三維吹塑管路在輕型卡車進氣系統(tǒng)中的應(yīng)用

馬 亮

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 前言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，市場對商用車的性能要求也不斷提升，輕型卡車作為商用車市場的重要分支之一，隨著市場的不斷發(fā)展，應(yīng)用在輕型卡車之上的新技術(shù)也不斷出現(xiàn)。

進氣系統(tǒng)管路是連接進氣系統(tǒng)各功能附件的的重要部件，其性能好壞直接影響發(fā)動機甚至整車工作性能，對于輕型卡車，傳統(tǒng)進氣管路結(jié)構(gòu)采用橡膠軟管結(jié)構(gòu)連接，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，成型方便。但由于軟管本身特性問題，在制造裝配及使用過程中易出現(xiàn)軟管折彎變形、耐負(fù)壓能力不足、耐正壓能力不足、難裝配、裝配后對中性差等問題，對發(fā)動機性能造成影響。

近年來，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，三維吹塑管路越來越多的被應(yīng)用于汽車行業(yè)中，此類管路特點是，管路主體為 PP或 PE塑料，可有效解決橡膠軟管耐正負(fù)壓強度不足、易變形的缺點。

2 輕型卡車進氣系統(tǒng)三維吹塑管路的設(shè)計及應(yīng)用

2.1 概述

輕型卡車進氣管路的作用是連接進氣系統(tǒng)各功能附件，使空氣順暢通過并進入發(fā)動機參與內(nèi)燃機燃燒工作。對于匹配增壓中冷類型發(fā)動機車輛，進氣系統(tǒng)管路按照工作區(qū)域可分為三類：第一類，空濾器至增壓器進氣口間管路，該段管路連接空濾器出氣口和增壓器進氣口，內(nèi)部氣體為常溫負(fù)壓；第二類，增壓器出氣口至中冷器進氣口間管路，該段管路連接增壓器出氣口與中冷器進氣口，內(nèi)部氣體為高溫高壓；第三類，中冷器出氣口至發(fā)動機進氣歧管間管路，該段管路連接中冷器出氣口與發(fā)動機進氣歧管，內(nèi)部氣體為中溫高壓。如圖1輕型卡車進氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型所示，進氣系統(tǒng)不同部位管路工作環(huán)境不同，設(shè)計過程中對管路材質(zhì)、結(jié)構(gòu)要求也不同。

圖1 輕型卡車進氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第一類管路需要具有的特性具有緩沖震動和耐負(fù)壓能力，第二類管路需要具有的特性是具有緩沖震動和耐高溫、耐正壓能力，第三類管路需要具有的特性是具有緩沖震動和耐正壓能力。

輕型卡車傳統(tǒng)設(shè)計方案是采用橡膠軟管和鋼管結(jié)構(gòu)形式，特點是設(shè)計工藝簡單，易制造，模具成本低。但該結(jié)構(gòu)存在缺點，如圖2常見進氣管路結(jié)構(gòu)所示，主要表現(xiàn)在：重量大，成本高，裝配性能差，耐壓力性能差等。

圖2 現(xiàn)有進氣系統(tǒng)管路結(jié)構(gòu)

2.2 三維吹塑管路成型工藝介紹

吹塑成型工藝，借助于氣體壓力是閉合在模具中的熱熔型坯吹脹形成中空制品的方法，是一種常用的塑料加工方法，同時也是發(fā)展較快的一種塑料成型方法。常用的中空制品的吹塑包括三個主要方法：擠出吹塑：主要用于未被支撐的型坯加工；注射吹塑：主要用于由金屬型芯支撐的型坯加工；拉伸吹塑主要用于加工雙軸取向的制品。本例中描述的汽車進氣管路屬于第一類成型方法，擠出吹塑成型。

由于市場對復(fù)雜、曲折的輸送管材制件的需求，推動了偏軸擠出吹塑技術(shù)的開發(fā)，這種技術(shù)籠統(tǒng)稱為三維吹塑成型。型坯基礎(chǔ)后背局部吹脹并貼在儀表模具上，接著擠出機頭或模具轉(zhuǎn)動，按照已編的二軸或三軸程序轉(zhuǎn)動，從而逐步吹制形成曲折復(fù)雜的中空輸送管路制品。

本文所述的三維吹塑管路，是一種新的輕型卡車進氣管路解決方案，對于生產(chǎn)批量較大的汽車，可考慮采用該方案進行管路設(shè)計。

2.3 輕型卡車進氣系統(tǒng)三維吹塑管路結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計

2.3.1 設(shè)計管路需滿足的特性

根據(jù)輕型卡車進氣管路的作用及特點，可以確定設(shè)計的三維吹塑管路應(yīng)滿足的特性，即：第一類管路應(yīng)具有耐震動和耐負(fù)壓特性，第二類管路應(yīng)具有耐振動和耐高溫高壓特性，第三類管路應(yīng)具有耐振動和耐高壓特性。

以下以某輕卡車型的空濾器出氣管路（第一類管路）為例，對三維吹塑管路的設(shè)計進行具體說明。

2.3.2 設(shè)計管路結(jié)構(gòu)分析

如圖3所示，該車型使用發(fā)動機為增壓中冷發(fā)動機，由于平臺化布置，空濾器位置、發(fā)動機布置均已經(jīng)確定，本例只對空濾器出氣口至增壓器進氣口之間的管路設(shè)計進行說明。本例中空濾器出氣管路設(shè)計需注意以下方面：1、空濾器出氣口外徑為φ101mm，增壓器進氣口外徑為φ70mm，管路需做變徑設(shè)計；2、空濾器出氣口距離增壓器進氣口距離較大，管路中間需增加固定結(jié)構(gòu)；3、由于發(fā)動機與空濾器之間存在相對振動，管路上需設(shè)計緩沖震動的結(jié)構(gòu)；4、本例發(fā)動機為氣制動發(fā)動機，發(fā)動機空氣壓縮機需從進氣管路中取氣，管路上需設(shè)計旁通管；5、待設(shè)計管路周邊環(huán)境較為復(fù)雜，布置空間有限，管路設(shè)計過程中需綜合考慮貨箱、龍門架、發(fā)動機、進氣道、車架等周邊零部件位置，避免干涉并使管路走向順暢。

圖3 待設(shè)計進氣管路周邊環(huán)境

2.3.3 管路空間走向設(shè)計

根據(jù)整車數(shù)據(jù)模型（邊界條件：空濾器出氣口位置、發(fā)動機增壓器進氣口位置、車架、貨箱、駕駛室支撐、進氣道等），利用三維設(shè)計軟件確定管路的空間走向，確保管路走向順暢，無急劇變向，以降低管路進氣阻力，保證進氣量。如圖4所示，根據(jù)車型空濾器出氣口及發(fā)動機增壓器進氣口位置，參考周邊零部件位置，設(shè)計管路中心線走向。

圖4 空濾器出氣管中心線設(shè)計

2.3.4 管路主體設(shè)計

根據(jù)2.3.3確定的管路走向繪制管路三維模型，一般情況下，空濾器出氣口和發(fā)動機進氣歧管或增壓器進氣口尺寸不會相同，此時設(shè)計管路需考慮管路直徑變化，設(shè)計管路變徑應(yīng)過渡平緩，避免管路阻力過大。本例中，空濾器出氣口和增壓器進氣口尺寸不同，需做變徑設(shè)計，變徑段設(shè)計在管路空濾器起始端，管路內(nèi)直徑由101mm減小至70mm，變徑段長度為50mm。采用UG管路設(shè)計功能，設(shè)計管路主體數(shù)模如圖5所示，本例中管路壁厚設(shè)定為6mm，具體項目可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。

圖5 管路主體

2.3.5 管路緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于該進氣管路鏈接發(fā)動機和空濾器，二者之間存在較大相對振動量，為增加管路緩沖震動性能，可在管路上增加波紋管結(jié)構(gòu)，以緩沖震動沖擊，在管路中部增減波紋管緩沖結(jié)構(gòu)，如圖6及所示，設(shè)計波紋管結(jié)構(gòu)，設(shè)計6個波峰，波峰距10mm。

圖6 波紋管三維結(jié)構(gòu)

2.3.6 管路固定結(jié)構(gòu)設(shè)計

若管路較長，則管路設(shè)計時需考慮增加中間固定結(jié)構(gòu)，以減輕整車震動對管路的影響。本例在管路中部增加固定支架，通過固定中間固定在空濾器安裝支架上，中間通過緩沖膠墊連接，管路固定支架及緩沖結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 固定支架及緩沖膠墊結(jié)構(gòu)

2.3.7 旁通管接頭設(shè)計

部分車型需在進氣管路中引出旁通管，用于空氣壓縮機或曲軸箱呼吸器連接，因此管路設(shè)計時需增加旁通管路。本例中，發(fā)動機曲軸箱呼吸器及空氣壓縮機均需從進氣管路中取氣，管路需增加兩個旁通管路，如圖8所示，根據(jù)曲軸箱呼吸器及空氣壓縮機位置，確定設(shè)計旁通管在管路尾部，旁通管通過注塑成型預(yù)加工，待管路主體完成后，再將旁通管通過焊接方式裝配于管路上。

圖8 旁通管設(shè)計

2.4 實物裝車驗證

依據(jù)設(shè)計產(chǎn)品數(shù)模，啟動樣件模具開發(fā)，開發(fā)完畢后制造管路實物如圖9所示，經(jīng)實車驗證效果良好，實現(xiàn)了設(shè)計意圖。

圖9 模具樣件

2.6 三維吹塑管路與傳統(tǒng)管路對比

三維吹塑進氣管路與傳統(tǒng)進氣管路相比，有以下優(yōu)勢：

1）一體成型，管路結(jié)構(gòu)簡單

2）波紋緩沖結(jié)構(gòu)，減震性好

3）管路為塑料結(jié)構(gòu)，硬度高，耐正負(fù)壓力好

3 結(jié)論

通過對輕型卡車進氣管路工作特點進行分析，提出三維吹塑管路設(shè)計方案，用于滿足輕型卡車日益嚴(yán)格的發(fā)展需要。并結(jié)合具體實例，對三維吹塑進氣管路設(shè)計過程進行說明，較為清晰明確的說明了三維吹塑進氣管路的設(shè)計過程及設(shè)計方法，并通過樣件實物驗證，對理論設(shè)計進行了證明，確定設(shè)計方案可靠有效。