摩托车二次进气阀设计规范V

企业标准 Q LX 2011 摩托车二次进气阀设计规范 2011 XX XX 发布2011 XX XX 实施 Q LX G6 2005 1 前 言 本规范是根据二次进气阀相关标准 结合摩托车应对国 开发经验及摩托车二次进气阀的实际运 用制定的 摩托车二次进气阀设计规范摩托车二次进气阀设计规范 1 范围 本规范明确了摩托车二次进气阀技术要求 试验方法 规格确定原则 安装要求 匹配评价 本规范适用于摩托车二次进气阀 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件 仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件 其最新版本 包括所有的修改单 适用于本文件 GB T 191 2008 包装储运图示标志 GB T 2828 1 计数抽样检验程序 第 1 部分 按接收质量限 AQL 检索的逐批检验抽样计划 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本规范 3 1 二次进气阀 一般把经通过化油器进入气缸并参与燃烧的空气称为一次进空气 经过缸头或排气管补入的空气 称为二次进空气 控制二次进气的装置称为二次进气阀 该装置向发动机排气系统导入空气 该装置 一般包括1个簧片阀和1个截止阀 结构示意见图1 二次进气阀也可能有多个簧片阀或者没有截止阀 3 2 二次进气阀截止阀 限制由簧片阀导入二次空气流量的装置 3 2 1 常开型截止阀 常开型截止阀为通常状态下 进气口和出气口为导通状态 该截止阀仅在截止阀负压室内负压达 到预先设定的关断压力时 关断进气口和出气口之间的通道 3 2 2 常闭型截止阀 常闭型截止阀在通常状态下 进气口与出气口为关断状态 当截止阀负压室内负压达到预先设定 的开阀压力时开启 当截止阀负压室内负压大于预先设定的开阀压力而小于预先设定的关断压力时 进气口和出气口为导通状态 当截止阀负压室内负压达到预先设定的关断压力时 截止阀关断进气口 与出气口之间的通道 注 常闭型截止阀由于相应技术特性在我国现有工艺及材料条件下较难控制 故其并未大面积在摩托车上使用 本规范的技术内容采用常开式截止阀二次空气补给装置 3 3 截止阀动作特性 Q LX G6 2005 2 当二次进气阀进气口与出气口之间压力差 p 保持恒定时 通过二次进气阀的空气流量随截止阀 负压室内负压变化的规律称为截止阀动作特性 常开型截止阀动作特性包含几个特征流量点 即开阀 流量 闭阀流量和关断流量 常开型截止阀动作特性曲线示例见图 2 常闭型截止阀动作特性包含的 特征点为 6 个 其动作特性曲线示例见图 3 3 4 截止阀开阀流量 当截止阀负压室内负压达到预先设定的开阀压力 Pa 时 流过二次进气阀的空气量 Va 表征二次 进气阀正常流通能力 1 出气口 2 进气口 3 截止阀负压接口 4 截止阀负压室 5 截止阀节流塞 6 簧片 7 簧片限位板 图1 二次进气阀结构示意图 Q LX G6 2005 3 图2 常开型截止阀动作特性曲线示例 图 3 常闭型截止阀动作特性曲线示例 3 5 截止阀闭阀流量 当截止阀负压室内负压达到预先设定的闭阀压力 Pb 时流过二次进气阀的空气流量 Vb 称为截止 阀闭阀流量 此时截止阀闭阀流量 Vb 应明显低于开阀流量 Va 3 6 截止阀关断流量 当截止阀负压室内负压达到原先设定的关断压力Pc时流过二次进气阀的空气流量Vc称为截止阀关 断流量 此时二次进气阀应接近完全关断 3 7 簧片阀逆流泄漏流量 Q LX G6 2005 4 当二次进气阀出气口承受预置的逆向气压时 簧片阀逆向泄漏的空气在标准状态下的流量 3 8 簧片阀流量 对于只有簧片阀的二次进气阀 当簧片阀进气口施加预置气压时 流过簧片阀的空气在标准状态 下的流量 4 工作原理 4 1 二次进气阀工作原理 发动机排气门打开时 气缸内的高温高压废气迅速进入排气管中 压力开始升高 在排气管中产 生一个高压脉冲 即有正压波产生 这时二次进气阀的簧片阀处于关闭状态 避免了高温排气逆流烧 坏二次进气阀 此脉冲波沿排气管道向前传播 当正压波在管道截面逐渐增加的排气管道内传播时 气体密度下降 因而就产生一个负压波返回 从而在排气管内靠近二次进气口的位置形成一个负压 簧片阀在压差的作用下打开 从而形成二次进气 增加尾气中氧含量 使高温尾气中的 HC 和 CO 得到再次燃烧 从而达到降低尾气中 HC CO 排放的目的 二次进气阀中的截止阀在摩托车急减速 时 发动机进气管内负压急剧增高 从而截止阀关断进气通道 切断进气 防止因排气管中氧含量增 高导致摩托车消声器放炮 4 2 截止阀工作原理 截止阀膜片将截止阀分隔为上下两个腔见图4 靠近截止阀盖的上腔是负压腔 它与发动机的进气 管相连 负压腔内压力随发动机进气管的压力变化 截止阀膜片下方通过平衡孔与大气相通 称为大 气腔 截止阀膜片的受力分析公式如下 截止阀膜片顶杆与滑动轴承 间的摩擦力较小 忽略不计 F1 G F2 F3 1 F1 K X 2 F2 P D2 D d d2 12 3 式中 F1 弹簧对截止阀膜片的压力 N K 弹簧弹性系数 N mm X 弹簧压缩长度 mm G 指截止阀膜片 弹簧座 密封圈总成 弹性挡 圈等的重力之和 N Q LX G6 2005 5 图4 截止阀结构示意图 摩托车在怠速和正常行驶过程中 F1 G F2 即进气管负压不足以克服弹簧弹力和截止阀自身的 重力之和 截止阀膜片不动作 膜片下夹板始终贴住本体 此时空气可以补入排气道中 当摩托车在 行驶过程中急减速时 节气门 柱塞 迅速关闭到怠速开度位置 由于惯性作用 发动机仍保持很高 的转速 导致进气管负压急剧增高 尤其是高速突然减速时 此时F1 G F2 即负压对截止阀膜片 的吸力大于弹簧弹力和截止阀自身重力之和 截止阀膜片向上运动直至关闭 从而切断空气通路 新 鲜空气不能补入排气道中 当进气管的真空度下降到一定程度后 截止阀膜片在弹簧压力的作用下复 位 进气通道又被打开 4 3 簧片阀工作原理 簧片阀由簧片 阀座总成 限位板组成 见图5 限位板 簧片 阀座总成 图 5 簧片阀结构 簧片采用具有良好弹性 刚性和响应性的不锈钢片 高温时不变形 具有较高的平面度 从而保 证簧片阀密封效果 阀座总成采用氟橡胶材料作为密封材料 保证在 10 280 的温度范围内可靠地工作 限 位板通过限制簧片的开度限制二次空气阀流量 应具有足够强度 防止簧片在高频开启和关闭过程中 限位板开度发生变化 从而影响补气量 由于排气压力是波动的 二次进气口压力有时为正压 有时为负压 并将空气吸入排气管中 簧 片阀是一个单向阀 它利用排气过程中产生的负压将新鲜空气通过簧片阀吸入排气中 而排出的尾气 Q LX G6 2005 6 不能通过它回流到进气系统中 否则发动机工作条件会恶化 给摩托车行驶性能带来负面影响 5 技术要求 5 1 截止阀动作特性 5 1 1 曲线特性 5 1 1 1 如图2所示 在截止阀负压室内气压高于开阀压力 Pa 的区间内 截止阀动作特性曲线基本保 持平直 5 1 1 2 随截止阀负压室内真空度加大 负压室内气压低于开阀压力 Pb 以后 截止阀动作特性曲线 应呈下降趋势 直至达到关断压力 Pc 后 二次进气阀接近完全关闭 5 1 1 3 企业标准或技术文件可对截止阀动作曲线的线形突出与 5 1 1 1 和 5 1 1 2 不同的要求 5 1 2 流量 5 1 2 1 按 5 1 测定的稳态开阀流量并非越大越好 应由企业标准或技术文件规定开阀流量 Va 的上 限及下线值 且 Va 显现数值推荐不小于 30L min 5 1 2 2 闭阀流量 Vb 推荐不大于 10L min 5 1 2 3 关断流量 Vc 推荐不大于 3L min 5 1 2 4 有特殊要求时另行规定 5 2 截止阀负压密封与簧片阀逆流泄漏 5 2 1 截止阀负压密封性能按 5 3 的测定 5s 内截止阀负压室内气压 P3 回升应不大于 700Pa 5 2 2 簧片逆流泄漏流量按 5 4 测定 逆流泄漏流量 V1应不大于 3L min 6 二次进气阀规格确定原则 6 1 确定摩托车正常行驶的负压和急减速负压 不同摩托车正常行驶的负压和急减速负压是不同的 见图6 只有采集摩托车正常行驶负压和急减 速负压数据后 才能为其选择合适的截止阀动作开始点和关闭点提供理论依据 图6 1 和2 摩托车在不同车速下等速行驶 急减速负压 6 2 选择合适的截止阀动作开始点和关闭点 截止阀动作开始点负压小 会导致正常行驶过程中 截止阀关闭 新鲜空气不能补入排气中 引 Q LX G6 2005 7 二次进气阀空气流量 L min 起 CO 和 HC 转换效率低 截止阀动作终了点负压过大 摩托车高速时负压不足以切断新鲜空气补 入排气道 会导致排气管放炮 在通常情况下 在截止阀动作开始点负压控制在 44 kPa 以上 截止 阀动作终了点负压控制在 51kPa 以下 见图7 图7 进气压力1 49kPa截止阀在不同负压下二次进气阀的流量 6 3 确定最大进气量 不同的摩托车 所需二次进气量也不一样 二次进气量过少 尾气污染物净化效果差 二次进气 量过多 在高温富氧条件下会引起 NOx 排放超标 因此我们在匹配过程中要选择合适的簧片限位板开 度 使二次进气量合适 二次进气量一般在 CO 和 HC 完全燃烧所需空气量的 100 140 为宜 6 4 确定安装位置及二次进气阀出气口至排气系统二次进气口管路长度 6 4 1 二次进气阀的安装位置应与发动机等热源无直接接触 其内部的橡胶零部件在高于 280 的工 作环境中会出现失效 6 4 2 二次进气阀出气口至排气系统二次进气口间的管路长度 会直接影响二次进气的效果 其长度 不宜过短或过长 推荐长度 250mm 300mm 6 5 匹配验证 二次进气阀的截止阀动作特性中开阀压力 Pa 是否与整车匹配 以及其对摩托车排放系统补气量是 否达到要求 可通过摩托车整车等速试验中采集不同工况点尾气排放进行判定 在等速试验时各个不 同车速点采集发动机缸头补气孔处的尾气 用怠速排放仪测试其尾气中 CO 排放值 然后 将二次进 气阀恢复成工作状态 在消声器弯管上 触媒之前采集尾气 用怠速排放仪测试其尾气中 CO 排放值 对比同一等速点上的两次排放值差异可得出二次进气阀对于尾气中 CO 的转化效率 以此判断其截止 阀动作特性是否与整车匹配 以及其对摩托车排放系统补气量是否达到要求 图 8 为我司五羊 125 车 型二次进气阀补气前后 CO 值柱状对比图 图 9 为我司五羊 125 车型二次进气阀在各等速点的 CO 转 化效率 Q LX G6 2005 8 二次进气阀补气前后CO值 0 1 2 3 4 5 6 ID10 115 120 232 235 350 3 等速点 km h CO 未加二次进气CO排放二次进气后CO排放 图 8 二次进气阀补气前后 CO 值对比图 二次进气阀在各等速点对CO的转化效率 0 00 10 00 20 00 30 00 40 00 50 00 60 00 70 00 ID10 115 120 232 235 350 3 等速点 转化效率 图 9 二次进气阀在各等速点对 CO 的转化效率 实际匹配过程中 二次进气阀的最大补气量与整车的初始排放水平 无二次进气阀 有很大的关 系 若整车初始排放 CO 值较高 则二次进气阀的最大补气量可较大 其 CO 转化效率可参照图 12 当整车初始排放 CO 值较低时 二次进气阀最大补气量应稍小 防止因补气量过大导致尾气中 NOx 超 标 二次进气阀的关闭压力 Pb 及关断压力 Pc 是否匹配则主要以 DR 评价为准 判定依据主要为 DR 评价中高速急速回油时否有放炮现象 7 图样要求 7 1 二次进气阀除需绘制常规三视图以表达其外形尺寸外 需增加一剖视图以清晰表达其内部结构 并将进气口 出气口及负压口分别标明 且图中应能分辨出截止阀及簧片阀 其表达方式如图13 Q LX G6 2005 9 图 13 剖面图 7 2 Q LX G18规定催化器为关键件 图纸中关重特性栏应作关键标记 G 同时按照Q LX G18的规定 应对图样技术要求中的相应条款作出相应关重标记 7 3 二次进气阀图样技术要求至少应包含以下内容 7 3 1 外观要求 二次进气阀厂标及出气口标识及其位置 7 3 2 截止阀动作特性相关试验参数 包括进出气口在恒定气压差条件下 截止阀全开时流量特性 截止阀开启压力Pa及相应的流量特性Va 截止阀关阀压力Pb及相应流量特性Vb 截止阀关断压力Pc及 相应流量特性Vc G 7 3 3 截止阀密封性测试相关参数及方法 Z 7 3 4 簧片阀逆向密封性测试相关参数及方法 Z 7 3 5 截止阀负压室密封测试相关参数及方法 Z 7 3 6 阀体气密性测试相关参数及方法 Z 8 二次进气阀试验方法 8 1 截止阀动作特性 8 1 1 图 10 为截止阀动作特性试验系统示意图 也可采用其他等效试验装置 试验系统应具备控制二 次进气阀进气口与出气口之间压差 p 改变截止阀负压室内的负压 P3 以及测量流过簧片阀的空气流 量并折算为标准状态体积流量的功能 8 1 2 按企业标准或技术文件要求设定二次进气阀进气口与出气口之间压差 p 推荐 p 设定值在 1 5kPa 3 0kPa 内选取并在测量过程中保持恒定 p 与设定值的偏差应为 0 1kPa 二次进气阀出气口 处应安装节流元件 其内径和长度由企业标准或技术文件确定并标注于数据表中 也可采用其他形式 的节流元件 若采用其他等效试验装置 此节流元件的安装位置可以移动 但不可取消 整个试验过 程中不可变动节流元件设定 Q LX G6 2005 10 8 1 3 由 3kPa 起逐步增强截止阀负压室内的真空度 P3最低值应超过企业标准或技术文件中给定的 关断压力 5kPa 10kPa 在实验压力范围内 P3应取不少于 15 个测量点 其中应包含开阀压力 Pa 闭阀压力 Pb 和关断压力 Pc 这三个特征压力点 且控制偏差应为 0 3kPa 图10 截止阀动作特性试验系统 8 1 4 当截止阀负压室内气压P3稳定达到预定试验压力后 确认二次进气阀进气口与出气口之间的压 差 p稳定于5 1 2中的设定值 8 1 5 测量并记录截止阀负压室内气压 P3 二次进气阀进气口与出气口之间的压差 p 以及标准状态 下流过簧片阀的空气体积流量 V2 流量测量误差应为 0 5 L min 8 1 6 以负压P3为横坐标 以 V2 为纵坐标绘制特性曲线 即截止阀动作特性曲线 8 2 截止阀负压室密封 8 2 1 图 11 为截止阀负压室密封试验系统示意图 8 2 2 二次进气阀出气口和进气口敞开于大气之中 8 2 3 调整截止阀负压室内气压 P3达到 40kPa 0 3kPa 然后关断负压源 测试并记录自负压源关断 起 5s 内 P3压力回升值 图11 负压室泄漏试验系统 8 3 簧片阀逆流泄漏 8 3 1 图 12 为簧片阀逆流泄漏试验系统示意图 8 3 2 二次进气阀进气口和截止阀负压接口敞开于大气之中 Q LX G6 2005 11 8 3 3 二次进气阀出气口处施加4 9kPa 0 1kPa正压 测量逆向流入出气口的空气流量V3 并折算成标 准状况下的流量 测量误差 10mL min 图12 簧片阀逆流泄漏试验系统 9 检验规则 二次进气阀经制造厂检验部门检验合格并出具合格证明及验收标记才能出厂 9 1 检验分类 二次进气阀的检验分为入厂检验和型式检验 9 1 1 入厂检验 9 1 1 1 入厂检验由验收方质量检验部门检验合格并出具合格证 表 方能入厂 9