发动机进气歧管选型的试验研究

卢兆强，吴 颂

（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西 柳州 545007）

发动机进气歧管选型的试验研究

卢兆强，吴 颂

（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西 柳州 545007）

针对发动机进气歧管选型的试验研究问题，先用AVL-BOOST建立发动机模型，模拟出有利于低速工况的进气岐管长度范围，并在此范围内选择3种长度，利用快速成型技术制作出进气歧管，通过台架试验性能对比，选出一款低速性能最优的岐管，以供二代机使用。

发动机；进气歧管；选型；BOOST

随着中国城市化的扩张，城市车辆快速增加，日益增长的车辆数量与发展相对缓慢的道路的矛盾，越来越突出，堵车现象越来越严重，汽车运行在城市道路上，发动机长时间在低速下运行，充气效率低，燃烧不充分，造成油耗高和排放差，给本来已经日渐枯竭的石油资源、日趋严重的温室效应和日渐恶劣的生活环境，带来更为沉重的压力和破坏。因此，改善发动机低速工况的燃油经济性、排放性和动力性，是每一个汽车企业共同的责任。此款发动机在前期已经进行了改进进排气凸轮型线、优化MOP角度、增加VVT、改进进气口形状等措施，发动机的动力、经济和排放性能，均得到了显著的改善，本次通过选择出一款最有利于低速性能的进气岐管，匹配到二代发动机上，进一步提高了发动机的低速性能。

1 原理分析

对于汽油机而言，进气量决定了发动机的动力性能，因此选择最佳尺寸的进气歧管非常重要。发动机的进气过程，是一个复杂的脉动和谐振过程，该过程和进气系统结构参数有着直接的关系，可以通过一个公式进行量化分析，管道长度影响进气管道内压力波的谐振频率，进气管道长度与谐振频率的关系式：

式中，

K为绝热指数；

R为理想气体常数；

T为绝对温度；

n为发动机转速；

l为等效管长；

Km为谐振频率。

由式（1）可知，管道长度与谐振频率成反比关系，改变进气系统管道长度，可以调整进气谐振频率。增大管道长度，谐振频率减小，使得进气谐振点向低转速移动；反之，则向高转速移动。在进气歧管中，当进气开始时，活塞下行时所造成的进气门处的压力减小，波动会迅速传导到进气歧管的进口，变为压力增加的反射波反射回来。如果进气管的长度选择合理，增加压力的反射波在进气门关闭之前到达进气门，则可以增加进气末期的压力，提高进气量。压力波传播的时间，主要由进气管的长度决定。

所以，长进气岐管在低速时，有较好的波动充气效果，扭矩较好；但在高速时，由于进气岐管截面积较小，阻力相对较大，从而降低了充气效率，功率较低。因此，长进气管对低速时扭矩有利，短进气管对高速时功率有利。因而可以利用这一特性，来提高低转速下气缸的充气效率和改善发动机动力性能。

2 建立发动机模型

运用著名的发动机性能模拟分析软件AVL-BOOST建立发动机模型，如图1所示。

图1 运用AVL-BOOST建立发动机模型

输入发动机相关参数，如表1所列。

表1 发动机相关参数表

进行模拟计算，各进气歧管长度对发动机进气量及性能的影响，如图2曲线所示。

图2 进气歧管长度对发动机峰值扭矩的影响

3 选型制作样件

如图3所示，根据项目会议的讨论，优化目标定为90%最大扭矩转速区域落在1800～5400 r/min，1000～4500 r/min要全面优于一代机。为了实现这个目标，除了前期的增加进气VVT、改进进排气凸轮型线、改进进气口形状，还需要对进气歧管长度进行优化，根据AVL-BOOST的模拟计算结果，选定600mm、635mm、660mm这3种歧管进行选型试验，利用快速成型技术制作出试验用样件。

4 选型试验

主要试验条件如表2所列，试验方法按照GB/T18297-2001的相关内容进行。

表2 主要试验条件表

通过开展WOT试验，对比发动机的动力性能。

5 主要性能数据分析

通过对比试验数据，发动机低速区域的外特性，635mm进气歧管明显优于一代机的430mm，动力性在1000～3600 r/min提高了约20%，并且90%最大扭矩转速区域落在1800～5400 r/min，达到了选型目标，因此，选择635mm进气歧管用于二代机。

图3 发动机性能对比曲线

较长的进气岐管，使得发动机在低速区域的动力性能，有了明显的改善，但这是以牺牲部分高速性能为代价的，这也给下一步进气歧管的改进，指明了方向。VIM（可变长度进气歧管），长、短管集成于一体，在低速区域使用长管，小管径，以增加空气流速，从而增强进气涡流，改进燃烧，提高燃油经济性；在高速区域使用短管，大管径，以提高进气效率，增大进气流量，通过模拟与试验确定长短管的切换点，根据经验，此点会落在4000～4500 r/min之间，使得发动机在特定的转速选择合适的进气岐管长度，高速能得到澎湃的动力性能，低速能有优良的燃油经济性和排放性能。

6 结束语

在发动机进气歧管开发过程中，CAD/CAE技术的联合使用，可以缩短开发周期，降低开发成本，对其设计效率及设计水平有很大的帮助。

长进气歧管长度使得最高功率点、最大扭矩点向低速移动，有助于改善发动机中低转速的外特性上的动力性能。通过这次进气歧管选型试验，达到了优化目标，使得中低速区域的动力性有了显著的提高。

通过发动机台架试验，验证了各进气歧管长度的对整机性能的影响，经过反复优化，最终达到开发目标。本次选型试验，也验证了岐管长度对发动机性能的影响趋势，确立了下一步改进目标，即采用可变长度进气岐管。

[1]周龙保.内燃机学[M].北京：机械工业出版社，1999.

[2]李景渊.发动机进气系统性能分析研究[D].重庆：重庆大学，2005.

[3]汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册[K].北京：人民交通出版社，2001.

The Selecting Test Sesearch of Engine Intake Manifold

LU Zhao-qiang，WU song
（SAIC-GM-Wuling Automobile Co.,Ltd.，TDC，Liuzhou Guangxi545007，China）

The question of selecting manifold test investigation,frist,use AVL-BOOST to set up a engine model,which can simulate the best area length of the manifold,choose three different length from this area,and,do the manifold with the fastmoulding technology.Contrasting the performance,select the best length of manifold with low speed for the secondly engine.

engine；manifold；select；BOOST

U464.134+.4

A

1672-545X（2011）09-0026-02

2011-06-18

卢兆强（1983-），男，山东人，工程师，主要研究方向为发动机燃烧开发。