某集成中冷結(jié)構(gòu)進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)開發(fā)

王秀云 劉家昕 張治國(guó)

摘 要：文章在某1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，開發(fā)集成中冷結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣歧管，通過(guò)CFD分析，壓力損失和均勻性符合要求，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證分析，采用集成中冷的進(jìn)氣歧管相對(duì)于空氣冷卻，進(jìn)氣系統(tǒng)壓力降低了64.7mbar，臺(tái)架試驗(yàn)通過(guò)采用功率15kw的水泵，能夠?qū)⑦M(jìn)氣溫度保持在35℃～45℃，發(fā)動(dòng)機(jī)性能有所提升，扭矩最大提升2.5%，功率最大提升2%。

關(guān)鍵詞：CFD；集成中冷結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣歧管；設(shè)計(jì)開發(fā)

中圖分類號(hào)：U462.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）17-188-03

Abstract： This paper indicates the intake manifold with cooler design base on a 1.5T engine， The pressure loss and the uniform meet the requirement by CFD analyzing . The pressure loss of intake system with cooler reduce 64.7mbar compare with air cooler in front of vehicle by verified on bench test， The temperature was controlled between 35℃～45℃when the 15kw power of water pump was used， the test results indicate the torque is increased 2.5% and power is increased 2%.

Keywords： CFD； Intake manifold with cooler； Design development

CLC NO.： U462.3 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-188-03

前言

進(jìn)氣歧管是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的主要通道，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供均勻的進(jìn)氣，是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件之一。

進(jìn)氣歧管的新技術(shù)越來(lái)越多，越來(lái)越成熟，現(xiàn)行較普遍的是可變進(jìn)氣歧管（可變長(zhǎng)度、可變截面積），集成中冷結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣歧管，可控燃燒速率，可變渦流控制；可變諧振效應(yīng)。

根據(jù)華晨汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)規(guī)劃，1.5T進(jìn)氣歧管已經(jīng)設(shè)計(jì)開發(fā)完成，需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)和整車布置的前提下，開發(fā)設(shè)計(jì)集成中冷結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣歧管。

1 集成中冷進(jìn)氣歧管

目前，最普遍的中冷器是安裝在車輛前端，采用空氣冷卻。這種中冷器布置起來(lái)管路較長(zhǎng)，零件較多，空氣經(jīng)過(guò)空濾后進(jìn)入增壓器渦端進(jìn)氣口，壓縮后的氣體從壓縮機(jī)端進(jìn)入中冷器，降低溫度后進(jìn)入節(jié)氣門體，整個(gè)系統(tǒng)中，零件之間用膠管連接，管路相對(duì)較長(zhǎng)，空間占用相對(duì)大。

集成中冷后的進(jìn)氣歧管將中冷器安裝在歧管上，用密封墊密封，螺栓緊固，結(jié)構(gòu)非常緊湊，空間布置體積大大減少，進(jìn)氣系統(tǒng)管路縮短，進(jìn)氣壓力損失降低，建立增壓壓力更快，改善增壓器在低速時(shí)的工作特性和提高發(fā)動(dòng)機(jī)的整體效率。

但相對(duì)于空氣冷卻來(lái)說(shuō)，冷卻系統(tǒng)復(fù)雜得多，需要有一套獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行供應(yīng)。

2 某1.5T集成中冷結(jié)構(gòu)進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)開發(fā)

某1.5T集成中冷結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣歧管是在原有1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行，在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)和整車布置情況下，進(jìn)行集成中冷結(jié)構(gòu)進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)開發(fā)。

2.1 集成中冷結(jié)構(gòu)進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)

參考原有1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管氣道長(zhǎng)度參數(shù)，進(jìn)氣長(zhǎng)度保持不變，從一缸到四缸，氣道長(zhǎng)度依次為117.3mm；114.2mm；114.2mm；114.2mm，氣道長(zhǎng)度基本保證盡可能相等，相差3.1mm，參考競(jìng)品機(jī)型的中冷器結(jié)構(gòu)，按照空間布置進(jìn)行歧管設(shè)計(jì)，節(jié)氣門口開口方向和位置發(fā)生變化。

2.2 帶有中冷歧管的CFD分析

參數(shù)輸入，質(zhì)量流量0.120511kg/s，溫度298K，出口壓力0.67011 bar，對(duì)中冷器采用多孔介質(zhì)來(lái)處理。

經(jīng)過(guò)分析后的計(jì)算結(jié)果見表1。

氣體壓力損失最大2637.53pa，在標(biāo)準(zhǔn)值小于3000pa范圍內(nèi)。

四缸最大不均勻度3.8%，在標(biāo)準(zhǔn)值在小于5%范圍內(nèi)。

通過(guò)CFD分析，設(shè)計(jì)滿足目標(biāo)要求。

2.3 中冷器的性能曲線

中冷器的流量與壓損具體數(shù)值見表2。

中冷器的流量與壓損關(guān)系見圖7。

2.4 中冷結(jié)構(gòu)進(jìn)氣歧管的試驗(yàn)驗(yàn)證

將原機(jī)進(jìn)氣歧管與中冷結(jié)構(gòu)進(jìn)氣歧管的發(fā)動(dòng)機(jī)在同一臺(tái)架，進(jìn)行性能試驗(yàn)對(duì)比。 用大眾1.4TSI電子水泵試驗(yàn)，流量6L/min，5500rpm時(shí)進(jìn)氣溫度超出要求，達(dá)48°～50°，進(jìn)水溫度 23°，出水溫度45°，扭矩低，其它轉(zhuǎn)速溫度同樣控制不下，試驗(yàn)停止。采用大流量15kw的電子水泵重新進(jìn)行試驗(yàn)，能夠有效控制進(jìn)氣溫度在45度以下，滿足進(jìn)氣溫度要求在35℃～45℃范圍內(nèi)的要求。

2.5 集成中冷結(jié)構(gòu)進(jìn)氣歧管的試驗(yàn)性能對(duì)比

集成中冷結(jié)構(gòu)進(jìn)氣歧管與原機(jī)歧管相比，性能有所提升，在3000rpm時(shí)扭矩提升最大2.5%，在4500rpm時(shí)功率提升最大2%。

2.6 更改成集成中冷結(jié)構(gòu)進(jìn)氣歧管后零件變更清單，見表3

3 結(jié)論

采用集成中冷結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣歧管，通過(guò)CFD分析，均勻性及流場(chǎng)符合要求，經(jīng)過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證，能夠有效控制進(jìn)氣溫度在35℃～45℃，進(jìn)氣系統(tǒng)的壓力損失相對(duì)空冷降低了64.7mbar，發(fā)動(dòng)機(jī)性能有所提升，扭矩最大提升2.5%，功率最大提升2%。

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