发动机的进排气管

提升发动机功率最简单的方法就是增大气缸工作容积,也就是提高排量。一般而言,增大工作容积就会增大发动机体积,重量也会随之增加,这种方法对于追求结构紧凑,追求行驶经济性的现代乘用车设计者来说是难以接受的。因此,在同体积或者更小体积的前提下,通过改进发动机结构和采用新材料来追求更高的输出功率,是当前厂商的追求目标。

提高发动机的升功率,也就是每升气缸工作容积所发出的有效功率,是实现这个目标的方法。要提高发动机的升功率,加大进气量是一种解决方案。有些发动机采用强制吸气法的方式,用增大气体密度来提高进气量,例如采用涡轮增压(Turbo)。但是,在日益严格的废气排放法例的管制及制造成本的限制下,多数汽车的发动机还是倾向采用自然吸气法方式。

采用自然吸气法,又要提高进气量,设计者就把注意力放在了进排气的速度方面,也就是千方百计提高气体的流动速度来提高单位时间内的进排气量,在提高换气效率上做文章。换气是汽车发动机最基本的功能。通过换气,排出废旧气体,发动机工作循环回复到循环初始状态,吸纳新鲜气体来提供燃料所需的氧气。用一句成语形容,就是“吐故纳新”,只有“吐故纳新”畅顺,发动机才能正常工作。

良好的发动机进气通道设计是提高进气量的重要保证。一些汽车运动者在传统发动机改装上,采用了大通量的空气滤清器,大口径或多支排气管,目的就是改善气体的流速以提升发动机功率。更进一步,改装深入到结构内部及材料的选用,例如打磨进气歧管内壁,使用不锈钢排气管等,以增高管壁的光滑程度来减少与气体之间的摩擦,提高气体的流动速度。

不锈钢进气管

不锈钢排气管

发动机进排气管过去都是用铸铁材料铸造出来的。发动机进排气管道改用不锈钢或铝合金材料,既可以降低管道内的气流阻力,同时也可以降低重量,因为不锈钢和铝合金比铸铁质量小得多,可谓是一举两得。因此,现在许多发动机都选用不锈钢材或铝合金材料做进排气管。据最新资料,德国拜耳专门开发了一种新型的Durethan材料,用于制造具有更精确内部几何形状的进气歧管,其焊接性能、加工可靠性、焊接性能、气密性、经济性等都表现良好。

从形状上看,传统发动机进排气管多用方形,这是因为方形断面表面面积大,有利于进气管内油膜的蒸发,同时从铸造工艺上考虑,方形也比圆形更简单一些。但由于园形断面对气流的阻力小,同时多点电喷发动机的喷油位置就在进气门处,进气管道不易形成油膜,为了得到更高的气流速度,一些发动机进排气管就采用了圆形断面。

从安装上看,传统发动机进排气管多安装在气缸的同一侧,进气管依赖排气管加热。它们用铸铁铸成一体或者分别铸成,再用螺栓连接在一起。现在高转速发动杌由于结构上的需要,进排气管多分置在气缸的两侧,进气管的加热靠冷却水或电热装置。这里要指出的是,因受废气温度的影响,排气管的冷热温度是急剧变化的,巨大的热应力可使排气管产生裂纹,为保证一定的热胀冷缩,排气歧管的安装形式与进气管有所不同,一般发动机排气管是一缸一歧管,以减少排气管的热负荷。

按照空气动力学原理,气管的流通性应以最小截面处的流动情况为依据,而发动机整个进排气道系统中最小截面处位于气门阀隙处,这也就是现代发动机采用多气门或者尽量增大气门头直径的原因。同时,也要考虑到进排气管尺寸、形状、材料、弯曲半径、安装位置等因素对气流速度的影响,只有各种因素配合良好,发动机才能发挥最佳性能。

车汇通
2003年6月14日