三維吹塑管路在輕型卡車進氣系統中的應用

馬 亮

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 前言

隨著汽車行業的不斷發展，市場對商用車的性能要求也不斷提升，輕型卡車作為商用車市場的重要分支之一，隨著市場的不斷發展，應用在輕型卡車之上的新技術也不斷出現。

進氣系統管路是連接進氣系統各功能附件的的重要部件，其性能好壞直接影響發動機甚至整車工作性能，對于輕型卡車，傳統進氣管路結構采用橡膠軟管結構連接，其特點是結構簡單，成型方便。但由于軟管本身特性問題，在制造裝配及使用過程中易出現軟管折彎變形、耐負壓能力不足、耐正壓能力不足、難裝配、裝配后對中性差等問題，對發動機性能造成影響。

近年來，隨著汽車技術的發展，三維吹塑管路越來越多的被應用于汽車行業中，此類管路特點是，管路主體為 PP或 PE塑料，可有效解決橡膠軟管耐正負壓強度不足、易變形的缺點。

2 輕型卡車進氣系統三維吹塑管路的設計及應用

2.1 概述

輕型卡車進氣管路的作用是連接進氣系統各功能附件，使空氣順暢通過并進入發動機參與內燃機燃燒工作。對于匹配增壓中冷類型發動機車輛，進氣系統管路按照工作區域可分為三類：第一類，空濾器至增壓器進氣口間管路，該段管路連接空濾器出氣口和增壓器進氣口，內部氣體為常溫負壓；第二類，增壓器出氣口至中冷器進氣口間管路，該段管路連接增壓器出氣口與中冷器進氣口，內部氣體為高溫高壓；第三類，中冷器出氣口至發動機進氣歧管間管路，該段管路連接中冷器出氣口與發動機進氣歧管，內部氣體為中溫高壓。如圖1輕型卡車進氣系統結構模型所示，進氣系統不同部位管路工作環境不同，設計過程中對管路材質、結構要求也不同。

圖1 輕型卡車進氣系統結構

第一類管路需要具有的特性具有緩沖震動和耐負壓能力，第二類管路需要具有的特性是具有緩沖震動和耐高溫、耐正壓能力，第三類管路需要具有的特性是具有緩沖震動和耐正壓能力。

輕型卡車傳統設計方案是采用橡膠軟管和鋼管結構形式，特點是設計工藝簡單，易制造，模具成本低。但該結構存在缺點，如圖2常見進氣管路結構所示，主要表現在：重量大，成本高，裝配性能差，耐壓力性能差等。

圖2 現有進氣系統管路結構

2.2 三維吹塑管路成型工藝介紹

吹塑成型工藝，借助于氣體壓力是閉合在模具中的熱熔型坯吹脹形成中空制品的方法，是一種常用的塑料加工方法，同時也是發展較快的一種塑料成型方法。常用的中空制品的吹塑包括三個主要方法：擠出吹塑：主要用于未被支撐的型坯加工；注射吹塑：主要用于由金屬型芯支撐的型坯加工；拉伸吹塑主要用于加工雙軸取向的制品。本例中描述的汽車進氣管路屬于第一類成型方法，擠出吹塑成型。

由于市場對復雜、曲折的輸送管材制件的需求，推動了偏軸擠出吹塑技術的開發，這種技術籠統稱為三維吹塑成型。型坯基礎后背局部吹脹并貼在儀表模具上，接著擠出機頭或模具轉動，按照已編的二軸或三軸程序轉動，從而逐步吹制形成曲折復雜的中空輸送管路制品。

本文所述的三維吹塑管路，是一種新的輕型卡車進氣管路解決方案，對于生產批量較大的汽車，可考慮采用該方案進行管路設計。

2.3 輕型卡車進氣系統三維吹塑管路結構分析及設計

2.3.1 設計管路需滿足的特性

根據輕型卡車進氣管路的作用及特點，可以確定設計的三維吹塑管路應滿足的特性，即：第一類管路應具有耐震動和耐負壓特性，第二類管路應具有耐振動和耐高溫高壓特性，第三類管路應具有耐振動和耐高壓特性。

以下以某輕卡車型的空濾器出氣管路（第一類管路）為例，對三維吹塑管路的設計進行具體說明。

2.3.2 設計管路結構分析

如圖3所示，該車型使用發動機為增壓中冷發動機，由于平臺化布置，空濾器位置、發動機布置均已經確定，本例只對空濾器出氣口至增壓器進氣口之間的管路設計進行說明。本例中空濾器出氣管路設計需注意以下方面：1、空濾器出氣口外徑為φ101mm，增壓器進氣口外徑為φ70mm，管路需做變徑設計；2、空濾器出氣口距離增壓器進氣口距離較大，管路中間需增加固定結構；3、由于發動機與空濾器之間存在相對振動，管路上需設計緩沖震動的結構；4、本例發動機為氣制動發動機，發動機空氣壓縮機需從進氣管路中取氣，管路上需設計旁通管；5、待設計管路周邊環境較為復雜，布置空間有限，管路設計過程中需綜合考慮貨箱、龍門架、發動機、進氣道、車架等周邊零部件位置，避免干涉并使管路走向順暢。

圖3 待設計進氣管路周邊環境

2.3.3 管路空間走向設計

根據整車數據模型（邊界條件：空濾器出氣口位置、發動機增壓器進氣口位置、車架、貨箱、駕駛室支撐、進氣道等），利用三維設計軟件確定管路的空間走向，確保管路走向順暢，無急劇變向，以降低管路進氣阻力，保證進氣量。如圖4所示，根據車型空濾器出氣口及發動機增壓器進氣口位置，參考周邊零部件位置，設計管路中心線走向。

圖4 空濾器出氣管中心線設計

2.3.4 管路主體設計

根據2.3.3確定的管路走向繪制管路三維模型，一般情況下，空濾器出氣口和發動機進氣歧管或增壓器進氣口尺寸不會相同，此時設計管路需考慮管路直徑變化，設計管路變徑應過渡平緩，避免管路阻力過大。本例中，空濾器出氣口和增壓器進氣口尺寸不同，需做變徑設計，變徑段設計在管路空濾器起始端，管路內直徑由101mm減小至70mm，變徑段長度為50mm。采用UG管路設計功能，設計管路主體數模如圖5所示，本例中管路壁厚設定為6mm，具體項目可根據實際情況進行調整。

圖5 管路主體

2.3.5 管路緩沖結構設計

由于該進氣管路鏈接發動機和空濾器，二者之間存在較大相對振動量，為增加管路緩沖震動性能，可在管路上增加波紋管結構，以緩沖震動沖擊，在管路中部增減波紋管緩沖結構，如圖6及所示，設計波紋管結構，設計6個波峰，波峰距10mm。

圖6 波紋管三維結構

2.3.6 管路固定結構設計

若管路較長，則管路設計時需考慮增加中間固定結構，以減輕整車震動對管路的影響。本例在管路中部增加固定支架，通過固定中間固定在空濾器安裝支架上，中間通過緩沖膠墊連接，管路固定支架及緩沖結構如圖7所示。

圖7 固定支架及緩沖膠墊結構

2.3.7 旁通管接頭設計

部分車型需在進氣管路中引出旁通管，用于空氣壓縮機或曲軸箱呼吸器連接，因此管路設計時需增加旁通管路。本例中，發動機曲軸箱呼吸器及空氣壓縮機均需從進氣管路中取氣，管路需增加兩個旁通管路，如圖8所示，根據曲軸箱呼吸器及空氣壓縮機位置，確定設計旁通管在管路尾部，旁通管通過注塑成型預加工，待管路主體完成后，再將旁通管通過焊接方式裝配于管路上。

圖8 旁通管設計

2.4 實物裝車驗證

依據設計產品數模，啟動樣件模具開發，開發完畢后制造管路實物如圖9所示，經實車驗證效果良好，實現了設計意圖。

圖9 模具樣件

2.6 三維吹塑管路與傳統管路對比

三維吹塑進氣管路與傳統進氣管路相比，有以下優勢：

1）一體成型，管路結構簡單

2）波紋緩沖結構，減震性好

3）管路為塑料結構，硬度高，耐正負壓力好

3 結論

通過對輕型卡車進氣管路工作特點進行分析，提出三維吹塑管路設計方案，用于滿足輕型卡車日益嚴格的發展需要。并結合具體實例，對三維吹塑進氣管路設計過程進行說明，較為清晰明確的說明了三維吹塑進氣管路的設計過程及設計方法，并通過樣件實物驗證，對理論設計進行了證明，確定設計方案可靠有效。