進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)I-宋紹超

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì),乘用車工程研究一院底盤部動(dòng)力總成科,宋紹超 2007.6.14,第,一版,資料,保密,進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì),一，進(jìn)氣系統(tǒng)簡(jiǎn)介,二，進(jìn)氣系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì),三，進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計(jì)初步,四，進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計(jì)詳解,五，進(jìn)氣系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)及要點(diǎn),一，進(jìn)氣系統(tǒng)簡(jiǎn)介,進(jìn)氣系統(tǒng)包含了空氣濾清器、空氣流量傳感器、進(jìn)氣軟管、消音裝置、節(jié)流閥體、進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣門機(jī)構(gòu)等，是發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要組成部份，其作用就像人的呼吸系統(tǒng)一樣，給發(fā)動(dòng)機(jī)提供燃燒所必須的氧氣。,一，進(jìn)氣系統(tǒng)簡(jiǎn)介,進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,一般的進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如上圖所示:

2、空氣經(jīng)引氣管流入空氣濾清器過(guò)濾掉雜質(zhì)后，流過(guò)空氣流量傳感器，經(jīng)由進(jìn)氣軟管進(jìn)入進(jìn)氣歧管，與噴油嘴噴出的汽油混合后形成適當(dāng)比例的燃油混合氣，由進(jìn)氣門送入汽缸內(nèi)點(diǎn)火燃燒，產(chǎn)生動(dòng)力。,一，進(jìn)氣系統(tǒng)簡(jiǎn)介,進(jìn)氣系統(tǒng)我們目前主要涉及的是節(jié)流閥體前相關(guān)零件的設(shè)計(jì)，其中最重要的為空氣濾清器的設(shè)計(jì).,二，進(jìn)氣系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì),空氣濾清器是進(jìn)氣系統(tǒng)中最重要的零件，空濾設(shè)計(jì)的好壞決定了進(jìn)氣系統(tǒng)的整體性能表現(xiàn)，空濾的作用是在滿足空氣吸入量的情況下過(guò)濾掉最微小的雜質(zhì)顆粒，保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)。不同的地區(qū)因土壤，氣候及道路的情況不同，空氣中含有的塵土等雜質(zhì)成分和含量也有所不同，就其化學(xué)成分來(lái)說(shuō)，多數(shù)是二氧化硅。當(dāng)它們進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸

3、的摩擦表面時(shí)，就會(huì)刺破潤(rùn)滑油膜，加劇發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的磨損，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。安裝空氣濾清器能減少氣缸、活塞和活塞環(huán)等零件的磨損。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道：轎車如不安裝空氣濾清器，氣缸磨損將增加7倍，活塞磨損增加3倍，活塞環(huán)磨損增加8倍。因此，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都在化油器或電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)流閥體前部裝有空氣濾清器。另外，優(yōu)質(zhì)空氣濾清器能有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣時(shí)的噪音。,二，進(jìn)氣系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì),1，空濾的布置選擇,1.1 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排量估算空濾體積大小,美國(guó)克萊斯勒公司推薦空濾器為發(fā)動(dòng)機(jī)排量的2.5倍,日本推薦3-6,倍,我們公司設(shè)計(jì)指南上要求空濾體積為發(fā)動(dòng)機(jī)排量的4-5倍，在可,能的情況應(yīng)當(dāng)取上限，加大空濾

4、器的容積，一般取5倍計(jì)算。,1.2 空濾布置的時(shí)候要考慮各種因素，引氣口的布置尤其重要：,引氣口處的溫度不應(yīng)過(guò)高，不應(yīng)超出環(huán)境溫度15，遠(yuǎn)離排氣高溫區(qū)。,引氣口應(yīng)避免水、雪、灰塵和雜質(zhì)，遠(yuǎn)離負(fù)壓區(qū)，集灰區(qū)，甩泥區(qū)。,引氣口應(yīng)迎風(fēng)，借助車輛行使速度提高充氣量。,引氣口應(yīng)保證氣體在進(jìn)氣系統(tǒng)中運(yùn)行通暢，減小進(jìn)氣阻力。,引氣口應(yīng)盡量遠(yuǎn)離車廂，使噪聲源與司機(jī)和乘客間的距離越遠(yuǎn)越好，,同時(shí)要使進(jìn)氣口聲源與隔聲結(jié)構(gòu)的距離最遠(yuǎn)，這樣隔聲效果會(huì)更好。,二，進(jìn)氣系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì),引氣口常見(jiàn)布置方案,1.3 預(yù)留空間,進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲在開(kāi)發(fā)初期無(wú)法準(zhǔn)確確定，因此諧振腔的設(shè)計(jì)無(wú)法確定，,一般在布置階段預(yù)留位置，或者布置

5、一兩個(gè)在一定范圍內(nèi)可調(diào)頻率的諧,振腔或諧振管，用于后期噪聲優(yōu)化。,二，進(jìn)氣系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì),2，主要性能參數(shù)的選擇與設(shè)計(jì),2.1 額定流量的計(jì)算,經(jīng)驗(yàn)公式 Q=0.03nVst,c,s,式中 Vst發(fā)動(dòng)機(jī)的排量（L）,n發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min），通常取常用轉(zhuǎn)速,c,s,計(jì)算結(jié)果對(duì)照公司發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合考慮選定空濾的額定流量,2.2 原始阻力及壽命選擇,新的空氣濾清器的阻力稱為原始阻力，使用過(guò)的,、,達(dá)到保養(yǎng)狀態(tài)時(shí)的阻,力稱為終了阻力,二，進(jìn)氣系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì),原始阻力小于等于1.8KPa,圖紙有規(guī)定按圖紙要求,總成試驗(yàn)室壽命：符合下述條件之一者（以先到者為準(zhǔn)）,在額定空氣流量下總成

6、原始阻力增加2KPa時(shí)，儲(chǔ)灰量一般不得小于額,定流量數(shù)值，圖紙有要求的按圖紙執(zhí)行。,在額定空氣流量下阻力增加2KPa或?yàn)V清效率下降到90%時(shí)，總成壽命,應(yīng)不小于4h。,一般行駛壽命壽命要求：卡車12000Km、轎車6000-8000Km,2.3 過(guò)濾面積,A=Q/K,A為濾紙的面積,K為表面流量系數(shù),通常在0.01-0.035之間,通常國(guó)產(chǎn)紙走上限,進(jìn)口紙,走下限,在我國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T51024中選擇K=0.03,二，進(jìn)氣系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì),2.4 估算濾芯折數(shù)折高,空濾濾芯板可知其長(zhǎng)寬規(guī)格，定為a、b,濾紙厚度為0.3-1.0之間,節(jié),距大于等于,3倍,濾紙厚度(節(jié)距是指濾紙折間的距離)

7、,選定一值定為t,則最大折數(shù)可算出，定為n,n=a/t,考慮到濾紙挺度,一般折高小于等于,55mm,，定為h,可計(jì)算,h=A*100/n*b*2,折數(shù)、折高根據(jù)情況選取，然后演算過(guò)濾面積，合適則符合設(shè)計(jì)要求,注意濾紙不可與殼體過(guò)近,二，進(jìn)氣系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì),2.5 容塵量選擇,容塵量是指壓力降達(dá)到指定值時(shí)，濾清器截獲的粉塵量。,JB/T51024中規(guī)定,合格品 0.6Q 一等品 0.8Q,公司標(biāo)準(zhǔn)：額定空氣流量下阻力增加2KPa時(shí)，儲(chǔ)灰量一般不得小于額,定流量的1倍，圖紙有要求的按圖紙執(zhí)行。,2.6 原始濾清效率選擇,在額定空氣體積流量下，總成的原始濾清效率應(yīng)符合表1的規(guī)定。,=A-B/A,

8、濾清效率,A 進(jìn)入濾清器的灰塵,B 通過(guò)濾清器的灰塵,二，進(jìn)氣系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì),表1,總成原始濾清效率,主濾芯的濾材,濾 清 效 率%,試驗(yàn)灰塵,270目石英砂,ISO 12103-A,4,(粗粒),ISO 12103-A,2,(細(xì)粒),樹(shù)脂處理微孔濾紙,99.5,98.5,97.5,非織造布及其它材料,98.5,97.5,96.0,二，進(jìn)氣系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì),2.7 進(jìn)氣阻力復(fù)原率,總成試驗(yàn)室壽命試驗(yàn)結(jié)束，對(duì)濾芯進(jìn)行復(fù)原性處理后，總成的進(jìn)氣,阻力復(fù)原率應(yīng)大于85%。,2.8 密封性,總成各密封部位應(yīng)密封可靠，在濾清效率試驗(yàn)或總成試驗(yàn)室壽命試,驗(yàn)結(jié)束后，立即拆開(kāi)檢查，總成各密封部位不允許有漏

9、灰痕跡。,二，進(jìn)氣系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì),3，材料及外觀,3.1 材料：空氣濾清器材料主要有PP6或PP10。,3.2 外觀,總成外表面應(yīng)無(wú)明顯的傷痕、磕碰、拉毛和毛剌等缺陷，涂、鍍層應(yīng)無(wú),裂紋、脫落、流掛、露底等缺陷。,材料代號(hào),材料密度(g/cm,3,),熔化溫度(),燃燒殘余(%),球壓硬度(N/mm,2,),沖擊韌性,耐寒性,耐熱性(80放置48小時(shí)),抗拉強(qiáng)度(N/mm,2,),抗老化性（到發(fā)脆的時(shí)間h）,PP6,1.05,158,22,80,30,-40,不變形,24,700,PP10,1.15,158,30,110,15,-40,不變形,50,1000,三，進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計(jì)初步,1，

10、聲學(xué)設(shè)計(jì)概述,進(jìn)氣系統(tǒng)的噪聲是汽車最主要的噪聲源之一,，,其噪聲主要是指進(jìn)氣口處,的噪聲,，,這個(gè)噪聲源離車廂的距離很近，所以對(duì)車內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)非常大。,同時(shí)，進(jìn)氣口噪聲也是汽車最主要的通過(guò)噪聲源。另外，如果空氣濾,清,器和消音元件的剛度不足，就會(huì)引起很大的輻射噪聲。,因此從整車的,NVH性能角度考慮，進(jìn)氣系統(tǒng)的聲學(xué)設(shè)計(jì)意義重大。,進(jìn)氣系統(tǒng)消聲元件包括擴(kuò)張消音器和旁支消音器，空氣濾清器除了過(guò)濾,空氣外，還起到擴(kuò)張消音器的功能，旁支消音器包括赫爾姆茲消音器和,四分之一波長(zhǎng)管。,三，進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計(jì)初步,2，,空氣濾,清,器,(,擴(kuò)張消音器,),的聲學(xué)分析,空氣濾清器相當(dāng)于一個(gè)擴(kuò)張消音器，其容積大小和

11、尺寸決定了傳遞損失,和中心頻率。,2.1 空濾容積,濾清器的容積達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)容積的五倍以上，就能達(dá)到良好的消音效果，,一般來(lái)說(shuō)，容積越大消音效果就越好,。但受前倉(cāng)空間的限制，空濾不可,能做的非常大，因此消音效果受到限制。,2.2 空濾插入管,空氣濾清器相當(dāng)于一個(gè)擴(kuò)張消音器，影響其傳遞損失的因素有兩個(gè)：擴(kuò),張比m和濾清器的長(zhǎng)度L。,擴(kuò)張比越大越好，有兩種辦法提高擴(kuò)張比：一是減小管道的尺寸，二是,增加濾清器的截面積。減小管道尺寸會(huì)使得功率損失增加，而增加濾清,器的截面積又受到安裝空間的限制。將進(jìn)入管和輸出管插入到濾清器中,也可以提高濾清器的傳遞損失。,三，進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計(jì)初步,傳遞損失可以用以下公式

12、來(lái)表達(dá)：,三，進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計(jì)初步,假設(shè)只考慮進(jìn)入管插入即,這時(shí)的傳遞損失簡(jiǎn)化為：,管道插入后，傳遞損失增加，而且在某個(gè)頻率處出現(xiàn)了一個(gè)峰值，當(dāng),時(shí)傳遞損失達(dá)到最大值，對(duì)應(yīng)的頻率為,即,插入長(zhǎng)度正好是波長(zhǎng)的四分之一,，,也就是說(shuō)進(jìn)入管,三，進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計(jì)初步,插入到濾清器中后，就相當(dāng)于在系統(tǒng)中加入了一個(gè)四分之一波長(zhǎng)管，利用這個(gè)插入管，就可以調(diào)節(jié)某些頻率下的傳遞損失。,插入管大大地提高了插入損失，但是濾,清,器內(nèi)有過(guò)濾網(wǎng)，這樣插入長(zhǎng)度往往受到限制。另一方面，插入管會(huì)帶來(lái)較大的功率損失，其損失值比減小管道直徑帶來(lái)的損失還要大。所以是否采用這種插入管，要權(quán)衡傳遞損失和功率損失。,三，進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)

13、計(jì)初步,3，,旁支消音器聲學(xué)分析,進(jìn)氣系統(tǒng)的共振消音器有赫爾姆茲消音器和四分之一波長(zhǎng)管。這兩種,消音器的目的都是消除窄頻帶的噪聲，但是赫爾姆茲消音器的消音頻,帶比四分之一波長(zhǎng)管要寬，所以赫爾姆茲消音器比四分之一波長(zhǎng)管顯,得更重要。赫爾姆茲消音器一般是用來(lái)消除低頻噪聲，而四分之一波,長(zhǎng)管用來(lái)消除高頻噪聲。如果要用四分之一波長(zhǎng)管來(lái)消除低頻噪聲，,那么波長(zhǎng)管必須做得很長(zhǎng)，但是太長(zhǎng)的管道很難安裝。,3.1 進(jìn)氣系統(tǒng)中，低頻噪聲成分往往非常大，而控制低頻要采用赫爾姆茲消,音器。所以在汽車設(shè)計(jì)初期，要盡可能地給進(jìn)氣系統(tǒng)留出較大空間，以,便安裝赫爾姆茲消音器，一般來(lái)講赫爾姆茲消音器不能安裝在空氣濾清,器上。

14、,三，進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計(jì)初步,諧振腔式消聲器諧振頻率計(jì)算公式(如下圖)：,其中：C-為空氣中的音速,L-接管長(zhǎng)度,S-接管平均斷面積,V-諧振腔的容積,f-諧振頻率,有上面公式，即可以確定諧振腔的方案。,關(guān)于諧振腔計(jì)算有表:,諧振腔計(jì)算公式,f=(C/2)*(S/(L*V),1/2,三，進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計(jì)初步,3.2 四分之一波長(zhǎng)管是安裝在主管道上的一個(gè)封閉的管子，如下面圖所示。,聲波從主管道進(jìn)入旁支管后，聲波被封閉端反射回到主管，某些頻率,的聲波與主管中同樣頻率的聲波由于相位相反而相互抵消，從而達(dá)到,消音目的。,三，進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計(jì)初步,這個(gè)旁支管的傳遞損失為：,式中L是四分之一波長(zhǎng)管的長(zhǎng)度，而

15、m是主管截面積與波長(zhǎng)管截面積的比值,當(dāng),（n=1,2,3）,時(shí)，,傳遞損失達(dá)到最大,旁支管長(zhǎng)為：,四分之一波長(zhǎng)管共振的頻率為：,三，進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計(jì)初步,旁支管的頻率只取決于管道的長(zhǎng)度，管道越長(zhǎng)，頻率越低。從上式知道，影響四分之一波長(zhǎng)管傳遞損失的參數(shù)有兩個(gè)，一個(gè)是旁支管的截面積與主管截面積的比值m，另一個(gè)是波長(zhǎng)管的長(zhǎng)度。,四分之一波長(zhǎng)管的一端是開(kāi)口的，一端是封閉的，在開(kāi)口處的聲波會(huì)象活塞一樣運(yùn)動(dòng)，存在輻射聲阻抗，因此管道的實(shí)際工作長(zhǎng)度增加，需要對(duì)開(kāi)口端進(jìn)行修正。對(duì)四分之一波長(zhǎng)管來(lái)說(shuō)，主管的管壁相當(dāng)于法蘭，於是四分之一波長(zhǎng)管的實(shí)際長(zhǎng)度應(yīng)該為：,式中 和,分別是實(shí)際長(zhǎng)度和計(jì)算長(zhǎng)度,，,修正頻率為：,