汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)輕型車中心動力所2021年12月1日進(jìn)氣系統(tǒng)一、概述發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)：包括進(jìn)氣管、空氣濾清器、中冷器等。典型進(jìn)氣系統(tǒng)組成見圖進(jìn)氣系統(tǒng)的功用：發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)關(guān)系到發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性、壽命、進(jìn)氣噪聲、煙度等性能。濾除空氣中的硬質(zhì)灰塵顆粒，降低灰塵對發(fā)動機(jī)的磨損；空氣濾清器的濾清效率對發(fā)動機(jī)的磨損和壽命起著決定性的作用。保證發(fā)動機(jī)獲得足量的空氣，進(jìn)而保證發(fā)動機(jī)功率的正常發(fā)揮；〔對自然吸氣發(fā)動機(jī)，進(jìn)氣阻力增加6Kpa，發(fā)動機(jī)功率下降3%左右〕。降低進(jìn)氣噪音。保證進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣溫度滿足設(shè)計要求，從而保證進(jìn)氣密度和進(jìn)氣量。中冷進(jìn)氣系統(tǒng)降低進(jìn)氣溫度，抑制發(fā)動機(jī)排放物NOX的生成。根本要求：各種安裝方式都必須充分保證空氣中飄浮的灰塵不進(jìn)入到進(jìn)氣系統(tǒng)中。原始進(jìn)氣口位置要求盡可能高，外露的原始進(jìn)氣口必須能防止雨、雪進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)，防止損壞發(fā)動機(jī)。。保證系統(tǒng)安裝無短路現(xiàn)象，保證零部件內(nèi)部清潔，空濾器性能滿足設(shè)計要求。進(jìn)氣系統(tǒng)的安裝及管路布置應(yīng)保證發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫升不高于規(guī)定要求，否那么空氣密度下降，影響柴油機(jī)的功率發(fā)揮，并使排放惡化。系統(tǒng)最大進(jìn)氣阻力不超過一定限值。系統(tǒng)應(yīng)安裝阻力報警裝置，到達(dá)限值阻力限值時，應(yīng)及時報警顯示，以指導(dǎo)客戶及時維護(hù)保養(yǎng)進(jìn)氣系統(tǒng)。為了提高進(jìn)氣效率，降低進(jìn)氣阻力，系統(tǒng)個零部件要求內(nèi)壁光滑，并保證各連接和圓角處無死角、急彎。進(jìn)氣系統(tǒng)的零部件要滿足使用的做大溫度和壓力要求，尤其中冷部件；進(jìn)氣系統(tǒng)能有效吸收發(fā)動機(jī)震動，防止對零部件造成損壞；進(jìn)氣系統(tǒng)零部件在生產(chǎn)、運(yùn)輸及使用過程中，確保內(nèi)部清潔，無殘留物。

進(jìn)氣系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)的磨損進(jìn)氣灰塵對氣缸、活塞、活塞環(huán)、氣門、氣門導(dǎo)管產(chǎn)生嚴(yán)重磨損。灰塵透過活塞環(huán)，加劇曲軸、連桿軸承摩擦副的磨損?？諝庵谢覊m粒子在1~200um之間，其中20um灰塵對發(fā)動機(jī)磨損最嚴(yán)重，空氣中該種粒子占67%。發(fā)動機(jī)的早期磨損主要發(fā)生在缸筒上部及頭道活塞環(huán)，早期磨損發(fā)動機(jī)的病癥為機(jī)油消耗量明顯增加，加油口、機(jī)油標(biāo)尺入口竄油，排氣管冒藍(lán)煙，功率下降。這種情況下檢察空濾器會發(fā)現(xiàn)空濾內(nèi)側(cè)有明顯灰塵痕跡。汽車行駛過程中，透過空濾吸進(jìn)發(fā)動機(jī)的灰塵量用下式表示：G=ψ*Q*t*ε式中G---吸進(jìn)發(fā)動機(jī)灰塵量，gψ--道路灰塵濃度，g/m3Q--發(fā)動機(jī)平均吸氣量，m3/ht---汽車行駛時間，hε--空濾透灰濾，%空氣濾清器空濾器的分類：根據(jù)使用條件，空氣濾清器主要有以下類型：〔1〕干式〔2〕濕式〔3〕油浴式〔4〕離心式〔5〕組合式干式空氣濾清器的濾芯用微孔濾紙或無紡布制造，濾料不浸油，目前輕卡上使用的幾乎100%為干式空濾器。與其它類型相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：效率高，性能穩(wěn)定濾芯容易設(shè)計，使空氣濾清器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕濾芯更換方便根據(jù)濾清級數(shù)可分為(1)單級(2)雙級(3)多級空濾器工作原理：由于發(fā)動機(jī)工作造成的負(fù)壓，含有灰塵等雜質(zhì)的空氣通過進(jìn)氣管以一定的流速被吸入空濾器，對于雙級空濾器來說，由于葉片環(huán)或?qū)Я靼宓淖饔茫諝庖砸欢ǖ乃俣刃D(zhuǎn)，在離心力的作用下，經(jīng)過一定的升程，空氣中的較大質(zhì)量的粒子被甩到外圍，最后沉積到儲灰盤或排塵袋中，這就是粗濾。而夾雜著剩余很細(xì)顆粒的空氣繼續(xù)前進(jìn)將遇到空濾器濾芯，濾芯的主要組成局部濾紙將完成設(shè)計要求的對細(xì)小微粒的攔截作用。捕捉顆粒的空濾器濾紙并不是簡單的起到篩網(wǎng)作用，它能捕集的顆粒比濾紙孔要小得多。捕集的機(jī)理有四:1、直接捕獲或攔截。2、吸附。3、沖擊陷入。4、過濾結(jié)塊。空濾器濾紙的內(nèi)外外表不同，面對氣流的外表濾層較疏松，透氣度較好，而到另一面濾層較緊密，透氣度較小。假設(shè)兩面裝反，其堵塞壽命將下降30%左右。為了區(qū)分濾紙正反面，一般在濾紙非迎風(fēng)面印有細(xì)線?？諡V器試驗(yàn)認(rèn)證空濾器控制要素：一類1,原始阻力；2,總成原始濾清效率3,實(shí)驗(yàn)室壽命(儲灰能力)二類4，密封性；5，粗濾效率；6，內(nèi)部清潔度；7，耐振動試驗(yàn)；三類8，耐腐蝕性；9，耐高、低溫性；10，全壽命效率11，復(fù)原率；加灰情況說明

ISO5011汽車空濾器實(shí)驗(yàn)方法中，對試驗(yàn)用灰塵化學(xué)成分及灰塵粒子尺寸分布做出了明確規(guī)定，其要求為美國試驗(yàn)用SAE粗灰、細(xì)灰標(biāo)準(zhǔn)。對于中、輕負(fù)荷卡車，由于使用環(huán)境相對較好，環(huán)境粒子尺寸分布與粗灰相似，因此用粗灰進(jìn)行認(rèn)證實(shí)驗(yàn)。對于越野車輛、拖拉機(jī)、工程機(jī)械等工作環(huán)境以質(zhì)輕粒細(xì)的地表塵土居多，進(jìn)行空濾器認(rèn)證試驗(yàn)時應(yīng)使用細(xì)灰。因此對汽車空濾器來說，如無特別聲明，在進(jìn)行產(chǎn)品認(rèn)證時均使用粗灰。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)用灰國內(nèi)不能生產(chǎn)。目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中允許使用270目石英砂，但也只能在灰塵粒子尺寸分布上接近SAE標(biāo)準(zhǔn)要求，化學(xué)成分要求無法做到。2、中冷器中冷器分類：按冷卻介質(zhì)的不同，中冷器可分為空對空中冷器和水對空中冷器?？諏罩欣淦鞒Ｅc水箱串聯(lián)或并聯(lián)的形式裝配在一起，用風(fēng)扇及迎面風(fēng)對經(jīng)過蝸輪增壓的空氣進(jìn)行冷卻；水空中冷器常與發(fā)動機(jī)體裝配在一起，利用發(fā)動機(jī)的冷卻液對經(jīng)對經(jīng)過蝸輪增壓的空氣進(jìn)行冷卻。由于受冷卻液溫度的限制，水空中冷后的增壓空氣很難到達(dá)較低的進(jìn)氣溫度〔如80℃以下〕；其次，由冷卻液帶走的這局部熱量，實(shí)際上還要通過水箱散發(fā)到大氣中，無形之中增加了冷卻系統(tǒng)水散熱器的負(fù)擔(dān)，而且從傳熱過程來看它是二次傳熱，整體的傳熱效率較低；再者，由于在水空中冷系統(tǒng)中，冷卻液參與了中冷循環(huán)，容易因?yàn)橹欣淦餍孤?dǎo)致冷卻液進(jìn)入氣缸。因此車用中冷器越來越多地采用空空中冷器。內(nèi)置紊流片式中冷器特點(diǎn)是中冷器的熱側(cè)通道內(nèi)裝有內(nèi)部散熱帶〔俗稱紊流片〕，它大大加強(qiáng)了中冷器的熱側(cè)散熱面積，并可強(qiáng)制使增壓熱空氣由層流變成紊流，從而大大提高中冷器的散熱能力。中冷器的工作系統(tǒng)原理圖增壓熱空氣從渦輪增壓器流經(jīng)中冷器的冷卻管，把熱量傳給冷卻管和附著在管子上散熱帶,外面的冷空氣〔或水〕流過冷卻管和附著在管子上散熱帶時,帶走上面的熱量。熱量就這樣通過管子和散熱帶把熱空氣的熱量傳給外面的冷空氣,把增壓熱空氣的溫度降下來。中冷器性能評價指標(biāo)冷卻效率η=〔Thi-Th0〕/〔Thi-T0〕溫度差⊿T=Th0-T0，即中冷器出口溫度與環(huán)境溫度之差熱側(cè)壓力降⊿Ph=Phi-Ph0

應(yīng)使中冷器熱側(cè)壓力降盡可能低，輕中型車不高于10.7kPa〔80mmHg〕，重型車上不高于12.5kPa〔93.5mmHg〕。中冷器增壓側(cè)壓力降過大，將低消溫度下降的效果；同時，當(dāng)空—空中冷系統(tǒng)進(jìn)氣管路有10.2kPa壓降時，將使加速反響下降6.5%。冷側(cè)壓力降⊿PC

盡可能降低冷卻空氣側(cè)壓力降。過高的冷側(cè)壓力降將使冷風(fēng)流量急劇下降，導(dǎo)致中冷器散熱性能缺乏，發(fā)動機(jī)出水溫度偏高。低的冷側(cè)壓力降對中冷器和水箱的匹配至關(guān)重要。

3，管路設(shè)計要求3.1進(jìn)氣系統(tǒng)的管路布置應(yīng)簡潔，固定牢靠，并盡量減少方向的改變；3.2絕對不允許管路中存在任何漏氣現(xiàn)象，否那么發(fā)動機(jī)無法發(fā)出正常功率，影響加速性和最高車速都達(dá)不到設(shè)計要求。3.3要保證整個進(jìn)氣系統(tǒng)長期使用后，內(nèi)部不會因腐蝕而生銹，也就是進(jìn)氣系統(tǒng)應(yīng)盡量使用鑄鋁或不銹鋼等抗腐蝕材料，如要使用鋼管類材料，那么必須要求其內(nèi)部噴涂耐高溫防銹底漆，并不會脫落。3.4增壓器壓氣機(jī)出口連接管建議設(shè)計成一直的管件，圓錐形擴(kuò)壓角為7°max，以得到最好的性能，長度取決于裝配位置，或者直到聯(lián)接管出口處直徑相當(dāng)于壓氣機(jī)出口面積的2倍。3.5進(jìn)氣管路的安裝應(yīng)考慮在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾庸潭ㄖЪ埽悦庖蚱渥灾鼗蛳鄳?yīng)的運(yùn)動使進(jìn)氣岐管或增壓器承受各種應(yīng)力，并防止動態(tài)干預(yù)。3.6在空濾器到發(fā)動機(jī)之間必須使用一段膠管，以抵消發(fā)動機(jī)和底盤之間的相對位移；該軟管應(yīng)有足夠的剛度，以防止負(fù)壓造成吸扁、破損和局部狹小，或由于振動而變形；該軟管還應(yīng)能在-40℃~120℃下長期使用，有足夠的耐老化能力；此段管路的固定方式要十分可靠，不得因振動而導(dǎo)致各管接頭松脫，使未經(jīng)過濾的空氣直接進(jìn)入增壓器和發(fā)動機(jī)，引起增壓器的損壞和發(fā)動機(jī)的非正常磨損。3.7管路應(yīng)盡可能防止焊接，如果不得不焊接時，應(yīng)防止假焊、脫焊出現(xiàn)縫隙，并應(yīng)徹底去除焊渣；3.8硬管與橡膠連接位置不允許用鋼板搭接焊接成管，應(yīng)用無縫鋼管制作并且管口部位有凸緣，保證橡膠管與硬管為過盈配合連接；并使用平板帶式卡箍緊固膠管；3.9中冷系統(tǒng)的管路應(yīng)盡量采用金屬管連接，管口之間的聯(lián)接必須采用耐熱耐壓橡膠管，推薦采用夾布硅膠或硅膠編織管；金屬管插入橡膠管的長度確保在40mm以上，并使用平板帶式卡箍緊固膠管。二、進(jìn)氣流量的計算根據(jù)發(fā)動機(jī)增壓器壓比、增壓器出氣溫度、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度以及發(fā)動機(jī)常規(guī)參數(shù)確定。該方法需要發(fā)動機(jī)進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)，測量也比較方便。Q=0.03Vh·n·ηv·ηs·A其中A=I·〔T0/T〕0.75Q：柴油機(jī)所需空氣量〔m3/h〕A：增壓系數(shù)Vh:活塞總排量〔l〕n:發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速〔r/min〕ηs：掃氣系數(shù)，增壓機(jī)取1.05ηv：充氣系數(shù)，柴油機(jī)取0.85I：增壓器壓比〔增壓器出口與進(jìn)口空氣壓力的比值〕T0：增壓器進(jìn)氣溫度〔K〕T：發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度〔K〕〔增壓機(jī)為增壓器出口溫度，增壓中冷發(fā)動機(jī)為中冷后發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度〕對于氣剎車性，再增加氣泵進(jìn)氣量三、進(jìn)氣系統(tǒng)的消聲降噪

進(jìn)氣系統(tǒng)消聲原件包括擴(kuò)張消聲器和旁支消聲器，其中空濾器起到擴(kuò)張消聲器的功能，旁支消聲器包括赫姆霍茲消聲器和1/4波長管。進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計第一個問題是消聲容積：對擴(kuò)張消聲器來說，容積越大，傳遞損失可以調(diào)節(jié)的頻帶越寬；赫姆霍茲消聲器容積越大，可調(diào)節(jié)的頻率越低。第二個問題是管道截面積：管道截面積越小，擴(kuò)張消聲器的擴(kuò)張比越大，傳遞損失就越大，消聲效果就越好?？諡V器〔擴(kuò)張消聲器〕的設(shè)計：空濾器的容積要求到達(dá)發(fā)動機(jī)排量的三倍以上，就能到達(dá)良好的消聲效果。影響傳遞損失的因素有兩個，擴(kuò)張比m和濾清器的長度L。擴(kuò)張比越大，消聲效果越好，在設(shè)計空濾器是具體的表達(dá)就是盡量減小進(jìn)出氣管直徑，增大空濾器的截面積。另外將進(jìn)出氣管插入空濾器中也可以提高傳遞損失，提高降噪效果，但由于傳遞損失太大，一般應(yīng)用較少。旁支消聲器的設(shè)計：赫姆霍茲消聲器如右圖所示當(dāng)聲波入射到亥姆霍茲腔時，引起短管通道內(nèi)的空氣柱來回振動，與壁面摩擦而耗散聲能，假設(shè)聲波頻率接近該結(jié)構(gòu)的固有頻率時就引起共振。于是起到大量吸聲作用。但條件之一是腔的線度遠(yuǎn)小于聲波波長，所以亥姆霍茲腔只適于做低頻聲的共振吸聲。聲速、聲波頻率與波長關(guān)系為c=λ·f赫姆霍茲消聲器的消聲頻率為:f=c(S/VL)0.5/2∏C-聲速；S-連接管截面積；V-消聲器的容積；L-連接管的長度；1/4波長管如右圖所示：1/4波長管的消聲頻率為：f=(2n-1)c/4Ln=1,2,3……L-1/4波長管的長度：L=〔2n-1〕cλ/4〔λ為波長〕赫姆霍茲消聲器和1/4波長管目的都是消除窄頻帶噪聲，但赫姆霍茲消聲器比1/4波長管消聲頻帶要寬。赫姆霍茲消聲器一般用來消除低頻噪聲，1/4波長管消除相對較高頻噪聲。在進(jìn)氣系統(tǒng)中，低頻噪聲成分往往非常大，而控制低頻噪聲要使用赫姆霍茲消聲器和1/4波長管。因此在設(shè)計之初要盡可能給進(jìn)氣系統(tǒng)留出空間，以便安裝消聲器。要消除多種頻率，可以采用幾種降噪結(jié)構(gòu)。因此我們經(jīng)常能見到幾個赫姆霍茲消聲器和1/4波長管組合使用的情況。降低進(jìn)氣口噪聲的設(shè)計程序：1，明確發(fā)動機(jī)噪聲頻譜，以及進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計空間邊界。首先用一根管子與發(fā)動機(jī)相連，類似于測量排氣系統(tǒng)的空管噪音，測量進(jìn)氣口的噪聲頻譜，并與目標(biāo)值進(jìn)行比較，從而得到所需傳遞損失曲線。2，設(shè)計空濾器?？諡V器除了過濾空氣外，它還是一個擴(kuò)張消聲器。空濾器容積盡可能大，這樣傳遞損失大而且覆蓋頻帶寬。3，根據(jù)加了空濾后的進(jìn)氣口噪聲確定所需的消聲器。赫姆霍茲消聲器主要針對低頻噪聲，1/4波長管消除高頻噪聲。舉例：首先，將一根管道與發(fā)動機(jī)相連，測量進(jìn)氣口噪聲；測得進(jìn)氣口總體噪聲見圖；其噪聲與目標(biāo)噪聲的差值即為要到達(dá)的插入損失，其總體噪聲比目標(biāo)高出5~20dB。其中三個峰值轉(zhuǎn)速為2000r/min、3500r/min和5500r/min；對應(yīng)頻率分別為66.7Hz、116.7Hz和366.7Hz，插入損失分別為11.9dB、19dB和11.3dB。對這三個頻率，分別采用赫姆霍茲消聲器、空濾器和1/4波長管到達(dá)消聲目的。首先參加共振頻率為116.7