关于汽车发动机进气歧管的塑料化设计技术研究_新闻_

荣健

[摘要]在发动机进气系统中，进气歧管是一个非常重要的组成部分，它的功用就是把洁净的空气均匀的分配到各缸进气道中。发动机进气系统的气体流动非常复杂，它除了会对发动机的充气效率与换气损失造成一定的影响外，也会对发动机的经济性与动力性有较为重要的影响。本文就关于汽车发动机进气歧管的设计技术进行分析探讨。

[关键词]发动机进气歧管优化设计

中图分类号：N945.15 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0005-01

引言

发动机是汽车的心脏，然而进气歧管是发动机进气系统最重要的部件，进气系统决定着发动机的进气效率和各缸充气均匀性，对整机性能有非常大的影响。进气歧管的基本功能是将汽油和空气按一定比例混合成“混合气”，分配到发动机的各气缸中，使燃气充分燃烧。目前塑料进气歧管已经成功的开发和应用本文就相关的进气歧管的设计技术进行分析。

1.发动机进气歧管的发展现状及前景

由于塑料进气歧管的内壁光滑，气流阻力小，因此充气效率明显提高；同时混合气分配均匀，排放也得到改善，发动机的动力性能明显改善；塑料制成的零部件不仅明显减轻了发动机的重量，而且具有金属零部件所无可比拟的优越性能，塑料进气歧管与传统的铝合金进气歧管相比，具有质轻、设计自由度大、成本低，节能，环保三大优点。目前欧美、日本、韩国等发达国家汽车制造商已经普及采用塑料进气歧管，实现了金属进气歧管的塑料化，特别是宝马等高档车型使用，为进气歧管的塑料化生产带来了巨大的市场引导作用。

汽车进气管注塑模及进气管注塑制品以其优异的性能和应用前景博得了消费者和各国汽车企业界的青睐。大辐度减轻重量的发动机塑料进气管歧管替代金属发动机进气管歧管是必然趋势，其开发应用也是一个巨大的潜在经济市场。在今后的汽车车型的开发制造中，塑料发动机进气管歧管将得到更加迅猛的发展推广和应用。

2.汽车发动机进气歧管使用要求

汽车进气歧管由于与发动机缸盖相连，在工作状态下，会引起震动，温度往往在130℃～150℃，因此在设计时，进气歧管需要能够承受高温，能够保证在发动机异常回火状态下，仍然能够工作，因此需要很高的强度。连接时进气歧管必须能够与各传感器、执行器元件的尺寸相匹配。由于机舱内环境的复杂性。汽车进气歧管材料必须能够耐高温、耐腐蚀、强的化学稳定性以及很好的相溶性能，还必须具有一定的强度和刚度满足工作环境的变化。

3.汽车发动机进气歧管的作用及关键设计技术研究

3.1 压力传感器关键技术

进气压力传感器：反映进气歧管内的绝对压力大小的变化，是向ECU（发动机电控单元）提供计算喷油持续时间的基准信号；空气流量传感器：测量发动机吸入的空气量，提供给ECU作为喷油时间的基准信号；节气门位置传感器：测量节气门打开的角度，提供给ECU作为断油、控制燃油/空气比、点火提前角修正的基准信号；氧传感器：检测排气中的氧浓度，提供给ECU作为控制燃油/空气比在最佳值（理论值）附近的的基准信号；进气温度传感器：检测进气温度，提供给ECU作为计算空气密度的依据；

3.2 汽车发动机进气歧管关键设计技术

3.2.1 可变进气歧管技术

发动机在运转的时候，进气门不停的在开启与关闭，气门开启的时候，进气歧管当中的混合气以一定的速度通过气门进入到汽缸中，当气门关闭的时候混合气受阻就会发生反弹，持续一段时间就会产生震动频率。假如进气歧管相对较短，这种频率就会变得更加快；假如进气歧管相对较长，频率就会变得相对较慢。假如进气歧管当中混合气的震荡频率和进气门开启的时间达到共振的话，则这时候的进气效率就是非常高的。因此可变进气歧管的开发和应用，使发动机高速与低速的时候都能够获得最佳配气。

发动机在低转速的时候，控制阀片关闭，使气流流动的路径增加即长气道，就能够增加进气的气压强度与气流速度，从而使得汽油得到更好的雾化，燃烧的更好，使扭矩得到提高。发动机在高转速的时候就需要大量的混合气，控制阀片开启，使气流流动的路径变短即短气道，从而发动机吸入更多的混合气，输出功率得到提高。图示可变长度进气歧管的原理图。

由于混合气是具有质量的流体，在进气管当中的流动状态非常丰富，工程上通常都要运用流体力学来优化它的内部设计，气道的均衡性分析常用的CFD分析软件是star ccm+.通过分析优化气道，使均衡性在1%以内。汽车发动机的工作转速间隔高达数千转，各工况的进气需求都不同。于是，工程师对进气歧管进行更加深入的开发——让进气歧管“变”起来。

3.2.2 进气歧管数据优化技术

1）进气歧管管长的优化

开发某款发动机进气管过程中，在进气歧管其他参数如管径与压损相一致的情况下，选用不同管长的进气歧管来进行分析性能，分析软件是GT power。原进气歧管管长400mm，增加进气歧管的长度，相应发动机中低速区域段扭矩明确增加，在达到最大值后，平缓下降，相对而言，随着进气歧管的加长，发动机高速区域段扭矩下降。同时在进气歧管加长的情况下，发动机的最大功率有所降低，而且功率随着管长的增加而幅度越来越大，发动机转速在5000r/min下，低速功率也是随着管长的增加而降低，通过多轮的分析优化，气道长度的调整，进气歧管管长在560mm处最佳。

2）进气歧管管径优化

在另一款发动机进气歧管的开发过程，在发动机进气歧管其它参数如管长以及压损等不变的情况下，研究不同管径大小对发动机性能的影响。发现管径的加大，使高速段扭矩相应增加，但是低速段扭矩却是相应减小。随着管径的加大，发动机高速段功率越来越大，但低速段发电动机功率是越来越小，综合考虑到低速与高速两种性能，通过分析软件优化调整，进气歧管直径取31mm最佳。

3）发动机进气歧管压损的优化

发动机进气歧管压损的优化过程，在发动机进气歧管管径以及管长不变的情况下比较不同压损对发电机性能带来的影响。在压损不同情况下，发动机高速阶段受影响比较大，对低速阶段影响不大。发动机高速阶段功率随弯曲半径的增加相应的增加，低速阶段功率没有太大变化，综合优化分析，进气歧管长度取值400mm管压损最佳。

4 结束语

塑料进气歧管可比铝进气歧管重量减轻50%以上，发动机动力性得到5～10%的提升，经济性和排放性也有相当改善，材料和制造成本都可得到降低。但是塑料进气歧管作为发动机进气系统最关键的零部件。发动机进气歧管的性能高低影响着发动机的运行效果，因此对汽车发动机进气歧管的设计技术的开发提高、完善优化的研究将会一直持续下去。

参考文献

[1] 俞培泳，崔振伟.CA3GA2发动机进气歧管的设计与开发[J].天津汽车. 2008（07）.

[2] 李伟.电喷发动机进气歧管设计开发新方法[J].山东内燃机.2005（03）.