进气系统设计

高斌

摘 要 本文首先分析了进气系统的功能和主要内容，然后对空气滤清器的设计及相关计算进行了分析，并讲述了额定空气流量的计算。本文分析了进气系统设计及计算，提高进气效率。

关键词 进气流量 进气系统 空气滤清器

中图分类号：TK403 文献标识码：A

进气系统的功用：是为发动机提供纯净、干燥、合适温度、充足的空气，降低灰尘对发动机的磨损，最大程度把发动机性能发挥出来。

进气系统主要包括：空气滤清器和连接管路。在燃油喷射式发动机中，进气系统还包括空气流量计或进气支管压力传感器，以便对进入气缸的空气量进行计量。

空气滤清器：一般由进气导流管、空气滤清器盖、空气滤清器外壳和滤芯等相关部件组成。

空气滤清器主要功用：滤除空气中的灰尘和水气，使干燥清洁的空气进入发动机气缸。另外，空气滤清器也有消减进气噪声的作用。以普通轿车为例，每消耗1L汽油需要消耗5000-10000L空气。如此大量空气进入气缸，若不将其中的杂质或灰尘滤除，必然加速气缸和活塞的磨损，缩短发动机使用寿命。实践证明，发动机不安装空气滤清器，其寿命将缩短2/3，为提高发动机性能提高充气效率，提高充气效率可以采用进气惯性及谐振效应。

1空气滤清器的设计及计算

空气滤清器由滤芯的结构分为干式、湿式等。

目前汽车主要使用纸质空气滤清器和油浴空气滤清器，纸质空气滤清器滤清效率高，不受发动机负荷变化影响，养护方便，在进气系统布置上可以采用立式或卧式结构。

空气滤清器的作用：净化空气、降低进气噪声、优化匹配。

进气系统对空滤器布置的要求：

（1）空气滤清器进气口处的温度不应过高，进气温度过高会降低发动机充气系数，应远离排气高温区，最好迎风借助车速提高充气量。

（2）进气应避免吸入雨水、雪及发动机的废气。

（3）进气口应避开机舱的负压区、集尘区、甩泥区，轿车空气滤清器进气口一般置于汽车前脸，卡车的进气口应尽量高，一般放在驾驶室顶部，以降低空气含尘浓度。

（4）空气滤清器内壁不应喷漆，进气管路内壁不能生锈，一旦杂质被吸入发动机后果不堪设想。

（5）空气滤清器与发动机之间的进气管路应减少接口数量及转弯数量，以降低气体损失和进气阻力。

（6）空气滤清器应便于保养，便于维修，在空滤器外壳上贴上明确的保养说明。

1.1叶片

空气通过叶片旋流后产生旋转，在额定空气流量时，80%以上的灰尘在离心力的作用下分离，灰尘沉积在积尘盘内，使到达滤纸上的细尘土约为吸入总量的20%。

1.2积尘盘

积尘盘用来收集被叶片甩出来的大颗粒灰尘。

1.3排尘袋

积尘盘内的尘土，可在车辆的振动下自动向排尘袋集中并排出，有时由用户定期张开袋口，进行彻底消除。

1.4纸质空气滤芯设计及计算

空气滤清器滤芯孔径及过滤面积取决与发动机排量、使用环境、更换周期及进气阻力等要素。空气滤清器的安装尺寸及壳体形式取决于具体整车布置要求，同时考虑谐振增压和噪音的处理。中小型汽车空气滤清器多采用纸质滤芯，为节省空间增加过滤面积，其纸质滤芯折叠增大过滤面积，不同环境单位滤芯面积及容质量，可据此选择空气滤清器尺寸。

滤芯的表面积是决定滤芯使用寿命的重要参数，计算纸滤芯表面积：

A=2bnH

式中：b─折宽；n─折数；H─滤芯高度。

2额定空气流量计算及进出气口直径计算

额定空气流量是空气滤清器设计中最基本最重要的参数：

增压中冷发动机最大进气量

Q=P·ge· ·A0/（1000· a）

Q-额定空气体积流量m3/h。

P-发动机额定功率，kw。

ge-发动机额定功率时的燃油消耗率，g/Kw.h。（约为231 g/Kw.h）

-发动机额定功率时的过量空气系数（增压取2.0，增压中冷取2.1）。

A0-燃烧1Kg燃油所需的理论空气量（柴油为14.3Kg/Kg）。

a-空气密度，Kg/ m3。标准状态下的空气密度为1.2005Kg/ m3。

全柴490国Ⅴ型号4B2-95C50车型为例，进气系统设计如下：

发动机进气口中心坐标为（56.5，-252.5 ，236.8），此坐标以发动机缸体后端面中心为原点。

空气压缩机口中心坐标为（412.3，-267，263.6），此坐标以发动机缸体后端面中心为原点。

进气背包上支架中心孔：x方向53.3，参考发动机缸体后端面中心为原点。

y方向-636，参考发动机缸体后端面中心为原点。

z方向1421.3，参考发动机缸体后端面中心为原点。

全柴490 功率70Kw，排气量为2.54L，转数3200r/min

Q=70€？31€？.1€？4.3/（1000€？.2005）=404.48m3/h

空气滤清器进气量为405m3/h>404.48m3/h，因此满足发动机要求。

平均流速V取20m/s

R=[（Q€？06）/（60€譜€住？] 1/2

=[（6.741€？06）/（60€？0€？.14）） 1/2

≈42.29mm

则进出气口直径取 85mm。