发动机进气系统布置指南

8.1 进气系统简介整车技术部设计指南第 8 章进气系统布置908.1.1 进气系统空气滤清器总成的功用进气系统包含了空气滤清器、空气流量传感器、进气软管、节流阀体、进气歧管、进气门机构等，是发动机的一个重要组成部份，给发动机提供燃烧所必须的空气。

空气滤清器的作用是在满足空气吸入量的情况下过滤掉最微小的杂质颗粒，保护发动机。

不同的地区因土壤，气候及道路的情况不同，空气中含有的尘土等杂质成分和含量也有所不同，就其化学成分来说，多数是二氧化硅。

当它们进入发动机气缸的摩擦表面时，就会刺破润滑油膜，加剧发动机气缸的磨损，缩短发动机的使用寿命。

安装空气滤清器能减少气缸、活塞和活塞环等零件的磨损。

据有关资料报道：轿车如不安装空气滤清器，气缸磨损将增加 7 倍，活塞磨损增加 3 倍，活塞环磨损增加 8 倍。

因此，现代汽车发动机都在化油器或电喷发动机的节流阀体前部装有空气滤清器。

另外，优质空气滤清器能有效降低发动机吸入空气时的噪音。

8.1.2 涡轮增压、中冷技术简介涡轮增压的工作原理是利用发动机的排气来推动涡轮的叶片，以使发动机吸入更多的空气加速燃烧效率，从而达到提高性能的技术。

但是发动机的排气温度非常高，也就导致了涡轮的温度更高，如果没有中冷，那么发动机吸入用于燃烧的气体温度也会很高，不但燃烧效率低（空气的温度越低，含氧量越高），而且对于发动机温度的控制也非常不利。

所以中冷其实是在涡轮把空气吸进来以后，通过大型叶片的散热器把温度降低，提高涡轮增压的稳定性，延长寿命，而且对功率也有提升！据实验显示，在相同的空燃比条件下，增压空气温度每下降10摄氏度，柴油机功率能提高3%－5%，还能降低排放中的氮氧化合物（NOx），改善发动机的低速性能。

因此，也就产生了中间冷却技术。

柴油机中间冷却技术的类型分两种，一种是利用柴油机的循环冷却水对中冷器进行冷却，另一种是利用散热器冷却，也就是用外界空气冷却。

当利用冷却水冷却时，需要添置一个独立循环水的辅助系统才能达到较好的冷却效果，这种方式成本较高而且机构复杂。

因此，汽车柴油机大都采用空气冷却式中冷器。

中间冷却技术不是一项简单的技术，过热无效果白费工夫，过冷在进气管中形成冷凝水会弄巧成拙。

因此要将中冷器和涡轮增压器进行精确的匹配，使得压缩空气达到要整车技术部设计指南求的冷却温度。

8.1.3 适用范围本指南介绍了和发动机相匹配的的进气体统的相关设计布置知识。

8.1.4 空气滤清器总成结构图、爆炸图进气软管A1的进气系统带增压中冷的进气系统91整车技术部设计指南8.2 进气系统的设计、布置8.2.1 设计原则92噪声功率损失 振动 防水防雪进气系统的布置主要考虑空气滤清器的布置，总成在整车上的布置主要考虑： 1)空气滤清器的布置位置及空间。

2)进气软管及谐振腔的布置。

3)进气系统固定点。

4)空滤器原则上要求布置在靠近发动机节流阀体的一侧。

8.2.2 环境条件(需要满足的工作温度)空气滤清器设计时的工作温度在－40℃到 120℃之间，引气口的布置要合理，要考虑 雨天不能进水，进气温度不宜过高，一般要求在 40℃以下（理想值 25℃）。

8.2.3 基本设计要求1)一般的布置原则空气滤清器在整车布置时：首先要确定其体积大小，根据发动机排量估算空滤体积大小。

美国克莱斯勒公司推 荐空滤器为发动机排量的 2.5 倍,日本推荐 3-6 倍,我们公司设计的空滤一般要求空滤体 积为发动机排量的 4-5 倍，在空间允许的情况下应当取上限，加大空滤器的容积，一般 取 5 倍计算。

引气口的布置：空滤的引气口的布置关系到进气噪声和进气温度，因此空滤的引气 口一般放在前舱盖或轮罩和车身前翼字板之间，如布置在前舱内部时，在引气口前端 60 毫米内不易有物体影响进气或增加进气噪声，同时要远离热源，保证进气温度不要太高。

2)影响装配位置因素a ）空滤及引气管、谐振腔在整车上必须固定在车身或通过车身上支架进行固定，一 般要有三个定位点，不少于两紧固点。

空滤与发动机间通过软管连接。

b ）紧固螺栓的位置要利于工人装配和装配工具使用。

3)修理的方便性由于空滤芯要定期更换，所以在布置和装在车上后的，空滤上壳体与下壳体间要易整车技术部设计指南93于拆卸，便于更换滤芯。

8.2.4 空滤总成零件设计1)声学设计概述进气系统的噪声是汽车最主要的噪声源之一，其噪声主要是指进气口处的噪声，这个噪声源离车厢的距离很近，所以对车内噪声贡献非常大。

同时，进气口噪声也是汽车最主要的通过噪声源。

另外，如果空气滤清器和消音元件的刚度不足，就会引起很大的辐射噪声。

因此从整车的 NVH 性能角度考虑，进气系统的声学设计意义重大。

进气系统消声元件包括扩张消音器和旁支消音器，空气滤清器除了过滤空气外，还起到扩张消音器的功能，旁支消音器包括赫尔姆兹消音器和四分之一波长管。

2)空滤总成材料要求材料的成分：PP+GF30 或 PP+TD20 等。

材料特性空滤壳体系统材料规范。

材料标准：空气滤清器材料主要有：PP6 或 PP10。

主要参数确定前准备工作：a)原样车进气系统噪声摸底试验（进气口风噪声、系统共鸣噪声）对有原车（样车）或样件的进气系统开发初期，对样件进行噪声摸底测试，主要测进气口的风噪声，同时驾驶原车进行主观感受评价，了解原系统的噪声水平，为以后产品开发提供主观评价接受标准。

b)原件台架性能试验（阻力、效率、寿命、储灰能力）选择有试验能力的供应商，在供应商处与供应商一起对产品结构和工艺分析，并对原件的阻力、原始滤清效率、台架寿命、储灰能力、密封性等进行测试。

为后期产品是设计提供输入依据。

c)发动机在最大功率和最大扭矩时发动机进气量测量进气系统的一个重要指标是发动机的最大空气消耗量（有些外购发动机在说明中给出），所以在开发初期要对系统所匹配的发动机进行最大功率和最大扭矩时发动机所消耗整车技术部设计指南94的空气，这是空滤设计时确定额定流量的重要依据。

d)无原车、原件只需进行第 3 项测试。

8.2.5 参数设计计算与发动机的匹配1）空气滤清器额定空气流量的确定：额定流量（Q）计算(主要计算方法)：Q=0.03*n*η*VnVn:排气量n:转数/分钟η :充气系数（电喷汽油机η取：0.8～0.85）（增压中冷电喷汽油机η约为：1.1～1.2）额定流量（Q）计算(参考计算方法)：此一般用于柴油机进气流量计算：Q=P*KP:发动机功率K :经验系数（取：4～0.45）通过以上计算得出的结果都是理论的结果，要结合前期测得以及发动机提供的空气消耗量（以重量计为多）数据，进行适当的调整。

2）在额定流量下，确定滤芯过虑面积、阻力、效率、寿命：a)滤芯过虑面积：Q=K*FQ:额定流量K: 流量系数（经验值：0.03）F:有效过虑面积b)原始阻力：单级总成多级总成△P≤ 1.2KPa △P≤ 1.8KPac)原始滤清效率：η≥ 99.5％d)台架试验寿命：在阻力增加2KPa 或滤清效率下降到99％时，试验室寿命大于4h。

3）进气消声如果空滤器的容积足够大，一般来说，安装空滤器后比不装的进气噪声会降低10-20dB，假如某些个别频率噪声太大，需要有辅助消声装置。

通常利用各种不同的谐振装置可以消取尾管发射出的噪声中扰人的频段区，如根据亥姆霍兹原理,把空滤器做成具有反射吸音装置—抽气式谐振器，在其固有频率区使噪声的相应频率衰减。

或可用直通式谐振器，在固有频率时消声作用增大，可有一个宽广的消声范围。

整车技术部设计指南95对于空滤的进气噪声问题,目前在设计阶段还没有完整的理论进行计算,在国外一些知名的滤清器公司主要通过一些经验公式初步确定谐振腔的大小及位置,再通过专业软件进行模拟计算和分析,从而不断修改设计以达到最佳效果.鉴于此,空滤器开发出来后,很难保证进气噪声达到设计要求,因此需要通过试验手段来测定进气系统噪声扰人的频段区,针对测得的频段,增加或重新设计谐振腔(消声器)来衰减或干扰这部分频率.谐振腔式消声器谐振频率计算公式(如下图)：f0=C/2π* S/（L*V），其中：C-为空气中的音速；L-接管长度；S-接管平均断面积；V-谐振腔的容积。

4）空气滤清器的维修保养(滤纸更换)空气滤清器滤芯需定期更换,但在使用过程中需对空滤芯进行保养,一般建议没有至少保养一次,在保养空气滤清器滤芯时，应取出滤芯轻轻拍打端面，用 200~300KPa 的压缩空气反吹滤芯,清除灰尘后.保养时要应注意滤芯内、外表面颜色的变化。

如果滤纸外表面本色清晰，而其内表面又鲜艳时，该滤芯可继续使用；若滤纸外表面已失去本色或内表面发暗时，则必须更换。

经常行驶在含尘量多的环境中的汽车，空气滤清器的保养或更换周期就应短些；而在含尘量多的环境中的汽车，空气滤清器的保养或更换周期就可适当延长。

建议更换周期：轿车每 3 月左右或行驶 8000-10000 公里更换，商用车每两月左右或 8000 公里左右更换一次。