淺析輕卡進氣系統及其進氣量校核方法

徐勝，侯紀梅

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

淺析輕卡進氣系統及其進氣量校核方法

徐勝，侯紀梅

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章論述了發動機進氣系統對發動機及整車的重要性，生動詳細的介紹了發動機進氣系的組成、分類，并通過典型進氣結構，將對進氣系中的各部件的功用和相關關鍵參數進行分析，聯系實際說明本單位當前情況。此后通過舉實例將過程中發動機進氣系的空氣濾清器額定流量、發動機額定流量等參數簡明列出，詳細數據計算，將空氣濾清器與發動機的設計匹配性進行了校核，對發動機進氣系設計有借鑒意義。

進氣系；空氣濾清器；額定流量；校核

Abstract: This article discusses the engine intake system on the engine and the importance of vehicle, vivid and detailed introduction to the engine intake system of the composition and classification. Through the typical intake structure, intake of various components of the key functions and related Parameters, and with practice and that the current situation of the unit.Since then give examples to the process through the engine air intake filter system rated flow, engine rated flow parameters such as simple lists, details of calculation, the design of the engine air filter matching was checked, the engine Intake system design reference.

Keywords: Intake system; Air Filter; Rated Flow; check

CLC NO.: U467.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-204-04

前言

隨著現今國家實施輕卡V排放，必須要求輕卡產品的經濟性、環保性不斷的提升，而要達到經濟性、環保性要求，除發動機本身技術提升外，發動機附件必須要匹配合理，尤其是發動機進氣系，顧名思義進氣系的主要功能就是給發動機提供清潔、干燥、溫度適當的空氣，那么在設計該系統時就必須要各功能部件的匹配性進行校核，合理的匹配才能使整車的動力性、經濟性、環保性達到最大。

1 輕卡發動機進氣系分類、組成及功用

1.1 進氣系功用

發動機是汽車的心臟，進氣系是汽車的輸氧動脈，其功用是向發動機提供清潔、干燥、溫度適當的空氣，以便進行燃燒，以最大限度所地降低發動機磨損并保持最佳的發動機性能，并達到環保要求。

1.2 發動機進氣系分類

根據發動機進氣方式不同，輕卡進氣系統主要分為自然吸氣式、增壓式、增壓中冷式三種形式，其中以增壓中冷式結構較復雜。

（1）自然吸氣式

自然吸氣式主要由進氣道、空氣濾清器、連接管路組成，進入各氣室的是當前大氣壓下的空氣。

（2）增壓式

增壓式主要由進氣道、空氣濾清器、渦輪增壓器（發動機帶）、連接管路組成，外觀形式比自然吸氣式多了渦輪增壓機，此渦輪增壓機將外界大氣壓的空氣壓縮成壓縮空氣，進入發動機氣室的是熱壓縮空氣，此種結構進氣輕卡使用較少。

（3）增壓中冷式

增壓中冷式主要由進氣道、空氣濾清器、渦輪增壓器（發動機帶）、中冷器、連接管路組成，與增壓式相比系統多了中冷器總成，其系統示意圖如下圖所示（以D800為例）：

圖1

1.3 進氣系組成及各部件功用

從上面進氣系介紹可以看出，上述三種發動機的進氣方式中，增壓中冷式進氣系統在上述三種結構中具有典型代表性，本文中針對增壓中冷式進氣系統的部件進行介紹，增壓中冷式進氣系統主要組成有進氣道、空氣濾清器、渦輪增壓器、中冷器總成、連接管路組成五部分組成。

（1）進氣道

進氣道主要是支持系統能夠吸入干凈、合適密度下的空氣，并形成一定流速，進氣道入口設計應遵循以下3方面的原則：

①進口處的空氣溫度不能超過環境溫度15℃，進氣溫度過高會境地發動機充氣效率；

②進口方向可以適當的迎風，但避免吸入雨雪，汽車行駛時具有一定的速度，特別是高速行駛時，迎風進氣口會提高進氣量；

③進口應避免選在機艙內的負壓區、集灰區、甩泥區，在允許的條件下進氣口應盡量升高。

（2）空氣濾清器

空氣濾清器是過濾進氣系吸入的空氣中含有的雜質，比如粉塵、過量的水分，以減少氣缸與活塞、活塞環的磨損。

（3）渦輪增壓器

渦輪增壓器實際上就是空氣壓縮機，將進氣系吸入的標準大氣壓下空氣壓縮成壓縮空氣，壓縮的過程中空氣溫度升高，通過壓縮空氣來增加進氣量。

（4）中冷器總成

中冷器的主要作用是將熱壓縮空氣冷卻成冷壓縮空氣，因為從渦輪增壓器出來的壓縮空氣是熱空氣，不僅影響充氣效率，還容易產生爆燃，所以需要一個降低進氣溫度的設備

（5）連接管路組成

除連接功能外，此連接管路還具有使空氣產生一定的流速的功能。

通過以上介紹，我們可以看出，發動機進氣系統對發動機經濟性、環保性有著非常重要的作用，其最主要的作用就是給發動機提供干凈、足量的空氣，要滿足這已要求，在設計發動機進氣系統，不管是借用還是重新設計，都必須要進行進氣量的校核。

2 輕卡進氣系進氣量校核方法

發動機進氣系統設計校核有多種校核，其中主要的有進氣系空濾器流量和濾清效率與發動機匹配校核、中冷器中冷能力與發動機匹配校核、中冷器中冷壓力降與發動機匹配校核、整車進氣阻力與發動機匹配校核四項校核，本文我們將對進氣系空濾器流量與發動機匹配性進行計算，掌握空濾器與發動機進氣量匹配的方法。

在做校核前必須要掌握該款發動機基本參數，校核可以通過經驗公式計算或者發動機廠家提供的試驗報告來確定發動機對進氣系統的進氣量的需求，本文中主要采用計算的方式獲得發動機進氣量，發動機廠家提供試驗報告作為驗證本文校核方法和結果是否正確性的依據。

2.1 發動機基本參數

本文以某發動機進氣系為實例進行進氣量匹配性校核，該車型設計選用型號為G106空濾器，發動機相關參數如下：

表1 發動機進氣相關參數表

2.2 發動機進氣量計算

2.2.1 發動機進氣量計算公式

對于發動機進氣量需求計算公式，汽車產品設計一般使用下面5個經驗公式進行計算，選取結果最大者做為發動機進氣需求量設計依據，其最大值比實際工況一般大 5%～10%，完美簡單的解決了發動機進氣量計算問題。

Q：增壓柴油機所需空氣量（m3/h）

Vh：氣缸總排量（L）

n：發動機額定轉速（r/min）

ra：空氣密度，1.29kg/ m3

e：經驗參數，在6.2~6.8之間，取6.5

P：增壓發動機的額定功率（kw）

nmax=發動機最高轉速(rpm) K=常數二沖程發動機四沖程發動機，K=2000

ge：增壓發動機額定功率時的燃油消耗率，g/kw· h，（約235 g/kW·h）

α:增壓發動機額定功率時的過量空氣系數，（增壓發動機取2.0，增壓中冷發動機取2.1）

A0：燃燒1kg燃油所需理論空氣量（柴油為14.3 m3/kg）

ηv=充氣效率自然吸氣柴油機：ηv=0.85增壓發動機：ηv=1.60增壓中冷發動機：ηv=1.85

2.2.2 發動機進氣量計算過程及結果

（1）根據經驗公式（2-1）、發動機參數表1計算有：

（2）根據經驗公式（2-2）、發動機參數表1計算有：

（3）根據經驗公式（2-3）、發動機參數表1計算有：

（4）根據經驗公式（2-4）、發動機參數表1計算有：

（5）根據經驗公式（2-5）、發動機參數表1計算有：

從以上5個公式計算可以得出根據公式（2-5）計算出來的發動機進氣量最大，為659.1m3/h，那么我們就以659.1 m3/h作為發動機進氣量。

2.2.3 計算結果與試驗結果比較

此結果與我們發動機通過試驗得出的數據（見表 2）相比較，非常接近，且計算所得數據比試驗大14.6 m3/h，若按照計算結果設計進氣量完全能滿足發動機實際過程中需要的進氣量。

表2 不同轉速下進氣流量參數

2.3 空濾器進氣量計算與選擇優化

2.3.1 空濾器進氣量計算

考慮到進氣系統的維護保養周期以及管路中進氣阻力產生的壓力降，故選擇空濾器時，將空濾器流量設為發動機進氣需求量的1.1~1.5倍左右(一般地公路運輸車輛取值大于等于1.1，工程車取值大于等于1.5），根據這一原則，空濾器額定流量為：

我們將空濾器額定流量初步定為725 m3/h，鑒于發動機進氣量的經驗公式計算結果比實際值大5%~10%，那么我們認為空濾器的額定進氣量在652.5~688.75 m3/h，

2.3.2 空濾器型號選擇與優化

產品設計需要考慮通用化、標準化、系列化、模塊化要求，盡量少出專用件，否則制造成本與管理成本都將大大提升，減少專用件，那么就需要在目前已有產品庫中查找進氣量相近的空濾器總成，空濾器總成明細表見下表（表3）。

表3 空濾器總成明細表

從表3中，可以看出空濾器額定空氣流量在650 m3/h以上的有E405、G106兩種，下面對G106、E405空濾器進行分析，主要分析空濾器在額定流量下，進氣阻力、容塵量兩個主要參數。

通過調查產品圖紙，查出G106、E405兩種空濾器技術參數（見表4、表5），而發動機對進氣的要求以發動機廠家提供的要求的空濾器技術參數（見表6）作為標準。

表4 G106

表5 E405

表6 CY4102-CE4B發動機進氣要求

通過表4、5、6三張表我們可以得出以下匯總表（）：

表7 匯總表

那么通過表7比較我們可以很明顯看出此兩種空濾器在技術參數上都能滿足某發動機需要。

表8 G106、E405兩種型號空濾器外觀尺寸比較表

在相同進氣量的情況下，我們需要對零部件成本、裝配空間等因素進行比較，從上表8中，可以看出，E405濾芯有效過濾面積大，空濾器外觀尺寸大，造成了相鄰部件的安裝空間變小，空濾器制造成本的浪費。

3 結論

綜上所述，進氣系統的進氣量是整個系統的關鍵參數，所以在設計發動機進氣系統，不管是借用還是重新設計，都需要進行校核，尤其是發動機與空濾器之間必須按照進氣量校核方法進行匹配性校核。

通過發動機與空濾器之間進氣量校核結果，本文中進氣量校核方法非常接近與實際工況下的進氣量需求，且比實際進氣量要大一些，完美簡單解決了復雜多工況下進氣量計算問題。

[1] 丁柏群,王曉娟主編出版社:國防工業出版社出版時間:2008- 07-01.

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A brief analysis of the light-card intake system and its intake-checking method

Xu Sheng, Hou Jimei
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

U467.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-204-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.071

徐勝（1980-），男，助理工程師，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司輕型車研究所，主要從事汽車底盤總布置業務方面的設計工作。