进气歧管应用及发展*

 颜烨强，尹凝霞，纪宏文，洪宏敏

 （广东海洋大学工程学院，广东  湛江  524088）

摘要：筒述了发动机进气歧管的作用，从材料和结构两方面描述了进气歧管的应用现状，最后指出了进气歧管的发展方向。

关键词：进气歧管；发动机；应用中图分类号：U464. 134+.4 

0  引言

 进气歧管是发动机进气系统的重要组成部分，其一端与进气总管后的进气谐振室相连，另一端则与进气门相连，其主要功能是将清洁的空气分配到各进气道，进气歧管设计的合理与否会影响到发动机的充气效率和换气损失，进而影响到发动机的动力性和经济性。良好的进气歧管使进入各气缸的空气更加均匀，同时，还能满足当前发动机乃至汽车的发展需求。

1  进气歧管的材料

 随着石油资源的日益枯竭和排放法规的日益严苛，汽车材料向轻量化与环保化方向发展，汽车自重每减少10%．燃油消耗可降低6%～8%，因此，塑化汽车已成为当今汽车制造业的一大趋势。

 在发动机的进气系统中，由于进气端温度较低，复合材料成为进气歧管材质的热门首选，这是因为其质量轻、内部光滑，可有效减少阻力、提高进气效率。

 进气歧管的主要功能是把清洁的空气尽可能均匀分配到各个气缸，为此进气歧管内气体流道长度应尽可能相等，同时为了减少气体流动阻力，提高进气能力，进气歧管内壁应尽可能光滑。

 进气歧管形状复杂，传统进气歧管主要由铸铁或铝合金等金属材料铸造而成，存在表面粗糙、充气阻力大、质量重等缺点。为减轻发动机乃至汽车质量、降低发动机油耗、提高发动机性能，具有质量轻、价格低特点的塑料材质进气歧管应运而生。

 进气歧管作为发动机的一个组成部分，需要承受发动机苛刻的工作条件，虽然进气端温度较低，但因发动机舱内温度较高，因此为保证进气歧管可长期稳定工作，材料需耐热（可承受120℃高温）、耐老化；同时为了使进气歧管能承受一定的真空负荷，因此进气歧管材料需具有一定的抗拉强度和刚性，以减小振动。

 欧洲汽车商( Porsche)于1972年率先制造出尼龙进气歧管并应用于Porsche 911运动型车上，此后美国、日本等发达国家先后研制成功塑料进气歧管，并得到广泛推广应用，其质量比铝合金进气歧管减少了45%，比铸铁材质减少得更多，大约只相当于铸铁进气歧管的25%。

 与金属进气歧管相比，塑料进气歧管不仅减少了重量，而且其内壁可加工制造的非常光滑，进而可大幅减少进气阻力；同时塑料进气歧管导热性低，气体受热膨胀率亦相应降低，可增大进入缸内的气体密度。

 塑料进气歧管发展过程中存在的问题是：制造工艺难度较大，可靠性有待提高，并且噪声较大，这些也限制了塑料进气歧管的发展，尤其是在奢华轿车上的应用。于是出现了镁合金进气歧管，其比铝合金进气歧管质量轻，比塑料进气歧管噪声小，且资源丰富。

2进气歧管的结构

 进气歧管的长度和管径是发动机进气系统的重要参数，传统发动机的进气歧管结构参数固定不变，是兼顾各种工况下的一种折中，但进气歧管的这种结构只能使得发动机在某一工况下取得较好的效果，而不能使得发动机在各种工况下的性能均较优。随着发动机的快速发展和排放法规的日益严苛，发动机低转速与高转速、大负荷与小负荷下的矛盾越发突出，为了提高发动机性能，进气歧管的结构需随转速与负荷改变。

 虽然进气歧管长度、直径、安装位置及管道结构都会影响到进气歧管的脉动效应，进而影响到发动机的充气效率，但目前只有进气歧管长度改变是相对容易做到的，进气歧管长度通常可按下式进行估算：

式中：n为发动机转速，r／min；C为声波传递速度，m/s；Φ为进气门持续角，(。)；L为进气歧管长度，m。

 对于增压进气歧管，进气管内压力大于大气压，延长进气管长度则可增加进气阻力，其进气歧管一般为固定结构式。

2.1  二级调节进气歧管

 理论上对应每一转速都有一最佳进气歧管长度，现在所用的可变进气歧管，通常是设计了不同长度的进气歧管对应发动机的不同转速，通过电控单元控制转换机构，进而达到调节进气歧管长度的目的，以满足不同转速下不同进气歧管长度的要求。实际中转速是可连续变化的一系列值，要设计一系列长度的进气歧管来对应连续变化的转速，以期每个转速都获得最佳的充气效率也是不现实的，所以，实际中使用的可变进气歧管只是相对固定长度的进气歧管进行了变化，是在考虑了高转速与低转速对进气歧管长度的不同要求，而折中选择了一组长度的进气歧管，这一组长度的进气歧管只对应这一组转速，并不是对应整个发动机转速范围内都取得最佳的进气歧管长度，这一组值中选择的值越多，发动机运转时采用最佳进气歧管长度的时间就越多，当然也给控制带来了难度，所以折中起来，多数可变进气歧管只选择两个转速的进气歧管长度来进行变化，即如图1所示的短进气歧管对应较高转速和如图2所示的长进气歧管对应较低转速。

 发动机低速运转时进气频率低，长进气管可降低脉动次数，并且由于充满了更多空气，因而提高了发动机的充气效率；同时由于长进气歧管降低了空气流速，若在进气道内混合的发动机，则还可使燃料与空气混合得更充分。

2.2  截面可变进气歧管

 图3为两级可变截面进气歧管。低速时需要小截面，以提高进气负压，并可产生涡流以促进燃料与空气混合；高速时需要大截面，以增加进气量。大、小截面转换可通过阀门的开启和关闭实现。

2.3  连续可变进气歧管

 连续可变进气歧管是最理想的可变进气歧管，即进气歧管的长度或者截面面积可随发动机转速变化而连续变化。宝马760装配的V12发动机采用了一种新的进气歧管结构，进气歧管长度是连续可变的，其原理是设计了一个转子来控制进气歧管的长度，通过转子角度的变化，改变进气歧管长度，以使发动机在各转速下都能得到最优的进气效率。

 凌志轿车上采用的连续可变进气歧管如图4所示。

3  进气歧管发展趋势

 发动机进气歧管作为发动机进气系统的重要组成部分，未来仍会沿着轻质、可变的方向发展，但结构尽量简化，控制更趋简单。随着技术的不断进步，性能更优、价格更低的新型材料及加工方法和工艺的出现，进气歧管也会有新的发展。

 塑料进气歧管和镁合金进气歧管的出现，使得进气歧管的选择更加多样化，并且符合发动机乃至汽车的发展趋势；长度可变和截面面积可变进气歧管的出现，则使得进气歧管更能满足汽车不同转速对进气量的需求。