進氣道中部銜接區(qū)域位置與幾何結構對進氣道特性的影響

張伯瑜，黃昌瑞

（沈陽理工大學 汽車與交通學院，遼寧 沈陽110159）

在環(huán)保、能源安全等因素的推動下，汽車電動化的變革已勢不可擋。但可以預測，在今后相當長的一段時期內(nèi)，內(nèi)燃機在動力裝置中仍然具有不可替代性[1]。節(jié)能和環(huán)保己經(jīng)成為內(nèi)燃機行業(yè)需迫切解決的兩大主題[2]。汽油機缸內(nèi)的氣流運動對汽油機燃燒過程有重要影響，并進而影響到發(fā)動機的性能和排放水平，而發(fā)動機進氣道的流動特性會在很大程度上決定缸內(nèi)的氣流運動狀況[3]。本文在一款1.5 L排量增壓汽油機進氣道的基礎上，探究了進氣道總管與兩支管之間的銜接區(qū)域位置及幾何結構對進氣道流通能力和滾流特性的影響規(guī)律。

1 方案概述

位于汽缸蓋的進氣道有一個入口和與兩個進氣門對應的兩個出口，入口處的總管與進氣門出口處兩支管之間的銜接區(qū)域在一定程度上決定了氣流在氣道內(nèi)的流動狀態(tài)，這種影響會傳導至汽缸內(nèi)，改變缸內(nèi)的流場。滾流的強度和作用范圍會因此發(fā)生變化，氣道的流量系數(shù)也會受到影響。

在原機型的3D數(shù)模中，使總管與支管的銜接區(qū)域向氣道入口方向移動12 mm，令總管內(nèi)進氣氣流進入支管的位置前置12 mm（如圖1a、圖1b）。如圖1c、圖1d，銜接區(qū)域兩支管之間有一圓弧形的過渡部位，調(diào)整此圓弧半徑ra形成三個方案如表1所列。

圖1 各氣道方案幾何結構

表1 各方案氣道銜接區(qū)域過渡圓弧半徑

2 CFD計算結果分析

各個氣道方案流量系數(shù)、滾流比相對于原機型提升的百分比分別如圖2、圖3.

圖2 各個氣道方案流量系數(shù)相對于原機型提升的百分比

圖3 各個氣道方案流量系數(shù)相對于原機型提升的百分比

由以上數(shù)據(jù)分析可知，在氣門升程為1.5 mm時，進氣道銜接區(qū)域向進氣道入口方向移動12 mm后所形成的三個方案的流量系數(shù)都出現(xiàn)了增長。銜接區(qū)域圓弧半徑ra較小的方案A的氣道流通能力增加較少，而圓弧半徑ra較大的方案C的氣道流通能力增加較多。當氣門升程分別為2.5 mm、3.5 mm、4.5 mm時，氣道的流通能力出現(xiàn)負增長，ra較小的方案流通能力相對較高，當氣門升程為5.5 mm、6.5 mm、7.5 mm時，氣道的流通能力也出現(xiàn)負增長，具有較低ra的方案，流通能力相對較高。

當氣門升程為1.5 mm時，方案A、方案B、方案C的滾流比均出現(xiàn)較大幅度的負增長，具有較低ra的方案，其滾流比也相對較小。當氣門升程為2.5 mm時，所有方案的滾流比均呈現(xiàn)增長態(tài)勢，ra較小，則相對應方案的滾流比較高。當氣門升程為3.5 mm、5.5 mm時，各個方案滾流比都有不足5%的增長，ra較大，則相對應方案的滾流比較大。當氣門升程為4.5 mm、6.5 mm、7.5 mm時，各個方案滾流比都有不足5%的下降，ra較大，則相對應方案的滾流比也較大。

3 結論

進氣道總管與兩支管之間的銜接區(qū)域向進氣道入口方向移動后，各氣門升程對應的流量系數(shù)總體上出現(xiàn)了0.5%以內(nèi)的損減，總體上對氣道的流通能力影響較為有限。調(diào)整銜接區(qū)域圓弧半徑ra對氣道流通能力的影響也不顯著。在中低氣門升程狀態(tài)之下，滾流比受銜接區(qū)域位置改變的影響相對較高。在較高和較低氣門升程狀態(tài)之下分別調(diào)整銜接區(qū)域圓弧半徑ra對流量系數(shù)和滾流比產(chǎn)生的影響規(guī)律相反。

參考文獻：

[1]陶明德.國內(nèi)外機動車排放與控制概況[J].上海汽車，1997（6）：7-10.

[2]曲 逵，馬貴陽.內(nèi)燃機轉速對缸內(nèi)流動特性的影響[J].當代化工，2004，33（3）：189-192.

[3]王 健，劉德新，劉書亮，等.四氣門汽油機進氣道流動特性的穩(wěn)流試驗研究[J].內(nèi)燃機學報，2004，22（2）：182-186.