柴油机进气系统结构形式对进气管内气体流动特性的影响研究

摘要：本文应用GT-POWER软件全面建立了1015八缸柴油机的工作过程仿真计算模型，在其他结构和运行参数不变的情况下，研究不同的进气系统结构形式对进气管内气体流动特性的影响。建立与原机不同的三种进气系统流动模型，以充气效率和各缸进气均匀性为考核目标，找出最适合该柴油机的进气管路结构形式。

关键词：GT-Power 进气系统 流动特性 仿真研究

柴油机进气系统的结构形式在一定程度上决定了气体的进气流动状态，从而影响着柴油机混合气的形成质量及燃烧品质[1]。借助进气过程中的气流运动，是提高空气利用率、改善燃烧的有效途径。这不仅严重影响柴油机的动力性、经济性指标，而且也明显影响其排放、噪声及工作柔和性。下面将通过改变进气管路的布置形式和截面形状，来研究进气系统结构形式对气体流动特性的影响。

进气管路布置形式对进气流动特性的影响

1 不同进气管路流动模型的建立

该增压柴油机原型采用的是顺序进气，空气由进气总管流向进气歧管1－2－3－4，这种进气方式不可避免地会造成缸内进气的不均匀性，进气总管离支管1较近，空气质量流量会较其他支管略大些。为了解决这个问题，并进一步改进柴油机的进气性能，在原机的基础上，建立了三种不同的进气系统模型。模型之间只在进气管路的布置上有所不同，其他参数（如配气定时、燃烧模型等）都一样。通过运用GT-POWER在标定工况（n=2100r/min）下进行仿真，分析不同的进气管路布置形式对气体流动特性的影响情况。

2 进气歧管出口流量及均匀性比较分析

各缸进气的不均匀性直接影响着各缸空气与燃油的混合，从而影响燃烧过程的组织，使各缸的燃烧过程产生差异。因此，各缸进气的不均匀性是内燃机工作者十分关心的课题。本文针对不同进气管路流动模型，计算出了进气管各分支管出口流量，在此基础上，研究各缸进气的不均匀性，为改善发动机各缸进气均匀性，提高发动机工作性能提供了有效手段。

每个进气歧管的平均进气质量流量为m=0.25∑mi，进气均匀性指数为δ=S/m，其中mi为第i个支管的质量流量，标准差S= 。各进气管路模型的进气歧管出口质量流量，见表1：

平均质量流量m越大表示进气管的进气量越大，δ越小则表示进气管进气均匀性越好。改进后的进气流动模型A、B、C的进气歧管出口质量流量与原机差不多，只有极小的减少或增加，但各缸的进气均匀性有了明显的改善。就进气均匀性来说，模型C的δ值最小，表示进气管的进气均匀性最好。和原机相比，各缸的进气均匀性能提高了4倍以上。

综合考虑，四缸机采用分组进气虽然进气均匀性是最好的，但不利于进气管路设计的紧凑性，在结构布置上带来了困难。而改进后的进气流动模型A进气均匀性也得到了很大的提高，和模型B和C差不多，且平均质量流量是最大的，所以模型A更适合于该增压柴油机。

3 对各缸充气效率的影响分析

发动机的充气效率可以用来衡量发动机的进气能力，为了进一步研究各进气管路布置形式对进气流动特性的影响，分别计算出不同模型下各缸的充气效率(见表2)，并进行分析比较。

从表中可知改进后的三种进气流动模型改善了各缸的进气均匀性，相比而言模型A的充气效率略高。结合上一小节的讨论情况，可知进气流动模型A中的管路布置形式是最合适该增压柴油机的。

参考文献：

[1]杨寿藏，陈云彪.现代先进发动机技术-进排气系统(一)，柴油机设计与制造，2001（1）.

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