客車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉義智，何 健

（揚(yáng)州亞星客車股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

客車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉義智，何 健

（揚(yáng)州亞星客車股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

介紹客車發(fā)動(dòng)機(jī)用干式空氣濾清器的選型、進(jìn)氣系統(tǒng)原始進(jìn)氣口的設(shè)計(jì)及空氣濾清器的布置方式和進(jìn)氣管路的設(shè)計(jì)原則等。

客車；發(fā)動(dòng)機(jī)；進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)；干式空氣濾清器

進(jìn)氣系統(tǒng)的作用是為發(fā)動(dòng)機(jī)提供清潔、干燥、充足的空氣[1]，主要組件有原始進(jìn)氣道、干式空氣濾清器、連接管路、增壓器、中冷器等?？諝鉃V清器的選型、進(jìn)氣系統(tǒng)的布置與安裝直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)功能的發(fā)揮、工作的穩(wěn)定性以及可靠性和環(huán)保性，甚至發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命[2]。統(tǒng)計(jì)表明，發(fā)動(dòng)機(jī)的早期磨損、煙大、油耗高、無(wú)力等故障，絕大多數(shù)均與空氣濾清器選型及進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理有關(guān)，所占比例在85%左右[3]。通常，原始進(jìn)氣道與連接管路截面積越大，彎曲越少，管壁越圓滑，以及空氣濾清器額定流量越大，中冷器的冷卻能力越強(qiáng)，則整個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)性能就越好，發(fā)動(dòng)機(jī)性能也越好[4]。

1 客車用干式空氣濾清器的選型

1.1 干式空氣濾清器的基本知識(shí)

1）干式空氣濾清器主要通過濾紙對(duì)空氣中的灰塵雜質(zhì)進(jìn)行過濾。過濾方式主要有擴(kuò)散、攔截、慣性撞擊、篩選四種[5]，見圖1。各種過濾方式對(duì)總過濾效率的貢獻(xiàn)見圖2。

2）干式空氣濾清器的相關(guān)部件的作用如下：

①主濾芯：起主要過濾的功能[6]，能除掉空氣中99.9%以上的灰塵。

②安全濾芯：在進(jìn)行維護(hù)或當(dāng)主濾芯破損、密封不良時(shí)，提供額外的過濾保護(hù)。安全濾芯過濾效率較低，一般只有80%左右，所以只有安全濾芯時(shí)，一定不能起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

③單級(jí)過濾空氣濾清器：原始?xì)饬髟谶M(jìn)入主濾芯前未經(jīng)過分離，見圖3。

④兩級(jí)過濾空氣濾清器:原始?xì)饬髟谶M(jìn)入主濾芯前已初步經(jīng)過分離，見圖4。

1.2 干式空氣濾清器的選型原則

1）確定發(fā)動(dòng)機(jī)最大的進(jìn)氣流量。選擇空氣濾清器要保證有足夠的進(jìn)氣流量，特別在風(fēng)沙、灰土大的地區(qū)，要加大空氣濾清器的流量，以加大濾芯的使用壽命，減少濾芯更換頻次，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損和保證其正常的工作。通常進(jìn)氣流量均是由發(fā)動(dòng)機(jī)廠家實(shí)測(cè)出來的，發(fā)動(dòng)機(jī)廠家會(huì)按1.3倍左右的安全系數(shù)來要求整車廠匹配空氣濾清器。國(guó)內(nèi)一貨車廠在初步選定空氣濾清器的時(shí)候，進(jìn)氣流量安全系數(shù)選得不大，結(jié)果整車油耗偏高。后改用大流量空氣濾清器，油耗下降2%。

2）確定車輛的使用環(huán)境。如果車輛使用環(huán)境很好，可以選擇單級(jí)過濾空氣濾清器；同時(shí)可去掉安全濾芯，這樣能有效降低成本。如果車輛使用環(huán)境差，為保證濾芯的使用壽命，應(yīng)采用兩級(jí)過濾的空氣濾清器；如果使用環(huán)境很差，就應(yīng)采用沙漠空氣濾清器[7]，有時(shí)候還要加上廢氣引射裝置[8]。國(guó)內(nèi)一公司客車批量出口到非洲，未考慮到使用環(huán)境的惡劣，仍采用普通的兩級(jí)過濾空氣濾清器，結(jié)果造成很多車輛發(fā)動(dòng)機(jī)早期磨損；換上沙漠空氣濾清器之后，這一問題很快得到解決。

3）確定空氣濾清器的原始過濾效率。這一數(shù)值理論上是越高越好，但實(shí)際上過濾效率高了，進(jìn)氣阻力也相應(yīng)會(huì)加大[9]，所以在目前技術(shù)條件下，各企業(yè)做的空氣濾清器原始過濾效率均在99.5%左右。對(duì)于兩級(jí)過濾器，還需要對(duì)粗濾效率提出要求，一般粗濾效率在80%左右，但如果增加一些分離裝置，粗濾效率可達(dá)90%。

4）確定容塵量。這一參數(shù)很多發(fā)動(dòng)機(jī)廠未對(duì)整車廠提要求，整車廠也很少對(duì)空氣濾清器廠家提出要求。其實(shí)這一參數(shù)反映的是濾芯的使用壽命，容塵量大，壽命就長(zhǎng)，濾芯更換周期就長(zhǎng)，反之就短。所以在使用環(huán)境差的情況下，要使用容塵量大的空氣濾清器。

5）確定空氣濾清器的原始進(jìn)氣阻力。這一值越小，相應(yīng)濾芯的更換周期就長(zhǎng)。一般發(fā)動(dòng)機(jī)廠家對(duì)這一參數(shù)的要求是2.5 kPa。

目前，國(guó)內(nèi)客車用的空氣濾清器均是帶安全濾芯的兩級(jí)過濾空氣濾清器。根據(jù)整車空間，可采用立式安裝、斜式安裝及臥式安裝三種安裝方式。

2 進(jìn)氣系統(tǒng)原始進(jìn)氣口的設(shè)計(jì)

1）原始進(jìn)氣口位置應(yīng)盡可能高，布置在雨、雪、灰塵不易進(jìn)入的部位；外露的原始進(jìn)氣口必須設(shè)置雨、雪過濾裝置，將吸人空氣中所含的水分離出來，防止雨、雪進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)，避免損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。

2）原始進(jìn)氣口不應(yīng)有其它零部件阻擋。

3）應(yīng)避免將發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)熱空氣、散熱器排出的熱風(fēng)和發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣吸人進(jìn)氣系統(tǒng)。

4）當(dāng)空濾器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)時(shí)，嚴(yán)禁將空氣濾清器進(jìn)氣口作為進(jìn)氣系統(tǒng)的原始進(jìn)氣口，否則空氣密度下降，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率發(fā)揮，并使排放惡化。所以一般要在空濾器進(jìn)氣口處引出一管路，與進(jìn)氣系統(tǒng)原始進(jìn)氣口相連，從而為進(jìn)氣系統(tǒng)引入溫度較低的空氣，見圖5。

5）原始進(jìn)氣口盡量設(shè)在車輛行駛時(shí)產(chǎn)生的正壓區(qū)。原始進(jìn)氣口布置方式：

①對(duì)于前置客車，原始進(jìn)氣口布置主要的兩種方式如圖6所示。圖6（a）方式的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)氣口在大的正壓區(qū)，進(jìn)氣阻力??；缺點(diǎn)是進(jìn)氣口離地面不高，吸入的氣體中含灰量較多。圖6（b）方式的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)氣口離地面較高，吸入空氣濾清器的空氣較干凈；缺點(diǎn)是進(jìn)氣口不在正壓區(qū)，進(jìn)氣阻力偏大，且對(duì)整車造型的美觀性有影響。

②對(duì)于后置客車，原始進(jìn)氣口布置主要的兩種方式如圖7所示。前者的優(yōu)點(diǎn)是整車造型好；缺點(diǎn)是進(jìn)氣口離地面較低，吸入的氣體中含灰量較多，且下雨時(shí)進(jìn)水的可能性很大。后者的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)氣口離地面高，吸入空氣濾清器的空氣較干凈；缺點(diǎn)是有一塊凸出部分，對(duì)整車的外觀有影響。

3 空氣濾清器的布置原則及要求

1）空氣濾清器要經(jīng)常進(jìn)行保養(yǎng)，因此，要布置在方便保養(yǎng)的部位，且要考慮到連接管道長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，以便減小進(jìn)氣阻力。

2）空氣濾清器和管路的安裝要保證有足夠的離地高度，避免車輛過水道時(shí)空濾進(jìn)水。

3）空氣濾清器排塵口應(yīng)布置在最低部位，且應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)表面和汽車迎風(fēng)面，以便于灰塵的及時(shí)排出。

4）在空氣濾清器與進(jìn)氣管路之間增加軟連接。

5）空氣濾清器安裝空氣阻力報(bào)警器孔不用時(shí)應(yīng)堵上，否則灰塵容易直接進(jìn)入氣缸內(nèi)。

6）空氣濾清器與消聲器及其它熱源布置太近時(shí)，應(yīng)在空氣濾清器與熱源之間加隔熱擋板，否則進(jìn)氣溫度高。

7）空氣濾清器的原始進(jìn)氣口應(yīng)盡可能高，并且其截面積是空氣濾清器進(jìn)氣口的1.3～1.5倍，以確保能吸進(jìn)干凈、足量的空氣[10]。

4 進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣管路的設(shè)計(jì)

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)氣管路剛度必須足夠，否則進(jìn)氣管路會(huì)被吸扁，造成進(jìn)氣量不足。

2）進(jìn)氣接管使用T型卡箍連接。如果箍不緊，容易漏氣，出現(xiàn)空氣不流經(jīng)空氣濾清器的所謂短路的問題。

3）進(jìn)氣管路是保證發(fā)動(dòng)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(zhǎng)度應(yīng)盡量短，彎度不能過大，否則空氣阻力大。

4）增壓器壓氣機(jī)出氣口至中冷器、中冷器至發(fā)動(dòng)機(jī)之間的連接膠管過盈量必須足夠，否則漏氣。

5）中冷管太長(zhǎng)時(shí)，中間必須加支架，否則在行車過程中中冷管容易脫落。

6）對(duì)于帶增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣系統(tǒng)的安裝及管路布置應(yīng)保證進(jìn)入增壓器的空氣溫度與環(huán)境溫度的差值不高于15℃，否則空氣密度下降，影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率的發(fā)揮，并使排放惡化。

7）進(jìn)氣系統(tǒng)最大進(jìn)氣阻力。對(duì)自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)不超過5 kPa；對(duì)增壓和增壓中冷發(fā)動(dòng)機(jī)不超過6 kPa。進(jìn)氣系統(tǒng)應(yīng)安裝阻力報(bào)警裝置，達(dá)到上述阻力限值時(shí)，應(yīng)及時(shí)報(bào)警顯示，以指導(dǎo)客戶及時(shí)維護(hù)保養(yǎng)進(jìn)氣系統(tǒng)。對(duì)于這一點(diǎn)，目前很多客車用戶均不按阻力報(bào)警裝置提示維護(hù)保養(yǎng)進(jìn)氣系統(tǒng)，都是按自己的經(jīng)驗(yàn)及整車行駛里程進(jìn)行保養(yǎng)。這主要是現(xiàn)有的報(bào)警裝置質(zhì)量不過關(guān)，另一方面與維護(hù)人員的維護(hù)保養(yǎng)習(xí)慣也有關(guān)系。這一點(diǎn)還需各方面共同努力，才能做到按報(bào)警提示對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

統(tǒng)計(jì)表明，發(fā)動(dòng)機(jī)的早期磨損、煙大、油耗高、無(wú)力等故障，絕大多數(shù)情況與汽車進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理有關(guān)。為了使汽車進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置得更合理，整車廠應(yīng)在樣車裝配完成后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，確保各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)均能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)廠家提出的要求，同時(shí)把存在的問題及時(shí)整改。

[1]付本奇，張祥宇，梁榮朝.發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)車身進(jìn)氣部分設(shè)計(jì)[J].客車技術(shù)與研究，2011，33（3）：31-33.

[2]楊興武.客車進(jìn)氣系統(tǒng)計(jì)算和布置設(shè)計(jì)[J].客車技術(shù)與研究，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]李景淵.發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)性能分析研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2005.

[5]許鐘麟.空氣潔凈技術(shù)原理[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1998.

[6]GB/T 14295-2008，空氣過濾器[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[7]吳一敏.車用空氣濾清器的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車研究與開發(fā)，1999，（4）：42-51.

[8]劉來紅,王世宏.空氣過濾器的發(fā)展及應(yīng)用[J].過濾與分離,2000，10（4）：8-9.

[9]劉俊杰,王志強(qiáng).高效率空氣濾清這濾性能測(cè)試分析研究[J].流體機(jī)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

劉義智（1975-），男，工程師。