發(fā)動機進氣系統(tǒng)選型設計手冊

1、輕卡發(fā)動機進氣系統(tǒng)的設計一、進氣系統(tǒng)概述1,發(fā)動機進氣系統(tǒng)：1）進氣系統(tǒng)的功用發(fā)動機進氣系統(tǒng)關系到發(fā)動機動力性、經濟性、進氣噪聲、柴油機的煙度等性能。為發(fā)動機提供足量的空氣，以保證發(fā)動機功率的正常發(fā)揮；（進氣阻力增加6Kpa,功率下降3就右）。有足夠的濾清效率及過濾精度，濾除空氣中的硬質灰塵顆粒，降低灰塵對發(fā)動機的磨損；對進氣產生一定的抑制作用，降低進氣噪音。2）進氣系統(tǒng)布置要求空氣濾清器作為發(fā)動機進氣系統(tǒng)的一部分，在系統(tǒng)布置時，必須從整個進氣系統(tǒng)考慮以下幾點：1）空氣濾清器進口處的溫度，不應過高，不應超出環(huán)境溫度的15c（較高要求為不超過8C）,進氣溫度過高會降低發(fā)動機充氣系數(shù)。2）進氣口應

2、避免吸入雨雪及發(fā)動機排出的廢氣。3）進氣口應避開機艙的負壓區(qū)，集灰區(qū)，甩泥區(qū)?？ㄜ嚳諡V進口應盡量升高，放在駕駛室頂部，以降低吸入空氣的含塵濃度，空氣灰塵濃度與地面距離高度三次方成反比。4）空氣濾清器至發(fā)動機進氣口之間的管子應減少接口數(shù)量，接口卡箍沿管壁3600密封。5）空氣濾清器裝在車輛上，容易讓人接近，便于保養(yǎng)，外殼上在醒目的位置貼上明確的保養(yǎng)說明。2,空氣濾清器在發(fā)動機進氣系統(tǒng)中，空氣濾清器（以下簡稱空濾器）是其中最主要的部件?？諡V器的作用主要是保護發(fā)動機，使它不被空氣中的灰塵磨損，以提高發(fā)動機的經濟性和動力性，并可延長汽車的大修里程。統(tǒng)計顯示，機動車和工程機械發(fā)動機的早期磨損，70%與空

3、氣濾清器有關，空氣濾清器的濾清效率對發(fā)動機的磨損和壽命起著決定性的作用。1）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）組合式根據(jù)濾清級數(shù)可分為（1）單級（2）雙級（3）多級結合國內路況一般較差的情況，為保證高效的過濾，延長空濾器的保養(yǎng)周期和使用壽命，國內輕卡空濾器一般采用干式雙級過濾（粗濾器+細濾器）。有的生產廠家參照日本輕卡使用單級空濾器，本人認為其設計未充分考慮國內實際路況，長期使用會對發(fā)動機產生不良影響。在工作環(huán)境較惡劣的一些車型上，則采用三級過濾，即增加安全濾芯，防止主濾芯偶然損壞時灰塵進入發(fā)動機。另外在空濾器上提倡增加空氣

4、壓力報警器，以便能夠及時提醒司機在空濾器堵塞嚴重時進行保養(yǎng)。干式空濾器與其它類型相比，它具有以下優(yōu)點：效率高，性能穩(wěn)定濾芯容易設計，使空氣濾清器結構簡單，體積小，重量輕濾芯更換方便3,進氣管路1）剛性管道：必須絕對氣密，而且能經受得住發(fā)動機振動和壓力脈沖所引起的機械壓力。無縫鋼管及塑料管道能適用這一要求；也可以采用薄鋼板的焊接管，但其先決條件是焊縫致密，內部要清理。管道內表面必須清潔，無焊瘤、銹層、氧化皮等進行防銹處理。進氣鋼管不允許內表面涂漆處理。管道須根據(jù)發(fā)動機的安裝檢查振動情況，并盡可能增加固定支架。2）軟管：由于發(fā)動機彈性支撐在車架上，在使用過程中會發(fā)生抖動，而空濾器一般剛性連接于車架

5、上，對此必須在進氣管道上裝上具有減震作用的彈性管路（如橡膠管）。在管路布置時，軟管的縱向中心線應盡可能與主振動方向垂直。為保證進氣軟管在一定的負壓下不被吸癟，對于裝配自吸柴油發(fā)動機的輕卡上，以前應用較多的軟管為純橡膠管內襯鋼絲骨架結構。該結構橡膠管采用擠壓成型工藝，工藝簡單，制作周期短（一般45天），但缺點是由于內部塞有鋼絲骨架，對氣流有擾動作用，同時加大了進氣阻力，另外受工藝限制，兩端管徑變化不能太大。為了滿足排放法規(guī)及動力升級的需要，輕卡上越來越多的匹配增壓或增壓中冷發(fā)動機，而發(fā)動機增壓器對進氣阻力及氣流的組織提出了更高要求。同時為滿足增壓器性能需要,發(fā)動機增壓器進氣口直徑一般較小（目前輕

6、卡常用660）,而增壓發(fā)動機要求空氣流量較大（一般在500n3/h左右），決定了空濾器出氣口直徑也較大（一般為690力100）,如果需要用軟管直接連接空濾器出口及增壓器進口，用擠壓工藝已無法加工出所需的連接膠管。適應這一變化，輕卡上進氣軟管采用了模壓工藝，一種結構是將61鋼絲骨架埋于膠層內部，而膠管內外表面保持光潔；另一種結構是用純膠管制作，在膠管外表面增加縱橫交錯的凸起作為加強結構。這樣做的目的就是要保持膠管內部光潔，降低進氣阻力。其中第二種結構生產效率高于第一種，適宜批量生產，應盡量采用。膠管性能要求：（1）,膠管邵氏硬度：6085,而寸溫-20110C,而寸臭氧，在40c時軟管耐真空度負

7、10kPa.（2），低溫，f能：在-40C時將橡膠成形件擠壓到等于內徑一半的尺寸，停留3秒種不得有裂紋或破裂.（3）,收縮率：最大外徑的10%3）橡膠管的密封為了不讓灰塵通過連接部位進入管路（即短路），膠管與剛性硬管連接時必須用卡箍可靠連接，確?？煽棵芊狻Ｒ话氵€要求在進氣硬管上增加限位凸臺。由于進氣管路內負壓并不是很大（一般小于10kPa）,最常用的緊固件是蝸桿緊固的帶式卡箍或鋼絲環(huán)箍，橡膠件的托接長度應不小于40mm,卡箍位于密封凸臺后。4,進氣真空度要求進氣系統(tǒng)的真空度用充水的U形管來測量，對非增壓發(fā)動機，不帶負荷，在額定轉速下于發(fā)動機的進氣管口前不遠處測量；對增壓發(fā)動機，在全負荷額定轉速

8、下，于壓氣機進口前清潔空氣管上測量。表1-1紙芯空氣濾臟污后的許用進氣阻力（單位mmH2O）發(fā)動機空氣真空度管道阻力可短期使用的許用真空度總值1缸200502502缸3501004503缸5001006004缸及以上650150800注：油浴-濕式空濾器的許用進氣阻力在上述數(shù)值基礎上低100mmH2O在空濾出氣管上設置保養(yǎng)指示器（直觀式和電感式，開關點600mmH2O）（3）表中指標主要用于柴油自吸發(fā)動機，對汽油機及增壓柴油機來講，阻力值應適當降低。5、國內外相關行業(yè)標準JB/T6004-1992內燃機油浴及油浸式空氣濾清器總成技術條件JB/T9747-1999內燃機空氣濾清器試驗方法JB/T

9、9755-1999內燃機紙質空氣濾清器總成技術條件QC/T32-1999汽車空氣濾清器實驗方法IS05011-2000內燃機和空氣濾清器一試驗方法JISD1612-1989汽車空氣濾清器試驗方法二、進氣流量的計算為了防止外界雜質進因此決定了對空濾器內燃機在工作過程中，要求一定比例的空氣以確保燃料燃燒充分。入發(fā)動機氣缸引起磨損，要求對進入氣缸的空氣進行必要的清潔處理。除了濾清效率的要求外，還要求它在保養(yǎng)期的進氣量（可用進氣阻力表示）不影響發(fā)動機的設計指標。空濾器流量不足（即進氣阻力超過要求的進氣允許阻力），發(fā)動機的表現(xiàn)為油耗逐漸上升、排放溫度升高、功率逐漸下降。要對一種新車型發(fā)動機進氣系統(tǒng)進行設

10、計，首先要明確該車搭載的發(fā)動機對進氣系統(tǒng)的要求，其次要知道整車對進氣系統(tǒng)總成布置的要求。1）,發(fā)動機要求的空氣流量；2）,進氣阻力的要求；4）,進氣系布置（高位或低位進氣、空濾器維修保養(yǎng)的方便性等）5）,其他要求（如是否前翻等）進氣系統(tǒng)包括空濾器和管路，在以下部分主要針對這兩部分的設計及驗證進行介紹。一般發(fā)動機的進氣流量是發(fā)動機廠通過臺架試驗進行測量，然后在主機廠進行進氣系統(tǒng)設計時提出相應要求。在發(fā)動機廠未明確要求進氣流量的情況下，整車廠可通過以下的近似計算結果設計空濾器及管路。以下對非增壓與增壓兩種發(fā)動機進氣流量的計算方法分別進行介紹。1,非增壓發(fā)動機額定空氣流量的計算可以通過以下經驗公式計

11、算獲得Q=0.03Vh2n2刀v2Z其中：Q:額定空氣流量（m3/h）Vh：活塞總排量（l）n:發(fā)動機轉速（r/min）rv：充氣系數(shù)，柴油機取0.85,汽油機取0.75,Z:缸數(shù)系數(shù)，4缸機以上取12,增壓（含中冷）發(fā)動機額定空氣流量的計算對于增壓（含中冷）發(fā)動機，發(fā)動機的進氣量也就是發(fā)動機在額定轉速下增壓器的進氣流量，一般在發(fā)動機的性能試驗報告中可以查到，單位kg/so將其轉換成我們常用的體積流量公式為：Q=36002Mc/丫c其中：Q:柴油機所需空氣量（m3/h）Mc：額定狀態(tài)下增壓器質量流量（kg/s）3rc：仝氣留度（kg/m）如果發(fā)動機實驗報告上不能提供準確的進氣流量數(shù)值，也可通過

12、以下計算方法進行估算：1）根據(jù)發(fā)動機增壓器壓比、增壓器出氣溫度、發(fā)動機進氣溫度以及發(fā)動機常規(guī)參數(shù)確定。該方法需要發(fā)動機進行必要的實驗，測量也比較方便。Q=0.03Vh2n2刀v2刀s2A其中A=I2（T0/T）0.75Q:柴油機所需空氣量（m3/h）A:增壓系數(shù)Vh:活塞總排量（l）n:發(fā)動機轉速（r/min）刀s：掃氣系數(shù)，增壓機取1.05yv：充氣系數(shù)，柴油機取0.85I:增壓器壓比（增壓器出口與進口空氣壓力的比值）To：增壓器進氣溫度（K）T:發(fā)動機進氣溫度（K）（增壓機為增壓器出口溫度，增壓中冷發(fā)動機為中冷后發(fā)動機進氣溫度）2）根據(jù)進氣密度近似計算空氣流量Q=0.03*Vh*n*3k*

13、pk/丫c其中pk=P2/（RT）3Q:柴油機所需空氣量（m/h）pk：進入發(fā)動機的空氣密度（kg/m3）P2:進入發(fā)動機的空氣壓力（Pa）R:氣體常數(shù)。對空氣R=287T:發(fā)動機進氣溫度（K）（增壓機為增壓器出口溫度，增壓中冷發(fā)動機為中冷后溫度）Vh:發(fā)動機排量（l）少k：過量掃氣系數(shù)：氣閥重疊角0°30°曲軸轉角時k=0.9;氣閥重疊角50°70°曲軸轉角時3k=1;氣閥重疊角100°140°曲軸轉角時k=1.1;pk：增壓后進氣密度”:空氣密度（kg/m3）3,對于氣制動車型，如果需要空濾器為氣泵提供新鮮空氣，在確定空濾器流量時

14、，需加上氣泵排氣量，即：Qk=k2（Q+Qi）Qk：空濾器額定空氣流量（m3/h）3Q:發(fā)動機所需空氣量（m/h）Qi：氣泵排量（m3/h）k:儲備系數(shù)取11.05三，空濾器的設計1,空濾器的工作原理；由于發(fā)動機工作造成的負壓，含有灰塵等雜質的空氣通過進氣管以一定的流速被吸入空濾器，首先由于葉片環(huán)或導流板的作用，空氣以一定的速度旋轉，在離心力的作用下，經過一定的升程，空氣中的較大質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。而夾雜著剩余很細顆粒的空氣繼續(xù)前進將遇到空濾器濾芯，濾芯的主要組成部分濾紙將完成設計要求的對細小微粒的攔截作用。捕捉顆粒的空濾器濾紙并不是簡單的起到篩網作用

15、，它能捕集的顆粒比濾紙孔要小得多。有關捕集的機理有四：1、直接捕獲或攔截。對于較大顆粒大部分由粗濾過濾掉，還有一部分被擋在濾紙外表面；2、吸附。當被過濾的流體通過濾紙的迷宮式結構時，盡管顆粒直徑遠比孔徑小，但在靜電吸附力下也將這些小顆粒吸附在濾紙上。3、沖擊陷入。由于流速的關系，顆粒直接陷入濾紙纖維表面，從而阻擋一些較小顆粒。4、過濾結塊。隨著污物顆粒在濾紙表面不斷積累，其自身形成一種過濾層，從而捕獲更小顆粒，提高濾清效率，但阻力也在不斷增加，直至最后完全堵死或達到壓差。其中以攔截為主，攔截很大程度取決于幾何因素，不僅意味著粗厚的纖維較細長的纖維能攔截更多的顆粒，并且也意味著旁鄰的纖維也影響攔

16、截的可能性。不管捕捉的機理如何，顆粒撞擊纖維后的結局取決于纖維的性質及其表面結構，顆粒撞擊纖維，依其撞擊速度不同，或粘附于纖選維上或彈回。所彈回的顆粒失去部分動能，其再被捕集的機會又取決于鄰近的纖維。即使顆粒已經粘附在纖維上，（由于布朗運動和撞擊），仍存在被流動液體剪切力洗掉的機會?？傊?，由于捕集機理的復雜性，現(xiàn)在還不能測量微孔分布和顆粒去除效率之間的確切關系，事實上濾紙能捕集的顆粒大小要比它的微孔小得多?？諡V器濾紙的內外表面不同，面對氣流的表面濾層較疏松，透氣度較好，而到另一面濾層較緊密，透氣度較小。若兩面裝反，其堵塞壽命將下降30%左右。若空濾器達到使用壽命后繼續(xù)使用會出現(xiàn)什么情況，經咨詢

17、國內相關專家和廠家，均未進行過專項研究。一般認為，從空濾效率來講，經歷一個不斷升高然后下降的過程?？諡V效率開始下降，說明濾紙開始出現(xiàn)輕微破損或擊穿現(xiàn)象，若效率降到99%以下，可認為該空濾器已失效，已不能再繼續(xù)使用。但該過程比較復雜，他受到濾紙性能、雜質成份、使用環(huán)境等多方面影響，很難定性測量和控制。2,濾芯材料濾紙是空氣濾清器乃至三濾最基本最重要的材料，空氣濾清器的性能指標是靠濾紙來保證的，而濾紙的性能取決于原料，處理方法和造紙技術。微孔濾紙主要采用木漿，含量為88%90%的纖維素，進行蒸煮處理，絲光化處理，配以皮革纖維、植物單纖維，化學合成纖維，以實現(xiàn)任意要求的孔徑。為了提高濾紙的挺度，耐破

18、度和工藝性，以前采用熱固型樹脂浸漬技術，稱為固化濾紙，需要160c180C,經1015min的固化，這種熱固化濾紙加工使用過程中，釋放甲醛等有毒氣體；而熱塑型濾紙，稱非固化濾紙，性能指標與固化濾紙相同，沒有有害氣體，安全低耗，德國BINEER公司和杭州新華紙業(yè)公司都有這種產品。成品濾紙一般應有如下的技術標：（1）定量；（2）厚度；（3）瓦楞深度；（4）透氣性；（5）空氣阻力；（6）耐破度；（7）挺度；（8）最大孔徑；（9）平均孔徑；（10）樹脂含量；（11）揮發(fā)率；（12）抗拉強度。表3-1列出濾紙、非織造布、發(fā)泡聚氨酯（泡沫塑料）等常用濾料的性能范圍；表3-2給出幾種典型濾紙的技術指標；表3

19、-3列出美國HV公司兩種新型濾紙的指標。表3-1幾種濾料的技術指標項目濾紙非織造布發(fā)泡聚氨酯干式濕式干式濕式原料纖維木漿化學纖維化學纖維發(fā)泡聚氨酯樹脂粘接劑熱固化熱固化熱口塑性熱固化一tem(g/m)10020015020070300300600厚度（mm）0.41.00.71.01.03.015-35進氣阻力（mmHzO）（流速40cm/s）20-909-4015以下5以下孔徑（m）401007015070200200以上表3-2幾種濾紙技術指標公司及用途美國HV公司唐納森重負何發(fā)動機德國GESSNERMANN風冷發(fā)動機BOSSO,用于小汽車BOSSO,德國大眾用于桑塔納中國K-100上海大

20、眾用于桑塔納tem,g/m125140150147140厚度，mm0.450.550.640.570.50耐破度，kPa157343177180180透氣度，L/m2min600700226028502200最大孔徑，艮m707010411297平均孔徑，um1717353931表3-3美國HV公司新型濾紙的指標濾紙型號士旦/E里2g/m厚度mm瓦楞深度mm破裂強度kpa挺度mg取大孔徑（1m平均孔徑（1m重負荷FA74061270.8000.40634540008329重負荷FA70261140.7110.3037940004414所列數(shù)據(jù)表明，濾紙朝著定量下降、厚度減薄，孔徑縮小的趨勢發(fā)展

21、。濾紙各參數(shù)之間的關系1）最大孔徑與平均流量孔徑的關系Y=0.002377X2+0.094X-0.9452Y代表平均流量孔徑，X代表最大孔徑2）最大孔徑與過濾精度的關系Y=0.00175X2+0.080527X-1.353Y代表標定過濾精度，X代表最大孔徑3）透氣度與最大孔徑的關系Y=0.01748X2-1.1X+20.9Y弗雷澤透氣度，X代表最大孔徑3,紙質濾芯的設計查閱紙質濾芯系列標準，根據(jù)發(fā)動機的空氣流量，選擇合適的濾芯型號，可以保證濾芯的原始阻力不大于0.5kPa。如果已經知道濾芯的結構尺寸，并不知道適用多大的空氣流量，可以根據(jù)經驗數(shù)據(jù)，空氣通過濾芯單位面積的許用流量為0.03m3/h

22、2cm2來計算。對圓柱形狀的濾芯，濾芯表面積A計算公式如下：.1.，2、A=bnh（cm）50式中b一折寬，mm;n一折數(shù)；h濾芯高，mm;一般來講，應該盡量采用系列型譜的標準型號；如果系列型譜的尺寸確實不合適，非要重新設計不可，則應注意兒點：1）折寬b的尺寸必須選用系列表中的尺寸，它是制定紙芯系列標準的基本尺寸之一,使新設計的濾芯通用現(xiàn)有的生產設備，便于加工。2）為使濾芯有一定剛度，折寬b不宜大于50mm。3）折數(shù)n可按下式計算:二（D_2b）n:二t式中D一濾芯外徑，mm；b一折寬，mm;t折距（濾芯內孔周緣上測量）t=38（mm）,4）為了防止濾芯并折，濾芯高度h與折寬b之比應不大于7。

23、現(xiàn)在，對于長徑比值較大的圓柱形濾芯，在濾芯外表面每隔一定的軸向高度，噴涂一圈固化膠線，有效地防止并折,增加了濾芯的剛度，因此，采用這種工藝的濾芯，濾芯高度h與折寬b之比可以大于7。4,空濾管口阻力空濾器管口阻力對總成阻力起決定作用。H=3.02x108d94/d3.88H管氣流阻力（Pa）Q-管口空氣流量（m3/min）d管口直徑（mm上述公式可做出諾模圖，不需計算僅查圖即可知阻力值。表3-4額定流量下管口直徑（流速25m/s）流量m3/h18025036060072090012601620標準管口直徑650647690102110132150設計進氣流速應在20-30m/s之間，若受進氣系統(tǒng)

24、布置限制管口直徑低于上述值應選擇大檔流量空濾，以提保證系統(tǒng)阻力。5,殼體材料1）金屬材料空濾器殼體，殼體前蓋，殼體后蓋，構成空濾器主體。安裝在車輛或發(fā)動機上，在機械運行過程中，會產生振動，空濾器承受很大的應力，容易疲勞破壞。一般采用鋼板沖壓拉伸，焊接成型。為了提高沖壓拉伸工序成品率，采用優(yōu)質碳素結構鋼板08AL。一套空濾器總成的零件，需要數(shù)十套模具和胎具，經過沖壓拉伸，焊接，修磨成形，噴漆，涂密封膠，零件組裝，之后通過性能試驗，濕熱鹽霧試驗，油漆層不剝落，金屬不銹蝕。金屬材料的缺點，需要模具多，大量的焊接設備，噴漆線，致使產品成本高；再好的設備和模具，也難以保證形狀復雜零件的要求，鋼板比重大，

25、屬先天不足。2）工程塑料當前，高強度工程塑料應用在空濾器殼體材料越來越多。值得注意的是，目前國外許多卡車進氣系統(tǒng)，從進氣帽，進氣管路，進氣管路內的旋流葉片，空氣濾清器總成殼體，幾乎都采用工程塑料注射成形。3這種材料是熱塑性塑料，聚丙烯（PP）,密度0.890.91g/cm,有較局的剛度、較低的韌性，為了改善性能，添加20%30%玻纖。采用工程塑料的優(yōu)點：減輕重量，是機動車設計追求的目標，提高車輛的動力因數(shù)。結構形狀可以達到任意要求，將圖紙的程序輸入模具加工中心，加工出模具，精度零件幾乎沒有后處理過程，零件表面的光潔度取決于模具，可以是光滑的，帶花紋的。塑料不腐不銹，是理想的材料。6,空濾器設計

26、參數(shù)的確定與空濾器相關的設計參數(shù)主要有：額定流量、原始進氣阻力、全壽命進氣阻力、實驗室壽命、粗濾效率、濾清效率、儲灰能力、復原率等。其中原始阻力、濾清效率和實驗室壽命是空濾器的三個基本設計參數(shù)。表3-5紙芯空氣濾清器的原始進氣阻力發(fā)動機1缸（單級/多級）2缸（單級/多級）3缸（單級/多級）四缸（葉片環(huán)/旋流管）mmH2O50/150100/200150/250250/3501）粗濾效率對空濾器壽命的影響粗濾器的分類：（1）旋風筒（2）葉片環(huán)（3）旋流管（切向/軸向/直通）（4）盆式粗濾（5）防雨帽（6）切向進氣口表3-6各種粗濾器的設計參數(shù)及性能比較類型帽式/盆式切向進氣口葉片環(huán)旋風筒直通旋流

27、管切向旋流管軸向旋流管粗濾效率60%70%80%70%90%93%93%進氣流速m/s10-1720-3020-3015-2520-5010-15八20-30注：系指單管流量m3/h粗濾對濾芯壽命的影響可分三方面來說，1,裝了粗濾之后，到達濾芯上的塵土，粒度較為細小，濾芯容易堵塞，濾芯除塵能力下降。2,由于有粗濾，濾清器總成原始阻力增大,極限阻力與原始阻力差值減小。3,與前兩項相反，裝粗濾后，減輕了濾芯上的塵土負擔可延長濾芯使用壽命。表3-7試驗結果數(shù)據(jù)濾清器類型SAE粗灰SAE細灰POCT灰效率通過率壽命比效率通過率壽命比效率通過率壽命比單極0%100%10%100%10%100%1雙級中荷

28、82%18%357%43%1.380%20%1.9雙及重荷95%5%679%21%1.795%5%3從表中可以看出，裝了粗濾之后，到達濾芯上的塵土量的減少程度并不與濾清器壽命增長的比率同步。例如濾清器裝有效率為95%的粗濾器，與單級空濾器相比到達濾芯上的塵土量，前者只有后者的二十分之一，但壽命比僅為6倍和3倍。這說明粗濾器對濾芯壽命的三個因素是由制約作用的。因此在雙級空濾器技術要求中，濾清器總成的效率，原始阻力和室內壽命是主要指標。給這些指標規(guī)定界限值后，對粗濾效率的限制要求并不必很嚴格。2）空濾器的實驗室壽命以及使用保養(yǎng)周期的確定空濾器的壽命是指從空濾阻力的原始值到達極限值之間所經歷的時間。

29、空濾器的原始阻力受到濾紙性能、空濾器空間大小以及濾清效率等多方面影響，在兼顧設計的可行性及先進性的條件下，目前我們輕卡上使用的雙級空濾器的原始阻力值行業(yè)內定為2.5Kpa以下，以后隨著濾紙等產品質量的提高，該值可能繼續(xù)下調。在制定空濾器最大允許阻力值時，通過對發(fā)動機的大量試驗研究，在滿足發(fā)動機相關指標，如發(fā)動機功率的下降、油耗的升高以及排溫的提高達到設計規(guī)定的條件下，該極限阻力值一般定為6Kpa。空濾壽命可以用達到這個極限值之間的工作時間、行駛里程數(shù)或累計加灰量來表示。在室內測定的為實驗室壽命，在使用過程中記錄的為使用壽命，對整車講，該參數(shù)也就決定了在整車使用過程中空濾器的保養(yǎng)周期。在空濾器的

30、原始阻力值及極限阻力值確定后，對空濾器壽命影響最直接的是濾紙的容塵能力。對于高性能濾紙，容塵能力大而進氣阻力上升慢，從而延長了空濾器使用壽命。在綜合考慮國內濾紙行業(yè)技術水平，國內道路條件，并參考國外相關技術標準的條件下，汽車標準中將目前我們使用的雙級空濾器的實驗室壽命定為10h,既具有可行性又保持了比較先進。另外空濾器的粗率效率對空濾器壽命也有重要影響，前面已經進行討論。首先看一組數(shù)據(jù)：表3-8空氣中含塵量的測試數(shù)據(jù)序號:：=3含塵重(g/m)表現(xiàn)特征1<0.001看不見空氣的混濁，如高質量的柏油路，高速公路、好的氣候條件20.001-0.003沒有加工的農村公路，單車行駛，好的氣候條件

31、，在灰沙少的建筑物內30.003-0.01空氣不混濁，加固的沒有保養(yǎng)的公路普通灰塵濃度40.01-0.03空氣輕度混濁，在干燥的農田里整理土地，單車，再沒有力口固的，有灰塵的道路上行駛50.030.2中等灰塵條件，汽車成列在有灰塵的不堅固的公路上或農田里行駛，灰塵很大（碎石、，地、脫粒）。汽車輪子附近灰塵含量最6在使用過程中，影響空濾器使用壽命的因素很多，事先預測或估計空濾器壽命是很困難的，而在室內測量則比較容易。所以人們很自然的希望用實驗室壽命來預測使用壽命。在這之前人們作了大量工作，其中最主要的成果是試驗用灰的標準化，使之在化學成分和粒度的規(guī)范方面盡量模擬使用環(huán)境中最有代表性的塵土，這是在

32、兩個壽命之間建立聯(lián)系的基礎。每種濾紙都有其固定的容塵能力C（g/m3/h）,而其壽命H（h）與加灰濃度d（g/m3）的關系為H=C/d。因此實驗室壽命與使用壽命之比也就是加灰濃度之比。國內標準規(guī)定對雙級空濾器，在測量實驗室壽命時所用加灰濃度通常為1g/m3。從表3-8來分析，目前時代輕卡所使用的環(huán)境基本為序號3狀態(tài)，對于農村車輛有短時的序號4環(huán)境。因此輕卡空濾器的壽命按灰塵濃度0.01g/m3計算應該為100h。若假設汽車平均時速50公里，則使用里程為5000公里。考慮短時惡劣條件行駛，將空濾器的平均一級保養(yǎng)里程定為30004000公里是比較合理的。而濾芯每次保養(yǎng)后，不可能恢復到原始的進氣阻力

33、，相反阻力會不斷增加，局部也可能破損，因此需及時更換。按正常使用來講，濾芯保養(yǎng)45次后就應該更換?？諡V器使用壽命的估算：H2=2402Hi/d0.8H2：使用壽命（h）Hi:實驗室壽命（h）（空濾器標準規(guī)定在1g/m3加灰濃度下空濾器實驗室壽命不小于10h）d:環(huán)境含塵量（mg/m3）7,空氣濾清器的正確使用有了性能良好的空氣濾清器，用戶不能正確使用也不會得到理想效果。為此，主機廠和空濾器生產廠都必須經常向用戶介紹空氣濾清器的正確使用方法。首先必須強調空氣濾清器拆裝過程中，一定保證濾芯安裝正確、密封可靠，不能使過濾后的空間與過濾前的空間相通，即短路。濾清器其他需要密封的部位一定要密封。使用中空

34、濾器濾芯必須按規(guī)定里程保養(yǎng)，如果長時間不保養(yǎng)，濾芯過臟使進氣阻力增高，一方面會使整車經濟性和動力性變壞，另外也容易使濾芯局補擊穿而進入灰塵造成發(fā)動機磨損。如有可能空濾器安上堵塞報警器，濾芯需要保養(yǎng)時有信號顯示，這樣可以減少保養(yǎng)濾芯的盲目性。使用保養(yǎng)時應注意以下幾點：(1)掌握紙質濾芯的特點和清潔方法。這種濾芯采用微孔濾紙，表面經過處理。在發(fā)動機工作時，空氣通過微孔將灰塵濾去，保證清潔的空氣進入氣缸。在使用中，濾芯周圍會粘附著一層灰塵，清潔時不能用水或油，以防止油水浸染濾芯。常用的清潔方法有兩種：輕拍法，即將濾芯從殼中取出，輕輕拍打紙質濾芯端面使灰塵脫落，不得敲打濾芯外表面，防止損壞濾芯。吹洗法

35、，即用壓縮空氣從濾芯內部向外吹，將灰塵吹凈。為防止損壞濾紙，壓縮空氣壓力不能超過6kPa。(2)定期清潔和更換濾芯。在使用中應按汽車保養(yǎng)規(guī)定，經常清潔空氣濾清器濾芯，以免因濾芯上粘附過多灰塵而增大進氣阻力，降低發(fā)動機功率，增加耗油量。如濾芯破損應及時更換。(3)正確安裝，防止空氣不經過濾進入氣缸。在檢查保養(yǎng)空氣濾清器時，濾芯上的密封墊必須確實安裝好。如密封墊已老化變形或斷裂，應更換新品。(4)更換新濾芯時，應選用原廠供應的濾芯，不要使用劣質濾芯，一般可以從包裝和外觀上識別優(yōu)質與劣質濾芯，也可以安裝后檢驗。購買濾芯時，提醒大家，要到正規(guī)的汽車配件商店購買，否則容易買到假貨。四，進氣系統(tǒng)管路阻力計

36、算1、直段管路計算已知：管路長度li(m)進氣管直徑d(m)進氣管當量粗糙度£、.、一3空氣流量Q(m/h)空氣密度p(kg/m3)空氣運動粘度丫(m2/s)1),流速丫(m/s)2丫=4Q/兀d2),雷諾數(shù)ReRe=vd/丫3),相對粗糙度/d4),查莫迪圖，沿程阻力系數(shù)入5),壓力損失p(Pa)p=入(l/d)(p2/2)2、局部阻力1),漸擴管小端直徑di(m)大端直徑d2(m)變直徑長度l(m)0=2*180arctan(d2-d1)/(2*l)/3.14E2=(0.13+0.163*(d/R)A3.5)*A/900-孔的張角查表K2E1=K(I-A1/A2) p=E1(p2

37、/2)3,彎管折彎圓管直徑d(m)折彎中心直徑R(m)折彎角度A(度)局部阻力損失系數(shù) p=E2(p2/2)4,折圓管折圓管角度B(度)E3=0.946sin2(B/2)+2.05sin4(B/2)2 p5d3(p/2)管路壓力損失總和p=Ap1+Ap2+pn各種直管、彎頭、變徑管、進氣管等進氣系統(tǒng)元件可按照實測總結出諾模圖來估算其阻力，最后在汽車在實測進氣系統(tǒng)阻力來修正進氣系統(tǒng)的設計。五，進氣系統(tǒng)管路的消聲原理在汽車進氣系統(tǒng)中，最常用的消聲原理是共振式消聲。共振式消聲器是一種通過管道開孔與亥姆霍茲共鳴腔相連而成的結構，按期結構幾何形狀特點，可分為旁支型，同軸型和狹縫型等類型。當聲波入射到亥姆

38、霍茲腔時，引起短管通道內的空氣柱來回振動，與壁面摩擦而耗散聲能，若聲波頻率接近該結構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、聲波頻率與波長關系為c=入2f在旁支型共振式消聲器中，當聲音在截面積為S的主管道中傳播時，聲波傳至共鳴腔的小孔交叉點處，由于聲阻抗突變，使部分聲能反射回去，還有一部分聲能傳入小孔和共振腔。由于亥姆霍茲腔的聲阻Ra。聲質量Ma=(Mm/SA2=p02l/S)和聲容Ca的耗損作用，消耗一部分聲能，僅剩下部分聲能繼續(xù)沿管道傳播，從而達到消聲的目的。尤其是當聲波頻率與共振腔的固有頻率接近或相等

39、時，將激起共振，共振腔將吸收和消耗大量聲能，此時消聲效果最為顯著。共振式消聲器屬于抗性消聲器，在共振頻率附近的窄頻帶范圍內具有很高的消聲量。由于共振頻率可以設計的相當?shù)?，所以這種消聲器多用來消除低頻噪聲中明顯的峰值，經常用作復合式消聲器的組成部分。通常管道中傳播的聲波視為平面聲波，那么聲壓p和質點振動速度v必然滿足：p=p2c2V截面積為S的管道中的聲阻抗為Z1=P/u=p2c2v/(S02v)=p2c/S0(1)亥姆霍茲共鳴腔的聲阻抗為聲質量Ma、聲容Ca和聲阻Ra的串聯(lián)即Za=Ra+j(coMa/(3Ca)Za與Z1呈并聯(lián)關系。一般來說Ra較小，在非共振區(qū)域可以忽略其影響。下面僅考慮聲抗變

40、化引起的消聲量。設沿管道傳播的平面波聲壓為pi,遇到聲抗突變截面(共鳴器開口處)發(fā)生聲反射，反射聲壓為pr,另一部分透過聲抗突變截面繼續(xù)沿管道傳播，聲壓為pt.顯然作用于共振腔口的聲壓pb=pt在聲抗突變截面處：pi+pr=pb=pt(2)體積速度：ui-ur=ub+ut根據(jù)阻抗與體積速度的關系：pi/Z1-pr/Z1=pb/Zb+pi/Z1(3)Zb式共振器聲阻抗Za忽略Ra后的值.Zb=j(9Ma-1/(9Ca)=j(2兀fpl/S-pcA2/(2兀fV0)共振腔共振頻率f0=c(S/V0l)A0.5/(2兀)因此Zb=jp0c(l/V0S)A0.5(f/f0-f0/f)(4)f代表管道中

41、聲波頻率由式(2)、(3)得：pi=pt(1+Z1/(2Zb).聲能透射系數(shù)t=Et/Ei=pt/pi工程上常用10倍t的倒數(shù)的對數(shù)標示隔聲量，單位Db.根據(jù)式(1)、(4)的關系，從上式得出消聲器的隔聲量為R=10lg(pi/pt)A2=10lg(1+(GV0)A0.5/(2S0)A2/(f/f0-f0/f)-(5)式中G=S/l0稱為導通率；l為共振器短管長度，在使用中一般取有效長度計算，對于園截面短管，可取有效長度為t+兀d/4,d為截面半徑；S為短管截面積；VO為共振腔容積；S0為消聲器主管道截面面積；f0為共振頻率；f為聲波頻率；t為頸的長度；c為聲速；P為空氣密度；v為質點振動速度

42、。由式(5)可繪出共振型消聲器的隔聲量曲線：當f=f0時，R將變得很大，在偏離共振頻率時，R將明顯降低，其降低量與(GV0)A0.5/(2S0)有關，其值越小，曲線越尖。為使這種消聲器有較寬的消聲頻率范圍，硬盡量選擇較大的(GV0)A0.5/(2S0)值,或增加共振腔聲阻，另一種拓寬消聲頻率的辦法是采用多節(jié)共振式消聲器串聯(lián)，并使各節(jié)消聲器的共振頻率錯開。六、進氣系統(tǒng)與發(fā)動機的磨損進氣灰塵對氣缸、活塞、活塞環(huán)、氣門、氣門導管產生嚴重磨損。灰塵透過活塞環(huán)，加劇曲軸、連桿軸承摩擦副的磨損。長春一汽對CA6102發(fā)動機加灰磨損試驗結果，116小時達到極限磨損，發(fā)動機嚴重冒煙、竄機油，功率下降15%。俄

43、羅斯雅羅斯拉夫發(fā)動機廠對吉爾130發(fā)動機模擬使用試驗，人為地以0.5g/m3的灰塵濃度加灰，臺架試驗只進行25小時，氣缸套徑向磨損面達到0.3mm。發(fā)動機的早期磨損主要發(fā)生在缸筒上部及頭道活塞環(huán)，早期磨損發(fā)動機的癥狀為機油消耗量明顯增加，加油口、機油標尺入口竄油，排氣管冒藍煙，功率下降。這種情況下檢察空濾器會發(fā)現(xiàn)空濾內側有明顯灰塵痕跡?？諝庵?0um灰塵對發(fā)動機磨損最嚴重，空氣中該種粒子占67%。汽車行駛過程中，透過空濾吸進發(fā)動機的灰塵量用下式表示：G=W*Q*t*s(1)式中G-吸進發(fā)動機灰塵量，g、3少-道路灰塵儂度，g/mQ-發(fā)動機平均吸氣量，m3/ht-汽車行駛時間，h£-空濾透灰濾，%將式（1）變換為G=W*Q*S*（1-r）/V（2）式中S-汽車行駛里程（km）V-汽車平均行駛速度（km/h）Y-空器濾清器效率（%）公式（2）變換為S=G*V/（a*Q*（1-Y）（3）式中Q-0.8QhQh=0.03*A