王曉蘭，王軍，雷蕾

(江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

眾所周知，發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的核心動(dòng)力源，其各項(xiàng)性能的優(yōu)劣往往決定了整車的性能。而發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣換氣過(guò)程又直接影響其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放性能［1］。因此，作為排氣系統(tǒng)重要組成部分的排氣歧管對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響非常重要，良好的排氣歧管設(shè)計(jì)對(duì)改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能具有重要意義［2］。

目前排氣歧管的設(shè)計(jì)方法主要分為試驗(yàn)測(cè)試和CAE仿真。前者需要較多的試驗(yàn)設(shè)備、人員等，且開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、試驗(yàn)費(fèi)用大;而后者則開(kāi)發(fā)周期短、成本低、準(zhǔn)確度高，能夠快速完成排氣歧管正向開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作，被廣泛應(yīng)用到科學(xué)研究和工程項(xiàng)目中［3］。

文中運(yùn)用CAE仿真軟件搭建發(fā)動(dòng)機(jī)仿真分析模型，分析比較不同排氣歧管方案下的發(fā)動(dòng)機(jī)性能，給出最有利于發(fā)動(dòng)機(jī)性能的排氣歧管連接方式和結(jié)構(gòu)尺寸。

1 技術(shù)原理及方案

(1)結(jié)構(gòu)和布置合理的排氣歧管可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程，降低氣缸內(nèi)的殘余廢氣，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性［4］。而排氣歧管的設(shè)計(jì)主要包括布置形式、管道直徑、管道長(zhǎng)度3個(gè)方面。

(2)由于受制于發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)艙內(nèi)的布置空間，文中主要針對(duì)兩種連接形式的布置方案進(jìn)行研究。圖1為排氣歧管各管4－1連接、中置式布置形式，圖2為排氣歧管各管4－1－1連接、偏置式布置形式。

(3)經(jīng)多目標(biāo)優(yōu)化軟件分析并結(jié)合供應(yīng)商生產(chǎn)工藝要求，管道長(zhǎng)度為350、175 mm時(shí)最優(yōu)，方案一管道直徑進(jìn)口37 mm、出口32 mm，方案二管道直徑41.5 mm。

綜上所述，具體方案見(jiàn)表1

表1 排氣歧管分析方案

2 仿真分析及結(jié)果

2.1 管道長(zhǎng)度

(1)兩方案對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響。從圖3、圖4不難發(fā)現(xiàn):采用175 mm短管的方案二在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1500～2500 r/min時(shí)扭矩低于采用350 mm長(zhǎng)管的方案一，且不能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo);同時(shí)在中高轉(zhuǎn)速工況下，選用方案一的發(fā)動(dòng)機(jī)比油耗較方案二更低。

(2)兩方案對(duì)壓氣機(jī)和渦輪機(jī)的影響。從圖5可知:方案一和方案二壓氣機(jī)效率和壓比水平相當(dāng);而圖6顯示，采用短管的方案二較方案一渦輪機(jī)效率下降約1%。

結(jié)合兩方案對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能和增壓器影響的比較，方案一的管道長(zhǎng)度更符合要求。

2.2 管道直徑

(1)兩方案對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響。從圖7、圖8可知:中高轉(zhuǎn)速下方案二的泵氣損失較小，因此比油耗更低，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性更好。

(2)兩方案對(duì)壓氣機(jī)和渦輪機(jī)的影響。從圖9可知，兩方案壓氣機(jī)效率和壓比水平相當(dāng);而圖10顯示:從轉(zhuǎn)速1800 r/min開(kāi)始，采用短管的方案二較方案一渦輪機(jī)效率下降較多，尤其是3000到4000 r/min。

結(jié)合兩方案對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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(biāo)。

3 結(jié)論

通過(guò)文中的仿真分析，得出以下結(jié)論:

(1)比較兩排氣歧管方案對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能以及增壓器的影響，方案一的布置形式、管道結(jié)構(gòu)尺寸(直徑和長(zhǎng)度)更為合理。

(2)結(jié)合分析發(fā)現(xiàn)排氣歧管結(jié)構(gòu)尺寸會(huì)對(duì)增壓器(尤其是渦輪機(jī))效率產(chǎn)生直接影響，因此對(duì)排氣歧管進(jìn)行進(jìn)一步深入研究有著重要意義。

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

【2】周龍寶．內(nèi)燃機(jī)學(xué)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003:24－25．

【3】溫壓軍，鞏錄勝，李云，等．汽油機(jī)廢氣渦輪增壓技術(shù)探析［J］．企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2014，33(3):10 －11．

【4】劉永長(zhǎng)．內(nèi)燃機(jī)原理［M］．武漢:華中科技大學(xué)出版社，2001:172－179．