客車發動機進氣系統的設計

劉義智，何 健

（揚州亞星客車股份有限公司，江蘇 揚州 225000）

客車發動機進氣系統的設計

劉義智，何 健

（揚州亞星客車股份有限公司，江蘇 揚州 225000）

介紹客車發動機用干式空氣濾清器的選型、進氣系統原始進氣口的設計及空氣濾清器的布置方式和進氣管路的設計原則等。

客車；發動機；進氣系統設計；干式空氣濾清器

進氣系統的作用是為發動機提供清潔、干燥、充足的空氣[1]，主要組件有原始進氣道、干式空氣濾清器、連接管路、增壓器、中冷器等。空氣濾清器的選型、進氣系統的布置與安裝直接影響到發動機功能的發揮、工作的穩定性以及可靠性和環保性，甚至發動機的壽命[2]。統計表明，發動機的早期磨損、煙大、油耗高、無力等故障，絕大多數均與空氣濾清器選型及進氣系統設計不合理有關，所占比例在85%左右[3]。通常，原始進氣道與連接管路截面積越大，彎曲越少，管壁越圓滑，以及空氣濾清器額定流量越大，中冷器的冷卻能力越強，則整個進氣系統性能就越好，發動機性能也越好[4]。

1 客車用干式空氣濾清器的選型

1.1 干式空氣濾清器的基本知識

1）干式空氣濾清器主要通過濾紙對空氣中的灰塵雜質進行過濾。過濾方式主要有擴散、攔截、慣性撞擊、篩選四種[5]，見圖1。各種過濾方式對總過濾效率的貢獻見圖2。

2）干式空氣濾清器的相關部件的作用如下：

①主濾芯：起主要過濾的功能[6]，能除掉空氣中99.9%以上的灰塵。

②安全濾芯：在進行維護或當主濾芯破損、密封不良時，提供額外的過濾保護。安全濾芯過濾效率較低，一般只有80%左右，所以只有安全濾芯時，一定不能起動發動機。

③單級過濾空氣濾清器：原始氣流在進入主濾芯前未經過分離，見圖3。

④兩級過濾空氣濾清器:原始氣流在進入主濾芯前已初步經過分離，見圖4。

1.2 干式空氣濾清器的選型原則

1）確定發動機最大的進氣流量。選擇空氣濾清器要保證有足夠的進氣流量，特別在風沙、灰土大的地區，要加大空氣濾清器的流量，以加大濾芯的使用壽命，減少濾芯更換頻次，從而減少發動機的磨損和保證其正常的工作。通常進氣流量均是由發動機廠家實測出來的，發動機廠家會按1.3倍左右的安全系數來要求整車廠匹配空氣濾清器。國內一貨車廠在初步選定空氣濾清器的時候，進氣流量安全系數選得不大，結果整車油耗偏高。后改用大流量空氣濾清器，油耗下降2%。

2）確定車輛的使用環境。如果車輛使用環境很好，可以選擇單級過濾空氣濾清器；同時可去掉安全濾芯，這樣能有效降低成本。如果車輛使用環境差，為保證濾芯的使用壽命，應采用兩級過濾的空氣濾清器；如果使用環境很差，就應采用沙漠空氣濾清器[7]，有時候還要加上廢氣引射裝置[8]。國內一公司客車批量出口到非洲，未考慮到使用環境的惡劣，仍采用普通的兩級過濾空氣濾清器，結果造成很多車輛發動機早期磨損；換上沙漠空氣濾清器之后，這一問題很快得到解決。

3）確定空氣濾清器的原始過濾效率。這一數值理論上是越高越好，但實際上過濾效率高了，進氣阻力也相應會加大[9]，所以在目前技術條件下，各企業做的空氣濾清器原始過濾效率均在99.5%左右。對于兩級過濾器，還需要對粗濾效率提出要求，一般粗濾效率在80%左右，但如果增加一些分離裝置，粗濾效率可達90%。

4）確定容塵量。這一參數很多發動機廠未對整車廠提要求，整車廠也很少對空氣濾清器廠家提出要求。其實這一參數反映的是濾芯的使用壽命，容塵量大，壽命就長，濾芯更換周期就長，反之就短。所以在使用環境差的情況下，要使用容塵量大的空氣濾清器。

5）確定空氣濾清器的原始進氣阻力。這一值越小，相應濾芯的更換周期就長。一般發動機廠家對這一參數的要求是2.5 kPa。

目前，國內客車用的空氣濾清器均是帶安全濾芯的兩級過濾空氣濾清器。根據整車空間，可采用立式安裝、斜式安裝及臥式安裝三種安裝方式。

2 進氣系統原始進氣口的設計

1）原始進氣口位置應盡可能高，布置在雨、雪、灰塵不易進入的部位；外露的原始進氣口必須設置雨、雪過濾裝置，將吸人空氣中所含的水分離出來，防止雨、雪進入進氣系統，避免損壞發動機。

2）原始進氣口不應有其它零部件阻擋。

3）應避免將發動機艙內熱空氣、散熱器排出的熱風和發動機排出的廢氣吸人進氣系統。

4）當空濾器安裝在發動機艙內時，嚴禁將空氣濾清器進氣口作為進氣系統的原始進氣口，否則空氣密度下降，影響發動機的功率發揮，并使排放惡化。所以一般要在空濾器進氣口處引出一管路，與進氣系統原始進氣口相連，從而為進氣系統引入溫度較低的空氣，見圖5。

5）原始進氣口盡量設在車輛行駛時產生的正壓區。原始進氣口布置方式：

①對于前置客車，原始進氣口布置主要的兩種方式如圖6所示。圖6（a）方式的優點是進氣口在大的正壓區，進氣阻力小；缺點是進氣口離地面不高，吸入的氣體中含灰量較多。圖6（b）方式的優點是進氣口離地面較高，吸入空氣濾清器的空氣較干凈；缺點是進氣口不在正壓區，進氣阻力偏大，且對整車造型的美觀性有影響。

②對于后置客車，原始進氣口布置主要的兩種方式如圖7所示。前者的優點是整車造型好；缺點是進氣口離地面較低，吸入的氣體中含灰量較多，且下雨時進水的可能性很大。后者的優點是進氣口離地面高，吸入空氣濾清器的空氣較干凈；缺點是有一塊凸出部分，對整車的外觀有影響。

3 空氣濾清器的布置原則及要求

1）空氣濾清器要經常進行保養，因此，要布置在方便保養的部位，且要考慮到連接管道長度應盡量短，以便減小進氣阻力。

2）空氣濾清器和管路的安裝要保證有足夠的離地高度，避免車輛過水道時空濾進水。

3）空氣濾清器排塵口應布置在最低部位，且應盡可能遠離發動機表面和汽車迎風面，以便于灰塵的及時排出。

4）在空氣濾清器與進氣管路之間增加軟連接。

5）空氣濾清器安裝空氣阻力報警器孔不用時應堵上，否則灰塵容易直接進入氣缸內。

6）空氣濾清器與消聲器及其它熱源布置太近時，應在空氣濾清器與熱源之間加隔熱擋板，否則進氣溫度高。

7）空氣濾清器的原始進氣口應盡可能高，并且其截面積是空氣濾清器進氣口的1.3～1.5倍，以確保能吸進干凈、足量的空氣[10]。

4 進氣系統進氣管路的設計

1）原始進氣口到空氣濾清器以及空氣濾清器到增壓器之間的進氣管路剛度必須足夠，否則進氣管路會被吸扁，造成進氣量不足。

2）進氣接管使用T型卡箍連接。如果箍不緊，容易漏氣，出現空氣不流經空氣濾清器的所謂短路的問題。

3）進氣管路是保證發動機得到充足和清潔空氣的通道，因此，管道走向要求比較順，且長度應盡量短，彎度不能過大，否則空氣阻力大。

4）增壓器壓氣機出氣口至中冷器、中冷器至發動機之間的連接膠管過盈量必須足夠，否則漏氣。

5）中冷管太長時，中間必須加支架，否則在行車過程中中冷管容易脫落。

6）對于帶增壓器的發動機，進氣系統的安裝及管路布置應保證進入增壓器的空氣溫度與環境溫度的差值不高于15℃，否則空氣密度下降，影響發動機功率的發揮，并使排放惡化。

7）進氣系統最大進氣阻力。對自然吸氣發動機不超過5 kPa；對增壓和增壓中冷發動機不超過6 kPa。進氣系統應安裝阻力報警裝置，達到上述阻力限值時，應及時報警顯示，以指導客戶及時維護保養進氣系統。對于這一點，目前很多客車用戶均不按阻力報警裝置提示維護保養進氣系統，都是按自己的經驗及整車行駛里程進行保養。這主要是現有的報警裝置質量不過關，另一方面與維護人員的維護保養習慣也有關系。這一點還需各方面共同努力，才能做到按報警提示對進氣系統進行維護保養。

5 結束語

統計表明，發動機的早期磨損、煙大、油耗高、無力等故障，絕大多數情況與汽車進氣系統設計不合理有關。為了使汽車進氣系統設計布置得更合理，整車廠應在樣車裝配完成后進行實驗測試，確保各項設計指標均能滿足發動機廠家提出的要求，同時把存在的問題及時整改。

[1]付本奇，張祥宇，梁榮朝.發動機進氣系統車身進氣部分設計[J].客車技術與研究，2011，33（3）：31-33.

[2]楊興武.客車進氣系統計算和布置設計[J].客車技術與研究，2004，26（1）：10-14.

[3]Davies P.L.Piston Engine Intake and Exhaust System Design[J].Journal ofSound and Vibration,1996，190:677-712.

[4]李景淵.發動機進氣系統性能分析研究[D].重慶：重慶大學，2005.

[5]許鐘麟.空氣潔凈技術原理[M].北京:中國建筑工業出版社,1998.

[6]GB/T 14295-2008，空氣過濾器[S].北京：中國標準出版社，2008.

[7]吳一敏.車用空氣濾清器的現狀及其發展趨勢[J].汽車研究與開發，1999，（4）：42-51.

[8]劉來紅,王世宏.空氣過濾器的發展及應用[J].過濾與分離,2000，10（4）：8-9.

[9]劉俊杰,王志強.高效率空氣濾清這濾性能測試分析研究[J].流體機械，2007，35（7）：11-14.

[10]Richrd D Rivers.Air Filter Performance under Variable Air Volume Conditions[J].ASHRAE Trans,2000,106(2):131-144.

修改稿日期：2012-06-21

Design of Engine Air Intake System in Bus/Coach

LIUYi-zhi，HE Jian
(Yang zhou Yaxing Motor Coach Co.,Ltd,Yangzhou 225000,China)

The authors introduce the match of dryair cleaner of bus/coach engine and the design of rawentrance for clean air.Theyalso present the installation method of dryair cleaner in bus/coach and the design principle of pipes in intake system.

bus/coach;engine;air intake system design;dryair cleaner

U464.134+.4

B

1006-3331（2012）04-0036-03

劉義智（1975-），男，工程師。