內(nèi)燃機進氣管是指將內(nèi)燃機機器燃燒需要的氣體,導(dǎo)入機器內(nèi)部的氣管。進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,在高性能的汽油機上采用了直線型進氣系統(tǒng),在直線化的同時,還應(yīng)合理設(shè)計氣道節(jié)流和進氣管長度,布置適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓腔容積等,以期達到高轉(zhuǎn)、高功率的目的。
不同形狀、長短、截面積的進氣管形狀,代表著這臺發(fā)動機的設(shè)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,利于在高轉(zhuǎn)形成共振,提高進氣效率,同時也便于布置噴油嘴,一般適用于強調(diào)高轉(zhuǎn)表現(xiàn)的發(fā)動機;而回旋進氣道能有利于在進氣時產(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,一般適用于強調(diào)低轉(zhuǎn)表現(xiàn)的發(fā)動機。
例如寶馬的招牌,搭載在M5上的V10發(fā)動機,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)動機的響應(yīng)速度、高轉(zhuǎn)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(xiàn)對高性能的詮釋。這臺V10發(fā)動機的十個進氣管都是采用非常短的垂直設(shè)計,并且在每個進氣管都裝有節(jié)氣閥,這些是強調(diào)高轉(zhuǎn)、響應(yīng)的最明顯設(shè)計特征。
而進氣道旋轉(zhuǎn)最明顯的則是柴油發(fā)動機,一般柴油發(fā)動機的轉(zhuǎn)速都不高,強調(diào)的是低轉(zhuǎn)速時的動力表現(xiàn),所以柴油發(fā)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(shù),以求產(chǎn)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(dāng)轉(zhuǎn)速提升后,進氣的速度和頻率越來越快,這種空氣流動慣性所產(chǎn)生的渦流卻變成了一種降低進氣效率的罪魁禍首,不便于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,垂直的進氣道更加適合發(fā)動機的工況需求。
兩種形狀的進氣管,噴油嘴的布置位置也不相同。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(nèi)直噴技術(shù)(如三菱的GDI),即使如同寶馬M5的V10發(fā)動機,沒有采用缸內(nèi)直噴,也能把噴油嘴布置得很靠近進氣閥。
這樣一來,發(fā)動機的動力性和響應(yīng)性就都能得到提高。但是回旋進氣道,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氣閥比較遠,油氣混合物要經(jīng)過較長的距離才能到達汽缸內(nèi),這就大大減低了發(fā)動機的響應(yīng)性,并且一部分混合氣會附著在進氣道內(nèi)壁,經(jīng)濟性也會受牽連。
進氣管是電控燃油噴射式發(fā)動機和化油器式發(fā)動機區(qū)別最大的結(jié)構(gòu)件之一 。電噴發(fā)動機因進氣管中只有空氣流過,所以在進行進氣管結(jié)構(gòu)設(shè)計時,應(yīng)充分考慮進氣管的動態(tài)效應(yīng)(慣性效應(yīng)和波動效應(yīng))以提高充氣效率,此外還要考慮進氣均勻性 。進氣系統(tǒng)與發(fā)動機進行良好的動態(tài)匹配,使發(fā)動機的扭矩特性可在較寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較大的提高。在實際應(yīng)用中,有按特定轉(zhuǎn)速區(qū)域,利用進氣時的慣性效應(yīng)和波動效應(yīng)設(shè)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(jié)構(gòu)參數(shù)中,決定波動效應(yīng)對進氣影響的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是進氣歧管的長度。為確保利用波動效應(yīng),應(yīng)盡量保證足夠大的穩(wěn)壓腔容積。進氣管主要參數(shù)對發(fā)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(jù)節(jié)氣門直徑確定。
(2)進氣歧管直徑,決定各缸的進氣量,根據(jù)進氣道入口直徑確定。
(3)進氣歧管長度,影響動態(tài)效應(yīng)的作用。在進氣管優(yōu)化計算中,將其作為目標參數(shù)進行優(yōu)化。
(4)穩(wěn)壓腔容積,影響波動(諧振)效應(yīng) 。合適的穩(wěn)壓腔容積不僅可以利用波動效應(yīng)提高充氣效率,而且可以使穩(wěn)壓腔內(nèi)的壓力環(huán)境相對穩(wěn)定,為利用動態(tài)效應(yīng)提供良好條件,同時消除各缸進氣互相干擾,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(yōu)化計算的優(yōu)化目標參數(shù)為進氣歧管長度和穩(wěn)壓腔等效直徑。
進氣管包括進氣主管與進氣支管。發(fā)動機除要求動力性外,還必須有好的經(jīng)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(fā)、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(jīng)濟考慮,進氣管宜選小些,故必須根據(jù)用途諧調(diào)處理。
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