賈美霞，雷蕾

(江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230000)

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基于CAE仿真的某發(fā)動機進氣歧管設計

賈美霞，雷蕾

(江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230000)

以某款增壓型汽油發(fā)動機的進氣歧管為研究對象，運用CAE仿真軟件搭建發(fā)動機仿真分析模型，分析比較不同進氣歧管方案下的發(fā)動機性能,給出最有利于發(fā)動機性能的進氣歧管結構尺寸。文中的研究可用來指導發(fā)動機進氣歧管設計階段的正向開發(fā)工作,并為后期優(yōu)化改善工作提出了一定的思路和方法。

進氣歧管；發(fā)動機；數值仿真；熱力學

0　引言

眾所周知,發(fā)動機是汽車的核心動力源,其各項性能的優(yōu)劣往往決定了整車的性能。而發(fā)動機的進氣換氣過程又直接影響其動力性、經濟性以及排放性能[1]。因此，作為進氣系統重要組成部分的進氣歧管對發(fā)動機性能非常重要，良好的進氣歧管設計對改善發(fā)動機性能具有重要意義[2]。

目前進氣歧管的開發(fā)主要分為試驗測試和CAE仿真。前者需要較多的試驗設備、人員等，且開發(fā)周期長、試驗費用大;而后者則具有開發(fā)周期短、成本低、準確度高等優(yōu)點，能夠快速完成進氣歧管正向開發(fā)設計工作，被廣泛應用到科學研究和工程項目中[3]。

運用CAE仿真軟件搭建發(fā)動機仿真分析模型，分析比較不同進氣歧管方案下的發(fā)動機性能,給出最有利于發(fā)動機性能的進氣歧管結構尺寸。

1　技術原理及方案

結構和布置合理的進氣歧管可以改善發(fā)動機換氣過程，充分掃氣可降低氣缸內的泵氣損失和殘余廢氣，提高充氣效率，從而提高發(fā)動機的動力性、經濟性[4]。而進氣歧管的設計主要包括布置形式、管道直徑、管道長度3個方面。

由于受制于發(fā)動機在機艙內的布置空間，文中主要針對進氣歧管結構尺寸進行分析。圖1為進氣歧管結構三維圖。

經多目標優(yōu)化軟件分析并結合供應商生產工藝要求，進氣歧管管道長度分為92.5、185、246.6、370mm等4種方案，管道直徑均為等效水力直徑，進口大出口小。以上方案具體數據可參見表1、表2。

表1　進氣歧管管道長度方案　mm

表2　進氣歧管管道直徑方案　mm

2　仿真分析及結果

2.1管道長度

(1)進氣歧管管道長度對發(fā)動機性能影響。從圖2不同管道長度對發(fā)動機BMEP(平均有效壓力)、FMEP(摩擦損失)以及PMEP(泵氣損失)的影響可以發(fā)現：轉速2 500r/min時管道長度較長的發(fā)動機性能較好，而其他轉速基本一致。圖3為不同管道長度下的發(fā)動機充氣效率變化。歧管長度370mm的方案發(fā)動機充氣效率明顯高于其他方案。同時，隨著管長的縮短和轉速的增加，充氣效率降低。因此，管長370mm的方案更符合開發(fā)要求。

(2)進氣歧管管道長度對增壓器影響。結合圖3,由于短

管充氣效率較低,壓氣機必須提高壓比來補償因充氣效率低而損失的進氣量。因此在圖4中，中高轉速下隨著管道長度減小,壓比逐漸增大。大壓比會造成壓氣機出口氣體溫度增加，需要中冷器冷卻能力更強。由此可見，從增壓器角度考慮，管長370mm的方案更為可靠。

2.2管道直徑

(1)不同管道直徑對發(fā)動機性能的影響。比較圖5、圖6可知：中高轉速下方案二的泵氣損失較小，因此比油耗更低，發(fā)動機經濟性更好。

(2)兩方案對壓氣機和渦輪機的影響。從圖7可得：兩方案壓氣機效率和壓比水平相當；而圖8中，從轉速1 800r/min開始，采用短管的方案二較方案一渦輪機效率下降較多，尤其是3 000～4 000r/min。

結合兩方案對發(fā)動機性能和增壓器影響的比較，方案一的管道直徑更能滿足目標。

3　結論

通過文中的仿真分析，得出以下結論：

(1)采用進氣歧管管長370mm、進口管徑47mm、出口管徑43.6mm的方案對發(fā)動機性能和增壓器更合適。

(2)結合分析發(fā)現進氣歧管結構尺寸會對發(fā)動機充氣效率和壓氣機壓比產生直接影響，因此進一步深入研究進氣歧管有著重要意義。

(3)文中的研究可指導發(fā)動機進氣歧管設計階段的正向開發(fā)工作,并為后期優(yōu)化改善工作提出了一定的思路和方法。

【1】陸家祥.渦輪增壓技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999：67-68.

【2】周龍寶.內燃機學[M].北京：機械工業(yè)出版社,2003：24-25.

【3】溫壓軍,鞏錄勝,李云,等．汽油機廢氣渦輪增壓技術探析[J].企業(yè)技術開發(fā)，2014，33(3):10-11．

【4】劉永長.內燃機原理[M].武漢:華中科技大學出版社,2001：172-179.

DesignofExhaustManifoldofEngineBasedonCAESimulation

JIAMeixia,LEILei

(AnhuiJianghuaiAutomobileCo.,Ltd.,HefeiAnhui230000,China)

Takingtheintakemanifoldofagasolineengineasresearchobject,CAEsoftwasusedtobuilditssimulationmodel,engineperformanceswithdiverseintakemanifoldswerecontrasted.Thebestsizesforintakemanifoldweregotten.Theresearchcanguidedevelopmentanddesignofintakemanifold.Itsuppliesawayforoptimization.

Intakemanifold；Engine；Simulation；Thermodynamics

2015-03-16

賈美霞,女,碩士,從事汽車研發(fā)工作。

雷蕾，E-mail：414205610@qq.com。