發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)培訓(xùn)課件

1、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)輕型車中心動(dòng)力所2008年12月1日進(jìn)氣系統(tǒng)一、概述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)：包括進(jìn)氣管、空氣濾清器、中冷器等。典型進(jìn)氣系統(tǒng)組成見圖 進(jìn)氣系統(tǒng)的功用： 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、壽命、進(jìn)氣噪聲、煙度等性能。濾除空氣中的硬質(zhì)灰塵顆粒，降低灰塵對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損；空氣濾清器的濾清效率對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損和壽命起著決定性的作用。保證發(fā)動(dòng)機(jī)獲得足量的空氣，進(jìn)而保證發(fā)動(dòng)機(jī)功率的正常發(fā)揮；（對(duì)自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣阻力增加6Kpa，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降3%左右）。降低進(jìn)氣噪音。保證進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣溫度滿足設(shè)計(jì)要求，從而保證進(jìn)氣密度和進(jìn)氣量。中冷進(jìn)氣系統(tǒng)降低進(jìn)氣溫度，抑制發(fā)動(dòng)機(jī)排放物NOX的生成。進(jìn)氣

2、系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損 進(jìn)氣灰塵對(duì)氣缸、活塞、活塞環(huán)、氣門、氣門導(dǎo)管產(chǎn)生嚴(yán)重磨損?；覊m透過活塞環(huán)，加劇曲軸、連桿軸承摩擦副的磨損。 空氣中灰塵粒子在1200um之間，其中20um灰塵對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)磨損最嚴(yán)重，空氣中該種粒子占67%。發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的癥狀為機(jī)油消耗量明顯增加，加油口、機(jī)油標(biāo)尺入口竄油，排氣管冒藍(lán)煙，功率下降。這種情況下檢察空濾器會(huì)發(fā)現(xiàn)空濾內(nèi)側(cè)有明顯灰塵痕跡。汽車行駛過程中，透過空濾吸進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的灰塵量用下式表示：G=*Q*t* 式中 G-吸進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)灰塵量 ，g-道路灰塵濃度，g/m3Q-發(fā)動(dòng)機(jī)平均吸氣量，m3/ht-汽車行駛時(shí)間，h-空濾透灰濾

3、，%空氣濾清器空濾器的分類：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）組合式干式空氣濾清器的濾芯用微孔濾紙或無紡布制造，濾料不浸油，目前輕卡上使用的幾乎100%為干式空濾器。與其它類型相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：效率高，性能穩(wěn)定濾芯容易設(shè)計(jì)，使空氣濾清器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕濾芯更換方便根據(jù)濾清級(jí)數(shù)可分為(1) 單級(jí)(2)雙級(jí)(3)多級(jí)空濾器試驗(yàn)認(rèn)證空濾器控制要素：一類1,原始阻力；2,總成原始濾清效率3,實(shí)驗(yàn)室壽命(儲(chǔ)灰能力)二類4，密封性；5，粗濾效率；6，內(nèi)部清潔度；7，耐振動(dòng)試驗(yàn)；三類8，耐腐蝕性；9，耐高、低溫性；10，全壽命效率11，復(fù)原

4、率；2、中冷器中冷器分類：按冷卻介質(zhì)的不同，中冷器可分為空對(duì)空中冷器和水對(duì)空中冷器?？諏?duì)空中冷器常與水箱串聯(lián)或并聯(lián)的形式裝配在一起，用風(fēng)扇及迎面風(fēng)對(duì)經(jīng)過蝸輪增壓的空氣進(jìn)行冷卻；水空中冷器常與發(fā)動(dòng)機(jī)體裝配在一起，利用發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液對(duì)經(jīng)對(duì)經(jīng)過蝸輪增壓的空氣進(jìn)行冷卻。由于受冷卻液溫度的限制，水空中冷后的增壓空氣很難達(dá)到較低的進(jìn)氣溫度（如80以下）；其次，由冷卻液帶走的這部分熱量，實(shí)際上還要通過水箱散發(fā)到大氣中，無形之中增加了冷卻系統(tǒng)水散熱器的負(fù)擔(dān)，而且從傳熱過程來看它是二次傳熱，整體的傳熱效率較低；再者，由于在水空中冷系統(tǒng)中，冷卻液參與了中冷循環(huán)，容易因?yàn)橹欣淦餍孤?dǎo)致冷卻液進(jìn)入氣缸。因此車用中冷器

5、越來越多地采用空空中冷器。內(nèi)置紊流片式中冷器特點(diǎn)是中冷器的熱側(cè)通道內(nèi)裝有內(nèi)部散熱帶（俗稱紊流片），它大大加強(qiáng)了中冷器的熱側(cè)散熱面積，并可強(qiáng)制使增壓熱空氣由層流變成紊流，從而大大提高中冷器的散熱能力。中冷器的作用增加比功率，提高發(fā)動(dòng)機(jī)馬力。冷卻增壓后被提高的進(jìn)氣溫度，增高單位體積的氧氣含量，提高空燃比，使燃料燃燒更充分，從而達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的目的。據(jù)大量資料，在給定的壓力下，增壓空氣溫度每下降10，發(fā)動(dòng)機(jī)功率約提高3%5%；或者在相同的功率下，燃料消耗減少1.5%,，可使最高燃燒溫度和整個(gè)循環(huán)的平均溫度下降3降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，提高發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。根據(jù)計(jì)算，壓縮空氣每降低1，最高燃燒溫度和

6、排氣溫度可降低可降低2-3；在相同的平均有效壓力下，中冷降低了進(jìn)氣溫度55-105，可以有效緩解發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷。因此中增壓度以上的發(fā)動(dòng)機(jī)，中冷是必不可少的。在保持大致相同空氣密度的條件下，可使氣缸壓力下降，緩解機(jī)械負(fù)荷。 有效地降低廢氣污染物的排放量和噪聲，采用增壓中冷技術(shù)可使排放達(dá)到歐II、歐III標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)國(guó)外文獻(xiàn)介紹，進(jìn)氣溫度從60降低到30，標(biāo)定工況燃油耗率下降1%，NOX排放下降24%，煙度基本不變；最大扭矩工況下，燃油耗率下降3%，NOX排放下降6%，煙度下降13%。減少發(fā)動(dòng)機(jī)燃料消耗。提高對(duì)海撥高度的適應(yīng)性。在高海撥地區(qū)，采用中冷可使用更高壓比的壓氣機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率得到更大提高，提高

7、汽車的適應(yīng)性。中冷器的工作系統(tǒng)原理圖增壓熱空氣從渦輪增壓器流經(jīng)中冷器的冷卻管，把熱量傳給冷卻管和附著在管子上散熱帶, 外面的冷空氣（或水）流過冷卻管和附著在管子上散熱帶時(shí),帶走上面的熱量。熱量就這樣通過管子和散熱帶把熱空氣的熱量傳給外面的冷空氣, 把增壓熱空氣的溫度降下來。中冷器設(shè)計(jì)：2.1根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的有關(guān)技術(shù)參數(shù)先用理論計(jì)算公式初步確定中冷器的總散熱面積，并在此基礎(chǔ)上增加10%15%的余量。2.2根據(jù)散熱器的外形尺寸及整車空間尺寸，確定最合理的中冷器芯體尺寸，并盡可能加大迎風(fēng)面積，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況下出口溫度不高于規(guī)定值：在最終選定的風(fēng)扇流量、冷風(fēng)壓降的情況下，車輛行駛的全負(fù)荷工況，中冷

8、器的出口溫度相對(duì)于環(huán)境溫度的溫升，對(duì)于載貨汽車不應(yīng)大于25 ；設(shè)計(jì)完成后要經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證。2.3 為了提高進(jìn)氣效率，減少增壓后的空氣壓降，應(yīng)盡量使中冷器進(jìn)、出氣口內(nèi)表面光滑，并保證各連接和圓角處無死角、急彎。還應(yīng)考慮氣室大小、形狀對(duì)效率的影響。2.4 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)增壓后最大空氣壓力，確定中冷器密封試驗(yàn)的氣壓。歐發(fā)動(dòng)機(jī)取250kPa，歐取300kPa，時(shí)間均為不低于2分鐘。并保證中冷器進(jìn)、出氣管直徑不能小于發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、出氣口直徑。2.5 在額定流量下中冷器的壓力降應(yīng)不超過規(guī)定值，為滿足使用要求，中冷器的額定流量一般按發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定工況下進(jìn)氣量的1.1倍來確定。 3，管路設(shè)計(jì)要求3.1 進(jìn)氣系統(tǒng)的管路布置應(yīng)

9、簡(jiǎn)潔，固定牢靠，并盡量減少方向的改變；3.2絕對(duì)不允許管路中存在任何漏氣現(xiàn)象，否則發(fā)動(dòng)機(jī)無法發(fā)出正常功率，影響加速性和最高車速都達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。3.3 要保證整個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)長(zhǎng)期使用后，內(nèi)部不會(huì)因腐蝕而生銹，也就是進(jìn)氣系統(tǒng)應(yīng)盡量使用鑄鋁或不銹鋼等抗腐蝕材料，如要使用鋼管類材料，則必須要求其內(nèi)部噴涂耐高溫防銹底漆，并不會(huì)脫落。3.4 增壓器壓氣機(jī)出口連接管建議設(shè)計(jì)成一直的管件，圓錐形擴(kuò)壓角為7max，以得到最好的性能，長(zhǎng)度取決于裝配位置，或者直到聯(lián)接管出口處直徑相當(dāng)于壓氣機(jī)出口面積的2倍。3.5進(jìn)氣管路的安裝應(yīng)考慮在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾庸潭ㄖЪ埽悦庖蚱渥灾鼗蛳鄳?yīng)的運(yùn)動(dòng)使進(jìn)氣岐管或增壓器承受各種應(yīng)力，并避

10、免動(dòng)態(tài)干涉。二、進(jìn)氣流量的計(jì)算根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器壓比、增壓器出氣溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度以及發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)參數(shù)確定。該方法需要發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)，測(cè)量也比較方便。Q=0.03VhnvsA其中A=I（T0/T）0.75Q：柴油機(jī)所需空氣量（m3/h）A：增壓系數(shù)Vh: 活塞總排量（l）n: 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）s：掃氣系數(shù)，增壓機(jī)取1.05v：充氣系數(shù)，柴油機(jī)取0.85I：增壓器壓比（增壓器出口與進(jìn)口空氣壓力的比值）T0：增壓器進(jìn)氣溫度（K）T：發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度（K）（增壓機(jī)為增壓器出口溫度，增壓中冷發(fā)動(dòng)機(jī)為中冷后發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度）對(duì)于氣剎車性，再增加氣泵進(jìn)氣量三、進(jìn)氣系統(tǒng)的消聲降噪 進(jìn)氣系統(tǒng)消聲原件包

11、括擴(kuò)張消聲器和旁支消聲器，其中空濾器起到擴(kuò)張消聲器的功能，旁支消聲器包括赫姆霍茲消聲器和1/4波長(zhǎng)管。進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計(jì)第一個(gè)問題是消聲容積：對(duì)擴(kuò)張消聲器來說，容積越大，傳遞損失可以調(diào)節(jié)的頻帶越寬；赫姆霍茲消聲器容積越大，可調(diào)節(jié)的頻率越低。第二個(gè)問題是管道截面積：管道截面積越小，擴(kuò)張消聲器的擴(kuò)張比越大，傳遞損失就越大，消聲效果就越好。旁支消聲器的設(shè)計(jì)：赫姆霍茲消聲器如右圖所示 當(dāng)聲波入射到亥姆霍茲腔時(shí)，引起短管通道內(nèi)的空氣柱來回振動(dòng)，與壁面摩擦而耗散聲能，若聲波頻率接近該結(jié)構(gòu)的固有頻率時(shí)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(yuǎn)小于聲波波長(zhǎng)，所以亥姆霍茲腔只適于做低頻聲的共振吸聲。

12、聲速、聲波頻率與波長(zhǎng)關(guān)系為 c=f赫姆霍茲消聲器的消聲頻率為: f=c(S/VL)0.5/2C-聲速；S-連接管截面積；V-消聲器的容積；L-連接管的長(zhǎng)度；1/4波長(zhǎng)管如右圖所示：1/4波長(zhǎng)管的消聲頻率為：f=(2n-1)c/4Ln=1,2,3L-1/4波長(zhǎng)管的長(zhǎng)度：L=（2n-1）c/4 （為波長(zhǎng)）赫姆霍茲消聲器和1/4波長(zhǎng)管目的都是消除窄頻帶噪聲，但赫姆霍茲消聲器比1/4波長(zhǎng)管消聲頻帶要寬。赫姆霍茲消聲器一般用來消除低頻噪聲，1/4波長(zhǎng)管消除相對(duì)較高頻噪聲。在進(jìn)氣系統(tǒng)中，低頻噪聲成分往往非常大，而控制低頻噪聲要使用赫姆霍茲消聲器和1/4波長(zhǎng)管。因此在設(shè)計(jì)之初要盡可能給進(jìn)氣系統(tǒng)留出空間，以便

13、安裝消聲器。要消除多種頻率，可以采用幾種降噪結(jié)構(gòu)。因此我們經(jīng)常能見到幾個(gè)赫姆霍茲消聲器和1/4波長(zhǎng)管組合使用的情況。降低進(jìn)氣口噪聲的設(shè)計(jì)程序：1，明確發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲頻譜，以及進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)空間邊界。首先用一根管子與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，類似于測(cè)量排氣系統(tǒng)的空管噪音，測(cè)量進(jìn)氣口的噪聲頻譜，并與目標(biāo)值進(jìn)行比較，從而得到所需傳遞損失曲線。2，設(shè)計(jì)空濾器?？諡V器除了過濾空氣外，它還是一個(gè)擴(kuò)張消聲器?？諡V器容積盡可能大，這樣傳遞損失大而且覆蓋頻帶寬。3，根據(jù)加了空濾后的進(jìn)氣口噪聲確定所需的消聲器。赫姆霍茲消聲器主要針對(duì)低頻噪聲，1/4波長(zhǎng)管消除高頻噪聲。對(duì)這三個(gè)頻率，分別采用赫姆霍茲消聲器、空濾器和1/4波長(zhǎng)管達(dá)到消聲目的。首先加入共振頻率為116.7Hz的空濾器。進(jìn)氣口噪聲在中頻段出現(xiàn)明顯變化。如左下圖：再加