馬 亮

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 前言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)商用車的性能要求也不斷提升，輕型卡車作為商用車市場(chǎng)的重要分支之一，隨著市場(chǎng)的不斷發(fā)展，應(yīng)用在輕型卡車之上的新技術(shù)也不斷出現(xiàn)。

進(jìn)氣系統(tǒng)管路是連接進(jìn)氣系統(tǒng)各功能附件的的重要部件，其性能好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)甚至整車工作性能，對(duì)于輕型卡車，傳統(tǒng)進(jìn)氣管路結(jié)構(gòu)采用橡膠軟管結(jié)構(gòu)連接，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成型方便。但由于軟管本身特性問題，在制造裝配及使用過程中易出現(xiàn)軟管折彎變形、耐負(fù)壓能力不足、耐正壓能力不足、難裝配、裝配后對(duì)中性差等問題，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能造成影響。

近年來，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，三維吹塑管路越來越多的被應(yīng)用于汽車行業(yè)中，此類管路特點(diǎn)是，管路主體為 PP或 PE塑料，可有效解決橡膠軟管耐正負(fù)壓強(qiáng)度不足、易變形的缺點(diǎn)。

2 輕型卡車進(jìn)氣系統(tǒng)三維吹塑管路的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

2.1 概述

輕型卡車進(jìn)氣管路的作用是連接進(jìn)氣系統(tǒng)各功能附件，使空氣順暢通過并進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)參與內(nèi)燃機(jī)燃燒工作。對(duì)于匹配增壓中冷類型發(fā)動(dòng)機(jī)車輛，進(jìn)氣系統(tǒng)管路按照工作區(qū)域可分為三類：第一類，空濾器至增壓器進(jìn)氣口間管路，該段管路連接空濾器出氣口和增壓器進(jìn)氣口，內(nèi)部氣體為常溫負(fù)壓；第二類，增壓器出氣口至中冷器進(jìn)氣口間管路，該段管路連接增壓器出氣口與中冷器進(jìn)氣口，內(nèi)部氣體為高溫高壓；第三類，中冷器出氣口至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管間管路，該段管路連接中冷器出氣口與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管，內(nèi)部氣體為中溫高壓。如圖1輕型卡車進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型所示，進(jìn)氣系統(tǒng)不同部位管路工作環(huán)境不同，設(shè)計(jì)過程中對(duì)管路材質(zhì)、結(jié)構(gòu)要求也不同。

圖1 輕型卡車進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第一類管路需要具有的特性具有緩沖震動(dòng)和耐負(fù)壓能力，第二類管路需要具有的特性是具有緩沖震動(dòng)和耐高溫、耐正壓能力，第三類管路需要具有的特性是具有緩沖震動(dòng)和耐正壓能力。

輕型卡車傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是采用橡膠軟管和鋼管結(jié)構(gòu)形式，特點(diǎn)是設(shè)計(jì)工藝簡(jiǎn)單，易制造，模具成本低。但該結(jié)構(gòu)存在缺點(diǎn)，如圖2常見進(jìn)氣管路結(jié)構(gòu)所示，主要表現(xiàn)在：重量大，成本高，裝配性能差，耐壓力性能差等。

圖2 現(xiàn)有進(jìn)氣系統(tǒng)管路結(jié)構(gòu)

2.2 三維吹塑管路成型工藝介紹

吹塑成型工藝，借助于氣體壓力是閉合在模具中的熱熔型坯吹脹形成中空制品的方法，是一種常用的塑料加工方法，同時(shí)也是發(fā)展較快的一種塑料成型方法。常用的中空制品的吹塑包括三個(gè)主要方法：擠出吹塑：主要用于未被支撐的型坯加工；注射吹塑：主要用于由金屬型芯支撐的型坯加工；拉伸吹塑主要用于加工雙軸取向的制品。本例中描述的汽車進(jìn)氣管路屬于第一類成型方法，擠出吹塑成型。

由于市場(chǎng)對(duì)復(fù)雜、曲折的輸送管材制件的需求，推動(dòng)了偏軸擠出吹塑技術(shù)的開發(fā)，這種技術(shù)籠統(tǒng)稱為三維吹塑成型。型坯基礎(chǔ)后背局部吹脹并貼在儀表模具上，接著擠出機(jī)頭或模具轉(zhuǎn)動(dòng)，按照已編的二軸或三軸程序轉(zhuǎn)動(dòng)，從而逐步吹制形成曲折復(fù)雜的中空輸送管路制品。

本文所述的三維吹塑管路，是一種新的輕型卡車進(jìn)氣管路解決方案，對(duì)于生產(chǎn)批量較大的汽車，可考慮采用該方案進(jìn)行管路設(shè)計(jì)。

2.3 輕型卡車進(jìn)氣系統(tǒng)三維吹塑管路結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)

2.3.1 設(shè)計(jì)管路需滿足的特性

根據(jù)輕型卡車進(jìn)氣管路的作用及特點(diǎn)，可以確定設(shè)計(jì)的三維吹塑管路應(yīng)滿足的特性，即：第一類管路應(yīng)具有耐震動(dòng)和耐負(fù)壓特性，第二類管路應(yīng)具有耐振動(dòng)和耐高溫高壓特性，第三類管路應(yīng)具有耐振動(dòng)和耐高壓特性。

以下以某輕卡車型的空濾器出氣管路（第一類管路）為例，對(duì)三維吹塑管路的設(shè)計(jì)進(jìn)行具體說明。

2.3.2 設(shè)計(jì)管路結(jié)構(gòu)分析

如圖3所示，該車型使用發(fā)動(dòng)機(jī)為增壓中冷發(fā)動(dòng)機(jī)，由于平臺(tái)化布置，空濾器位置、發(fā)動(dòng)機(jī)布置均已經(jīng)確定，本例只對(duì)空濾器出氣口至增壓器進(jìn)氣口之間的管路設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。本例中空濾器出氣管路設(shè)計(jì)需注意以下方面：1、空濾器出氣口外徑為φ101mm，增壓器進(jìn)氣口外徑為φ70mm，管路需做變徑設(shè)計(jì)；2、空濾器出氣口距離增壓器進(jìn)氣口距離較大，管路中間需增加固定結(jié)構(gòu)；3、由于發(fā)動(dòng)機(jī)與空濾器之間存在相對(duì)振動(dòng)，管路上需設(shè)計(jì)緩沖震動(dòng)的結(jié)構(gòu)；4、本例發(fā)動(dòng)機(jī)為氣制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)空氣壓縮機(jī)需從進(jìn)氣管路中取氣，管路上需設(shè)計(jì)旁通管；5、待設(shè)計(jì)管路周邊環(huán)境較為復(fù)雜，布置空間有限，管路設(shè)計(jì)過程中需綜合考慮貨箱、龍門架、發(fā)動(dòng)機(jī)、進(jìn)氣道、車架等周邊零部件位置，避免干涉并使管路走向順暢。

圖3 待設(shè)計(jì)進(jìn)氣管路周邊環(huán)境

2.3.3 管路空間走向設(shè)計(jì)

根據(jù)整車數(shù)據(jù)模型（邊界條件：空濾器出氣口位置、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器進(jìn)氣口位置、車架、貨箱、駕駛室支撐、進(jìn)氣道等），利用三維設(shè)計(jì)軟件確定管路的空間走向，確保管路走向順暢，無急劇變向，以降低管路進(jìn)氣阻力，保證進(jìn)氣量。如圖4所示，根據(jù)車型空濾器出氣口及發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器進(jìn)氣口位置，參考周邊零部件位置，設(shè)計(jì)管路中心線走向。

圖4 空濾器出氣管中心線設(shè)計(jì)

2.3.4 管路主體設(shè)計(jì)

根據(jù)2.3.3確定的管路走向繪制管路三維模型，一般情況下，空濾器出氣口和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管或增壓器進(jìn)氣口尺寸不會(huì)相同，此時(shí)設(shè)計(jì)管路需考慮管路直徑變化，設(shè)計(jì)管路變徑應(yīng)過渡平緩，避免管路阻力過大。本例中，空濾器出氣口和增壓器進(jìn)氣口尺寸不同，需做變徑設(shè)計(jì)，變徑段設(shè)計(jì)在管路空濾器起始端，管路內(nèi)直徑由101mm減小至70mm，變徑段長(zhǎng)度為50mm。采用UG管路設(shè)計(jì)功能，設(shè)計(jì)管路主體數(shù)模如圖5所示，本例中管路壁厚設(shè)定為6mm，具體項(xiàng)目可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

圖5 管路主體

2.3.5 管路緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于該進(jìn)氣管路鏈接發(fā)動(dòng)機(jī)和空濾器，二者之間存在較大相對(duì)振動(dòng)量，為增加管路緩沖震動(dòng)性能，可在管路上增加波紋管結(jié)構(gòu)，以緩沖震動(dòng)沖擊，在管路中部增減波紋管緩沖結(jié)構(gòu)，如圖6及所示，設(shè)計(jì)波紋管結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)6個(gè)波峰，波峰距10mm。

圖6 波紋管三維結(jié)構(gòu)

2.3.6 管路固定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

若管路較長(zhǎng)，則管路設(shè)計(jì)時(shí)需考慮增加中間固定結(jié)構(gòu)，以減輕整車震動(dòng)對(duì)管路的影響。本例在管路中部增加固定支架，通過固定中間固定在空濾器安裝支架上，中間通過緩沖膠墊連接，管路固定支架及緩沖結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 固定支架及緩沖膠墊結(jié)構(gòu)

2.3.7 旁通管接頭設(shè)計(jì)

部分車型需在進(jìn)氣管路中引出旁通管，用于空氣壓縮機(jī)或曲軸箱呼吸器連接，因此管路設(shè)計(jì)時(shí)需增加旁通管路。本例中，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱呼吸器及空氣壓縮機(jī)均需從進(jìn)氣管路中取氣，管路需增加兩個(gè)旁通管路，如圖8所示，根據(jù)曲軸箱呼吸器及空氣壓縮機(jī)位置，確定設(shè)計(jì)旁通管在管路尾部，旁通管通過注塑成型預(yù)加工，待管路主體完成后，再將旁通管通過焊接方式裝配于管路上。

圖8 旁通管設(shè)計(jì)

2.4 實(shí)物裝車驗(yàn)證

依據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品數(shù)模，啟動(dòng)樣件模具開發(fā)，開發(fā)完畢后制造管路實(shí)物如圖9所示，經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證效果良好，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖。

圖9 模具樣件

2.6 三維吹塑管路與傳統(tǒng)管路對(duì)比

三維吹塑進(jìn)氣管路與傳統(tǒng)進(jìn)氣管路相比，有以下優(yōu)勢(shì)：

1）一體成型，管路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

2）波紋緩沖結(jié)構(gòu)，減震性好

3）管路為塑料結(jié)構(gòu)，硬度高，耐正負(fù)壓力好

3 結(jié)論

通過對(duì)輕型卡車進(jìn)氣管路工作特點(diǎn)進(jìn)行分析，提出三維吹塑管路設(shè)計(jì)方案，用于滿足輕型卡車日益嚴(yán)格的發(fā)展需要。并結(jié)合具體實(shí)例，對(duì)三維吹塑進(jìn)氣管路設(shè)計(jì)過程進(jìn)行說明，較為清晰明確的說明了三維吹塑進(jìn)氣管路的設(shè)計(jì)過程及設(shè)計(jì)方法，并通過樣件實(shí)物驗(yàn)證，對(duì)理論設(shè)計(jì)進(jìn)行了證明，確定設(shè)計(jì)方案可靠有效。