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1、浅谈海马系列发动机进排气系统的演变浅谈海马系列发动机进排气系统的演变设计开发部 董国强 摘要摘要：进/排气系统对于发动机的动力性能、经济性能和排放来说是十分重要的。良好进/排气系统的设计可以使发动机总体性能有很大提高，排放也会有所改善，而不合适的进/排气系统往往会带来相反的效果。通过观察进/排气系统结构，对现有发动机技术将有更好的了解；通过研究发动机进/排气系统的演变，可以学习到设计工作者的设计思路，以及可以更好的理解进/排气系统对发动机性能和排放的影响方式，这对以后以 HM470Q 为工作对象的工作内容来说，会有很大的帮助。关键词：关键词：进/排气系统AbstractAbstract：Int
2、ake and exhaust system to the engine power ,economy and emission is very important .A appropriate design can significantly improve the overall performance of the engine ,emission would be improved too ,while the inappropriate intake and exhaust systems are often brings the opposite effect.By observi
3、ng the inject and exhaust system structure , have a better understanding of the technology on the existing engine ;by comparing the different intake and exhaust system design ,to learn the design ideas ,as well as better understanding into how the intake and exhaust system affect the overall perform
4、ance of the engine ,which for work on subsequent work of HM470Q as the contents of the work object ,there will be great help.KeyKey WordWord： Intake and exhaust system第一章发动机进气系统演变第一章发动机进气系统演变一、一、 HM483QHM483Q 系列发动机进气系统简介系列发动机进气系统简介进气系统由节气门、进气歧管等零件组成。该系统是发动机合理组织进气的通道。1、采用了可变进气惯量进气系统。通过开启或关闭进气歧管内的蝶阀来改
5、变进气系统的等效惯量（低转速时小的惯量，高转速时大的惯量） ，以使发动机在整个转速范围内都获得尽可能多的进气（充量） ，从而提升发动机在整个运转范围内的性能。进气惯量的转变通过可变进气充量电磁阀实现：根据 ECU 传来的信号，控制执行阀动作，实现发动机高、低转速时进气歧管大、小惯量的切换。2、483Q 进气歧管上还集成有、真空助力管、进气压力传感器、机械式节气门、曲轴箱通风管、燃油导轨等装置。机械式节气门上有节气门位置传感器和怠速控制阀等机构。483Q 进气歧管为铝制件。考虑到制造工艺，将进气歧管分上下两部分，中间用密封垫密封，用螺栓固定。二、二、 HM479QHM479Q 系列发动机进气系统
6、演变系列发动机进气系统演变1 1、基本结构的重大变化、基本结构的重大变化1.1 采用进气 VVT（可变气门正时）技术。479Q 发动机使用进气 VVT，同样可以提升发动机性能，原因在于：进气 VVT 可以改变气门重叠角，在发动机运转过程中，低速时采用小的气门重叠角，防止新鲜空气倒流，以便增加低速转矩，提高燃油经济性，高速时气门重叠角，以便进入更多的混合气，以满足高速时动力性要求，从而提高发动机性能。进气 VVT 相对于可变进气惯量系统的优点在于：可变进气充量系统的工作节点在 4700r/min，而进气 VVT 可以在全转速范围调节进气充量，最大程度提高发动机性能，并减少排放。可变进气惯量进气结
7、构重量较大，采用 VVT 系统可以减重。1.2 采用塑料进气歧管不同材料的进气歧管的优缺点，如表 1 所示：483Q 进气歧管479Q 进气歧管材料TAC2B（铝合金）PA6+GF30（尼龙 6+玻纤 30%）工艺砂芯铸造，机加工注塑-焊接-冷插-热插优点刚度、强度好，振动小气道光滑、进气阻力小，重量轻（2.1Kg） ，制作工艺简单，成本低缺点气道粗糙、进气阻力大，重量大（6.5Kg） ，成本较高刚度较差，模态差，本体试验要求苛刻表表 1 1 483Q483Q、479Q479Q 进气歧管对照表进气歧管对照表2 2、重新设计进气歧管的必要性。、重新设计进气歧管的必要性。2.1 HM483Q 采用
8、的是可变进气惯量进气系统，如果采用 VVT 进气技术需要设置独立的进气道形式。2.1.1 HM483Q 采用了可变进气惯量技术，采用的是可变进气充量电磁阀和不同长度进气道一体构造的结构形式。HM479Q 进气歧管取消了上述构造，采用了进气 VVT 技术，所以必须采用 VVT 专用形状的构造。2.1.2 对气道形状和长度进行重新设计，但需要对应排量变化的要求，且由于发动机轮廓尺寸也发生变化，可能会产生车体侧搭载的限制变化的问题，因此可能需要对设计形状进行变更。2.2 进气系统采用塑料进气歧管。应考虑强度和刚度的限制，需要重新设计进气歧管。2.3 伴随着进气系统采用塑料进气歧管，原节气门的支撑固定
9、方式已经难以满足强度和刚度要求，需要对该部分的支撑固定方式重新讨论。三、三、HM484QHM484Q 系列发动机进气系统演变系列发动机进气系统演变1 1、基本结构的重大变化、基本结构的重大变化1.1 采用进排气双 VVT 设计冷启动时 HC、CO 的排放可以达到整个工况排放的 70%，NOx 排放的 50%。三元催化器开始起作用的温度是 200 摄氏度左右，最佳工作温度在 400 摄氏度至 800 摄氏度, 所以在发动机冷启动时，催化器的快速起燃对排放性能至关重要。排气 VVT 可以控制排气正时，使排气门提前打开，发动机后燃，一部分燃气在排气道中燃烧，可以使排气管温度迅速升高，催化器更早的开始
10、工作，从而达到减排目的。1.2 取消传统机械式节气门一些装置，采用电子节气门体电子节气门体与电子油门踏板、ECU 构成 ETC 系统，代替传统机械式节气门体，由系统来精确控制发动机的进气量。取消了油门拉线和怠速控制器。 机械式节气门体比不上电子控制的快速与精准，造成反应不够迅速与直接；除此之外，钢缆式的控制机构还会有机械磨耗的问题，使用时间愈久，控制就会愈不精准、反应也就愈慢。1.3 取消进气压力传感器，采用进气流量传感器在压力变化比较大时，进气压力传感器数据不够准确。使用进气流量传感器可以精确控制进气量，同时使 VVT 控制更精确，可以更好的发挥发动机性能。2 2、重新设计进气歧管的必要性同
11、、重新设计进气歧管的必要性同 HM479QHM479Q3 3、在设计中还应注意的事项、在设计中还应注意的事项原 HM479Q 系列发动机上采用的是电子节气门，在 HM484Q 系列发动机上采用的是电子节气门，电子节气门在结构上取消了传统机械式节气门的钢缆拉动装置，使进气歧管受到的外力减少，在综合考虑结构强度和振动噪声的前提下，对进气歧管的弹性支撑的重新设计。四、四、HM474QHM474Q 系列发动机进气系统演变系列发动机进气系统演变1 1、基本结构的重大变化、基本结构的重大变化1.1 采用对进气系的布置有利的向后方倾斜布置（15）方式受发动机舱空间狭窄的限制，进气系布置于车辆前方,发动机搭载
12、时向后方倾斜 15，2 2、重新设计进气歧管的必要性同、重新设计进气歧管的必要性同 HM479QHM479Q五、进气歧管的设计开发五、进气歧管的设计开发1 1、开发方针、开发方针1.1 性能目的：低中速扭矩型，高速性能型1.2 材质：HM483Q 发动机选用铝合金进气歧管，其余发动机机型选用塑料进气歧管。1.3 基本结构：基本结构HM483QHM479QHM4843QHM474Q可变进气/固定进气可变进气 固定进气固定进气固定进气有无弹性支撑有弹性支撑有弹性支撑有弹性支撑有弹性支撑一体型/组合型组合型一体型一体型一体型喷油嘴的安装进气歧管进气歧管进气歧管缸盖有/无 EGR 阀无无无无2 2、进
13、气歧管设计开发流程、进气歧管设计开发流程2.1 给定输入条件及空间2.1.1 发动机开发目标值2.1.2 气道长度、稳压强容积、出入口等效直径等2.1.3 喷油点位置、喷油角度2.1.4 一些边界 3D，如缸盖结合面、节气门体等2.1.5 装配空间，与整车协调2.2 方案设计及确认针对上述条件，一般要设计几个方案，结合性能、出模、安装等方面对方案进行评估、最终选定设计方案。2.3 气道设计2.3.1 稳压腔的设计要综合考虑空滤以及各缸进气的谐振 （所以又名谐振腔） ，而且形状要尽量做到圆滑，有利于气体流动性及产品的强度。稳压腔容积主要影响发动机的响应速度。稳压腔容积越小，发动机产生功率的时间短
14、，响应速度就越快；稳压腔容积越大，发动机产生功率的时间长，响应时间就越慢。一般来说，进气歧管稳压腔容积的大小为发动机排量的 70%80%左右。 2.3.2 气道设计首先要确定合适的气道长度，依据发动机的性能，做不同长度的试验，结合设计经验进行设计。一般来说，为达到发动机动力性及经济性，要求发动机在高转速、大负荷时装备粗短的进气歧管；而在中、低转速和中、小负荷是配用细长的进气歧管。因此，为兼顾发动机各转速及负荷都能达到要求的动力性、经济性，进气歧管长度及气道形状设计显得尤为重要。 2.3.3 气道设计其次要确定合适的气道入口等效直径。一般来说，在缸盖确定的前提下，进气歧管出口是固定不变的。因此，
15、入口大小成为主要研究对象发动机在中低转速和中、小负荷下，入口小的进气歧管发动机性能明显好于入口大的进气歧管；发动机在高转速、大负荷时，发动机高速段，进气歧管入口加大，进气量增加，发动机性能大幅提高。 2.3.4 气道设计还要考虑气道内径加上单边 11焊接翻边不与其他部位干涉，为了避让螺栓装配等，局部可以小于 11。2.3.5 在满足上述条件后，气道设计总原则是：确定合理的截面变化规律，尽可能的减小进气阻力和各缸压力将，并且尽量做到各缸进气平衡。这些设计都依赖于 CFD 分析。 2.4 CFD 分析CFD 分析主要是针对气道设计，对进气性能进行模拟，对各缸进气量、进气压力降、各缸进气均衡性进行评
16、估，找出对进气阻碍较大的部位，从而对气道进行优化。内腔设计要尽可能的减少进出口压力降，不影响进气流速，并且尽量不要在进气过程中产生进气涡流，从而增加进气量。一般来说，进气均衡性必须保证在1%以内。 2.5 快速成型结构设计2.5.1 快速成型件主要是做发动机性能确认。2.5.2 快速成型设计是在进气歧管内壁偏置后基础上做的，偏置后必须在薄弱处加加强筋，如能镂空处尽量做出镂空以减轻产品的重量和减小产品缩水。2.6 整车数模搭载确认快速成型结构设计完成后，需要提供给整车数模进行搭载，主要确认进气歧管外部接口位置是否合理，与周边零部件是否产生干涉等。2.7 快速成型件制作2.7.1 快速成型件一般有激光烧结、硅胶模制作。2.7.2 原则上快速成型件只用于性能试验，为了缩短开发周期，硅胶模制作的快速成型件可用于台架耐久及道路试验，但存在一定的风险。2.8 装配验证及性能确认2.8.1 发动机性能试验确认，是否能达到开发目标值。2.8.2 实物整车搭载确认设计是否合理。2.9 详细设计2.9.1 对外部结构、出模方向、焊接部位等作全面的详细设计。2.9
