汽車空氣濾清器總成的開發(fā)設(shè)計(jì)

王龍飛　唐龍飛

3.5 上下殼體連接方式

空氣濾清器上下殼體材料均選用PPT20，采用注塑工藝加工而成，具有良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。上下殼體的連接方式應(yīng)盡可能使上下殼體拆裝方便，滿足濾芯更換方便性的要求。Y80A空濾上下殼體采用三點(diǎn)插接，四點(diǎn)螺栓連接的形式，牢固可靠。上下殼體連接方式如圖3-5所示：

3.6 該進(jìn)氣系統(tǒng)初步結(jié)構(gòu)

根據(jù)以上分析及計(jì)算，及發(fā)動機(jī)艙內(nèi)空間，初步設(shè)計(jì)該進(jìn)氣系統(tǒng)如下：

空氣濾清器與右前輪罩和機(jī)艙側(cè)板采用兩點(diǎn)螺栓連接，后部一點(diǎn)插接到機(jī)艙側(cè)板上的支架內(nèi)，該連接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，安裝方便，如圖3-7和圖3-8所示：

4 進(jìn)一步設(shè)計(jì)及CFD分析

4.1 空氣流量傳感器的位置確定

電子控制汽油噴射發(fā)動機(jī)為了在各種運(yùn)轉(zhuǎn)工況下都能獲得最佳濃度的混合氣，必須正確地測定每一瞬間吸入發(fā)動機(jī)的空氣量，以此作為ECU計(jì)算（控制）噴油量的主要依據(jù)?？諝饬髁總鞲衅魇请妵姲l(fā)動機(jī)的重要傳感器之一。它將吸入的空氣流量轉(zhuǎn)換成電信號送至電控單元（ECU），作為決定噴油的基本信號之一，是測定吸入發(fā)動機(jī)的空氣流量的傳感器。

為更精確地檢測進(jìn)氣量，空氣流量傳感器的安裝位置非常重要，一般空氣流量傳感器安裝在空氣濾清器和空氣濾清器出氣管之間，其檢測到的高流速氣流應(yīng)該有盡可能大的面積，相對的其檢測到的湍流強(qiáng)度應(yīng)該盡可能小，確定在穩(wěn)定流速下能夠精確檢測出進(jìn)氣量的大小。插入傳感器座的高度約為傳感器座內(nèi)部直徑的1/2。

在設(shè)計(jì)初期，根據(jù)發(fā)動機(jī)輸入的安裝要求，設(shè)計(jì)了空氣流量計(jì)的安裝位置，如圖4-1所示：

4.2 進(jìn)氣阻力的分析

進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣阻力對于發(fā)動機(jī)的功率有很大影響，當(dāng)進(jìn)氣阻力過大時，會顯著降低發(fā)動機(jī)的動力性，因而發(fā)動機(jī)會對進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣阻力提出基本的要求。Y80A項(xiàng)目所采用的福田康明斯2.8T發(fā)動機(jī)要求干凈濾芯狀態(tài)下，進(jìn)氣阻力要小于3.7kPa。

供應(yīng)商采用Fluent軟件對進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行分析，如下：

設(shè)置大氣壓強(qiáng)為101325Pa，環(huán)境溫度20℃，空氣密度1.205kg/m3，最大進(jìn)氣量658.24kg/h，湍流模型設(shè)置為k-epsilon（2 eqn），網(wǎng)格總數(shù)2，668，213。

本次分析側(cè)重于進(jìn)氣系統(tǒng)阻力的分布狀況，因此對過濾介質(zhì)的阻尼效應(yīng)未作細(xì)節(jié)模擬；過濾介質(zhì)阻力貢獻(xiàn)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)值為0.15kPa左右，但本例中氣流在濾芯表面上的分布速度比較高，局部區(qū)域超過15m/s（圖中紅色部分），可能導(dǎo)致在實(shí)際試驗(yàn)中，濾芯引起的阻力可能達(dá)到0.3kPa左右。

綜上所述，整個系統(tǒng)壓力損失計(jì)算值3.25 kPa，考慮到濾芯表面流速分布不太理想，預(yù)計(jì)實(shí)測結(jié)果在3.5 kPa左右。滿足發(fā)動機(jī)要求的進(jìn)氣系統(tǒng)阻力小于等于3.7kPa。

根據(jù)以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析結(jié)構(gòu)，進(jìn)行快速樣件的制作，裝車后的進(jìn)氣系統(tǒng)如圖4-8所示：

5 結(jié)論

本款空氣濾清器的設(shè)計(jì)和開發(fā)為正向開發(fā)，從最初方案的制定，到后期方案的一步步細(xì)化，均根據(jù)實(shí)際情況在最大限度內(nèi)滿足了發(fā)動機(jī)提出的各項(xiàng)要求，并綜合考慮的整車的運(yùn)行工況、涉水性等要求。

開發(fā)前期首先確定空氣濾清器容積，根據(jù)發(fā)動機(jī)的技術(shù)參數(shù)要求以及整車運(yùn)行工況，確定空氣濾清器的濾芯材質(zhì)，考慮拆裝方便性以及上下殼體安裝的牢固性，確定空濾上下殼體的連接方式。根據(jù)機(jī)艙空間及車身結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)空氣濾清器進(jìn)、出氣管路的走向及安裝方式，設(shè)計(jì)空氣濾清器總成的安裝方式，采用CATIA軟件進(jìn)行建模。建模過程中確保與周圍的零部件都有足夠的間隙。開發(fā)過程中采用Fluent軟件進(jìn)行流體分析，確定空氣流量傳感器的安裝位置，計(jì)算出進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣阻力，判斷是否滿足發(fā)動機(jī)的要求，盡量減小后期的改動量。

后期還將采用GT-Power軟件對進(jìn)氣系統(tǒng)的噪音進(jìn)行分析，并對制作出的樣件進(jìn)行裝車，測試其進(jìn)氣噪音，根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行降噪方案的制定。

參考文獻(xiàn)：

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