進(jìn)氣道中部銜接區(qū)域位置與幾何結(jié)構(gòu)對(duì)進(jìn)氣道特性的影響

張伯瑜，黃昌瑞

（沈陽理工大學(xué) 汽車與交通學(xué)院，遼寧 沈陽110159）

在環(huán)保、能源安全等因素的推動(dòng)下，汽車電動(dòng)化的變革已勢(shì)不可擋。但可以預(yù)測(cè)，在今后相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)，內(nèi)燃機(jī)在動(dòng)力裝置中仍然具有不可替代性[1]。節(jié)能和環(huán)保己經(jīng)成為內(nèi)燃機(jī)行業(yè)需迫切解決的兩大主題[2]。汽油機(jī)缸內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)對(duì)汽油機(jī)燃燒過程有重要影響，并進(jìn)而影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和排放水平，而發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的流動(dòng)特性會(huì)在很大程度上決定缸內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)狀況[3]。本文在一款1.5 L排量增壓汽油機(jī)進(jìn)氣道的基礎(chǔ)上，探究了進(jìn)氣道總管與兩支管之間的銜接區(qū)域位置及幾何結(jié)構(gòu)對(duì)進(jìn)氣道流通能力和滾流特性的影響規(guī)律。

1 方案概述

位于汽缸蓋的進(jìn)氣道有一個(gè)入口和與兩個(gè)進(jìn)氣門對(duì)應(yīng)的兩個(gè)出口，入口處的總管與進(jìn)氣門出口處兩支管之間的銜接區(qū)域在一定程度上決定了氣流在氣道內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，這種影響會(huì)傳導(dǎo)至汽缸內(nèi)，改變缸內(nèi)的流場(chǎng)。滾流的強(qiáng)度和作用范圍會(huì)因此發(fā)生變化，氣道的流量系數(shù)也會(huì)受到影響。

在原機(jī)型的3D數(shù)模中，使總管與支管的銜接區(qū)域向氣道入口方向移動(dòng)12 mm，令總管內(nèi)進(jìn)氣氣流進(jìn)入支管的位置前置12 mm（如圖1a、圖1b）。如圖1c、圖1d，銜接區(qū)域兩支管之間有一圓弧形的過渡部位，調(diào)整此圓弧半徑ra形成三個(gè)方案如表1所列。

圖1 各氣道方案幾何結(jié)構(gòu)

表1 各方案氣道銜接區(qū)域過渡圓弧半徑

2 CFD計(jì)算結(jié)果分析

各個(gè)氣道方案流量系數(shù)、滾流比相對(duì)于原機(jī)型提升的百分比分別如圖2、圖3.

圖2 各個(gè)氣道方案流量系數(shù)相對(duì)于原機(jī)型提升的百分比

圖3 各個(gè)氣道方案流量系數(shù)相對(duì)于原機(jī)型提升的百分比

由以上數(shù)據(jù)分析可知，在氣門升程為1.5 mm時(shí)，進(jìn)氣道銜接區(qū)域向進(jìn)氣道入口方向移動(dòng)12 mm后所形成的三個(gè)方案的流量系數(shù)都出現(xiàn)了增長。銜接區(qū)域圓弧半徑ra較小的方案A的氣道流通能力增加較少，而圓弧半徑ra較大的方案C的氣道流通能力增加較多。當(dāng)氣門升程分別為2.5 mm、3.5 mm、4.5 mm時(shí)，氣道的流通能力出現(xiàn)負(fù)增長，ra較小的方案流通能力相對(duì)較高，當(dāng)氣門升程為5.5 mm、6.5 mm、7.5 mm時(shí)，氣道的流通能力也出現(xiàn)負(fù)增長，具有較低ra的方案，流通能力相對(duì)較高。

當(dāng)氣門升程為1.5 mm時(shí)，方案A、方案B、方案C的滾流比均出現(xiàn)較大幅度的負(fù)增長，具有較低ra的方案，其滾流比也相對(duì)較小。當(dāng)氣門升程為2.5 mm時(shí)，所有方案的滾流比均呈現(xiàn)增長態(tài)勢(shì)，ra較小，則相對(duì)應(yīng)方案的滾流比較高。當(dāng)氣門升程為3.5 mm、5.5 mm時(shí)，各個(gè)方案滾流比都有不足5%的增長，ra較大，則相對(duì)應(yīng)方案的滾流比較大。當(dāng)氣門升程為4.5 mm、6.5 mm、7.5 mm時(shí)，各個(gè)方案滾流比都有不足5%的下降，ra較大，則相對(duì)應(yīng)方案的滾流比也較大。

3 結(jié)論

進(jìn)氣道總管與兩支管之間的銜接區(qū)域向進(jìn)氣道入口方向移動(dòng)后，各氣門升程對(duì)應(yīng)的流量系數(shù)總體上出現(xiàn)了0.5%以內(nèi)的損減，總體上對(duì)氣道的流通能力影響較為有限。調(diào)整銜接區(qū)域圓弧半徑ra對(duì)氣道流通能力的影響也不顯著。在中低氣門升程狀態(tài)之下，滾流比受銜接區(qū)域位置改變的影響相對(duì)較高。在較高和較低氣門升程狀態(tài)之下分別調(diào)整銜接區(qū)域圓弧半徑ra對(duì)流量系數(shù)和滾流比產(chǎn)生的影響規(guī)律相反。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王 健，劉德新，劉書亮，等.四氣門汽油機(jī)進(jìn)氣道流動(dòng)特性的穩(wěn)流試驗(yàn)研究[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2004，22（2）：182-186.