柴油機進氣系統結構形式對進氣管內氣體流動特性的影響研究

摘要：本文應用GT-POWER軟件全面建立了1015八缸柴油機的工作過程仿真計算模型，在其他結構和運行參數不變的情況下，研究不同的進氣系統結構形式對進氣管內氣體流動特性的影響。建立與原機不同的三種進氣系統流動模型，以充氣效率和各缸進氣均勻性為考核目標，找出最適合該柴油機的進氣管路結構形式。

關鍵詞：GT-Power 進氣系統 流動特性 仿真研究

柴油機進氣系統的結構形式在一定程度上決定了氣體的進氣流動狀態，從而影響著柴油機混合氣的形成質量及燃燒品質[1]。借助進氣過程中的氣流運動，是提高空氣利用率、改善燃燒的有效途徑。這不僅嚴重影響柴油機的動力性、經濟性指標，而且也明顯影響其排放、噪聲及工作柔和性。下面將通過改變進氣管路的布置形式和截面形狀，來研究進氣系統結構形式對氣體流動特性的影響。

進氣管路布置形式對進氣流動特性的影響

1 不同進氣管路流動模型的建立

該增壓柴油機原型采用的是順序進氣，空氣由進氣總管流向進氣歧管1－2－3－4，這種進氣方式不可避免地會造成缸內進氣的不均勻性，進氣總管離支管1較近，空氣質量流量會較其他支管略大些。為了解決這個問題，并進一步改進柴油機的進氣性能，在原機的基礎上，建立了三種不同的進氣系統模型。模型之間只在進氣管路的布置上有所不同，其他參數（如配氣定時、燃燒模型等）都一樣。通過運用GT-POWER在標定工況（n=2100r/min）下進行仿真，分析不同的進氣管路布置形式對氣體流動特性的影響情況。

2 進氣歧管出口流量及均勻性比較分析

各缸進氣的不均勻性直接影響著各缸空氣與燃油的混合，從而影響燃燒過程的組織，使各缸的燃燒過程產生差異。因此，各缸進氣的不均勻性是內燃機工作者十分關心的課題。本文針對不同進氣管路流動模型，計算出了進氣管各分支管出口流量，在此基礎上，研究各缸進氣的不均勻性，為改善發動機各缸進氣均勻性，提高發動機工作性能提供了有效手段。

每個進氣歧管的平均進氣質量流量為m=0.25∑mi，進氣均勻性指數為δ=S/m，其中mi為第i個支管的質量流量，標準差S= 。各進氣管路模型的進氣歧管出口質量流量，見表1：

平均質量流量m越大表示進氣管的進氣量越大，δ越小則表示進氣管進氣均勻性越好。改進后的進氣流動模型A、B、C的進氣歧管出口質量流量與原機差不多，只有極小的減少或增加，但各缸的進氣均勻性有了明顯的改善。就進氣均勻性來說，模型C的δ值最小，表示進氣管的進氣均勻性最好。和原機相比，各缸的進氣均勻性能提高了4倍以上。

綜合考慮，四缸機采用分組進氣雖然進氣均勻性是最好的，但不利于進氣管路設計的緊湊性，在結構布置上帶來了困難。而改進后的進氣流動模型A進氣均勻性也得到了很大的提高，和模型B和C差不多，且平均質量流量是最大的，所以模型A更適合于該增壓柴油機。

3 對各缸充氣效率的影響分析

發動機的充氣效率可以用來衡量發動機的進氣能力，為了進一步研究各進氣管路布置形式對進氣流動特性的影響，分別計算出不同模型下各缸的充氣效率(見表2)，并進行分析比較。

從表中可知改進后的三種進氣流動模型改善了各缸的進氣均勻性，相比而言模型A的充氣效率略高。結合上一小節的討論情況，可知進氣流動模型A中的管路布置形式是最合適該增壓柴油機的。

參考文獻：

[1]楊壽藏，陳云彪.現代先進發動機技術-進排氣系統(一)，柴油機設計與制造，2001（1）.