什麼是進氣管?

內燃機進氣管是指將內燃機機器燃燒需要的氣體,導入機器內部的氣管。進氣管必須保證足夠的流通面積,避免轉彎及截面突變,改善管道表面的光潔度等,以減小阻力。為此,在高性能的汽油機上采用瞭直線型進氣系統,在直線化的同時,還應合理設計氣道節流和進氣管長度,佈置適當的穩壓腔容積等,以期達到高轉、高功率的目的。

1.進氣管進氣管分類

不同形狀、長短、截面積的進氣管形狀,代表著這臺發動機的設計訴求。從形狀上看,進氣管可分為垂直進氣道和回旋進氣道。
垂直進氣道因為進氣阻力小,利於在高轉形成共振,提高進氣效率,同時也便於佈置噴油嘴,一般適用於強調高轉表現的發動機;而回旋進氣道能有利於在進氣時產生渦流,提高空氣和汽油的混合度,利於在低轉提高缸內燃燒效率,一般適用於強調低轉表現的發動機。

例如寶馬的招牌,搭載在M5上的V10發動機,它沒有像日本的三菱、本田那樣采用很多復雜的技術來提升發動機的響應速度、高轉速時的大功率輸出等等, 而是采用最直接、最純粹的方式來實現對高性能的詮釋。這臺V10發動機的十個進氣管都是采用非常短的垂直設計,並且在每個進氣管都裝有節氣閥,這些是強調高轉、響應的最明顯設計特征。

而進氣道旋轉最明顯的則是柴油發動機,一般柴油發動機的轉速都不高,強調的是低轉速時的動力表現,所以柴油發動機毫不例外的全是采用回旋進氣道。有的柴油車還刻意增加進氣道末端的回旋度數,以求產生最大限度的進氣渦流,達到提高空氣和燃油混合程度的目的。

而當轉速提升後,進氣的速度和頻率越來越快,這種空氣流動慣性所產生的渦流卻變成瞭一種降低進氣效率的罪魁禍首,不便於油氣混合物更多更快的被吸入氣缸。其實這很好理解,一個回旋的管路,對於空氣產生的氣阻,肯定是要比直通的管路要大得多的。所以這時,垂直的進氣道更加適合發動機的工況需求。

進氣管形狀對噴油嘴的要求

兩種形狀的進氣管,噴油嘴的佈置位置也不相同。垂直進氣管因為形狀簡單,占用空間小,進氣效率高,更加適合采用缸內直噴技術(如三菱的GDI),即使如同寶馬M5的V10發動機,沒有采用缸內直噴,也能把噴油嘴佈置得很靠近進氣閥。
這樣一來,發動機的動力性和響應性就都能得到提高。但是回旋進氣道,必須采用較為復雜的螺旋狀,這樣比較占空間,所以一般噴油嘴都離進氣閥比較遠,油氣混合物要經過較長的距離才能到達汽缸內,這就大大減低瞭發動機的響應性,並且一部分混合氣會附著在進氣道內壁,經濟性也會受牽連。

2.進氣管性能影響

進氣管是電控燃油噴射式發動機和化油器式發動機區別最大的結構件之一 。電噴發動機因進氣管中隻有空氣流過,所以在進行進氣管結構設計時,應充分考慮進氣管的動態效應(慣性效應和波動效應)以提高充氣效率,此外還要考慮進氣均勻性 。進氣系統與發動機進行良好的動態匹配,使發動機的扭矩特性可在較寬廣的轉速范圍內有較大的提高。在實際應用中,有按特定轉速區域,利用進氣時的慣性效應和波動效應設計的具有特定長度的進氣管,也有可變長度的進氣管。

在進氣歧管的結構參數中,決定波動效應對進氣影響的主要結構參數是進氣歧管的長度。為確保利用波動效應,應盡量保證足夠大的穩壓腔容積。進氣管主要參數對發動機進氣性能的影響歸納為:

(1)進氣管進氣口直徑,決定總進氣量,根據節氣門直徑確定。

(2)進氣歧管直徑,決定各缸的進氣量,根據進氣道入口直徑確定。

(3)進氣歧管長度,影響動態效應的作用。在進氣管優化計算中,將其作為目標參數進行優化。

(4)穩壓腔容積,影響波動(諧振)效應 。合適的穩壓腔容積不僅可以利用波動效應提高充氣效率,而且可以使穩壓腔內的壓力環境相對穩定,為利用動態效應提供良好條件,同時消除各缸進氣互相幹擾,提高進氣均勻性。

(5)進氣口方向,影響進氣均勻性。通過對各種因素的分析,確定進氣管優化計算的優化目標參數為進氣歧管長度和穩壓腔等效直徑。

3.進氣管設計要求

進氣管包括進氣主管與進氣支管。發動機除要求動力性外,還必須有好的經濟型和排放性能。在汽油機上,進氣管還必須考慮燃燒的霧化、蒸發、分配以及壓力波的利用等問題。在柴油機上,還要求氣流通過進氣道在汽缸中形成進氣渦流,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,進氣管直徑宜選大些,而為中,低速經濟考慮,進氣管宜選小些,故必須根據用途諧調處理。

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