进气系统设计计算报告

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编号: 进气系统设计计算报告
项目名称：力帆新型三厢轿车设计开发
项目编号： ETF_TJKJ090_LFCAR
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上海同济同捷科技股份有限公司
目录
1 进气系统概述 (2)
系统总体设计原则 (2)
系统的工作原理及组成 (2)
2 进气系统结构的确定及设计计算 (2)
进气系统设计流程 (2)
进气系统流量的确定 (3)
拟选定空气滤清器的允许阻力计算及设计原则 (4)
滤清效率要求 (7)
空滤器滤芯面积确定及滤纸选用 (8)
进气系统结构的确定 (9)
进气系统管路阻力估算 (10)
3 结论 (12)
4 参考资料及文献 (12)
1进气系统概述
1．1 系统总体设计原则
在国内外同挡次同类型轿车的进气系统结构深入比较分析的基础上进行设计和选型，系统设计满足发动机获得高的充量系数,尽可能低地降低发动机的功率损失.此外为了适当降低发动机的进气噪声,在管路中布置谐振腔.
1．2 系统的基本组成
进气系统一般由空气滤清器入口管,空气滤清器,空气滤清器出口连接管,节气门体,怠速控制阀阀体等组成.
2系统结构的确定及设计计算
2．1 进气系统流量的确定
LF7160选用的发动机为宝马型电喷发动机，发动机对进气系统流量的要求取决于发动机本身的因素,即发动机的排量和发动机的工况要求,不同的工况有不同的流量要求.在进气系统流量满足的情况下,发动机实际充入的空气取决于自身的因素，首先，初步确定发动机最大功率工况点进气流量。

式中: V——发动机排量3m；
n——最大功率点转速min
/r；
η——充量系数；
1
η——汽缸数效率；
2
τ——冲程数，四冲程取2，二冲程取1
上式中发动机参数
V =3101598-X 3m
n =6000min /r
1η=
2η=1(四缸取1)
将参数代入得：
即每小时的系统流量h Q 为：
=h Q 270m 3
/h 2．2 拟选定空气滤清器的允许阻力计算及设计原则
设计过程主要考虑发动机在要求流量下所允许的空气滤清器的阻力损失，因安装空气滤清器后发动机外特性曲线会有变化，恒转速及恒定的节气门开度下功率会有轻微下降，一般按发动机额定功率损失%2%1-进行粗算，如下图为宝马型发动机的外特性曲线：
6000min /r ,设计过程初步考虑发动机转速为6000min /r 时允许空气滤清器压力损失为0s P ，对发动机安装空气滤清器前后状态有：
a)首先,未装空气滤清器前,分析管路从节气门（进气歧管）到气阀处相关空气流动参数：
1）管路从节气门（进气歧管）到气阀处有:
式中： a P ——换气过程下止点时缸内压力，Pa （设a P =KPa 1.0）； s P ——近似为大气压力，Pa X 5101；
s w ——为新鲜空气流入进气歧管的初速度，s m /；
s ρ——进气管入口处的空气密度，3/m kg ,式中取3/29.1m kg ；
a ρ——进气阀处空气密度，3/m kg ；式中取3/29.1m kg
a w ——为新鲜空气流经气阀处的流速，s m /；
s h ——进气系统阻力损失, Pa
2）按发动机转速为6000min /r ，分别确定a w ，1s w
∴ a w =s p m F F C /
式中： s F ——为进气阀平均有效流通截面积，2m ；
m C ——活塞的平均速度，s m /；
p F ——为活塞面积，2m ；
n ——发动机转速，min /r
因宝马型发动机缸径和行程分别为： 77mm ，mm
又 m C =T S /
式中： T ——每一行程所用时间，s
S —— 发动机行程，m
∴ m C =s m /
又 进气门行程（Lift Intake ）为：
排气门行程（Exhaust Intake ）为：
进气门直径（Head Diameter- Intake ）为：32 mm
排气门直径（Head Diameter —Exhaust ）为： 25 mm
∴进气阀平均有效流通截面积s F ：
得 s m w a /110=
3）确定新鲜空气流入进气歧管的初速度s w ：
进气歧管参数及外形如下图：
各支管路近似长：mm 300
管路进口面积：21400mm
管路出口面积：2900mm
拐弯处近似半径：mm R 100=
总管进口半径近似：mm R 25=
b)其次,安装空气滤清器后, 设发动机转速为6000min /r ,功率损失按
%25.1进行计算，管路参数不变,有
2s w ——为新鲜空气流入空滤器的初速度，s m /；
联立安装空气滤清器前后状态方程:
得： 0s P =KPa 5.1（近似值）
同时，考虑到实际情况及计算中功率损失比较小，最大功率工况点流量下空气滤清器阻力要求小于kPa 8.1-KPa 2即可。

因此，设计过程中主要考虑空气滤清器的额定空气流量满足发动机额定工况转速时的进气量，此外，在安装空间允许的情况下，为了增大储尘能力和延长保养周期，适当采用大过滤面积和大流量的空气滤清器。

2．3 滤清效率要求
因空气滤清器的主要目的是为发动机提供干净新鲜的空气，因此空气滤清器的滤清效率高低直接影晌到发动机的寿命的长短。

滤清效率：滤清效率表示空滤器滤除灰尘杂质的能力，用下式确定： η＝（a-b ）/a×100％
式中：a －进入空滤器的灰尘，g ；
b －透过空滤器的灰尘，g 。

一般来说，轿车的空气滤清器的原始滤清效率都大于％
因此，本车的空气滤清器的原始滤清效率应大于99％
空滤器滤芯面积的确定及滤纸选用
首先，空滤器滤芯面积的大小直接影晌到空气滤清器滤清寿命的长短。

其次，滤芯滤纸质量的好坏直接影晌到空气滤清器的滤清效率高低，一般来说，无纺布型滤芯好于一般纸质滤芯。

力帆三厢轿车空滤器滤芯面积选用原则：在参照参考样车基础上进行选择，在选用好的滤芯材料的基础上可适当减小滤芯面积，力帆两厢轿车空滤器选用无纺布型滤芯，滤芯面积（A）如下：
A9100
cm
2
初定：n=60 , 滤芯折数n
b=190mm , 滤芯宽度b
h=40mm ，滤芯高度h
空滤器按以上结构参数及空间布置形式进行设计
2．5进气系统结构的确定
首先，参考样车也是选用宝马型电喷发动机，其进气系统主要由空气滤清器，引气管，空气滤清器与发动机连接波纹管组成，滤芯平放，其中引气管和空气滤清器分别带有谐振腔，外形如下所示：
显然，LF7160轿车发动机排量与参考样车发动机排量和型式相同，且参考样车在进气噪声和进气阻力等各方面性能都比较好，因此LF7160轿车进气系统拟采用相同空气滤清器结构，谐振腔的设计和布置在此基础上进行优化和匹配，如下图所示为力帆7160轿车空滤器外形：
总之，LF7160轿车空滤器结构与结构特征参数基本与参考车型相近，引气管与连接管及谐振腔重新进行了设计和优化。

2．4 进气管路阻力估算
气体在管路的流动可近似的看成流体的一元定常流动，不考虑系统中惯性效应和波动效应等小扰动流动，管路阻力基于额定工况进行计算
首先，系统相关管路的初步描述：
1．空滤器前段进气管
与空滤器口连接口口径：60Φ
管路进口面积：24500mm
管路总长：mm 210（直段分别为70，15，20）
两拐弯处半径：mm R 50=
2．空滤器的后段进气管（数模外形）
与空滤器口连口口径：60Φ
管路总长：mm 210（直段分别为32，50，27）
两拐弯处半径：mm R 401=，mm R 802=
系统计算按额定工况（6000min /n ）确定空滤器前段和后段气体平均流速，（不考虑安装空滤器）
设气体流经空滤器前段进气管进口流速为1w ，压力损失为1s P ；流经空滤器的后段
进气管出口流速为2w ，压力损失为2s P
其中：弯管按 ⎪⎭⎫ ⎝
⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=05
.31902]163.0131.0[θζr d 逐渐缩管按 ]1[2sin 812122⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A A αζ
得： 1s P =15.0（Kpa ）
24.02 s P （Kpa ）
总之，按上述方案设计的两管阻力值均很小，能满足发动机要求。

3 结论
合适的管径和均匀变化的流通断面及空气滤清器阻力要求能满足发动机的动力性，经济性各方面的要求，合适的滤芯面积和滤纸材料可满足发动机要求。

4 参 考 文 献
1. 汽车工程手册编写组编. 汽车工程手册（设计篇）. 北京：机械工业出版社，2001
2．汽车工程手册编写组编. 汽车工程手册（基础篇）. 北京：机械工业出版社，2001。