進氣波動效應研究與應用

章玲莉　田　帥　郭建東

（浙江錢江摩托股份有限公司浙江溫嶺317500）

進氣波動效應研究與應用

章玲莉田帥郭建東

（浙江錢江摩托股份有限公司浙江溫嶺317500）

通過實例，分析了進氣波動效應對發(fā)動機性能的影響。通過對不同進氣管長度的進氣過程進行分析，找出不同進氣管長度對于發(fā)動機性能的影響規(guī)律，從而縮短發(fā)動機設計周期。

進氣波動效應發(fā)動機性能

引言

波動效應是由于活塞的下行作用產(chǎn)生負壓波，經(jīng)氣道流到進氣入口端以正壓波的形式反射回來。如果該正壓波剛好在氣門關(guān)閉之前到達，即可提高進氣充量系數(shù)，從而提高發(fā)動機性能［1］。本文對進氣系統(tǒng)波動效應的研究主要是對進氣管長度的研究。通過某性能分析軟件進行分析計算，然后進行臺架試驗。通過此性能分析軟件計算，能夠大大縮短設計周期。本文分別對不同進氣管長度的進氣過程進行分析研究，從而分析不同進氣管長度對發(fā)動機性能的影響。

1　進氣管長度的影響

圖1為不同進氣管長度下發(fā)動機性能變化示意圖，利用性能分析軟件對某型號發(fā)動機不同管長對發(fā)動機扭矩、功率、充氣效率的影響進行計算，如圖2所示，計算結(jié)果表明：短管高速性能較好，長管低速性能較好［2］。

圖1　不同進氣管長度下發(fā)動機性能變化示意圖

圖2　進氣管長度對發(fā)動機性能影響

2　機理分析

2.14500 r/min模擬分析計算

圖3為4 500 r/min模擬計算與分析結(jié)果圖，由圖3可知，轉(zhuǎn)速為4 500 r/min時，長管進氣質(zhì)量流量明顯高于短管，從而使低速段長管性能較好。由氣道壓力與缸壓差值可知，在進氣門開啟時刻，主要對其正壓部分進行分析，因為負壓部分可從質(zhì)量流量圖中明顯看到進氣反噴和回流，其次在450°CA以后長管壓差大，故進氣質(zhì)量流量高。

圖3　4500 r/min模擬計算與分析

由圖3b可知：4 500 r/min時短管的壓力波動，圓圈所在區(qū)域處可以明顯看到氣體壓力波動，由于短管進氣波動頻率高，在進氣過程中來回波動，雖然在400°CA附近出現(xiàn)正壓，且此時其進氣質(zhì)量流量也高于長管，但其在之后出現(xiàn)負壓且由于壓力波動的衰減導致其進氣質(zhì)量流量在進氣末期一直低于長管；而長管進氣波動頻率低，在進氣過程中僅波動一次，且恰好在進氣的末期產(chǎn)生正壓波，從而導致長管進氣末期進氣質(zhì)量流量高于短管，最終導致4 500 r/min長管進氣質(zhì)量流量高于短管［3］。

2.28000 r/min模擬計算與分析

圖4　8000 r/min模擬計算與分析

圖4為8 000 r/min模擬計算與分析結(jié)果圖，由圖4可知：8 000 r/min短管進氣質(zhì)量流量明顯高于長管，從而使高速段短管性能較好。由氣道壓力與缸壓差值可知，在氣門開啟時刻，450°CA附近短管壓差大，進氣質(zhì)量流量高，而長管在進氣末期正壓波反射回來，但氣門已經(jīng)關(guān)閉，進氣質(zhì)量流量提高較小，從而使高速時短管進氣質(zhì)量流量高于長管［3］。

圖5為短管進氣流速對比分析圖，由圖5可知，對于不同轉(zhuǎn)速，雖然在進氣末期長管的壓差高于短管，但高轉(zhuǎn)速時，由于氣門開度小且持續(xù)角度短（低速450°CA～540°CA，高速500°CA～540°CA），從而使高轉(zhuǎn)速短管進氣質(zhì)量流量高；高轉(zhuǎn)速進氣流速在450°CA附近時遠高于低轉(zhuǎn)速，高轉(zhuǎn)速時，絕大部分進氣量出現(xiàn)在氣門開度最大時，此時進氣壓差大，可以彌補進氣末期進氣質(zhì)量流量的差值，使整體進氣質(zhì)量流量高。

圖5　短管進氣流速對比分析

3　實例分析

錢江摩托車股份有限公司某發(fā)動機反映中低速性能低，運用發(fā)動機性能分析軟件分析計算，提出改進方案，并在發(fā)動機臺架上進行試驗加以驗證。

3.1發(fā)動機性能軟件模擬分析

圖6為發(fā)動機性能軟件模擬分析圖，由圖6可知，分別將空濾器出氣管長度改為50 mm，300 mm，350 mm，由boost模擬計算得出，隨著空濾器出氣管長度的增加，發(fā)動機高速性能降低，而中、低速性能提升。

圖6　發(fā)動機性能軟件模擬分析

3.2臺架試驗分析

圖7為臺架試驗分析圖，由圖7可知，將空濾器出氣管加長，臺架試驗反映出，中、低速性能提升，正好解決了發(fā)動機中低性能低的問題。

圖7　臺架試驗分析

4　結(jié)論

1）低轉(zhuǎn)速時，長管性能好，短管性能差。原因是：低轉(zhuǎn)速時，長管波動周期長，其持續(xù)時間恰好為一個進氣過程，其在進氣末期的進氣質(zhì)量流量高于短管；而短管波動周期短，在進氣過程中存在多次波動，盡管在峰值處進氣質(zhì)量流量高，但由于存在谷值及壓力波衰減幅值降低，導致低轉(zhuǎn)速時短管進氣質(zhì)量流量低于長管。

2）高轉(zhuǎn)速時，長管性能差，短管性能好。原因是：高轉(zhuǎn)速時，長管波動周期長，在一個進氣過程中，其正壓波反射回來時，進氣門已接近關(guān)閉，進氣質(zhì)量流量偏低；而短管波動周期短，在進氣過程中恰好有一個正壓波出現(xiàn)，從而使進氣質(zhì)量流量提高。

1楊光興，葉盛炎，程善斌，等.摩托車發(fā)動機原理與設計［M］.武漢：武漢測繪科技大學出版社，1993

2胡華強.摩托車發(fā)動機可變進氣系統(tǒng)的研究［D］.天津：天津大學，2008

3周龍保.內(nèi)燃機學［M］.北京：機械工業(yè)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，主要研究方向為發(fā)動機性能與CFD分析.

2016-04-20）