进气波动效应研究与应用

章玲莉　田　帅　郭建东

（浙江钱江摩托股份有限公司浙江温岭317500）

进气波动效应研究与应用

章玲莉田帅郭建东

（浙江钱江摩托股份有限公司浙江温岭317500）

通过实例，分析了进气波动效应对发动机性能的影响。通过对不同进气管长度的进气过程进行分析，找出不同进气管长度对于发动机性能的影响规律，从而缩短发动机设计周期。

进气波动效应发动机性能

引言

波动效应是由于活塞的下行作用产生负压波，经气道流到进气入口端以正压波的形式反射回来。如果该正压波刚好在气门关闭之前到达，即可提高进气充量系数，从而提高发动机性能［1］。本文对进气系统波动效应的研究主要是对进气管长度的研究。通过某性能分析软件进行分析计算，然后进行台架试验。通过此性能分析软件计算，能够大大缩短设计周期。本文分别对不同进气管长度的进气过程进行分析研究，从而分析不同进气管长度对发动机性能的影响。

1　进气管长度的影响

图1为不同进气管长度下发动机性能变化示意图，利用性能分析软件对某型号发动机不同管长对发动机扭矩、功率、充气效率的影响进行计算，如图2所示，计算结果表明：短管高速性能较好，长管低速性能较好［2］。

图1　不同进气管长度下发动机性能变化示意图

图2　进气管长度对发动机性能影响

2　机理分析

2.14500 r/min模拟分析计算

图3为4 500 r/min模拟计算与分析结果图，由图3可知，转速为4 500 r/min时，长管进气质量流量明显高于短管，从而使低速段长管性能较好。由气道压力与缸压差值可知，在进气门开启时刻，主要对其正压部分进行分析，因为负压部分可从质量流量图中明显看到进气反喷和回流，其次在450°CA以后长管压差大，故进气质量流量高。

图3　4500 r/min模拟计算与分析

由图3b可知：4 500 r/min时短管的压力波动，圆圈所在区域处可以明显看到气体压力波动，由于短管进气波动频率高，在进气过程中来回波动，虽然在400°CA附近出现正压，且此时其进气质量流量也高于长管，但其在之后出现负压且由于压力波动的衰减导致其进气质量流量在进气末期一直低于长管；而长管进气波动频率低，在进气过程中仅波动一次，且恰好在进气的末期产生正压波，从而导致长管进气末期进气质量流量高于短管，最终导致4 500 r/min长管进气质量流量高于短管［3］。

2.28000 r/min模拟计算与分析

图4　8000 r/min模拟计算与分析

图4为8 000 r/min模拟计算与分析结果图，由图4可知：8 000 r/min短管进气质量流量明显高于长管，从而使高速段短管性能较好。由气道压力与缸压差值可知，在气门开启时刻，450°CA附近短管压差大，进气质量流量高，而长管在进气末期正压波反射回来，但气门已经关闭，进气质量流量提高较小，从而使高速时短管进气质量流量高于长管［3］。

图5为短管进气流速对比分析图，由图5可知，对于不同转速，虽然在进气末期长管的压差高于短管，但高转速时，由于气门开度小且持续角度短（低速450°CA～540°CA，高速500°CA～540°CA），从而使高转速短管进气质量流量高；高转速进气流速在450°CA附近时远高于低转速，高转速时，绝大部分进气量出现在气门开度最大时，此时进气压差大，可以弥补进气末期进气质量流量的差值，使整体进气质量流量高。

图5　短管进气流速对比分析

3　实例分析

钱江摩托车股份有限公司某发动机反映中低速性能低，运用发动机性能分析软件分析计算，提出改进方案，并在发动机台架上进行试验加以验证。

3.1发动机性能软件模拟分析

图6为发动机性能软件模拟分析图，由图6可知，分别将空滤器出气管长度改为50 mm，300 mm，350 mm，由boost模拟计算得出，随着空滤器出气管长度的增加，发动机高速性能降低，而中、低速性能提升。

图6　发动机性能软件模拟分析

3.2台架试验分析

图7为台架试验分析图，由图7可知，将空滤器出气管加长，台架试验反映出，中、低速性能提升，正好解决了发动机中低性能低的问题。

图7　台架试验分析

4　结论

1）低转速时，长管性能好，短管性能差。原因是：低转速时，长管波动周期长，其持续时间恰好为一个进气过程，其在进气末期的进气质量流量高于短管；而短管波动周期短，在进气过程中存在多次波动，尽管在峰值处进气质量流量高，但由于存在谷值及压力波衰减幅值降低，导致低转速时短管进气质量流量低于长管。

2）高转速时，长管性能差，短管性能好。原因是：高转速时，长管波动周期长，在一个进气过程中，其正压波反射回来时，进气门已接近关闭，进气质量流量偏低；而短管波动周期短，在进气过程中恰好有一个正压波出现，从而使进气质量流量提高。

1杨光兴，叶盛炎，程善斌，等.摩托车发动机原理与设计［M］.武汉：武汉测绘科技大学出版社，1993

2胡华强.摩托车发动机可变进气系统的研究［D］.天津：天津大学，2008

3周龙保.内燃机学［M］.北京：机械工业出版社，2005

Study and Application of Ripple Effect of Intake Air

Zhang Lingli，Tian Shuai，Guo Jiandong
Zhejiang Qianjiang Motorcycle Co.，Ltd.（Wenling，Zhejiang，317500，China）

By a practical example，the influence of the intake ripple effect on engine performance was analyzed.Intake processes of different intake pipes length were separately analyzed.The law of pipe length's impact on engine performance was found，thus the engine design cycle was shortened.

Intake，Ripple effect，Engine performance

TK413.4+5

A

2095-8234（2016）03-0029-03

章玲莉（1987—），女，本科，主要研究方向为发动机性能与CFD分析.

2016-04-20）