某车型进气系统空气滤清器的设计

2017-05-22赵灿刘杏

汽车实用技术 2017年17期

赵灿，刘杏

（陕西重型汽车有限公司，陕西西安 710200）

前言

汽车的进气系统就是把空气导入发动机气缸的零部件集合体的统称，发动机进气系统为发动机提供一条进气系统阻力小，充气效率高，可燃混合气均匀，涡流强度大的进入发动机缸体的通道。发动机进气系统包括空气滤清器、进气支管及和它们直接相关的零件。其中，空气滤清器的作用是清除进入发动机的空气所含的灰尘，以减少气缸、活塞环的磨损。发动机工作时要吸入大量空气。若空气中的灰尘随着空气进入气缸，将对汽缸、活塞及活塞环造成磨损，从而降低发动机的使用寿命。货车的实验表明，如若不装空气滤清器，发动机气缸的磨损将增加8倍，活塞磨损增加3倍，活塞环磨损增加9倍。如不使用空气滤清器的发动机其寿命将减少三分之二左右，因此，空气滤清器是发动机工作时不可缺少的组成部分。

1 进气系统结构、工作原理及共用概述

1.1 进气系统结构

我们常说的进气系统是指从空气进气导管开始，发动机节气门（不包含节气门）为止所有的零部件的总成。图1为一个进气系统的示意图，其包括进气导管、空滤、进气软管等。

图1 进气系统示意图

1.2 工作原理

空气从进气导管口进入，经过空滤器时，空气的灰尘和杂质被滤芯过滤掉。干净的空气经发动机进气软管流入气缸参与发动机燃烧。节气门后部的进气歧管上安装有进气压力与温度传感器，其侦测到的进气歧管内部空气的绝对压力和温度信号，经发动机电子控制模块计算出进气空气密度，进而推算出进入发动机的进气充量，为发动机提供理想的燃油喷射供给量。节气门的开度由发动机的运行工况和负荷情况决定，其开度大小控制进入气缸的空气流量，从而控制着发动机的输出功率大小。当节气门全关闭时，怠速控制阀工作，使发动机转速稳定在标定怠速状态。

1.3 功用

a.调节空燃比；b.过滤空气，方盒子空气中的灰尘、杂质和水等进入发动机；c.测量进气量；d.降低进气噪音。

2 进气系统设计步骤

2.1 确认发动机的基本参数如下表

表1

2.2 进气歧管的设计

一般发动机的进气歧管都已固化，所以实际设计中进气歧管的设计不用考虑。

2.3 进行空气滤清器的设计

空气滤清器是进气系统必不可少的元件，除了过滤空气外，他还是一个扩张消音器。空滤器的容积应该尽可能的大，这样传递损失大而且覆盖频带宽。但是考虑到过大的空滤器在空间布置、成本和长期使用下对发动机磨损严重的情况下，还是要谨慎选用。

2.3.1 确定发动机的最大进气流量

选择空气滤清器要保证由足够的进气流量，特别在风沙、灰土大的地区，要增大空气滤清器的流量，以加大滤芯的使用寿命，减少滤芯的替换频次，从而减少发动机的磨损保证其正常工作。空滤器的额定流量是发动机标定工况下的实测流量。

由于越野车的运行工况较恶劣，我们取发动机标定工况下实测流量（发动机的进气量与空压机的进气量之和）的1.2倍。

首先，确定发动机额定空气流量，QH：

式中

Qh——额定空气流量，m3/h；

Vh——发动机排量，m3；

n——最大功率点转速，r/min；

——空气系数，增压机取1；

A——增压系数，非增压 A=1，低增压 A=1.3，中增压A=1.6；

Z——缺缸系数，四缸取1。

其次，确定空气滤清器的额定流量Q。考虑降低进气阻力和维持一定的保养周期，空滤器的流量应该是发动机的额定进气量的1.05～1.3倍。对于空气制动车型，空滤器还需要为空气压缩机提供新鲜空气，所以在确定空滤器流量时还需要加上空气压缩机的进气量QI。

空气滤清器的额定流量Q由下式算出：

其中，K为储备系数，取1.05～1.3。

所以本次3.5T空滤器所需的进气量为：

2.4 进气导管的设计

进气系统进气管路设计要注意以下5点。

1）原始进气口到空气滤清器以及空气滤清器到增压器之间的进气管刚度必须足够，否则进气管路或被压扁，造成进气量不足。

2）进气接管实用 T型卡箍连接，如卡箍不紧，容易漏气，出现空气不流经空滤器的所谓短路的问题。

3）进气管路是保证发动机得到充足和清洁空气的通道，因此，管道走向要求比较顺，且长度应该尽量短，弯度不能过大，否则进气阻力大，进气管路变径要逐渐过渡，不能突变。

4）增压发动机进气系统的安装及布置管路应保证增压器的空气温度与环境温度差值不高于15°C，否则空气密度下降，影响发动机功率的发挥，并使排放恶化。

5）进气管路要预留出必要的管路拆卸空间和工艺误差空间，进气管连接处要完全密封。

2.4.1 进气导管的设计计算

Q——进气流量，Q=650m3/h

V——空气平均流速，取40m/s。

代入公式算出进气系统需要进气导管截面面积为 A=4500mm2。改车型选用圆形截面进气管，截面内经 R=38.6 mm，其，满足设计要求。

3 空气滤清器的选型

为了整车有一个良好的进气系统，空滤器须经过仔细选择，目前我厂沙漠车普遍采用的干式空滤器，这种滤清器可以有一个预虑装置，使空气产生旋流，通过离心作用分理处大部分灰尘，这些灰尘可以被收集在集尘袋中，间断排出。空滤器的进气量和进气阻力参数由配套厂家提供，空滤器的选择可根据发动机对进气量和进气阻力的要求进行选择。

4 空气滤清器的布置

对于中、轻型长头载货车，空气滤清器一般不只在发动机舱内，对于重型长头载货车，由于空滤器体积较大，常布置在车头侧面，对于平头载货车的空气滤清器，都放在驾驶室的后侧，从驾驶室背面竖起一个进气扁管，吸气口朝外侧居多。

安装要求：1.大部分空滤器只能水平安装；2.必须带排尘装置，排尘口的安装位置应尽可能远离发动机表面和迎风面；3.与排气管或消声器布置太近时，应在空气滤清器之间加隔热装置，否则进气温度高，影响发动机功率；4.原始进气口必须设计在雨、雪、灰尘不易进入的部位，且不应有其他零部件阻挡。5.原始进气口位置应尽可能的高，并且其截面积是空滤器进气口的1.5倍左右，最大程度避免行驶时扬气的灰尘，以确保能吸进清新、足量的空气；6.若空滤器空气阻力报警未安装，则孔位必须堵上，否则灰尘容易直接进入气缸内。