徐勝，侯紀(jì)梅

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

淺析輕卡進(jìn)氣系統(tǒng)及其進(jìn)氣量校核方法

徐勝，侯紀(jì)梅

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章論述了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)對發(fā)動(dòng)機(jī)及整車的重要性，生動(dòng)詳細(xì)的介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系的組成、分類，并通過典型進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，將對進(jìn)氣系中的各部件的功用和相關(guān)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析，聯(lián)系實(shí)際說明本單位當(dāng)前情況。此后通過舉實(shí)例將過程中發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系的空氣濾清器額定流量、發(fā)動(dòng)機(jī)額定流量等參數(shù)簡明列出，詳細(xì)數(shù)據(jù)計(jì)算，將空氣濾清器與發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)匹配性進(jìn)行了校核，對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系設(shè)計(jì)有借鑒意義。

進(jìn)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(xiàn)今國家實(shí)施輕卡V排放，必須要求輕卡產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性不斷的提升，而要達(dá)到經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性要求，除發(fā)動(dòng)機(jī)本身技術(shù)提升外，發(fā)動(dòng)機(jī)附件必須要匹配合理，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系，顧名思義進(jìn)氣系的主要功能就是給發(fā)動(dòng)機(jī)提供清潔、干燥、溫度適當(dāng)?shù)目諝?，那么在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)就必須要各功能部件的匹配性進(jìn)行校核，合理的匹配才能使整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性達(dá)到最大。

1 輕卡發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系分類、組成及功用

1.1 進(jìn)氣系功用

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，進(jìn)氣系是汽車的輸氧動(dòng)脈，其功用是向發(fā)動(dòng)機(jī)提供清潔、干燥、溫度適當(dāng)?shù)目諝?，以便進(jìn)行燃燒，以最大限度所地降低發(fā)動(dòng)機(jī)磨損并保持最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)性能，并達(dá)到環(huán)保要求。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系分類

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣方式不同，輕卡進(jìn)氣系統(tǒng)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(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

（1）自然吸氣式

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

（2）增壓式

增壓式主要由進(jìn)氣道、空氣濾清器、渦輪增壓器（發(fā)動(dòng)機(jī)帶）、連接管路組成，外觀形式比自然吸氣式多了渦輪增壓機(jī)，此渦輪增壓機(jī)將外界大氣壓的空氣壓縮成壓縮空氣，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣室的是熱壓縮空氣，此種結(jié)構(gòu)進(jìn)氣輕卡使用較少。

（3）增壓中冷式

增壓中冷式主要由進(jìn)氣道、空氣濾清器、渦輪增壓器（發(fā)動(dòng)機(jī)帶）、中冷器、連接管路組成，與增壓式相比系統(tǒng)多了中冷器總成，其系統(tǒng)示意圖如下圖所示（以D800為例）：

圖1

1.3 進(jìn)氣系組成及各部件功用

從上面進(jìn)氣系介紹可以看出，上述三種發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣方式中，增壓中冷式進(jìn)氣系統(tǒng)在上述三種結(jié)構(gòu)中具有典型代表性，本文中針對增壓中冷式進(jìn)氣系統(tǒng)的部件進(jìn)行介紹，增壓中冷式進(jìn)氣系統(tǒng)主要組成有進(jìn)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(jìn)氣道

進(jìn)氣道主要是支持系統(tǒng)能夠吸入干凈、合適密度下的空氣，并形成一定流速，進(jìn)氣道入口設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下3方面的原則：

①進(jìn)口處的空氣溫度不能超過環(huán)境溫度15℃，進(jìn)氣溫度過高會(huì)境地發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率；

②進(jìn)口方向可以適當(dāng)?shù)挠L(fēng)，但避免吸入雨雪，汽車行駛時(shí)具有一定的速度，特別是高速行駛時(shí)，迎風(fēng)進(jìn)氣口會(huì)提高進(jìn)氣量；

③進(jìn)口應(yīng)避免選在機(jī)艙內(nèi)的負(fù)壓區(qū)、集灰區(qū)、甩泥區(qū)，在允許的條件下進(jìn)氣口應(yīng)盡量升高。

（2）空氣濾清器

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

（3）渦輪增壓器

渦輪增壓器實(shí)際上就是空氣壓縮機(jī)，將進(jìn)氣系吸入的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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?yàn)閺臏u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(chǎn)生爆燃，所以需要一個(gè)降低進(jìn)氣溫度的設(shè)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(chǎn)生一定的流速的功能。

通過以上介紹，我們可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)對發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性有著非常重要的作用，其最主要的作用就是給發(fā)動(dòng)機(jī)提供干凈、足量的空氣，要滿足這已要求，在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，不管是借用還是重新設(shè)計(jì)，都必須要進(jìn)行進(jìn)氣量的校核。

2 輕卡進(jìn)氣系進(jìn)氣量校核方法

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)校核有多種校核，其中主要的有進(jìn)氣系空濾器流量和濾清效率與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配校核、中冷器中冷能力與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配校核、中冷器中冷壓力降與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配校核、整車進(jìn)氣阻力與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配校核四項(xiàng)校核，本文我們將對進(jìn)氣系空濾器流量與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配性進(jìn)行計(jì)算，掌握空濾器與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量匹配的方法。

在做校核前必須要掌握該款發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)，校核可以通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算或者發(fā)動(dòng)機(jī)廠家提供的試驗(yàn)報(bào)告來確定發(fā)動(dòng)機(jī)對進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣量的需求，本文中主要采用計(jì)算的方式獲得發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量，發(fā)動(dòng)機(jī)廠家提供試驗(yàn)報(bào)告作為驗(yàn)證本文校核方法和結(jié)果是否正確性的依據(jù)。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)

本文以某發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系為實(shí)例進(jìn)行進(jìn)氣量匹配性校核，該車型設(shè)計(jì)選用型號為G106空濾器，發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)如下：

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣相關(guān)參數(shù)表

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量計(jì)算

2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量計(jì)算公式

對于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量需求計(jì)算公式，汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般使用下面5個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，選取結(jié)果最大者做為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣需求量設(shè)計(jì)依據(jù)，其最大值比實(shí)際工況一般大 5%～10%，完美簡單的解決了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量計(jì)算問題。

Q：增壓柴油機(jī)所需空氣量（m3/h）

Vh：氣缸總排量（L）

n：發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）

ra：空氣密度，1.29kg/ m3

e：經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，在6.2~6.8之間，取6.5

P：增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率（kw）

nmax=發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速(rpm) K=常數(shù)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，K=2000

ge：增壓發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率時(shí)的燃油消耗率，g/kw· h，（約235 g/kW·h）

α:增壓發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率時(shí)的過量空氣系數(shù)，（增壓發(fā)動(dòng)機(jī)取2.0，增壓中冷發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)：ηv=0.85增壓發(fā)動(dòng)機(jī)：ηv=1.60增壓中冷發(fā)動(dòng)機(jī)：ηv=1.85

2.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量計(jì)算過程及結(jié)果

（1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（2-1）、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表1計(jì)算有：

（2）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（2-2）、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表1計(jì)算有：

（3）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（2-3）、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表1計(jì)算有：

（4）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（2-4）、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表1計(jì)算有：

（5）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（2-5）、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表1計(jì)算有：

從以上5個(gè)公式計(jì)算可以得出根據(jù)公式（2-5）計(jì)算出來的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量最大，為659.1m3/h，那么我們就以659.1 m3/h作為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量。

2.2.3 計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較

此結(jié)果與我們發(fā)動(dòng)機(jī)通過試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)（見表 2）相比較，非常接近，且計(jì)算所得數(shù)據(jù)比試驗(yàn)大14.6 m3/h，若按照計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)進(jìn)氣量完全能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際過程中需要的進(jìn)氣量。

表2 不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)氣流量參數(shù)

2.3 空濾器進(jìn)氣量計(jì)算與選擇優(yōu)化

2.3.1 空濾器進(jìn)氣量計(jì)算

考慮到進(jìn)氣系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)周期以及管路中進(jìn)氣阻力產(chǎn)生的壓力降，故選擇空濾器時(shí)，將空濾器流量設(shè)為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣需求量的1.1~1.5倍左右(一般地公路運(yùn)輸車輛取值大于等于1.1，工程車取值大于等于1.5），根據(jù)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(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果比實(shí)際值大5%~10%，那么我們認(rèn)為空濾器的額定進(jìn)氣量在652.5~688.75 m3/h，

2.3.2 空濾器型號選擇與優(yōu)化

產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要考慮通用化、標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)品庫中查找進(jìn)氣量相近的空濾器總成，空濾器總成明細(xì)表見下表（表3）。

表3 空濾器總成明細(xì)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(jìn)行分析，主要分析空濾器在額定流量下，進(jìn)氣阻力、容塵量兩個(gè)主要參數(shù)。

通過調(diào)查產(chǎn)品圖紙，查出G106、E405兩種空濾器技術(shù)參數(shù)（見表4、表5），而發(fā)動(dòng)機(jī)對進(jìn)氣的要求以發(fā)動(dòng)機(jī)廠家提供的要求的空濾器技術(shù)參數(shù)（見表6）作為標(biāo)準(zhǔn)。

表4 G106

表5 E405

表6 CY4102-CE4B發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)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(shù)參數(shù)上都能滿足某發(fā)動(dòng)機(jī)需要。

表8 G106、E405兩種型號空濾器外觀尺寸比較表

在相同進(jìn)氣量的情況下，我們需要對零部件成本、裝配空間等因素進(jìn)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(fèi)。

3 結(jié)論

綜上所述，進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣量是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，所以在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，不管是借用還是重新設(shè)計(jì)，都需要進(jìn)行校核，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)與空濾器之間必須按照進(jìn)氣量校核方法進(jìn)行匹配性校核。

通過發(fā)動(dòng)機(jī)與空濾器之間進(jìn)氣量校核結(jié)果，本文中進(jìn)氣量校核方法非常接近與實(shí)際工況下的進(jìn)氣量需求，且比實(shí)際進(jìn)氣量要大一些，完美簡單解決了復(fù)雜多工況下進(jìn)氣量計(jì)算問題。

[1] 丁柏群,王曉娟主編出版社:國防工業(yè)出版社出版時(shí)間:2008- 07-01.

[2] 華健.現(xiàn)代汽車制造工藝學(xué)（第二版）.[M]上海交通大學(xué)出版社.

[3] 德國BOSCH公司.《BOSCH汽車工程手冊（中文第二版）》. 北京理工大學(xué)出版社.

[4] 江淮汽車技術(shù)中心《進(jìn)氣系設(shè)計(jì)指南》.

[5] 王望予,汽車設(shè)計(jì)[M]機(jī)械工業(yè)出版社,2000.5.

[6] 劉惟信,汽車設(shè)計(jì).[M]清華大學(xué)出版社,2001.

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(xiàn)標(biāo)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(tuán)股份有限公司輕型車研究所，主要從事汽車底盤總布置業(yè)務(wù)方面的設(shè)計(jì)工作。