柴油机设计与制造
Design and Manufacture of Diesel Engine doi : 10. 3969/j. issn. 1671 0614. 2018. 04. 004
2018年第4期第24卷（总第165期）
基于模态的发动机进气歧管结构布置与优化设计
蔡兴玲
（安徽全柴动力股份有限公司，安徽2395000）
摘要某发动机为了满足更高的节油要求和排放要求，进气歧管材料由铝制改为复合塑料材质，并增加了EGR进气方式，歧管结构更改幅度较大，共提出3种设计优化方案（A、B和C 方案）。发动机在高转速运行时，极易引起进气歧管共振，有导致歧管断裂的危险。为此，应用模态分析理论，对3种新结构塑料进气歧管方案的模态固有频率及歧管支架布置方案进行分析和比较。分析结果表明，只有方案C进气歧管+辅助支撑，其1阶模态固有频率为201Hz，达到设计目标177Hz要求。
关键词：进气管轻量化模态分析固有频率
Intake Manifold Structure Layout and Optimization Design based on Modal Analysis
Cai Xingling
(Anhui Auanchai Engine Co., Ltd., Anhui 2395000, China)
Abstract: In order to meet a better fuel economy and emissions requirements, the intake manifold material of an engine was changed from aluminum to composite plastic material, and the EGR intake mode was adopted, resulting in great change in the manifold design, so three optimized design schemes(A, B and C) were proposed. When engine runs at high speed, manifold resonance can easily be trig-gered, which is possible to cause manifold crack failure. Therefore, the analysis and comparison of the modal natural frequency of the three schemes and the layout schemes of manifold supports were carried out with the modal analysis theory. The results show that scheme C with manifold support has the first or-der modal natural frequency of 201 Hz, reaching the target of 177Hz.
Key words: intake manifold,light weight, mode analysis, natural frequency
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引言
发动机进气歧管是发动机供给系统中的重要部件，直接影响到发动机的性能。进气歧管的主要功能是将尽可能多的可燃混合气或新鲜空气均匀分配到各气缸，故对进气歧管的要求是：进气阻力小、充气量大。与传统的铝制进气歧管相比，复合塑料（以下称为塑料）进气歧管具有一定的优越性：塑料进气歧管内表面光滑，可进一步减少进气阻力，提高充气性能：更重要的是，塑料进气歧管质量轻，成形工艺简单、生产效率高。随着汽车轻量化技术的发展，塑料进气歧管将逐渐替代铝制进气歧管。某发动机为了满足更高的节油要求和排放要来稿日期：2018-09-13
求，进气歧管材料由铝制改为塑料材质，并增加了 EGR进气方式。
一般情况下，进气歧管结构相同时，其模态频率的平方与材料的弹性模量E成正比、与材料的密度p成反比，即fα√E/p。铝制材料弹性模量E 通常为70GPa，相对密度2.7；本案塑料歧管材质为PA6+30%玻纤，弹性模量E约为8CPa，相对密度1.37；因此，塑料进气歧管模态频率较铝制的低一些。从发动机振动角度而言，将铝制进气歧管改成塑料进气歧管，必须对原结构进行更改设计，以满足发动机可靠性要求；另外，为了提高塑料进气歧管的模态频率，通常情况下都需要在歧管
作署简介：募兴玲（1976-），女，工程师，主要研究方向为发动机设计和制造方面的质量分析与改进。
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