发表时间：2020-09-23T03:14:36.373Z 来源：《福光技术》2020年16期作者：邹牧野
[导读] 发动机进排气系统对于发动机的性能具有十分重要的影响，本文对发动机进排气系统的工作原理和元件组成进行阐述，并通过对模拟分析模型的描述，进而深入剖析其压力损失对发动机性能的影响，对于从事相关工作的技术人员具有一定的借鉴意义。
邹牧野
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摘要：发动机进排气系统对于发动机的性能具有十分重要的影响，本文对发动机进排气系统的工作原理和元件组成进行阐述，并通过对模拟分析模型的描述，进而深入剖析其压力损失对发动机性能的影响，对于从事相关工作的技术人员具有一定的借鉴意义。
关键词：发动机；进排气系统；压力损失
引言
发动机进排气系统是发动机的重要组成部分，决定着发动机工作过程中的动力性能和经济环保性，对于发动机的平稳运行具有十分重要的现实意义。进排气系统的压力损失情况决定着进排气系统的工作性能，主要可以概括为进气阻力和排气背压。
1发动机进排气系统工作过程及原理
环境温度的空气经过空气滤清器后，通过进气管路进入涡轮增压器进气口，经增压后从增压器出气口流出，此时空气密度增加、温度升高。增压器出气口处的空气温度约为 170 摄氏度（不同发动机的值有所不同）。增压后的高温高压空气经中冷管路流至中冷器进气口，此时空气温度约为 165 摄氏度。经过中冷器冷却后，空气从中冷器出
气口流出，温度降至 55 摄氏度左右，并进入发动机进气歧管。当空气
到达各缸盖进气道内，空气温度稍有升高约至 60 摄氏度。此后空气经进气门吸入气缸，经过活塞压缩其温度密度骤增达到燃烧所需的自然温度和压力，在活塞达到上止点前喷油提前角度曲轴转角时喷入燃油，空气与燃油混合燃烧后膨胀做功进入排气冲程，此时排气门打开，废气经缸盖气道时的温度高达 600 摄氏度，通过排气歧管进入涡轮增压
器。高温废气推动涡轮高速旋转后从涡轮出气口排出，温度降为 500 摄氏度左右，经过排气管路和排气制动阀、排气波纹管进入催化转换器进行尾气处理，而后进入消声器经过噪声处理后排入大气。
2发动机进排气系统元件组成及压力损失影响分析
汽车发动机的进气系统主要是由空气滤清器、进气歧管、空气流量计组成，旨在为发动机提供清洁新鲜的空气，提供合适浓度的混合气后将进气均匀的分配到各个气缸中，保证发动机工作的正常进行。发动机排气系统可以分为单排气系统和双排气系统，主要有排气管、催化转换器及排气消声器三部分构成。排气管又包括排气歧管、排气尾管、叉形管及总管等。现以某增压发动机为例分析其运行时进排气系统压力损失情况，某基本参数见表 1；
根据该增压发动机的各个参数构建分析模型，对汽车发动机中的进排气系统进行全面分析，像空气滤清器、进气歧管、气缸参数、排气歧管及各种排气部件等，科学分析发动机运行中每个环节的压力值状况，观察发动机的性能变化。经研究发现，在改变压力波强度、运行速度及进气管长度直径的情况下观察压力损失状况，进气管内压力波的形成和传播与管道的直径和长度密切相关。进气管道作为发动机的重要组成部分，为发动机的正常运行提供空气，发动机中的气体处在一个复杂流动的过程，如
果进气管道压力损失过大势必影响发动机的正常运行，进而影响汽车性能的发挥。排气系统其主要任务是尽可能的保证发动机性能的稳定性，同时将汽车运行中产生的废气排放出去，进排气系统压力损失过大，将会影响发动机系统的稳定性。一般来说，在对进气系统进行设计时其进气管口的进
气温度不得高于周边环境温度 15 摄氏度 , 否则进入发动机中的空气密度将会有所下降，影响其燃烧的效率。建议进气系统中各元件最大的进气阻力不得超过 5kPa，增压时空气滤清器最大阻力值不得超过 6kPa，但如果在空气滤清器中安装安全滤芯，则带安全滤芯的双极空气滤清器其阻力值应低于 3.8kPa，若安装三级滤清器则其阻力值应低于 4.5kPa，并在车辆内部安装阻力指示装置，便于车辆在运行中在临近最大阻力值时发出警告，利于工作人员及时更换滤芯，保证发动机稳定运行，促使其正常运转。通过建构模型，对发动机进排气系统进行模拟分析，并对比进排气压力损失的情况分析发动机的性能。如发动机在进气阻力为 5.2kPa 时，在保证其他参数不变，其他外部条件一定的情况下，设定其排气背压值分别为 27.6kPa、40.9kPa 和 47.9kPa，发动机性能表现的各有不同，具体为排气背压值越低其扭矩值越高。然而在保证发动机排气背压一定的情况下，如果将排气背压值确定为 40.9kPa，设定进气阻力分别为 2.3kPa、5.2kPa、7.9kPa、11.7kPa，发动机的实际功率会随着进气阻力的升高而降。借由模拟分析计算发动机进排气系统在不同的压力损失时发动机最大的功率、最大扭矩及低速扭矩值，以便更直观的看到发动机进排气系统压力损失对发动机性能的影响。
3中冷器总成的功能及故障分析
中冷器的主要功能就是为发动机提供高压高密度的空气，其性能好坏的评价标准就是能尽可能的保持增压后的空气压力，并把进入发动机气缸燃烧的空气温度降低到尽可能低，这样可以减少发动机的热负荷，从而降低整车油耗和有害气体排放。根据试验表明，发动机进气温度降低 1 摄氏度，可使最高燃烧温度和平均循环温度降低 3 摄氏
度，从而降低发动机的热负荷。当发动机进气温度超过 40 摄氏度后，每升高 11 摄氏度，发动机功率下降约 2%-3%，且向冷却系统散出的热量增加约 3%。使得整车的油耗增加约 1.5%。由此可知，中冷器总成工作是否正常，将对整车的影响非常明显直观。列举一个实例，某试验车在行驶过程中出现发动机动力不足、油耗加大，排气尾管大量冒白烟的故障。起初判断是发动机总成出现问题，并对发动机总成的气缸活塞等元件进行更换和维修，修复后发动机在台架热磨合一切正常。后将发动机复装至原车，行车中仍然存在动力不足、冒白烟的现象。进而检查空气滤清器以及进气系统管路 , 发现一切正常。最终在拆除中冷器和发动机之间的管路后，让发动机运行，冒白烟的现象消失。由此可判断是中冷器总成出现故障。待拆下中冷器总成后发现其气室内油污较多，对其进行通水试验，发现内部水流不畅且堵塞严重。由此得知中冷器内部气室堵塞导致发动机进气量不足，燃油不能充分燃烧呈白烟雾排出。确认故障真因后对中冷器总成进行更换处理，后试验车工作正常。此外，中冷系统管路的耐压能力也非常重要，任何一处发生漏气都将会影响整车性能。
结语
通过上述分析可以看出，发动机进排气系统作为发动机的重要附件，合理的产品设计可确保发动机的使用性能。而通过模拟分析发动机进排气系统的压力损失，可在产品设计前期确认合理的技术参数，对进排气元件的正向开发起着指导作用。
汽车发动机盖参考文献
[1] 付友，李慧军，孙飞等。某发动机进排气系统压力损失对性能的影响[J]. 汽车工程师，2016(4):42--45.
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