进气管主要参数(长度、管径、形状)的变化直接影响发动机性能。本文中着重研究进气管长度变化对发动机性能的影响、长度变化影响管内气体压力波的振动须率、从而影响发动机的充气效率,进而影响发动机性能一最大功率、转矩和燃油浦耗率。通过对我公司的新机型157FMJ-2(NBG)进行试验、实验,结果表明:1)随着进气管长度增加,发动机最大功率减小、最大转矩先增大后减小再增大、燃油消耗率减小;2)该机型进气管长度在96mm发动机外特性最优,即96mm的进气管是该发动机性能突变时的临界值。
1 试验意义及基本原理
国内外很多学者已经对汽车进气管长度对发动机动力性的影响进行研究,并得出了影响规律,但对摩托车发动机进气管的研究不多,摩托车发动机不同于汽车发动机,单缸双缸的居多,因此有必要对摩托车进气系统进行优化设计,通过对试验数据分析,得出进气管长度对发动机性能影响的趋势,以及发动机性能影响突变时进气管长度的临界值,为性能匹配和发动机的研发提供指导或参考。
提高发动机动力性和燃油经济性是研发工程师的目标之一,发动机换气过程的好坏,直接影响发动机的动力性。同样大小的气缸容积,在相同的进气状态下如能吸入更多的空气,则可以允许喷入更多的燃料,在同样的燃油条件下产生更多有用功,提高发动机的动力性。国内外研究者对发动机进气管道内气体的流动特性进行过研究,研究结果表明,管道长度影响进气管内的压力波的振动频率,并得出进气管长度与振动频率的关系式:
式中:a =为进气管内声速;K为绝热指数;R为理想气体常数;T为绝对温度;n为发动机转速;I为等效管长;Km为振动频率。
由式(1)可知道管道长度与振动频率成反比,改变进气系统管道长度可以改变进气振动频率。缩短管道长度则振动频率增大,使进气振动点向高转速移动,反之则向低转速移动,我们可以利用这一特性提高特定转速下气缸的充气效率,从而改善发动机性能,满足摩托车设计中某一要求下的驾驶性(如低速加速性能)。
虽然式(1)很简单,可以看出在不同发动机转速下进气管长度该如何变化,但无法从中直观得出改变进气管长度后发动机功率、转矩、燃油消耗率的变化量,所以我们必须通过试验方法采集相应量的数据,通过对数据分析得出变化量。
2 进气管长度的设计
试验用进气管长度设计为4个规格:36 mm、 76mm、 116 mm、 156 mm,这4组进气管试验完后,发动机性能突变时进气管长度的临界值不是很明显,因此增加了3个规格:96 mm、 206 mm、 256 mm。