淺談重卡進氣系統(tǒng)發(fā)展趨勢

劉俠 李蘇琪

摘 要：隨著國家對于節(jié)能減排的重視程度日益增強，相關(guān)法規(guī)對整車的排放性能、能耗水平的要求不斷提高。進氣系統(tǒng)對動力性、經(jīng)濟性、排放性能都有較大影響，因此進氣系統(tǒng)的設(shè)計是否合理對整車性能能否達成有較大影響。文章以重卡進氣系統(tǒng)為例，介紹了進氣系統(tǒng)的作用，結(jié)構(gòu)組成，近年來應(yīng)用的新技術(shù)以及未來的發(fā)展趨勢，文章對進氣系統(tǒng)的設(shè)計具有一定指導作用。

關(guān)鍵詞：重卡;進氣;趨勢

中圖分類號：U463 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）05-255-03

Abstract： With the increasing emphasis on energy conservation and emission reduction， the requirements of relevant regulations on vehicle emission performance and energy consumption have been improved. The intake system has a great influence on the power performance， economy and emission performance， so whether the design of the intake system is reasonable or not has a great impact on the performance of the vehicle.In this paper， taking the heavy truck intake system as an example， the function of the intake system， the structure composition， the new technology applied in recent years and the future development trend are introduced. This paper has a certain guiding effect on the design of intake system.

Keywords： Truck; Air intake; Trend

前言

重卡進氣系統(tǒng)的主要作用是為發(fā)動機提供清潔、干燥、足夠且溫度合適的空氣以滿足發(fā)動機的需求，避免空氣中雜質(zhì)及大顆粒粉塵進入發(fā)動機燃燒室造成發(fā)動機異常磨損。良好的發(fā)動機進氣系統(tǒng)能夠提高發(fā)動機的進氣效率，改善燃燒，從而提升發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放性能[1]。

重卡進氣系統(tǒng)主要包括車身引氣道、底盤進氣道、空氣濾清器、空氣濾清器支架、空氣濾清器管路、中冷器（集成在冷卻模塊里）、中冷器膠管、進氣阻力報警器及安裝組件等（見圖1）;其中進氣阻力報警器安裝位置可能在空氣濾清器出口處或空氣濾清器管路上。

1 總體趨勢概述

隨著近年來中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，作為物流運輸和基礎(chǔ)建設(shè)重要保障的商用車也取得了長足的發(fā)展，自主品牌商用車企業(yè)也在不斷發(fā)展壯大。由于柴油機具有扭矩大、熱效率高、經(jīng)濟性能好的特點，所以是商用車動力引擎的首選，其使用率達到80%以上。國內(nèi)中重卡市場持續(xù)火熱，可以預測，柴油機需求仍將不斷增長，市場發(fā)展前景良好。同時由于國家環(huán)保意識的不斷提高，排放法規(guī)和商用車使用要求將不斷升級，未來柴油機將向著高扭矩、長壽命、低油耗、低排放的方向發(fā)展。整車性能的達成是一項系統(tǒng)工程，與進氣系統(tǒng)相關(guān)性能密不可分。因此，商用車進氣系統(tǒng)也需要不斷優(yōu)化設(shè)計，以支撐整車性能指標的達成。

圖1 ?商用車進氣系統(tǒng)示意圖

為了響應(yīng)國家環(huán)保建設(shè)，機動車排放法規(guī)日趨嚴格，國Ⅵ法規(guī)已經(jīng)逐步實施，各發(fā)動機企業(yè)也緊隨法規(guī)開發(fā)出滿足國Ⅵ排放的發(fā)動機。國Ⅵ發(fā)動機相對國Ⅴ發(fā)動機對進氣系統(tǒng)的要求更高，具體體現(xiàn)在所允許的進氣溫升值更小、允許的進氣阻力值更小;此外，發(fā)動機馬力提升要求更大的進氣流量，這也是進氣系統(tǒng)的發(fā)展方向之一;進氣系統(tǒng)作為整車子系統(tǒng)之一，整車所強調(diào)的輕量化、模塊化也是進氣系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢。

2 車身部分零部件發(fā)展趨勢

進氣系統(tǒng)車身部分主要部件是車身引氣道（見圖2），車身引氣道是空氣進入整車的第一道屏。除了給整車提供進氣口之外，車身引氣道的最重要的作用是為進入整車的空氣分離雨水，這是車身引氣道的核心功能。車身引氣道進氣口處一般具有百葉窗結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)計有擋雨片，這些結(jié)構(gòu)都是為了使得更少的雨水進入空氣濾清器。有研究表明百葉窗與豎直方向以及水平方向的角度，能夠很大程度影響雨水進入進氣系統(tǒng)的量（擋水效率），因此進氣口的設(shè)計是整個進氣系統(tǒng)對于雨水抵抗能力的最關(guān)鍵環(huán)節(jié);內(nèi)部擋雨片的片數(shù)、角度、結(jié)構(gòu)型式等設(shè)計細節(jié)對進入進氣系統(tǒng)的雨水與空氣分離的效率有巨大影響（除水效率），合理的擋雨片結(jié)構(gòu)和布置位置是除水效率的重要保障。目前車身引氣道大多都是采用PE材料，成品零件在輕量化以及可靠性方面都已經(jīng)達到比較理想的水平，綜合考慮成本、重量、工藝等各方面因素，在車身引氣道應(yīng)用新材料的可能性比較小。未來車身引氣道主要趨勢是為滿足除水效率的要求不斷優(yōu)化其自身結(jié)構(gòu)，同時得兼顧壓力損失方面的要求，需避免為了提升除水效率而大幅增加進氣阻力。另外車身引氣道模塊化是眾多主機廠的需求，眾多主機廠出現(xiàn)不同駕駛室、不同發(fā)動機、甚至同一發(fā)動機不同馬力都匹配不同車身引氣道的情況，隨著拓展開發(fā)的車型增多，種類還有進一步增加的趨勢。車身引氣道種類多會帶來裝配錯亂、設(shè)計工作量大、開模費用高、單體零部件采購價格高等問題，這顯然不是主機廠愿意接受的，但由于設(shè)計特殊考慮或更改工作量大等原因，在現(xiàn)有在售重卡平臺車型去做模塊化工作，投入與產(chǎn)出不成正比，甚至可以說收效甚微，所以國內(nèi)廠商都是在全新平臺的規(guī)劃開發(fā)初期將車身引氣道模塊化考慮進去，力爭從源頭減少車身引氣道的種類，最終實現(xiàn)同種用途車輛（公路車、工地車）、一種類型駕駛室最多匹配兩種車身引氣道的目標。

近年來，為了達到通過噪聲的要求，越來越多的車身引氣道內(nèi)部集成諧振腔，以改變頻譜、降低風噪;具備灰塵粗濾功能的車身引氣道（見圖3）在自卸車市場上也已普及開來，其目的是減輕空氣濾清器的負擔，延長空氣濾清器的保養(yǎng)周期及使用壽命。

3 底盤部分零部件發(fā)展趨勢

底盤部分主要包括底盤進氣道、空氣濾清器、中冷器等零部件。

3.1 底盤進氣道

底盤進氣道通過離心作用進一步濾除灰塵（也有一定水分離效果），有研究表明不同形狀的底盤進氣道對除塵效率有較大影響。不同廠家對底盤進氣道研究投入有較大差別，因而過濾效率也有很大差距，個別知名廠家底盤進氣道除塵效率高達89.9%[2]。反向軸流式旋流管（見圖4）、負壓引流除塵等技術(shù)也開始應(yīng)用在底盤進氣道的設(shè)計中。底盤進氣道未來的發(fā)展方向是需要在進氣阻力上升不多的情況下，進一步提高除塵效率，以減輕空氣濾清器的負擔，延長濾芯保養(yǎng)及更換周期。

3.2 空氣濾清器

發(fā)動機馬力在不斷提升，空氣濾清器要求更大的額定流量;客戶對于維護周期要求更長，這就要求空氣濾清器有更大的容灰量，空氣濾清器前端的除塵部件有更高的除塵效率;因為發(fā)動機體積在逐漸增大，車架上布置空間也因為后處理系統(tǒng)體積的增大等原因而不斷壓縮，空氣濾清器及支架的結(jié)構(gòu)要求設(shè)計得更加緊湊;空氣濾清器濾芯新型材料的開發(fā)是提高除塵效率的有效途徑。

3.3 中冷器

中冷器結(jié)構(gòu)固化、技術(shù)成熟，近年來并無大的革新產(chǎn)生及應(yīng)用。隨著商用車馬力的提升，發(fā)動機體積也不斷增大，車架整體邊界卻很少改變，冷卻中冷系統(tǒng)布置空間被進一步壓縮，整車對冷卻中冷系統(tǒng)必然提出更高的要求。中冷器朝著芯子更薄、單位迎風面積散熱能力更強的方向發(fā)展。

4 設(shè)計方法的發(fā)展

傳統(tǒng)進氣系統(tǒng)開發(fā)都是依賴設(shè)計人員個人經(jīng)驗來設(shè)計各個零部件，再將各個零部件組合成為一個整體，然后進行流體分析，可以為進氣阻力項的達成提供較好的支撐作用，其它性能指標是否達成的判斷完全依賴試驗，這樣浪費了大量的人力物力，也可能因此延長開發(fā)周期。近年來CAE技術(shù)的發(fā)展以及對過濾機理的理解深化，使得在試驗之前對除塵效率、進氣阻力、進氣溫升、除水效率的仿真成為了現(xiàn)實。在試驗之前，設(shè)計人員就能對自己設(shè)計的系統(tǒng)性能有大致的認知，及早發(fā)現(xiàn)性能不達標的項目并且進行優(yōu)化，使各項指標達到相對滿意的結(jié)果，之后再試驗驗證即可。

參考文獻

[1] 李健醫(yī).發(fā)動機中置車型進氣系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[D].長沙：湖南大學，2014：13.

[2] 周濤.工程車進氣系統(tǒng)研究及應(yīng)用[C].北京：中國汽車工程學會， 2018：1905-1908.