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汽油机进气歧管CFD分析与改进CFD Analysis and Improvement of Intake Manifoldfor a Gasoline Engine汪源利王伟民蔡志强（东风汽车公司技术中心湖北武汉 430056）摘要：本文对某款汽油机的进气歧管进行稳流试验，利用CDAJ公司的STAR-CCM+软件建立进气歧管分析模型，以试验数据来标定流动模型，同时对改进后的进气歧管的流动特性进行CFD分析，分别计算出两种进气歧管的最大不均匀度。
结果表明改进后的不均匀度得到一定的降低，更有利于提高发动机进气和燃烧的质量。
关键词：汽油机 进气歧管 数值模拟 STAR-CCM+Abstract：The steady flow test was applied in the intake manifold of gasoline engine in this paper. The analysis model of intake manifold was made by STAR-CCM+, and then was calibrated by the test data. At the same time, some CFD simulation of the improved intake manifold had been done in order to study its flow characteristic, max unevenness of the two models were also calculated. Results showed that the improved model was better than old model, and it was more conducive to raising the quality of engine intake and combustion. Keywords：gasoline engine; intake manifold; numerical simulation; STAR-CCM+1前言在轿车用汽油机上，进气歧管是进气系统最重要的部件，其进气的不均匀性将直接影响到各缸空气与燃油的混合程度，从而影响燃烧过程的组织，使各缸的燃烧过程产生差异，最终影响到整机性能。
ea211发动机进气系统零部件组成EA211发动机是大众汽车集团生产的一款小型汽车发动机，广泛应用于大众及其合作伙伴旗下的车型中。
作为一款高性能、高可靠性的发动机，EA211发动机的进气系统零部件起着至关重要的作用。
本文将从进气道、进气门、进气管、进气歧管等方面介绍EA211发动机进气系统的零部件组成。
进气道是EA211发动机进气系统中的重要组成部分，它负责将空气引入发动机燃烧室。
进气道通常由进气滤清器、进气管和进气歧管组成。
进气滤清器位于进气道的前端，它主要用于过滤空气中的杂质和颗粒物，保护发动机免受污染。
进气管连接着进气滤清器和进气歧管，它起到导向和调节空气流量的作用。
进气歧管负责将空气分配到各个气缸中，确保每个气缸的空燃比均匀。
进气门是EA211发动机进气系统中的核心部件，它控制着空气进入燃烧室的量和时间。
进气门通常由进气门轴、进气门片和进气门弹簧组成。
进气门轴安装在发动机气缸头上，通过凸轮轴的驱动来实现进气门的开闭。
进气门片是连接在进气门轴上的金属片，它负责在进气门开启时让空气进入燃烧室。
进气门弹簧保证了进气门的闭合，防止空气逆流和爆震。
进气管是EA211发动机进气系统中的重要组成部分，它负责将空气从进气口引导到进气歧管。
进气管通常由金属或塑料制成，具有一定的强度和耐高温性能。
进气管的设计和形状对发动机的进气效率和功率输出有着重要影响。
进气管通常会采用优化的内部结构和流线型设计，以减小气流阻力，提高进气效果。
进气歧管是EA211发动机进气系统中的关键部件，它负责将空气分配到各个气缸中。
进气歧管通常由铝合金或塑料制成，具有一定的强度和耐高温性能。
进气歧管的设计和形状对发动机的进气效率和燃烧效果有着重要影响。
进气歧管通常会采用分段式设计，以提高进气流量和混合气的均匀性。
此外，进气歧管还会根据不同的发动机工况进行优化和调节，以满足不同的动力需求。
EA211发动机的进气系统零部件组成包括进气道、进气门、进气管和进气歧管等。
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可变进气系统的工作原理可变进气系统是现代汽车发动机中常见的一种技术，它通过调节进气道的长度或形状，以及改变进气歧管中的气流速度和方向，从而实现对发动机性能特性的调节。
这种系统的出现，使得发动机在不同转速下能够获得更好的动力输出和燃油经济性，提高了发动机的整体性能。
在可变进气系统中，主要有两种常见的实现方式，一种是采用可变进气道长度的系统，另一种是采用可变进气歧管的系统。
这两种系统都是通过调节进气道的长度或形状，来改变进气气流的速度和方向，从而实现对发动机性能特性的调节。
对于采用可变进气道长度的系统来说，它通常通过使用可变长度的进气道来实现。
在低转速时，进气道长度会被设计成较长，这样可以增加进气气流的速度和进气量，提高发动机的输出扭矩和低速动力性。
而在高转速时，进气道长度会被设计成较短，这样可以减少进气气流的速度和进气量，提高发动机的输出功率和高速性能。
通过这种方式，可变进气道长度的系统可以实现在不同转速下的最佳性能输出。
而对于采用可变进气歧管的系统来说，它通常通过设计可变形状的进气歧管来实现。
在低转速时，进气歧管的形状会被设计成较长或较窄，这样可以增加进气气流的速度和进气量，提高发动机的输出扭矩和低速动力性。
而在高转速时，进气歧管的形状会被设计成较短或较宽，这样可以减少进气气流的速度和进气量，提高发动机的输出功率和高速性能。
通过这种方式，可变进气歧管的系统也可以实现在不同转速下的最佳性能输出。
总的来说，无论是采用可变进气道长度的系统，还是采用可变进气歧管的系统，它们的工作原理都是通过调节进气道的长度或形状，来改变进气气流的速度和方向，从而实现对发动机性能特性的调节。
这种技术的出现，使得发动机能够在不同转速下获得更好的动力输出和燃油经济性，提高了发动机的整体性能。
因此，可变进气系统在现代汽车发动机中的应用前景将会更加广阔。
进气歧管气流均布试验
进气歧管气流均布试验是对发动机进气系统中的进气歧管进行测试和评估的一种试验方法。
其目的是确保进入各个气缸的空气流量均匀分布，以提高发动机的性能和燃烧效率。
该试验通常包括以下步骤：
1. 试验准备：将进气歧管安装在试验台上，并连接好空气流量测量设备和压力传感器等。
2. 流量测量：通过空气流量测量设备，测量进入进气歧管的总空气流量。
3. 压力测量：使用压力传感器，测量进气歧管内的压力分布。
4. 数据分析：分析测量得到的空气流量和压力数据，评估进气歧管内的气流均布情况。
5. 优化改进：根据试验结果，对进气歧管的设计进行优化，以改善气流均布情况。
通过进气歧管气流均布试验，可以发现进气歧管设计中可能存在的问题，如气流分布不均、局部阻力过大等。
这些问题可能导致发动机性能下降、燃油经济性变差或排放增加。
因此，该试验对于优化发动机进气系统设计、提高发动机性能和可靠性具有重要意义。
需要注意的是，具体的试验方法和要求可能因不同的发动机类型和应用而有所差异。
在进行进气歧管气流均布试验时，应根据实际情况选择合适的试验设备和方法，并严格按照相关标准和规范进行操作。
毕业设计（论文）-FSAE进气系统设计与分析【毕业论文】FSAE进气系统设计与分析目录摘要 1ABSTRACT 20 引言41 绪论4大学生方程式汽车大赛简介 4汽车发动机进气系统的简介 6定义 6基本构成 6进气形式 7汽车发动机进气系统发展趋势8FSAE赛车进气系统与量产车比较11FSAE规则对进气系统限制11FSAE赛车进气系统主要构成13国内外FSAE赛车进气系统现状与发展142 进气系统方案设计16进气系统设计流程16确定进气形式18确定进气系统材料与制造工艺22节气门体类型选择233 设定进气系统各部件基本参数25系统参数 25空气滤清器25限流阀开口26限流阀26限流阀扩散器27稳压腔28进气道29进气管方案一29进气管方案二30进气管方案三31方案的论证与选择31利用赫尔姆霍兹（Helmholtz）进气谐振原理验算 33 4 进气系统做流体动力学分析35分析软件介绍35模型网格划分与边界条件初步定义37整体分析 38进气管方案二整体分析38进气管方案三整体分析40确定进气系统方案42扩散器理想锥角的CFD模拟426°锥角扩散器分析427°锥角扩散器分析448°锥角扩散器分析46扩散器对比论证47燃油雾化效果模拟485 进气系统制造工艺及装配48零件制造 48装配与安装506 结论与展望52结论52展望53参考文献54译文56原文说明71摘要本毕业设计课题来自我校第二届FSAE赛车项目课题。
FSAE赛事中文名称为大学生方程式赛，是上世纪70年代由美国汽车工程师协会发起，三十一年以来发展至世界各地，致力于培养汽车方向的大学生各方面综合能力。
此项赛事结合了专业知识与工程实践能力，有利于提高大学生的汽车和零部件的自主研发能力。
本文以2011年全国第二届FSAE大学生方程式赛为背景，设计研发一辆符合参赛规则的方程式赛车。
FSAE赛车进气系统以减少进气阻力，增强发动机充气效率，增强动力的同时要使赛车手便于操控为目标，对进气系统进行合理的设计。
本文件所有内容及图片，其所有权归奇瑞汽车有限公司拥有，未经奇瑞汽车有限公司许可，不得以任何形式复制此文件（包括其中部分或整体），以及提供给第三方，否则奇瑞汽车有限公司有权追究其法律责任进气歧管总成设计指南Part Design Guideline of Intake Manifold编 制： 郭 栋 审 核： 江 雪 峰 批 准： 杨 俊 伟 日 期： 2007.9本文件所有内容及图片，其所有权归奇瑞汽车有限公司拥有，未经奇瑞汽车有限公司许可，不得以任何形式复制此文件（包括其中部分或整体），以及提供给第三方，否则奇瑞汽车有限公司有权追究其法律责任目录一 进气歧管概述 (3)1.1 进气歧管的功用................................................................................................................3 1.2适用范围.............................................................................................................................3 1.3 进气歧管的总成结构以及组成. (3)二、进气歧管开发流程 (6)2.1开发流程.............................................................................................................................6 2.2概念设计.............................................................................................................................7 2.3布置设计.............................................................................................................................7 2.4详细设计.. (8)三、进气歧管设计 (9)3.1 设计原则............................................................................................................................9 3.2 分析计算..........................................................................................................................10 3.3 参数选定..........................................................................................................................11 3.4 设计方案的选定..............................................................................................................16 3.5 材料的选择......................................................................................................................16 3.6 技术要求..........................................................................................................................17 3.7 试验验证.. (17)四、进气歧管建模.....................................................................................................17 五、进气歧管的一些先进技术 (19)5.1 我公司应用的一些先进技术..........................................................................................19 5.2 目前在世界上应用的一些先进技术 (22)六、进气歧管开发过程中的问题和解决措施 (26)6.1 进气歧管支架断裂..........................................................................................................26 6.2 摆臂脱落..........................................................................................................................27 6.3 金属进气管和支架断裂..................................................................................................27 6.4 进气歧管总成装配干涉.. (28)本文件所有内容及图片，其所有权归奇瑞汽车有限公司拥有，未经奇瑞汽车有限公司许可，不得以任何形式复制此文件（包括其中部分或整体），以及提供给第三方，否则奇瑞汽车有限公司有权追究其法律责任一 进气歧管概述 1.1 进气歧管的功用简单的来说，进气歧管是将燃油混合气送入发动机缸盖的一个组件，起到引导空气流向的作用。
同时也是其它管路和较小附件的一个支撑体。
一般来说，进气歧管在发动机上的作用主要有三点：（1）发动机动力性能。
进气歧管属于发动机里面一个非常重要的组件，它直接影响到发动机的性能。
当发动机处于大功率的时候，就要燃烧更多的燃油，当然也就需要更多的空气，而另外在怠速稳定时，又需要调节空气量来保证少量燃油的燃烧，从而满足燃油经济性要求，这些都是通过进气歧管的总成系统来调节的。
总之，进气歧管设计的好坏对发动机的输出功率和扭矩有着直接影响。
（2）发动机噪音。
汽车和发动机产生的噪音中，进排气系统传递的压力波占很大比例。
歧管的几何形状对于由压力波产生的频率和振幅有重要的作用。
歧管部分设计要削弱压力波的振幅和作用于特殊的频率成分。
保证能够获得理想的声谱的同时不会对能够提高发动机性能的波产生不利的影响。
（3）发动机的排放。
发动机进气歧管内的非稳态流动的流体对排放水平有重要的影响。
提高涡流比可使燃烧加速并且完全，其结果可导致缸内最高燃烧压力和温度的升高，从而使NOX 的排放明显增加，若减少涡流强度虽然可以减少NOX 的排放，但是势必牺牲柴油机的动力性和经济性。
因此合理组织进气涡流对发动机的性能和排放是很至关重要的。
另外，进气歧管还有一个促进EGR 废气、曲轴箱通风系统混合气与空气的混合作用，保证进气的均匀。
而且对于非增压发动机，它还是一个真空源，为真空系统零件提供真空的作用。
1.2适用范围本设计指南主要针对所有汽车发动机的进气歧管的设计编写的，适用于所有汽车发动机的进气歧管的设计。
1.3 进气歧管的总成结构以及组成进气歧管的结构是根据发动机的类型、布置形式以及其他一些因素决定的，不同类型的发动机对进气歧管的要求不一样，所以其结构也是不同的。
根据现有的发动机的类型，分为以下两类介绍：本文件所有内容及图片，其所有权归奇瑞汽车有限公司拥有，未经奇瑞汽车有限公司许可，不得以任何形式复制此文件（包括其中部分或整体），以及提供给第三方，否则奇瑞汽车有限公司有权追究其法律责任1.3.1汽油机1.3.1.1 自然吸气式1.3.1.2 增压式1.3.3柴油机1.3.3.1 一般柴油机的进气歧管本文件所有内容及图片，其所有权归奇瑞汽车有限公司拥有，未经奇瑞汽车有限公司许可，不得以任何形式复制此文件（包括其中部分或整体），以及提供给第三方，否则奇瑞汽车有限公司有权追究其法律责任1.3.3.2 带有可变涡流控制系统的柴油机进气歧管本文件所有内容及图片，其所有权归奇瑞汽车有限公司拥有，未经奇瑞汽车有限公司许可，不得以任何形式复制此文件（包括其中部分或整体），以及提供给第三方，否则奇瑞汽车有限公司有权追究其法律责任二、进气歧管开发流程 2.1开发流程本文件所有内容及图片，其所有权归奇瑞汽车有限公司拥有，未经奇瑞汽车有限公司许可，不得以任何形式复制此文件（包括其中部分或整体），以及提供给第三方，否则奇瑞汽车有限公司有权追究其法律责任2.2概念设计在概念设计阶段，设计人员主要做的就是根据前舱布置空间布局，加上设计输入建立一个进气管的概念模型。
这个概念模型只是因为布置需要而建立的模型，所以比较简单，而且不需要带很多特性信息。
我们需要的设计输入主要包括进气管与缸盖接触面的法兰面形状，进气管气道长度、气道截面和稳压腔大小等参数。
其中进气管气道长度、气道截面和稳压腔大小等参数是根据发动机的性能设计要求，经验积累或者其它的进气管参考特征，再加上由CAE 计算部门根据发动机设计参数和指标，初步制订的。
概念设计阶段输入1、缸盖进气面形状和固定螺栓孔位置2、节流阀体安装法兰的位置3、进气歧管周围件位置确定4、CAE 提供进气歧管一维计算参数：进气歧管长度、截面积、稳压腔大小 概念设计阶段输出1：确定进气管气道 2：确定进气歧管结构形式 3：确定进气歧管的技术方案2.3布置设计然后我们转入较为详细的布置设计阶段。
由于到此阶段时，发动机大部分件的概念模型都已经完成，发动机的布局已经基本定型了，现在所做的都是细化工作，解决相关的干涉问题等。
在这个时候我们就开始考虑并确定进气管的形式是整体式还是分体式，另外进气管缸盖进气面形状和固定螺栓孔位置，节流阀体安装法兰的位置，进气歧管周围件位置等都将确定，实际上一个较为详细的进气管外形轮廓基本上已经出来了。
