476Q汽油機進氣管結構及選材分析

賀文軍

（山西路橋第一工程有限責任公司六處，山西 太原030006）

0 引言

對內燃機工作者來說，發動機動力的提高是其最關注的問題之一，而進氣流動不但影響充氣的效率，還會對發動機動力產生直接的影響。一樣容積的氣缸，如果在相同的進氣環境中吸入更多的空氣，就可以接受更大量燃料的進入，在燃燒條件一樣的情況下，效率能夠得到極大的提高。

1 進氣管的結構型式

通常來說，進氣管由進氣總管、進氣歧管以及進氣穩壓箱3個部分組成。進氣系統的結構型式同汽油機的燃油系統有著十分密切的關系。要想使發動機的慣性比較好，那么所選用的管長、管的直徑以及管的容積等都必須合理、恰當，這樣才可以加強增壓的效果，產生明顯的波動效應。

由于476Q汽油機采用的是閉環多點噴射的電控系統，所以進氣歧管的設計就不會涉及相關的燃油分配問題，因此可以按照氣體動力學的相關原理來開展進氣歧管的設計工作。另一方面，該汽油機的進氣方式是自然進氣，所以進氣管中只有燃油混合氣流過。在進行進氣管結構設計時，應充分考慮進氣管的動態效應以提高充氣效率，所以要選擇諧振進氣系統，而諧振進氣系統是利用進氣壓力波動的動態效應和慣性效應來提高發動機充氣量的。

進氣管的各項參數和發動機的性能關系很密切，主要表現在如下幾個方面：

（1）進氣管道的長度和管徑對進氣過程的影響。發動機的進氣過程包含諧振過程以及脈動過程。進氣管道的內部結構對該過程的影響十分大，進氣管道的逐漸增加以及進氣管徑的不斷縮小，會增加進氣的阻力，沖量的數據會不斷降低，這就可以看出，進氣管道的長短影響著充氣的效率，管道越長，充氣效率越低。根據發動機的運行情況和進氣的特點，可以確定進氣管道結構的各項參數。

（2）進氣管進氣總口方向影響進氣的均勻性。一般布置原則為垂直于各進氣歧管的進氣方向，對于小排量的發動機，由于穩壓箱外型尺寸較小，通常采用軸向進氣。因為476Q汽油機屬于小排量發動機，故采用軸向進氣。

（3）各缸的進氣量主要是由進氣歧管的直徑來決定的，此外，它還會對發動機的燃燒以及排放產生十分重要的影響。

（4）影響動力的參數很多，眾多參數中，最主要的就是進氣支管以及進氣歧管的長度，在挑選進氣支管的時候，所選用的長度一定要適當，才可以保證進氣沖量有所增加，本質來說，就是利用它的慣性來提高進氣的效率。所以，在挑選進氣支管的時候，一定要重視支管的長度，在對管道進行合理、科學的計算后，將得出的參數作為參考值。在決定進氣歧管的長度時，一定要先考慮所針對的機型在想要提高的轉速范圍內的動力性能。如果該車經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。如果想要將這兩個方面都照顧到，就可以采用可調節的進氣管，在速度比較低的時候，增長進氣通道，在速度比較高的時候，就運用比較短的進氣通道。但是，可變式進氣歧管也有其弊端，其結構比較復雜。在條件允許的情況下，要盡可能加大進氣管道的橫截面積。

（5）穩壓箱容積會對波動（諧振）效應產生一定程度的影響。適當的穩壓箱容積不但可以充分利用波動效應，從而促進充氣效率的提高，并且還可以確保穩壓腔內壓力環境的相對穩定，從而更好地為波動效應的利用營造良好的條件，同時為了防止氣缸之間在進氣時出現相互干擾的情況，通常情況下，會在燃料噴射式發動機中設置穩壓箱。應該注意的是，在進行穩壓箱容積的設計時，應遵循適當的原則，不能設計得太大或太小.如果容積過大那么箱內壓力波動會隨之減小，會在一定程度上降低諧振效果，變為穩壓腔的功能，從而難以達到預期的諧振進氣效果。反之，如果容積過小，就難以滿足高轉速時對進氣量的實際需求。常見的進氣穩壓箱截面有圓形、橢圓形、矩形。

綜上所述，進氣量主要是靠進氣歧管的直徑控制，進氣歧管對發動機燃料的充分燃燒和排放影響較大。影響發動機動力的要素主要包括進氣支管和進氣歧管的長度，在選用支管的時候，一定要合理地計算其長度和橫截面積，保證進氣沖量有所增加。實際上，該種方法就是利用了慣性，提高進氣的質量。在確定管長增加的數值時，利用經驗控制來確定是不明智的，要在實際操作中，仔細驗證和分析充氣過程中的氣波行為，確定一個新的通過氣波來自激調節管長的方法；波動效應會因為穩壓箱容積的變化而變化，挑選的穩壓箱容積合理、恰當，就可以合理、充分地利用波動效應，提高充氣效率，保證穩壓箱中內外壓力的穩定性，為發動機的運行創造良好的條件。與此同時，為了避免氣缸之間在進氣的時候互相干擾，一般情況下，在燃料噴射式發動機中會安置穩壓箱。進氣口的方向通常應與進氣歧管的進氣方向相垂直，以保證進氣的均勻。排量比較小的發動機通常采用軸向進氣，因為其穩壓箱的外觀尺寸比較小。

近幾年來，非結構化網格被廣泛使用，網格的形狀可以較好地契合進氣管道復雜且不規則的邊界，因此可以進行進氣管同氣道真實結構的一些仿真研究，這些研究的計算結果會對進氣管與氣道的設計工作產生較強的現實意義和指導意義。對進氣系統進行三維流動分析的優化目標主要是：首先要確保整個進氣系統曲面的光順，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；同時應該在滿足給定渦流強度的前提下，確保進氣系統能夠達到最好的流通性能。

2 進氣管的材料選取及改進

起初，市場上很多發動機的進氣管采用的都是尼龍強化材料，但在實際運用的過程中，這些材料因為其自身的弊端已經逐漸被淘汰，取而代之的是鋁合金的進氣管，其由于抗高溫、高強度、壽命長、穩定性比較好等優點受到了廣大廠家的普遍青睞。

在實際運用過程中，鋁合金進氣管或多或少都會產生一些腐蝕現象，針對這些問題，商家經常會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：在管道工作一段時間以后，表面會有很多油污殘留，運用鈍化劑可以在進氣管表面形成一層比較緊密的鹽酸鹽防銹膜。因為其緊密、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。

實際操作中，鋁合金進氣管經常會受到腐蝕，保養成本也逐漸增高，很多廠家開始選用塑料作為管道的材料。塑料進氣管不僅減輕了結構的重量，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。但是塑料進氣管加工成本較高，而鋁合金的鑄造技術比較成熟，成本也低，而且鋁鑄進氣管的內壁比較光滑，故現在多選擇鋁合金制造進氣管。

3 結語

進氣管是汽車發動機的關鍵部件之一，其設計直接影響到發動機的動力性和經濟性，利用進氣管的波動效應來增加進氣量，提高沖量系數，是提高汽油機動力性的一項重要措施。

［1］靳紅玲.469Q汽油機進氣系統流場特性及優化設計［D］.太原理工大學，2006

［2］許元默，帥石金，王建昕.進氣歧管對電噴汽油機充氣效率的影響［J］.內燃機工程，2004（1）

［3］董偉.汽油機諧振進氣管設計的研究［D］.吉林大學，2002

［4］黃征宏.汽車發動機進氣管材料改型設計的數值模擬及優化［D］.上海交通大學，2007

［5］李育才，李吉孚.685Q進氣管鑄造工藝技術［J］.航空工藝技術，1996（1）

［6］侯獻軍，鞏學軍，方丹，等.LJ276M電噴汽油機進氣系統設計及優化［J］.武漢理工大學學報，2009（4）