了一步到位，在宣传上干脆打出：“已达欧III标准，具备欧IV潜质”。另外发动机企业在整体重量和烟度控制方面亦采取了相应措施，提高发动机排放标准。
2、大马力柴油发动机成为重卡市场需求热点
随着我国经济发展水平的提高以及人们对高效物流的追求，大马力重卡成为市场需求热点。随着我国中重型载货车向大吨位、高档次过渡升级，未来市场对大功率发动机需求亦会显著提高。我国目前的重型柴油机的开发相对滞后，不能满足用户更多的需要，12升以上的大功率柴油车必须依赖进口。另一方面，在国内卡车企业在对外合资合作谈判中“对国外柴油机的技术引进”成为谈判的核心内容，而引进的柴油机基本上都是大排量的柴油机。如东风发动机厂引进的雷诺Dci11柴油机。
在国外12升、排放达欧I和欧Ⅱ标准的柴油车已成为主流产品。在美国使用最多的就是300马力～600马力的产品中已普遍使用电控技术。西欧重型车的发动机，300马力成为起点功率，一般有4～5档不同的功率，供用户对不同车型、不同使用条件选用。德国奔驰和曼公司、瑞典的沃尔沃和斯堪尼亚公司等著名生产厂商基本上都有340、380,420,460及500马力五种功率的发动机供用户选择。而我国的情况却是，360马力以上的重型车却廖廖无几，大部分还得依靠进口。据此我们推断未来国内发动机市场会掀起一股大马力发动机竞争热潮。
表1 2003年重型卡车用柴油机新产品
10-15吨卡车
10-15吨卡车
10-15吨卡车
重型卡车用柴油机市场是市场竞争的焦点，也表明了相关柴油机厂家新产品开发的方向和对这个市场的重视，同时还表明重型卡车对柴油机的需求提高。
3、节能型发动机在能源紧张的中国越来越受青睐和推崇
经济的发展必须依赖能源的支持，随着我国经济总规模的不断膨胀以及汽车保有量提高，我国对能源需求越来越大。目前我国已从石油净出口国变为净进口国，且进口缺口每年递增。同时国际上主要产油地区社会动荡、战争不断，这些都会影响我国石油使用。因此节能型发动机更符合未来市场需求。柴油机因其特有的燃烧效率高（30%～40%，汽油机热效率只有20%～30%）是未来市场开发节能型发动机首选。随着我国柴油油品质量的提高，我国柴油机发展前景广阔。
第四节 发动机进出口分析
尽管2003年我国实现发动机出口总量为2268489台，远大于进口374077台，但我国发动机出口主要集中在排量为50ml～250ml――主要属于摩托车用发动机出口；而真正用于汽车上排量为1000ml～3000ml的发动机出口量仅为1373台，而同排量发动机进口量为319469台，出口仅为进口的0.4%，表明我国在该领域产品缺乏国际竞争力。
同时，2003年被称为中国SUV元年，国内相继投产了一批有合资背景的中高档SUV，如北京三菱速跑、丰田霸道、长丰猎豹IO、日产帕拉丁等――这些车排量几乎都在2.0L-3.0L之间，由此带动了这一排量发动机的进口量。
表2 2003年汽车工业发动机进口情况汇总表
数 量（台）
金 额（美元）
发动机整机
汽油发动机
排量≤50 mL
50 mL＜排量≤250 mL
250 mL＜排量≤1000 mL
1 000 mL＜排量≤3 000 mL
排量＞3000 mL
柴油发动机
车用柴油机，P≥132.39 KW
表3& 2003年汽车工业发动机出口情况汇总表
数 量（台）
金 额（美元）
发动机整机
汽油发动机
排量≤50 mL
50 mL＜排量≤250 mL
250 mL＜排量≤1000 mL
1 000 mL＜排量≤3 000 mL
排量＞3000 mL
柴油发动机
车用柴油机，P≥132.39 KW
另一方面我们也应该注意到，随着国际汽车巨头都中国投资建厂或把主要生产基地移植到中国，我国汽车企业特别是中外合资企业在整车及发动机出口方面的国际竞争力正在显著提高。如上海通用从2003年起开始向通用加拿大CAMI公司提供V6发动机，这是我国企业第一次向发达国家大规模出口高档发动机。相信未来的本田、大众、丰田等有实力的国际巨头，为降低成本会越来越多把生产制造环节放到中国，中国企业参与国际竞争的机会也将越来越多，那么国内发动机企业你们做好准备了吗？
表4& 我国主要引进发动机产品
引进的发动机产品
一汽集团公司
主要机型有CA488汽油机，引进美国克莱斯勒汽车公司产品。
东风汽车公司
主要机型有康明斯4BT、6BT、6CT柴油机，引进美国康明斯公司产品。
重庆康明斯发动机制造公司
主要机型有康明斯H、K、L、M系列柴油机，引进美国康明斯公司产品。
庆铃汽车集团公司
主要机型有五十铃4JB1、4JA1柴油机和五十铃4ZE1汽油机，引进日本五十铃汽车公司产品(随五十铃NKR、NHR、竞技者车引进)。
江铃汽车集团公司
主要机型有五十铃4JA1、五十铃4JB1柴油机，引进日本五十铃汽车公司产品(随五十铃NKR、NHR车引进)。
南京依维柯汽车有限公司
主要机型有索菲姆2.5L、2.8L柴油机，引进意大利IVECO公司产品(随依维柯轻型车引进)。
杭发和潍坊柴油机厂
主要机型有斯太尔柴油机(WD615、WD618等)，引进奥地利斯太尔汽车公司产品(随斯太尔重型车引进)。
厦门扬柴发动机有限公司
主要机型有丰田A15汽油机，引进日本丰田汽车公司产品。
珀金斯动力(天津)有限公司
主要机型有珀金斯柴油机，引进英国珀金斯公司产品。
航天三菱发动机有限公司
主要机型有三菱4G63、4G64汽油机，引进日本三菱汽车公司产品。
哈尔滨东安发动机制造公司
主要机型有DA462Q、DA465Q汽油机，引进日本铃木汽车公司产品；日本三菱4G1汽油机，引进日本三菱汽车公司产品。
长安汽车集团有限责任公司
主要机型有JL462Q、JL465Q、JL472Q、JL474Q、JL368Q汽油机，引进日本铃木汽车公司产品(随铃木微型车引进)。
柳州机械厂
主要机型有LJ276Q、LJ462Q、LJ376Q，引进日本铃木汽车公司产品。
山西淮海机械厂
主要机型有HH462Q、HH465Q、HH368Q，引进日本铃木汽车公司产品。
山东大宇发动机有限公司
主要机型有大宇轿车用汽油机，引进韩国大宇(株)的产品(出口韩国)。
湖南华裕发动机制造公司
主要机型有日产483Q柴油机，引进日本日产汽车公司产品(从台湾省间接引进)。
第五节 我国发动机未来发展趋势
在我国，随着国家对柴油轿车政策的变化，柴油轿车将改变过去“不受宠”的局面，并很有可能成为未来乘用车领域动力发展的主要方向。随着燃油价格的上涨以及北京、上海等大城市对车辆排放的严格限制，节能、低排放的柴油轿车将赢得消费者和政府管理层的认同。事实上，技术已经不是问题，市场的态度，或者更具体地说，是政府和消费者的态度决定了柴油轿车何时以更快的速度和更广的范围进入国内轿车市场。
与发达国家相比，我国控制机动车排放的起步时间较晚。柴油车工业和排放控制的技术水平起点较低，制定排放标准受到企业达标成本以及国内燃油品质因素的制约，再加上使用中维护保养欠佳、超载等因素，柴油车使用中的排放污染状况给广大公众留下了不好的印象。
其实，“21世纪是柴油车的世纪”早已经是国际汽车界共识。与汽油机相比，柴油机具有高效率、低油耗、寿命长、使用可靠等特点，同时，柴油车比汽油车的燃油经济性高出三分之一。目前，在汽车市场较为成熟的欧美，柴油发动机的乘用车占其销售总量的35%。
虽然谈到柴油车，人们很难摆脱对其“冒黑烟、噪声大”的老印象，但事实上，目前我国柴油车生产技术已与国际接轨，质量全面改善。比如，福田爱尔法的“轻客节油王”就是一个典型代表。它采用日本最新技术生产的4D22柴油发动机，这款发动机是日本专家精心设计专门用于匹配轻客使用，同时，技术先进，整车、主机也采用日本技术同厂生产，一体化管理，排放达到欧Ⅱ标准。
应该承认，柴油轻客要想真正修成正果，还有许多“坎儿”要过，油品、政策、使用环境――这些因素，对市场是个‘关口’，对生产厂家来说也是个不小的考验。随着柴油品质的提升、发动机技术的进一步改进，国内使用柴油车的呼声已越来越高。一些厂家也是各显其能，有走低端市场的，有走高端市场的，力求夺得越来越多的柴油轻客市场份额。与此同时，决策部门也看到了柴油车的大势所趋，逐渐改变了对柴油车的限制政策。根据统计，2003年柴油轻客占轻客市场的比例为12%。而我国柴油机技术能通过技术引进或其他方式迅速赶上或接近国外发达国家先进水平，柴油轻客极有可能出现跳跃式增长。由此不难预测，以柴油轻客为标志的后轻客时代，将很快成为柴油乘用车的第一个“淘金时代”。
市场各种迹象表明，一个以柴油为代表的后轻客时代，已经悄然来临。在经过了多年的培育、积累之后，国内柴油轻客市场正跨越培育期，开始向国际潮流和趋势靠拢。
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