某種小型卡車進(jìn)氣阻力優(yōu)化研究

楊東升，顧海南，竇海燕，李立波

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某種小型卡車進(jìn)氣阻力優(yōu)化研究

楊東升，顧海南，竇海燕，李立波

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章以汽車進(jìn)氣系統(tǒng)阻力為研究對(duì)象，通過對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)的介紹，存在的問題，通過計(jì)算機(jī)仿真軟件輔助分析找出問題部件，通過優(yōu)化問題部件解決問題以及通過試驗(yàn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

汽車進(jìn)氣系統(tǒng)；進(jìn)氣阻力；全速全負(fù)荷；油耗

CLC NO.: U472.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-72-03

引言

汽車進(jìn)氣系統(tǒng)是用來向發(fā)動(dòng)機(jī)提供清潔、干燥、溫度適當(dāng)、壓力正常的空氣，以使燃料進(jìn)行正常充分燃燒。隨著排放升級(jí)，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)的要求也越來越高。

圖1 不進(jìn)氣阻力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油耗的影響

進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)進(jìn)氣壓力損失有較大影響，如果結(jié)構(gòu)不合理，會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。因此進(jìn)氣系統(tǒng)阻力應(yīng)滿足車輛所匹配發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求，通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架研究進(jìn)氣阻力升高會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)油耗升有不同程度的提高。

1、進(jìn)氣系統(tǒng)的主要部件及功用

圖2 某種卡車進(jìn)氣系統(tǒng)的構(gòu)成

表1 某種卡車進(jìn)氣系統(tǒng)的構(gòu)成及各部件名稱

（1）進(jìn)氣道總成

保證原始取氣口的進(jìn)氣比較干凈、溫度與環(huán)境溫度接近，并且取氣口能阻止一些雨水、雪、較大顆粒的異物進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)。

（2）空氣濾清器

保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)，濾除空氣中的硬質(zhì)灰塵顆粒，向發(fā)動(dòng)機(jī)提供清潔空氣，防止灰塵進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)造成發(fā)動(dòng)機(jī)磨損，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和耐久性起到關(guān)鍵作用。

（3）空濾器到發(fā)動(dòng)機(jī)連接管路

這段管路連接空氣濾清器出氣口到發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器進(jìn)氣口，必須保證密封可靠，不然會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，并且能消除發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤之間的相對(duì)位移。

2、進(jìn)氣阻力問題描述

圖3 進(jìn)氣阻力測(cè)試原理

某卡車在開發(fā)過程中在轉(zhuǎn)轂上測(cè)試車輛在全速全負(fù)荷工況下進(jìn)氣阻力達(dá)到11.4kPa，嚴(yán)重超出了發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)的要求≤7kPa。

表2 進(jìn)氣阻力實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

3、進(jìn)氣阻力理論分析

圖4 進(jìn)氣系統(tǒng)模型幾何示意圖

圖5 進(jìn)氣系統(tǒng)網(wǎng)格模型建立

圖6 進(jìn)氣系統(tǒng)阻力分析結(jié)果

注：分析時(shí)不考慮濾芯壓降，濾芯壓降一般在1.5kPa。

由圖6分析可以看出，截面001的壓降（-9.6）+（-1.5）=-11.1kPa與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較接近。從圖6可以看出截面003處壓降最后，由分析結(jié)果可以得出進(jìn)氣道壓降損失達(dá)到6.25kPa超出設(shè)計(jì)要求小于等于2.5kPa的目標(biāo)。

為了解對(duì)進(jìn)氣道總成阻力分布對(duì)進(jìn)氣道總成進(jìn)行CFD流場(chǎng)分析。

解析條件：

①流入條件：壓力邊界（大氣壓：0[Pa]）

②流出條件：速度邊界（額定流量：480m3/h）

③壁面條件：使用壁面法則

④湍流模型：k－ε模型

圖7 進(jìn)氣道總成解析模型

圖8 進(jìn)氣道總成各段壓力分布

表3 各截面壓力數(shù)值結(jié)果

4、優(yōu)化整改

4.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

優(yōu)化進(jìn)氣口結(jié)構(gòu)和管路走向，使氣流更加平順。

圖9 優(yōu)化前

圖10 優(yōu)化后

4.2 優(yōu)化后CAE分析

圖11 優(yōu)化后CAE分析

4.3 優(yōu)化后零部件臺(tái)架阻力測(cè)試

通過零部件臺(tái)架驗(yàn)證，優(yōu)化后進(jìn)氣阻力明顯優(yōu)于優(yōu)化前。

4.4 整車進(jìn)氣阻力測(cè)試

將優(yōu)化后的部件裝配到整車上進(jìn)行驗(yàn)證，通過整車在轉(zhuǎn)轂上進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)氣系統(tǒng)阻力為5.8kPa，滿足整車匹配要求。

表4 整車轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)結(jié)果

5、結(jié)論

通過計(jì)算機(jī)仿真軟件分析輔助解決車輛進(jìn)氣系統(tǒng)阻力問題，有針對(duì)性的對(duì)問題部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以大大提高工作效率，降低重復(fù)試驗(yàn)，最終方案再進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證仿真的準(zhǔn)確性。本文可對(duì)解決汽車進(jìn)氣阻力問題起到參考作用。

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[2] 李楚林等.HyperWorks 分析與應(yīng)用實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[3] 朱海林,渦輪增壓器原理[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1985年6月第1版.

A small truck air intake resistance optimization research

Yang Dongsheng, Gu Haina, Dou Haiyan, Li Libo
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

The resistance of air intake system of vehicle as the research object, through the air intake system is introduced, the existing problems, through computer simulation software component analysis to find out the problems, solve the problem through optimization of components and the results were validated by experiments.

Automotive induction system; Inlet resistance; Full load at full speed; Oil consumption

U472.6

A

1671-7988 (2017)10-72-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.025

楊東升，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。