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

1 進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理及共用概述

1.1 進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

我們常說的進(jìn)氣系統(tǒng)是指從空氣進(jìn)氣導(dǎo)管開始，發(fā)動機(jī)節(jié)氣門（不包含節(jié)氣門）為止所有的零部件的總成。圖1為一個進(jìn)氣系統(tǒng)的示意圖，其包括進(jìn)氣導(dǎo)管、空濾、進(jìn)氣軟管等。

圖1 進(jìn)氣系統(tǒng)示意圖

1.2 工作原理

空氣從進(jìn)氣導(dǎo)管口進(jìn)入，經(jīng)過空濾器時，空氣的灰塵和雜質(zhì)被濾芯過濾掉。干凈的空氣經(jīng)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣軟管流入氣缸參與發(fā)動機(jī)燃燒。節(jié)氣門后部的進(jìn)氣歧管上安裝有進(jìn)氣壓力與溫度傳感器，其偵測到的進(jìn)氣歧管內(nèi)部空氣的絕對壓力和溫度信號，經(jīng)發(fā)動機(jī)電子控制模塊計算出進(jìn)氣空氣密度，進(jìn)而推算出進(jìn)入發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣充量，為發(fā)動機(jī)提供理想的燃油噴射供給量。節(jié)氣門的開度由發(fā)動機(jī)的運行工況和負(fù)荷情況決定，其開度大小控制進(jìn)入氣缸的空氣流量，從而控制著發(fā)動機(jī)的輸出功率大小。當(dāng)節(jié)氣門全關(guān)閉時，怠速控制閥工作，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在標(biāo)定怠速狀態(tài)。

1.3 功用

a.調(diào)節(jié)空燃比；b.過濾空氣，方盒子空氣中的灰塵、雜質(zhì)和水等進(jìn)入發(fā)動機(jī)；c.測量進(jìn)氣量；d.降低進(jìn)氣噪音。

2 進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計步驟

2.1 確認(rèn)發(fā)動機(jī)的基本參數(shù)如下表

表1

2.2 進(jìn)氣歧管的設(shè)計

一般發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管都已固化，所以實際設(shè)計中進(jìn)氣歧管的設(shè)計不用考慮。

2.3 進(jìn)行空氣濾清器的設(shè)計

空氣濾清器是進(jìn)氣系統(tǒng)必不可少的元件，除了過濾空氣外，他還是一個擴(kuò)張消音器?？諡V器的容積應(yīng)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(fā)動機(jī)磨損嚴(yán)重的情況下，還是要謹(jǐn)慎選用。

2.3.1 確定發(fā)動機(jī)的最大進(jìn)氣流量

選擇空氣濾清器要保證由足夠的進(jìn)氣流量，特別在風(fēng)沙、灰土大的地區(qū)，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(fā)動機(jī)的磨損保證其正常工作?？諡V器的額定流量是發(fā)動機(jī)標(biāo)定工況下的實測流量。

由于越野車的運行工況較惡劣，我們?nèi)“l(fā)動機(jī)標(biāo)定工況下實測流量（發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量與空壓機(jī)的進(jìn)氣量之和）的1.2倍。

首先，確定發(fā)動機(jī)額定空氣流量，QH：

式中

Qh——額定空氣流量，m3/h；

Vh——發(fā)動機(jī)排量，m3；

n——最大功率點轉(zhuǎn)速，r/min；

——空氣系數(shù)，增壓機(jī)取1；

A——增壓系數(shù)，非增壓 A=1，低增壓 A=1.3，中增壓A=1.6；

Z——缺缸系數(shù)，四缸取1。

其次，確定空氣濾清器的額定流量Q?？紤]降低進(jìn)氣阻力和維持一定的保養(yǎng)周期，空濾器的流量應(yīng)該是發(fā)動機(jī)的額定進(jìn)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(jī)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(jī)的進(jìn)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(shù)，取1.05～1.3。

所以本次3.5T空濾器所需的進(jìn)氣量為：

2.4 進(jìn)氣導(dǎo)管的設(shè)計

進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣管路設(shè)計要注意以下5點。

1）原始進(jìn)氣口到空氣濾清器以及空氣濾清器到增壓器之間的進(jìn)氣管剛度必須足夠，否則進(jìn)氣管路或被壓扁，造成進(jìn)氣量不足。

2）進(jìn)氣接管實用 T型卡箍連接，如卡箍不緊，容易漏氣，出現(xiàn)空氣不流經(jīng)空濾器的所謂短路的問題。

3）進(jìn)氣管路是保證發(fā)動機(jī)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(yīng)該盡量短，彎度不能過大，否則進(jìn)氣阻力大，進(jìn)氣管路變徑要逐漸過渡，不能突變。

4）增壓發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的安裝及布置管路應(yīng)保證增壓器的空氣溫度與環(huán)境溫度差值不高于15°C，否則空氣密度下降，影響發(fā)動機(jī)功率的發(fā)揮，并使排放惡化。

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

2.4.1 進(jìn)氣導(dǎo)管的設(shè)計計算

Q——進(jìn)氣流量，Q=650m3/h

V——空氣平均流速，取40m/s。

代入公式算出進(jìn)氣系統(tǒng)需要進(jìn)氣導(dǎo)管截面面積為 A=4500mm2。改車型選用圓形截面進(jìn)氣管，截面內(nèi)經(jīng) R=38.6 mm，其，滿足設(shè)計要求。

3 空氣濾清器的選型

為了整車有一個良好的進(jìn)氣系統(tǒng)，空濾器須經(jīng)過仔細(xì)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(yù)慮裝置，使空氣產(chǎn)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?？諡V器的進(jìn)氣量和進(jìn)氣阻力參數(shù)由配套廠家提供，空濾器的選擇可根據(jù)發(fā)動機(jī)對進(jìn)氣量和進(jìn)氣阻力的要求進(jìn)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(fā)動機(jī)艙內(nèi)，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(cè)面，對于平頭載貨車的空氣濾清器，都放在駕駛室的后側(cè)，從駕駛室背面豎起一個進(jìn)氣扁管，吸氣口朝外側(cè)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(yīng)盡可能遠(yuǎn)離發(fā)動機(jī)表面和迎風(fēng)面；3.與排氣管或消聲器布置太近時，應(yīng)在空氣濾清器之間加隔熱裝置，否則進(jìn)氣溫度高，影響發(fā)動機(jī)功率；4.原始進(jìn)氣口必須設(shè)計在雨、雪、灰塵不易進(jìn)入的部位，且不應(yīng)有其他零部件阻擋。5.原始進(jìn)氣口位置應(yīng)盡可能的高，并且其截面積是空濾器進(jìn)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(jìn)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(jìn)入氣缸內(nèi)。

5 結(jié)束語

統(tǒng)計表明，發(fā)動機(jī)的早期磨損、煙大、油耗高、無力等故障，絕大多數(shù)情況與汽車進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計不合理有關(guān)。為了使汽車進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計布置得更合理，整車廠應(yīng)在樣車裝配完成后進(jìn)行實驗測試，確保各項設(shè)計指標(biāo)均能滿足發(fā)動機(jī)廠家提出的要求，同時把存在的問題及時整改。

科學(xué)地布置進(jìn)氣系統(tǒng)不但可以優(yōu)化發(fā)動機(jī)的燃燒特性，提高發(fā)動機(jī)的功率和扭矩，還可以降低尾氣排放，有效地減少發(fā)動機(jī)的工作負(fù)荷，消除發(fā)動機(jī)的早期磨損威脅，使得發(fā)動機(jī)的使用壽命延長。

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