客车发动机进气系统的设计

刘义智，何 健

（扬州亚星客车股份有限公司，江苏 扬州 225000）

客车发动机进气系统的设计

刘义智，何 健

（扬州亚星客车股份有限公司，江苏 扬州 225000）

介绍客车发动机用干式空气滤清器的选型、进气系统原始进气口的设计及空气滤清器的布置方式和进气管路的设计原则等。

客车；发动机；进气系统设计；干式空气滤清器

进气系统的作用是为发动机提供清洁、干燥、充足的空气[1]，主要组件有原始进气道、干式空气滤清器、连接管路、增压器、中冷器等。空气滤清器的选型、进气系统的布置与安装直接影响到发动机功能的发挥、工作的稳定性以及可靠性和环保性，甚至发动机的寿命[2]。统计表明，发动机的早期磨损、烟大、油耗高、无力等故障，绝大多数均与空气滤清器选型及进气系统设计不合理有关，所占比例在85%左右[3]。通常，原始进气道与连接管路截面积越大，弯曲越少，管壁越圆滑，以及空气滤清器额定流量越大，中冷器的冷却能力越强，则整个进气系统性能就越好，发动机性能也越好[4]。

1 客车用干式空气滤清器的选型

1.1 干式空气滤清器的基本知识

1）干式空气滤清器主要通过滤纸对空气中的灰尘杂质进行过滤。过滤方式主要有扩散、拦截、惯性撞击、筛选四种[5]，见图1。各种过滤方式对总过滤效率的贡献见图2。

2）干式空气滤清器的相关部件的作用如下：

①主滤芯：起主要过滤的功能[6]，能除掉空气中99.9%以上的灰尘。

②安全滤芯：在进行维护或当主滤芯破损、密封不良时，提供额外的过滤保护。安全滤芯过滤效率较低，一般只有80%左右，所以只有安全滤芯时，一定不能起动发动机。

③单级过滤空气滤清器：原始气流在进入主滤芯前未经过分离，见图3。

④两级过滤空气滤清器:原始气流在进入主滤芯前已初步经过分离，见图4。

1.2 干式空气滤清器的选型原则

1）确定发动机最大的进气流量。选择空气滤清器要保证有足够的进气流量，特别在风沙、灰土大的地区，要加大空气滤清器的流量，以加大滤芯的使用寿命，减少滤芯更换频次，从而减少发动机的磨损和保证其正常的工作。通常进气流量均是由发动机厂家实测出来的，发动机厂家会按1.3倍左右的安全系数来要求整车厂匹配空气滤清器。国内一货车厂在初步选定空气滤清器的时候，进气流量安全系数选得不大，结果整车油耗偏高。后改用大流量空气滤清器，油耗下降2%。

2）确定车辆的使用环境。如果车辆使用环境很好，可以选择单级过滤空气滤清器；同时可去掉安全滤芯，这样能有效降低成本。如果车辆使用环境差，为保证滤芯的使用寿命，应采用两级过滤的空气滤清器；如果使用环境很差，就应采用沙漠空气滤清器[7]，有时候还要加上废气引射装置[8]。国内一公司客车批量出口到非洲，未考虑到使用环境的恶劣，仍采用普通的两级过滤空气滤清器，结果造成很多车辆发动机早期磨损；换上沙漠空气滤清器之后，这一问题很快得到解决。

3）确定空气滤清器的原始过滤效率。这一数值理论上是越高越好，但实际上过滤效率高了，进气阻力也相应会加大[9]，所以在目前技术条件下，各企业做的空气滤清器原始过滤效率均在99.5%左右。对于两级过滤器，还需要对粗滤效率提出要求，一般粗滤效率在80%左右，但如果增加一些分离装置，粗滤效率可达90%。

4）确定容尘量。这一参数很多发动机厂未对整车厂提要求，整车厂也很少对空气滤清器厂家提出要求。其实这一参数反映的是滤芯的使用寿命，容尘量大，寿命就长，滤芯更换周期就长，反之就短。所以在使用环境差的情况下，要使用容尘量大的空气滤清器。

5）确定空气滤清器的原始进气阻力。这一值越小，相应滤芯的更换周期就长。一般发动机厂家对这一参数的要求是2.5 kPa。

目前，国内客车用的空气滤清器均是带安全滤芯的两级过滤空气滤清器。根据整车空间，可采用立式安装、斜式安装及卧式安装三种安装方式。

2 进气系统原始进气口的设计

1）原始进气口位置应尽可能高，布置在雨、雪、灰尘不易进入的部位；外露的原始进气口必须设置雨、雪过滤装置，将吸人空气中所含的水分离出来，防止雨、雪进入进气系统，避免损坏发动机。

2）原始进气口不应有其它零部件阻挡。

3）应避免将发动机舱内热空气、散热器排出的热风和发动机排出的废气吸人进气系统。

4）当空滤器安装在发动机舱内时，严禁将空气滤清器进气口作为进气系统的原始进气口，否则空气密度下降，影响发动机的功率发挥，并使排放恶化。所以一般要在空滤器进气口处引出一管路，与进气系统原始进气口相连，从而为进气系统引入温度较低的空气，见图5。

5）原始进气口尽量设在车辆行驶时产生的正压区。原始进气口布置方式：

①对于前置客车，原始进气口布置主要的两种方式如图6所示。图6（a）方式的优点是进气口在大的正压区，进气阻力小；缺点是进气口离地面不高，吸入的气体中含灰量较多。图6（b）方式的优点是进气口离地面较高，吸入空气滤清器的空气较干净；缺点是进气口不在正压区，进气阻力偏大，且对整车造型的美观性有影响。

②对于后置客车，原始进气口布置主要的两种方式如图7所示。前者的优点是整车造型好；缺点是进气口离地面较低，吸入的气体中含灰量较多，且下雨时进水的可能性很大。后者的优点是进气口离地面高，吸入空气滤清器的空气较干净；缺点是有一块凸出部分，对整车的外观有影响。

3 空气滤清器的布置原则及要求

1）空气滤清器要经常进行保养，因此，要布置在方便保养的部位，且要考虑到连接管道长度应尽量短，以便减小进气阻力。

2）空气滤清器和管路的安装要保证有足够的离地高度，避免车辆过水道时空滤进水。

3）空气滤清器排尘口应布置在最低部位，且应尽可能远离发动机表面和汽车迎风面，以便于灰尘的及时排出。

4）在空气滤清器与进气管路之间增加软连接。

5）空气滤清器安装空气阻力报警器孔不用时应堵上，否则灰尘容易直接进入气缸内。

6）空气滤清器与消声器及其它热源布置太近时，应在空气滤清器与热源之间加隔热挡板，否则进气温度高。

7）空气滤清器的原始进气口应尽可能高，并且其截面积是空气滤清器进气口的1.3～1.5倍，以确保能吸进干净、足量的空气[10]。

4 进气系统进气管路的设计

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路刚度必须足够，否则进气管路会被吸扁，造成进气量不足。

2）进气接管使用T型卡箍连接。如果箍不紧，容易漏气，出现空气不流经空气滤清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，且长度应尽量短，弯度不能过大，否则空气阻力大。

4）增压器压气机出气口至中冷器、中冷器至发动机之间的连接胶管过盈量必须足够，否则漏气。

5）中冷管太长时，中间必须加支架，否则在行车过程中中冷管容易脱落。

6）对于带增压器的发动机，进气系统的安装及管路布置应保证进入增压器的空气温度与环境温度的差值不高于15℃，否则空气密度下降，影响发动机功率的发挥，并使排放恶化。

7）进气系统最大进气阻力。对自然吸气发动机不超过5 kPa；对增压和增压中冷发动机不超过6 kPa。进气系统应安装阻力报警装置，达到上述阻力限值时，应及时报警显示，以指导客户及时维护保养进气系统。对于这一点，目前很多客车用户均不按阻力报警装置提示维护保养进气系统，都是按自己的经验及整车行驶里程进行保养。这主要是现有的报警装置质量不过关，另一方面与维护人员的维护保养习惯也有关系。这一点还需各方面共同努力，才能做到按报警提示对进气系统进行维护保养。

5 结束语

统计表明，发动机的早期磨损、烟大、油耗高、无力等故障，绝大多数情况与汽车进气系统设计不合理有关。为了使汽车进气系统设计布置得更合理，整车厂应在样车装配完成后进行实验测试，确保各项设计指标均能满足发动机厂家提出的要求，同时把存在的问题及时整改。

[1]付本奇，张祥宇，梁荣朝.发动机进气系统车身进气部分设计[J].客车技术与研究，2011，33（3）：31-33.

[2]杨兴武.客车进气系统计算和布置设计[J].客车技术与研究，2004，26（1）：10-14.

[3]Davies P.L.Piston Engine Intake and Exhaust System Design[J].Journal ofSound and Vibration,1996，190:677-712.

[4]李景渊.发动机进气系统性能分析研究[D].重庆：重庆大学，2005.

[5]许钟麟.空气洁净技术原理[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.

[6]GB/T 14295-2008，空气过滤器[S].北京：中国标准出版社，2008.

[7]吴一敏.车用空气滤清器的现状及其发展趋势[J].汽车研究与开发，1999，（4）：42-51.

[8]刘来红,王世宏.空气过滤器的发展及应用[J].过滤与分离,2000，10（4）：8-9.

[9]刘俊杰,王志强.高效率空气滤清这滤性能测试分析研究[J].流体机械，2007，35（7）：11-14.

[10]Richrd D Rivers.Air Filter Performance under Variable Air Volume Conditions[J].ASHRAE Trans,2000,106(2):131-144.

修改稿日期：2012-06-21

Design of Engine Air Intake System in Bus/Coach

LIUYi-zhi，HE Jian
(Yang zhou Yaxing Motor Coach Co.,Ltd,Yangzhou 225000,China)

The authors introduce the match of dryair cleaner of bus/coach engine and the design of rawentrance for clean air.Theyalso present the installation method of dryair cleaner in bus/coach and the design principle of pipes in intake system.

bus/coach;engine;air intake system design;dryair cleaner

U464.134+.4

B

1006-3331（2012）04-0036-03

刘义智（1975-），男，工程师。