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[发动机] 发动机进气歧管采用的先进技术

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发表于 2020-6-10 08:57:51 | 显示全部楼层 |阅读模式

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发动机进气歧管采用的先进技术

刘家昕

(辽宁工程技术大学,辽宁 阜新 123000)

【中国汽车材料网】摘 要:进气歧管是发动机重要零部件之一,它的设计结构影响着发动机的性能,文章在论述了发动机进气歧管采用的先进技术,主要有可变进气歧管(可变长度和可变截面积)、集成中冷结构的进气歧管、可控燃烧速率、可变涡流控制的进气歧管。
关键词:可变进气歧管;集成中冷结构的进气歧管;可控燃烧速率;可变涡流控制

前言
时代在进步,科技在发展,汽车作为人们的交通工具越来越普及,汽车尾气的排放要求日加严格,对发动机的性能要求越来越高。发动机作为汽车的动力也采用了相当多日新月异的技术。
进气歧管是发动机的主要零部件之一,直接关系着发动机各缸进气的均匀性,影响着发动机的性能,现在的进气歧管也有采用了很多先进的技术,不再是单一简单的结构设计。

1 可变进气歧管
可变进气歧管分为可变长度和可变截面积的进气歧管。可变长度就是气道长度可变,可变截面就是进气截面积可变。
1.1 可变长度的进气歧管
可变长度进气歧管的基本原理,进气门时开时关使得进气管内气体的流动处于波动状态,当进气门关闭时,进气管内流动的气体因急速停止而受到压缩,在进气门附近产生一个正压力波,向进气管入口端传播。正压波到了进气管入口后反射回行,形成负压力波并向进气门处传播,如果此时进气门仍处于关闭状态,改负压力波反射回行向进气管入口端传递。在进气管里,正负压力波往返交替传递,直到下一个循环开始,进气门打开。如果下一循环进气开始时,刚好是压力表传到进气门处,则会使进气压力和充气效率提高,反之则反。当进气门开关的频率与管内其它的波动频率相同时,则可产生共振,增大进气量。
可变进气歧管就是充分利用进气波动效应和尽量满足发动机在不同转速下所需的进气量,从而达到改善发动机经济性和动力性的目的。因此要求发动机在高转速大负荷时采用粗短的进气歧管,在中低转速和中小负荷下采用较长的进气歧管。
可变长度进气歧管一般是由电动开关对转换阀进行控制,在低速时,电控开关关闭转化阀,气体从较长气道进入气缸,获得较好的低速扭矩;而在高速时,电控开关打开转化阀,大部分气体从较短的气道进入气缸,提高高速的功率,某16L可变进气歧管长管长530mm,短管长330mm,采用可变长度后,扭矩最大增加5.3%,功率最大增加6.1%。
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图1 关闭转化阀,长管状态


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图2 打开转换阀短管状态


1.2 可变截面积进气歧管
在发动机高转速时使用较大的进气歧管截面积,提高进气流量;在低转速时使用较小的进气歧管截面积,提高气缸的进气负压,也能在气缸内充分形成涡流,让空气与汽油混合的更好。
可变截面积的进气歧管的气道长度和腔体大小是固定的,只是在气道出口区域增加一个碟片式的控制机构,通过其旋转控制气道截面积的大小。当发动机低中转速时,控制阀关闭,空气从较细长的主进气歧管进入气缸;当发动机高速运转时,控制阀打开,空气从主副进气歧管进入气缸。
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图3 可变截面积进气歧管示意图及总成


2 集成中冷结构的进气歧管
目前,最普遍的中冷器是安装在车辆前端,采用空气冷却。这种中冷器布置起来管路较长,零件较多,空气经过空滤后进入增压器涡端进气口,压缩后的气体从压缩机端进入中冷器,降低温度后进入节气门体,整个系统中,零件之间用胶管连接,管路相对较长,气体压力损失较大,空间占用相对大。
集成中冷器的涡轮增压发动机进气歧管将常规风冷中冷器改成水冷中冷器,并集成于进气歧管内部,从而取消了中冷器出气管,缩短了中冷器进气管的长度和容量,大大减少了增压后进气管路的长度和容量,提升了发动机的瞬态响应性能,提升了车辆动力性能。
某机型原型进气歧管结构较简单,集成中冷结构后的进气歧管如图4,中冷器用螺栓固定,密封垫密封。
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图4 某集成中冷的进气歧管

图4 集成中冷结构进气歧管进行试验,采用流量15kw的电子水泵能够有效控制进气温度在35℃~45℃,进气系统的压力损失相对空冷降低了64.7mbar,发动机性能有所提升,扭矩最大提升2.5%,功率最大提升2%。


3 可控燃烧速率
可控燃烧速率简称CBR(Controlled Burn Rate),通过改变进气气流的走向来控制发动机燃烧的目的。
其工作原理为:在发动机缸盖的进气侧,每一个燃烧室对应有两个分开的进气道,其中一个为中性气道设计,一个为切向气道设计。当中性气道关闭时,空气主要通过切向气道进入燃烧室,于是在燃烧室内会形成涡流,这样就加速和显著提高了燃烧效率,CBR系统工作是只有两种状态:“打开”和“关闭”,这一过程通过滑板或者蝶阀来完成,其信号由ECU控制,当发动机启动时,需要较多的燃油,空燃比小,CBR处于关闭状态,当发动机全速大负荷运转时,CBR系统处于打开状态,这样能有效控制燃烧,改善油耗和排放。
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图5 可变燃烧速率示意图



4 可变涡流控制
可变涡流控制通过控制进气涡流强度的大小来控制燃烧的反应程度和最高温度,从而改善发动机的燃烧和排放。其工作原理是:在低速时,低速涡流气道关闭,气流通过高速涡流气道产生高速涡流,提高涡流强度,使燃烧加速并且完全,优化低速动力性能;在中高转速下,低速涡流气道打开,产生低速涡流,降低气缸燃烧的最高温度,从而达到改善排放的目的。
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图6 可变涡流控制示意图


5 结束语
进气歧管随着发动机技术的发展也在采用着一些先进的技术,综上可变长度和可变截面积进气歧管、集成中冷结构的进气歧管、可控燃烧速率、可变涡流控制,采用后一定程度上提高了发动机的性能,降低发动机的排放,优化了空间布置。

参考文献
[1] 陈家瑞.汽车构造.[M]机械工业出版社,2005.
[2] 周龙宝.内燃机学.[M]机械工业出版社,2010.
[3] 刘峥,张扬军.内燃机一维定常流动.[M]清华大学出版社,2007.
[4] 张小虞.汽车工程手册.[M]人民交通出版社,2001.
[5] 袁兆成.内燃机设计.[M]机械工业出版社,2008.
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