进气道中部衔接区域位置与几何结构对进气道特性的影响

张伯瑜，黄昌瑞

（沈阳理工大学 汽车与交通学院，辽宁 沈阳110159）

在环保、能源安全等因素的推动下，汽车电动化的变革已势不可挡。但可以预测，在今后相当长的一段时期内，内燃机在动力装置中仍然具有不可替代性[1]。节能和环保己经成为内燃机行业需迫切解决的两大主题[2]。汽油机缸内的气流运动对汽油机燃烧过程有重要影响，并进而影响到发动机的性能和排放水平，而发动机进气道的流动特性会在很大程度上决定缸内的气流运动状况[3]。本文在一款1.5 L排量增压汽油机进气道的基础上，探究了进气道总管与两支管之间的衔接区域位置及几何结构对进气道流通能力和滚流特性的影响规律。

1 方案概述

位于汽缸盖的进气道有一个入口和与两个进气门对应的两个出口，入口处的总管与进气门出口处两支管之间的衔接区域在一定程度上决定了气流在气道内的流动状态，这种影响会传导至汽缸内，改变缸内的流场。滚流的强度和作用范围会因此发生变化，气道的流量系数也会受到影响。

在原机型的3D数模中，使总管与支管的衔接区域向气道入口方向移动12 mm，令总管内进气气流进入支管的位置前置12 mm（如图1a、图1b）。如图1c、图1d，衔接区域两支管之间有一圆弧形的过渡部位，调整此圆弧半径ra形成三个方案如表1所列。

图1 各气道方案几何结构

表1 各方案气道衔接区域过渡圆弧半径

2 CFD计算结果分析

各个气道方案流量系数、滚流比相对于原机型提升的百分比分别如图2、图3.

图2 各个气道方案流量系数相对于原机型提升的百分比

图3 各个气道方案流量系数相对于原机型提升的百分比

由以上数据分析可知，在气门升程为1.5 mm时，进气道衔接区域向进气道入口方向移动12 mm后所形成的三个方案的流量系数都出现了增长。衔接区域圆弧半径ra较小的方案A的气道流通能力增加较少，而圆弧半径ra较大的方案C的气道流通能力增加较多。当气门升程分别为2.5 mm、3.5 mm、4.5 mm时，气道的流通能力出现负增长，ra较小的方案流通能力相对较高，当气门升程为5.5 mm、6.5 mm、7.5 mm时，气道的流通能力也出现负增长，具有较低ra的方案，流通能力相对较高。

当气门升程为1.5 mm时，方案A、方案B、方案C的滚流比均出现较大幅度的负增长，具有较低ra的方案，其滚流比也相对较小。当气门升程为2.5 mm时，所有方案的滚流比均呈现增长态势，ra较小，则相对应方案的滚流比较高。当气门升程为3.5 mm、5.5 mm时，各个方案滚流比都有不足5%的增长，ra较大，则相对应方案的滚流比较大。当气门升程为4.5 mm、6.5 mm、7.5 mm时，各个方案滚流比都有不足5%的下降，ra较大，则相对应方案的滚流比也较大。

3 结论

进气道总管与两支管之间的衔接区域向进气道入口方向移动后，各气门升程对应的流量系数总体上出现了0.5%以内的损减，总体上对气道的流通能力影响较为有限。调整衔接区域圆弧半径ra对气道流通能力的影响也不显著。在中低气门升程状态之下，滚流比受衔接区域位置改变的影响相对较高。在较高和较低气门升程状态之下分别调整衔接区域圆弧半径ra对流量系数和滚流比产生的影响规律相反。

参考文献：

[1]陶明德.国内外机动车排放与控制概况[J].上海汽车，1997（6）：7-10.

[2]曲 逵，马贵阳.内燃机转速对缸内流动特性的影响[J].当代化工，2004，33（3）：189-192.

[3]王 健，刘德新，刘书亮，等.四气门汽油机进气道流动特性的稳流试验研究[J].内燃机学报，2004，22（2）：182-186.