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進(jìn)氣管

內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管是指將內(nèi)燃機(jī)機(jī)器燃燒需要的氣體,導(dǎo)入機(jī)器內(nèi)部的氣管。進(jìn)氣管必須保證足夠的流通面積,避免轉(zhuǎn)彎及截面突變,改善管道表面的光潔度等,以減小阻力。為此,在高性能的汽油機(jī)上采用了直線型進(jìn)氣系統(tǒng),在直線化的同時(shí),還應(yīng)合理設(shè)計(jì)氣道節(jié)流和進(jìn)氣管長度,布置適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓腔容積等,以期達(dá)到高轉(zhuǎn)、高功率的目的。

1 進(jìn)氣管進(jìn)氣管分類

不同形狀、長短、截面積的進(jìn)氣管形狀,代表著這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)訴求。從形狀上看,進(jìn)氣管可分為垂直進(jìn)氣道和回旋進(jìn)氣道。
垂直進(jìn)氣道因?yàn)檫M(jìn)氣阻力小,利于在高轉(zhuǎn)形成共振,提高進(jìn)氣效率,同時(shí)也便于布置噴油嘴,一般適用于強(qiáng)調(diào)高轉(zhuǎn)表現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī);而回旋進(jìn)氣道能有利于在進(jìn)氣時(shí)產(chǎn)生渦流,提高空氣和汽油的混合度,利于在低轉(zhuǎn)提高缸內(nèi)燃燒效率,一般適用于強(qiáng)調(diào)低轉(zhuǎn)表現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)。

例如寶馬的招牌,搭載在M5上的V10發(fā)動(dòng)機(jī),它沒有像日本的三菱、本田那樣采用很多復(fù)雜的技術(shù)來提升發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速度、高轉(zhuǎn)速時(shí)的大功率輸出等等, 而是采用最直接、最純粹的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)高性能的詮釋。這臺(tái)V10發(fā)動(dòng)機(jī)的十個(gè)進(jìn)氣管都是采用非常短的垂直設(shè)計(jì),并且在每個(gè)進(jìn)氣管都裝有節(jié)氣閥,這些是強(qiáng)調(diào)高轉(zhuǎn)、響應(yīng)的最明顯設(shè)計(jì)特征。

而進(jìn)氣道旋轉(zhuǎn)最明顯的則是柴油發(fā)動(dòng)機(jī),一般柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速都不高,強(qiáng)調(diào)的是低轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng)力表現(xiàn),所以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)毫不例外的全是采用回旋進(jìn)氣道。有的柴油車還刻意增加進(jìn)氣道末端的回旋度數(shù),以求產(chǎn)生最大限度的進(jìn)氣渦流,達(dá)到提高空氣和燃油混合程度的目的。

而當(dāng)轉(zhuǎn)速提升后,進(jìn)氣的速度和頻率越來越快,這種空氣流動(dòng)慣性所產(chǎn)生的渦流卻變成了一種降低進(jìn)氣效率的罪魁禍?zhǔn)?,不便于油氣混合物更多更快的被吸入氣缸。其?shí)這很好理解,一個(gè)回旋的管路,對(duì)于空氣產(chǎn)生的氣阻,肯定是要比直通的管路要大得多的。所以這時(shí),垂直的進(jìn)氣道更加適合發(fā)動(dòng)機(jī)的工況需求。

進(jìn)氣管形狀對(duì)噴油嘴的要求

兩種形狀的進(jìn)氣管,噴油嘴的布置位置也不相同。垂直進(jìn)氣管因?yàn)樾螤詈?jiǎn)單,占用空間小,進(jìn)氣效率高,更加適合采用缸內(nèi)直噴技術(shù)(如三菱的GDI),即使如同寶馬M5的V10發(fā)動(dòng)機(jī),沒有采用缸內(nèi)直噴,也能把噴油嘴布置得很靠近進(jìn)氣閥。
這樣一來,發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和響應(yīng)性就都能得到提高。但是回旋進(jìn)氣道,必須采用較為復(fù)雜的螺旋狀,這樣比較占空間,所以一般噴油嘴都離進(jìn)氣閥比較遠(yuǎn),油氣混合物要經(jīng)過較長的距離才能到達(dá)汽缸內(nèi),這就大大減低了發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)性,并且一部分混合氣會(huì)附著在進(jìn)氣道內(nèi)壁,經(jīng)濟(jì)性也會(huì)受牽連。

2 進(jìn)氣管性能影響

進(jìn)氣管是電控燃油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)和化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)別最大的結(jié)構(gòu)件之一 。電噴發(fā)動(dòng)機(jī)因進(jìn)氣管中只有空氣流過,所以在進(jìn)行進(jìn)氣管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮進(jìn)氣管的動(dòng)態(tài)效應(yīng)(慣性效應(yīng)和波動(dòng)效應(yīng))以提高充氣效率,此外還要考慮進(jìn)氣均勻性 。進(jìn)氣系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行良好的動(dòng)態(tài)匹配,使發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性可在較寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較大的提高。在實(shí)際應(yīng)用中,有按特定轉(zhuǎn)速區(qū)域,利用進(jìn)氣時(shí)的慣性效應(yīng)和波動(dòng)效應(yīng)設(shè)計(jì)的具有特定長度的進(jìn)氣管,也有可變長度的進(jìn)氣管。

在進(jìn)氣歧管的結(jié)構(gòu)參數(shù)中,決定波動(dòng)效應(yīng)對(duì)進(jìn)氣影響的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是進(jìn)氣歧管的長度。為確保利用波動(dòng)效應(yīng),應(yīng)盡量保證足夠大的穩(wěn)壓腔容積。進(jìn)氣管主要參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣性能的影響歸納為:

(1)進(jìn)氣管進(jìn)氣口直徑,決定總進(jìn)氣量,根據(jù)節(jié)氣門直徑確定。

(2)進(jìn)氣歧管直徑,決定各缸的進(jìn)氣量,根據(jù)進(jìn)氣道入口直徑確定。

(3)進(jìn)氣歧管長度,影響動(dòng)態(tài)效應(yīng)的作用。在進(jìn)氣管優(yōu)化計(jì)算中,將其作為目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

(4)穩(wěn)壓腔容積,影響波動(dòng)(諧振)效應(yīng) 。合適的穩(wěn)壓腔容積不僅可以利用波動(dòng)效應(yīng)提高充氣效率,而且可以使穩(wěn)壓腔內(nèi)的壓力環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定,為利用動(dòng)態(tài)效應(yīng)提供良好條件,同時(shí)消除各缸進(jìn)氣互相干擾,提高進(jìn)氣均勻性。

(5)進(jìn)氣口方向,影響進(jìn)氣均勻性。通過對(duì)各種因素的分析,確定進(jìn)氣管優(yōu)化計(jì)算的優(yōu)化目標(biāo)參數(shù)為進(jìn)氣歧管長度和穩(wěn)壓腔等效直徑。

3 進(jìn)氣管設(shè)計(jì)要求

進(jìn)氣管包括進(jìn)氣主管與進(jìn)氣支管。發(fā)動(dòng)機(jī)除要求動(dòng)力性外,還必須有好的經(jīng)濟(jì)型和排放性能。在汽油機(jī)上,進(jìn)氣管還必須考慮燃燒的霧化、蒸發(fā)、分配以及壓力波的利用等問題。在柴油機(jī)上,還要求氣流通過進(jìn)氣道在汽缸中形成進(jìn)氣渦流,以改善混合氣形成和燃燒。這些要求往往互相矛盾,如,為得到高速、高功率,進(jìn)氣管直徑宜選大些,而為中,低速經(jīng)濟(jì)考慮,進(jìn)氣管宜選小些,故必須根據(jù)用途諧調(diào)處理。

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