476Q汽油機(jī)進(jìn)氣管結(jié)構(gòu)及選材分析

賀文軍

（山西路橋第一工程有限責(zé)任公司六處，山西 太原030006）

0 引言

對(duì)內(nèi)燃機(jī)工作者來說，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的提高是其最關(guān)注的問題之一，而進(jìn)氣流動(dòng)不但影響充氣的效率，還會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力產(chǎn)生直接的影響。一樣容積的氣缸，如果在相同的進(jìn)氣環(huán)境中吸入更多的空氣，就可以接受更大量燃料的進(jìn)入，在燃燒條件一樣的情況下，效率能夠得到極大的提高。

1 進(jìn)氣管的結(jié)構(gòu)型式

通常來說，進(jìn)氣管由進(jìn)氣總管、進(jìn)氣歧管以及進(jìn)氣穩(wěn)壓箱3個(gè)部分組成。進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式同汽油機(jī)的燃油系統(tǒng)有著十分密切的關(guān)系。要想使發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性比較好，那么所選用的管長(zhǎng)、管的直徑以及管的容積等都必須合理、恰當(dāng)，這樣才可以加強(qiáng)增壓的效果，產(chǎn)生明顯的波動(dòng)效應(yīng)。

由于476Q汽油機(jī)采用的是閉環(huán)多點(diǎn)噴射的電控系統(tǒng)，所以進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)就不會(huì)涉及相關(guān)的燃油分配問題，因此可以按照氣體動(dòng)力學(xué)的相關(guān)原理來開展進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)工作。另一方面，該汽油機(jī)的進(jìn)氣方式是自然進(jìn)氣，所以進(jìn)氣管中只有燃油混合氣流過。在進(jìn)行進(jìn)氣管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮進(jìn)氣管的動(dòng)態(tài)效應(yīng)以提高充氣效率，所以要選擇諧振進(jìn)氣系統(tǒng)，而諧振進(jìn)氣系統(tǒng)是利用進(jìn)氣壓力波動(dòng)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)和慣性效應(yīng)來提高發(fā)動(dòng)機(jī)充氣量的。

進(jìn)氣管的各項(xiàng)參數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)的性能關(guān)系很密切，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）進(jìn)氣管道的長(zhǎng)度和管徑對(duì)進(jìn)氣過程的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣過程包含諧振過程以及脈動(dòng)過程。進(jìn)氣管道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)該過程的影響十分大，進(jìn)氣管道的逐漸增加以及進(jìn)氣管徑的不斷縮小，會(huì)增加進(jìn)氣的阻力，沖量的數(shù)據(jù)會(huì)不斷降低，這就可以看出，進(jìn)氣管道的長(zhǎng)短影響著充氣的效率，管道越長(zhǎng)，充氣效率越低。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況和進(jìn)氣的特點(diǎn)，可以確定進(jìn)氣管道結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)。

（2）進(jìn)氣管進(jìn)氣總口方向影響進(jìn)氣的均勻性。一般布置原則為垂直于各進(jìn)氣歧管的進(jìn)氣方向，對(duì)于小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)，由于穩(wěn)壓箱外型尺寸較小，通常采用軸向進(jìn)氣。因?yàn)?76Q汽油機(jī)屬于小排量發(fā)動(dòng)機(jī)，故采用軸向進(jìn)氣。

（3）各缸的進(jìn)氣量主要是由進(jìn)氣歧管的直徑來決定的，此外，它還會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒以及排放產(chǎn)生十分重要的影響。

（4）影響動(dòng)力的參數(shù)很多，眾多參數(shù)中，最主要的就是進(jìn)氣支管以及進(jìn)氣歧管的長(zhǎng)度，在挑選進(jìn)氣支管的時(shí)候，所選用的長(zhǎng)度一定要適當(dāng)，才可以保證進(jìn)氣沖量有所增加，本質(zhì)來說，就是利用它的慣性來提高進(jìn)氣的效率。所以，在挑選進(jìn)氣支管的時(shí)候，一定要重視支管的長(zhǎng)度，在對(duì)管道進(jìn)行合理、科學(xué)的計(jì)算后，將得出的參數(shù)作為參考值。在決定進(jìn)氣歧管的長(zhǎng)度時(shí)，一定要先考慮所針對(duì)的機(jī)型在想要提高的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的動(dòng)力性能。如果該車經(jīng)常在路面惡劣的情況下行駛，很少高速行駛，那么選擇的充氣方法就是低速充氣。如果想要將這兩個(gè)方面都照顧到，就可以采用可調(diào)節(jié)的進(jìn)氣管，在速度比較低的時(shí)候，增長(zhǎng)進(jìn)氣通道，在速度比較高的時(shí)候，就運(yùn)用比較短的進(jìn)氣通道。但是，可變式進(jìn)氣歧管也有其弊端，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。在條件允許的情況下，要盡可能加大進(jìn)氣管道的橫截面積。

（5）穩(wěn)壓箱容積會(huì)對(duì)波動(dòng)（諧振）效應(yīng)產(chǎn)生一定程度的影響。適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓箱容積不但可以充分利用波動(dòng)效應(yīng)，從而促進(jìn)充氣效率的提高，并且還可以確保穩(wěn)壓腔內(nèi)壓力環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定，從而更好地為波動(dòng)效應(yīng)的利用營(yíng)造良好的條件，同時(shí)為了防止氣缸之間在進(jìn)氣時(shí)出現(xiàn)相互干擾的情況，通常情況下，會(huì)在燃料噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)中設(shè)置穩(wěn)壓箱。應(yīng)該注意的是，在進(jìn)行穩(wěn)壓箱容積的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循適當(dāng)?shù)脑瓌t，不能設(shè)計(jì)得太大或太小.如果容積過大那么箱內(nèi)壓力波動(dòng)會(huì)隨之減小，會(huì)在一定程度上降低諧振效果，變?yōu)榉€(wěn)壓腔的功能，從而難以達(dá)到預(yù)期的諧振進(jìn)氣效果。反之，如果容積過小，就難以滿足高轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)進(jìn)氣量的實(shí)際需求。常見的進(jìn)氣穩(wěn)壓箱截面有圓形、橢圓形、矩形。

綜上所述，進(jìn)氣量主要是靠進(jìn)氣歧管的直徑控制，進(jìn)氣歧管對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的充分燃燒和排放影響較大。影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的要素主要包括進(jìn)氣支管和進(jìn)氣歧管的長(zhǎng)度，在選用支管的時(shí)候，一定要合理地計(jì)算其長(zhǎng)度和橫截面積，保證進(jìn)氣沖量有所增加。實(shí)際上，該種方法就是利用了慣性，提高進(jìn)氣的質(zhì)量。在確定管長(zhǎng)增加的數(shù)值時(shí)，利用經(jīng)驗(yàn)控制來確定是不明智的，要在實(shí)際操作中，仔細(xì)驗(yàn)證和分析充氣過程中的氣波行為，確定一個(gè)新的通過氣波來自激調(diào)節(jié)管長(zhǎng)的方法；波動(dòng)效應(yīng)會(huì)因?yàn)榉€(wěn)壓箱容積的變化而變化，挑選的穩(wěn)壓箱容積合理、恰當(dāng)，就可以合理、充分地利用波動(dòng)效應(yīng)，提高充氣效率，保證穩(wěn)壓箱中內(nèi)外壓力的穩(wěn)定性，為發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行創(chuàng)造良好的條件。與此同時(shí)，為了避免氣缸之間在進(jìn)氣的時(shí)候互相干擾，一般情況下，在燃料噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)中會(huì)安置穩(wěn)壓箱。進(jìn)氣口的方向通常應(yīng)與進(jìn)氣歧管的進(jìn)氣方向相垂直，以保證進(jìn)氣的均勻。排量比較小的發(fā)動(dòng)機(jī)通常采用軸向進(jìn)氣，因?yàn)槠浞€(wěn)壓箱的外觀尺寸比較小。

近幾年來，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格被廣泛使用，網(wǎng)格的形狀可以較好地契合進(jìn)氣管道復(fù)雜且不規(guī)則的邊界，因此可以進(jìn)行進(jìn)氣管同氣道真實(shí)結(jié)構(gòu)的一些仿真研究，這些研究的計(jì)算結(jié)果會(huì)對(duì)進(jìn)氣管與氣道的設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和指導(dǎo)意義。對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行三維流動(dòng)分析的優(yōu)化目標(biāo)主要是：首先要確保整個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)曲面的光順，只有這樣才能使氣流沿程的流阻最小，從而獲得較高的充氣系數(shù)；同時(shí)應(yīng)該在滿足給定渦流強(qiáng)度的前提下，確保進(jìn)氣系統(tǒng)能夠達(dá)到最好的流通性能。

2 進(jìn)氣管的材料選取及改進(jìn)

起初，市場(chǎng)上很多發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管采用的都是尼龍強(qiáng)化材料，但在實(shí)際運(yùn)用的過程中，這些材料因?yàn)槠渥陨淼谋锥艘呀?jīng)逐漸被淘汰，取而代之的是鋁合金的進(jìn)氣管，其由于抗高溫、高強(qiáng)度、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性比較好等優(yōu)點(diǎn)受到了廣大廠家的普遍青睞。

在實(shí)際運(yùn)用過程中，鋁合金進(jìn)氣管或多或少都會(huì)產(chǎn)生一些腐蝕現(xiàn)象，針對(duì)這些問題，商家經(jīng)常會(huì)在其表面涂上各種涂劑，成本較低，但是可以取得較好的效果。

光亮劑：其中不含任何氯、磷等水溶性的拋光劑，可以很好地去除油污、腐蝕，使得管道表面光滑，自身耐腐蝕能力也有所提高。

鈍化劑：在管道工作一段時(shí)間以后，表面會(huì)有很多油污殘留，運(yùn)用鈍化劑可以在進(jìn)氣管表面形成一層比較緊密的鹽酸鹽防銹膜。因?yàn)槠渚o密、均勻，增加了附著能力，提高了管道表面的光滑程度，使得管道的抗腐蝕能力也有所提高。

實(shí)際操作中，鋁合金進(jìn)氣管經(jīng)常會(huì)受到腐蝕，保養(yǎng)成本也逐漸增高，很多廠家開始選用塑料作為管道的材料。塑料進(jìn)氣管不僅減輕了結(jié)構(gòu)的重量，還減小了空氣阻力，提高了充氣效率和燃燒效率，降低了油耗，在降噪方面也起到一定的作用。但是塑料進(jìn)氣管加工成本較高，而鋁合金的鑄造技術(shù)比較成熟，成本也低，而且鋁鑄進(jìn)氣管的內(nèi)壁比較光滑，故現(xiàn)在多選擇鋁合金制造進(jìn)氣管。

3 結(jié)語

進(jìn)氣管是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，利用進(jìn)氣管的波動(dòng)效應(yīng)來增加進(jìn)氣量，提高沖量系數(shù)，是提高汽油機(jī)動(dòng)力性的一項(xiàng)重要措施。

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