汽油機進氣道造型仿真淺析

溫舉林 張昱亮

【摘要】進氣道是發動機的要緊的組成部件，其構造數據的設計和安裝方法不但影響發動機的充氣作用和每個缸的進氣勻稱，而且影響到油耗和排放，和對發動機的使用壽命和噪聲同樣的影響。運用流體學理論和氣體動力學原理，對進氣道預設計，對進氣道的構造方式改善，獲得有關外接管、共振箱和進氣管等最優化的結構參數值。

【關鍵詞】進氣道 流體學 優化

1.引言

汽車發動機的工作過程比較復雜，其中燃油供給和空氣供給所需要的混合比，是影響汽車發動機燃燒情況的直接因素，它影響汽車的經濟性和排放性，其中還牽涉到燃油噴射、氣缸燃燒、壁面傳熱、摩擦消耗和化學反應等多過程，用實驗來評價然后根據累積經驗對設計進行反復修改得到優化的方法，周期長，也有一定局限性，而且所得結果特征的是宏觀特性。由于科學技術的迅速發展，電子技術在發動機中獲得使用，發動機運作過程的數值仿真成為探究者時常用的手段。設計人員通過對發動機工作過程的仿真模型，可以在研究時，結合多中因素進行解析，通過模型的仿真計算結果分析，確定所設計的優缺點。同時對流體運動、燃油噴射和燃燒室等多方因素尋求最優匹配，對發動機的性能和排放進行預測和分析，對原機型進行改善、設計方案、性能問題診斷等方面，用發動機工作過程仿真模型代替傳統實驗，可以更好的降低所需費用，提高生產效率，加快研發進度，從而推進發動機行業更快更好地發展。

2 進氣道設計的方法

內燃機的進氣氣流的狀態研究，主要集中在兩個方向：一是重復模擬計算，從而引入進氣、增壓系統實驗，改進和抬高內燃機的綜合性能;二是使用壓力曲線的流動特征開發和建立新的裝配和體系，增進內燃機的發展，最明顯的例子，是研究出使用壓力運輸能量的沖擊得增壓系統、調理增壓系統并且將排氣壓力曲線能量快速傳輸新鮮氣體的氣波增壓裝配。

利用進氣道穩流實驗與和CFD 仿真計算相結合的方式，得出進氣道布局對流量系數的影響因素。對于現在的研究應用水準，直接套用大型流體計算軟件將不能徹底的做完實際發動機進排氣道的設計。運用 CFD多維數值模擬和實驗的方法，成為了發動機進氣道研究的主流。

3? 進氣道流動的研究方法

進氣道和排氣道是發動機要緊的組成部件，缸內氣體的流動情況和氣道設計是否合適，會影響內燃機動力性能和工作合理性。由于各個研究的提高和發動機質量的不斷加強，人們更加需要知道進氣道里氣體流動的準確狀態，很多研究方式由此發現，因為計算機技術的高速發展，內燃機進氣道內氣體流動有了更開闊的發展。

內燃機氣道的氣體流動的設計方方式分為實驗設計與數值模擬設計兩大類。氣道里的氣體狀態的實驗設計方式主要有熱線風速測儀法、激光多普勒測速法、熱線探針法和氣道穩流試驗臺法。現在使用氣道穩流試驗臺研究和活動特征的宏觀測量方式在全世界的研究和企業單位都得到了普遍的運用。試驗研究方法有丈量容易、花費低和適合于大量檢驗等特征，為氣道活動數據模擬給了邊界條件和驗證方法。

4.CFD軟件介紹

CFD 是流體力學的研究方式，它增進了理論剖析方式和試驗研究的提高。一方面是真正問題的需要促進了 CFD 的進步，另一方面是計算機技術的迅速發展，使 CFD 成為一門單獨的學科。計算流體力學是一個復雜的學科，聯系到了流體力學、計算機科學、科學可視化等多種學科。CFD又促進了這些學科。CFD 在發動機里的使用重要的是缸內氣體活動、噴霧燃燒、排放物預測等方面的性能剖析和氣道、冷卻水套、廢氣渦輪增壓器葉輪和蝸殼、消聲器、NOX催化器等部件的設計與改進。CFD 不單用于一些物理問題的機理，而且經常用于研究新的物理現象。在計算流體力學領域，隨著計算機內存的加多和計算速度的提升而擴大，同時解決流體力學問題的深度和范圍也在不斷擴大。

5.利用CFD軟件進行優化設計

進氣道構造是影響進氣在缸內渦流強度的主要因素， 其包含氣道內角、外角、仰角及喉口截面形狀等。汽油機的優化設計是把氣門座圈進行多次倒角，原來的造型中氣門座圈只進行了一次45°的倒角，優化設計將座圈的倒角改為三次，分別在之前倒角產生的兩個角進行再次倒角。這樣氣門座圈相對來說更加平緩。下面的表格一為優化前后各個氣門升程流量系數的對比情況。

6.結論

可以發現，優化前后流量系數隨氣門升程的變化趨勢是大體一致的，但是每個氣門升程的流量系數都是優化后的明顯高于優化之前。這也證明了氣門座圈處的設計對于流體在缸內的流動及流量系數有較大影響，所以，在加工允許的情況下，應盡量保證氣門座圈處的倒角平滑提高汽油機進氣流量系數。

參考文獻：

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