476Q汽油机进气管结构及选材分析

2014-04-16贺文军

机电信息 2014年33期

贺文军

（山西路桥第一工程有限责任公司六处，山西太原030006）

0 引言

对内燃机工作者来说，发动机动力的提高是其最关注的问题之一，而进气流动不但影响充气的效率，还会对发动机动力产生直接的影响。一样容积的气缸，如果在相同的进气环境中吸入更多的空气，就可以接受更大量燃料的进入，在燃烧条件一样的情况下，效率能够得到极大的提高。

1 进气管的结构型式

通常来说，进气管由进气总管、进气歧管以及进气稳压箱3个部分组成。进气系统的结构型式同汽油机的燃油系统有着十分密切的关系。要想使发动机的惯性比较好，那么所选用的管长、管的直径以及管的容积等都必须合理、恰当，这样才可以加强增压的效果，产生明显的波动效应。

由于476Q汽油机采用的是闭环多点喷射的电控系统，所以进气歧管的设计就不会涉及相关的燃油分配问题，因此可以按照气体动力学的相关原理来开展进气歧管的设计工作。另一方面，该汽油机的进气方式是自然进气，所以进气管中只有燃油混合气流过。在进行进气管结构设计时，应充分考虑进气管的动态效应以提高充气效率，所以要选择谐振进气系统，而谐振进气系统是利用进气压力波动的动态效应和惯性效应来提高发动机充气量的。

进气管的各项参数和发动机的性能关系很密切，主要表现在如下几个方面：

（1）进气管道的长度和管径对进气过程的影响。发动机的进气过程包含谐振过程以及脉动过程。进气管道的内部结构对该过程的影响十分大，进气管道的逐渐增加以及进气管径的不断缩小，会增加进气的阻力，冲量的数据会不断降低，这就可以看出，进气管道的长短影响着充气的效率，管道越长，充气效率越低。根据发动机的运行情况和进气的特点，可以确定进气管道结构的各项参数。

（2）进气管进气总口方向影响进气的均匀性。一般布置原则为垂直于各进气歧管的进气方向，对于小排量的发动机，由于稳压箱外型尺寸较小，通常采用轴向进气。因为476Q汽油机属于小排量发动机，故采用轴向进气。

（3）各缸的进气量主要是由进气歧管的直径来决定的，此外，它还会对发动机的燃烧以及排放产生十分重要的影响。

（4）影响动力的参数很多，众多参数中，最主要的就是进气支管以及进气歧管的长度，在挑选进气支管的时候，所选用的长度一定要适当，才可以保证进气冲量有所增加，本质来说，就是利用它的惯性来提高进气的效率。所以，在挑选进气支管的时候，一定要重视支管的长度，在对管道进行合理、科学的计算后，将得出的参数作为参考值。在决定进气歧管的长度时，一定要先考虑所针对的机型在想要提高的转速范围内的动力性能。如果该车经常在路面恶劣的情况下行驶，很少高速行驶，那么选择的充气方法就是低速充气。如果想要将这两个方面都照顾到，就可以采用可调节的进气管，在速度比较低的时候，增长进气通道，在速度比较高的时候，就运用比较短的进气通道。但是，可变式进气歧管也有其弊端，其结构比较复杂。在条件允许的情况下，要尽可能加大进气管道的横截面积。

（5）稳压箱容积会对波动（谐振）效应产生一定程度的影响。适当的稳压箱容积不但可以充分利用波动效应，从而促进充气效率的提高，并且还可以确保稳压腔内压力环境的相对稳定，从而更好地为波动效应的利用营造良好的条件，同时为了防止气缸之间在进气时出现相互干扰的情况，通常情况下，会在燃料喷射式发动机中设置稳压箱。应该注意的是，在进行稳压箱容积的设计时，应遵循适当的原则，不能设计得太大或太小.如果容积过大那么箱内压力波动会随之减小，会在一定程度上降低谐振效果，变为稳压腔的功能，从而难以达到预期的谐振进气效果。反之，如果容积过小，就难以满足高转速时对进气量的实际需求。常见的进气稳压箱截面有圆形、椭圆形、矩形。

综上所述，进气量主要是靠进气歧管的直径控制，进气歧管对发动机燃料的充分燃烧和排放影响较大。影响发动机动力的要素主要包括进气支管和进气歧管的长度，在选用支管的时候，一定要合理地计算其长度和横截面积，保证进气冲量有所增加。实际上，该种方法就是利用了惯性，提高进气的质量。在确定管长增加的数值时，利用经验控制来确定是不明智的，要在实际操作中，仔细验证和分析充气过程中的气波行为，确定一个新的通过气波来自激调节管长的方法；波动效应会因为稳压箱容积的变化而变化，挑选的稳压箱容积合理、恰当，就可以合理、充分地利用波动效应，提高充气效率，保证稳压箱中内外压力的稳定性，为发动机的运行创造良好的条件。与此同时，为了避免气缸之间在进气的时候互相干扰，一般情况下，在燃料喷射式发动机中会安置稳压箱。进气口的方向通常应与进气歧管的进气方向相垂直，以保证进气的均匀。排量比较小的发动机通常采用轴向进气，因为其稳压箱的外观尺寸比较小。

近几年来，非结构化网格被广泛使用，网格的形状可以较好地契合进气管道复杂且不规则的边界，因此可以进行进气管同气道真实结构的一些仿真研究，这些研究的计算结果会对进气管与气道的设计工作产生较强的现实意义和指导意义。对进气系统进行三维流动分析的优化目标主要是：首先要确保整个进气系统曲面的光顺，只有这样才能使气流沿程的流阻最小，从而获得较高的充气系数；同时应该在满足给定涡流强度的前提下，确保进气系统能够达到最好的流通性能。

2 进气管的材料选取及改进

起初，市场上很多发动机的进气管采用的都是尼龙强化材料，但在实际运用的过程中，这些材料因为其自身的弊端已经逐渐被淘汰，取而代之的是铝合金的进气管，其由于抗高温、高强度、寿命长、稳定性比较好等优点受到了广大厂家的普遍青睐。

在实际运用过程中，铝合金进气管或多或少都会产生一些腐蚀现象，针对这些问题，商家经常会在其表面涂上各种涂剂，成本较低，但是可以取得较好的效果。

光亮剂：其中不含任何氯、磷等水溶性的抛光剂，可以很好地去除油污、腐蚀，使得管道表面光滑，自身耐腐蚀能力也有所提高。

钝化剂：在管道工作一段时间以后，表面会有很多油污残留，运用钝化剂可以在进气管表面形成一层比较紧密的盐酸盐防锈膜。因为其紧密、均匀，增加了附着能力，提高了管道表面的光滑程度，使得管道的抗腐蚀能力也有所提高。

实际操作中，铝合金进气管经常会受到腐蚀，保养成本也逐渐增高，很多厂家开始选用塑料作为管道的材料。塑料进气管不仅减轻了结构的重量，还减小了空气阻力，提高了充气效率和燃烧效率，降低了油耗，在降噪方面也起到一定的作用。但是塑料进气管加工成本较高，而铝合金的铸造技术比较成熟，成本也低，而且铝铸进气管的内壁比较光滑，故现在多选择铝合金制造进气管。