某車型進氣系統空氣濾清器的設計

趙燦，劉杏

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

汽車的進氣系統就是把空氣導入發動機氣缸的零部件集合體的統稱，發動機進氣系統為發動機提供一條進氣系統阻力小，充氣效率高，可燃混合氣均勻，渦流強度大的進入發動機缸體的通道。發動機進氣系統包括空氣濾清器、進氣支管及和它們直接相關的零件。其中，空氣濾清器的作用是清除進入發動機的空氣所含的灰塵，以減少氣缸、活塞環的磨損。發動機工作時要吸入大量空氣。若空氣中的灰塵隨著空氣進入氣缸，將對汽缸、活塞及活塞環造成磨損，從而降低發動機的使用壽命。貨車的實驗表明，如若不裝空氣濾清器，發動機氣缸的磨損將增加8倍，活塞磨損增加3倍，活塞環磨損增加9倍。如不使用空氣濾清器的發動機其壽命將減少三分之二左右，因此，空氣濾清器是發動機工作時不可缺少的組成部分。

1 進氣系統結構、工作原理及共用概述

1.1 進氣系統結構

我們常說的進氣系統是指從空氣進氣導管開始，發動機節氣門（不包含節氣門）為止所有的零部件的總成。圖1為一個進氣系統的示意圖，其包括進氣導管、空濾、進氣軟管等。

圖1 進氣系統示意圖

1.2 工作原理

空氣從進氣導管口進入，經過空濾器時，空氣的灰塵和雜質被濾芯過濾掉。干凈的空氣經發動機進氣軟管流入氣缸參與發動機燃燒。節氣門后部的進氣歧管上安裝有進氣壓力與溫度傳感器，其偵測到的進氣歧管內部空氣的絕對壓力和溫度信號，經發動機電子控制模塊計算出進氣空氣密度，進而推算出進入發動機的進氣充量，為發動機提供理想的燃油噴射供給量。節氣門的開度由發動機的運行工況和負荷情況決定，其開度大小控制進入氣缸的空氣流量，從而控制著發動機的輸出功率大小。當節氣門全關閉時，怠速控制閥工作，使發動機轉速穩定在標定怠速狀態。

1.3 功用

a.調節空燃比；b.過濾空氣，方盒子空氣中的灰塵、雜質和水等進入發動機；c.測量進氣量；d.降低進氣噪音。

2 進氣系統設計步驟

2.1 確認發動機的基本參數如下表

表1

2.2 進氣歧管的設計

一般發動機的進氣歧管都已固化，所以實際設計中進氣歧管的設計不用考慮。

2.3 進行空氣濾清器的設計

空氣濾清器是進氣系統必不可少的元件，除了過濾空氣外，他還是一個擴張消音器。空濾器的容積應該盡可能的大，這樣傳遞損失大而且覆蓋頻帶寬。但是考慮到過大的空濾器在空間布置、成本和長期使用下對發動機磨損嚴重的情況下，還是要謹慎選用。

2.3.1 確定發動機的最大進氣流量

選擇空氣濾清器要保證由足夠的進氣流量，特別在風沙、灰土大的地區，要增大空氣濾清器的流量，以加大濾芯的使用壽命，減少濾芯的替換頻次，從而減少發動機的磨損保證其正常工作。空濾器的額定流量是發動機標定工況下的實測流量。

由于越野車的運行工況較惡劣，我們取發動機標定工況下實測流量（發動機的進氣量與空壓機的進氣量之和）的1.2倍。

首先，確定發動機額定空氣流量，QH：

式中

Qh——額定空氣流量，m3/h；

Vh——發動機排量，m3；

n——最大功率點轉速，r/min；

——空氣系數，增壓機取1；

A——增壓系數，非增壓 A=1，低增壓 A=1.3，中增壓A=1.6；

Z——缺缸系數，四缸取1。

其次，確定空氣濾清器的額定流量Q。考慮降低進氣阻力和維持一定的保養周期，空濾器的流量應該是發動機的額定進氣量的1.05～1.3倍。對于空氣制動車型，空濾器還需要為空氣壓縮機提供新鮮空氣，所以在確定空濾器流量時還需要加上空氣壓縮機的進氣量QI。

空氣濾清器的額定流量Q由下式算出：

其中，K為儲備系數，取1.05～1.3。

所以本次3.5T空濾器所需的進氣量為：

2.4 進氣導管的設計

進氣系統進氣管路設計要注意以下5點。

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剛度必須足夠，否則進氣管路或被壓扁，造成進氣量不足。

2）進氣接管實用 T型卡箍連接，如卡箍不緊，容易漏氣，出現空氣不流經空濾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，且長度應該盡量短，彎度不能過大，否則進氣阻力大，進氣管路變徑要逐漸過渡，不能突變。

4）增壓發動機進氣系統的安裝及布置管路應保證增壓器的空氣溫度與環境溫度差值不高于15°C，否則空氣密度下降，影響發動機功率的發揮，并使排放惡化。

5）進氣管路要預留出必要的管路拆卸空間和工藝誤差空間，進氣管連接處要完全密封。

2.4.1 進氣導管的設計計算

Q——進氣流量，Q=650m3/h

V——空氣平均流速，取40m/s。

代入公式算出進氣系統需要進氣導管截面面積為 A=4500mm2。改車型選用圓形截面進氣管，截面內經 R=38.6 mm，其，滿足設計要求。

3 空氣濾清器的選型

為了整車有一個良好的進氣系統，空濾器須經過仔細選擇，目前我廠沙漠車普遍采用的干式空濾器，這種濾清器可以有一個預慮裝置，使空氣產生旋流，通過離心作用分理處大部分灰塵，這些灰塵可以被收集在集塵袋中，間斷排出。空濾器的進氣量和進氣阻力參數由配套廠家提供，空濾器的選擇可根據發動機對進氣量和進氣阻力的要求進行選擇。

4 空氣濾清器的布置

對于中、輕型長頭載貨車，空氣濾清器一般不只在發動機艙內，對于重型長頭載貨車，由于空濾器體積較大，常布置在車頭側面，對于平頭載貨車的空氣濾清器，都放在駕駛室的后側，從駕駛室背面豎起一個進氣扁管，吸氣口朝外側居多。

安裝要求：1.大部分空濾器只能水平安裝；2.必須帶排塵裝置，排塵口的安裝位置應盡可能遠離發動機表面和迎風面；3.與排氣管或消聲器布置太近時，應在空氣濾清器之間加隔熱裝置，否則進氣溫度高，影響發動機功率；4.原始進氣口必須設計在雨、雪、灰塵不易進入的部位，且不應有其他零部件阻擋。5.原始進氣口位置應盡可能的高，并且其截面積是空濾器進氣口的1.5倍左右，最大程度避免行駛時揚氣的灰塵，以確保能吸進清新、足量的空氣；6.若空濾器空氣阻力報警未安裝，則孔位必須堵上，否則灰塵容易直接進入氣缸內。

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。

科學地布置進氣系統不但可以優化發動機的燃燒特性，提高發動機的功率和扭矩，還可以降低尾氣排放，有效地減少發動機的工作負荷，消除發動機的早期磨損威脅，使得發動機的使用壽命延長。

參考文獻

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