进气系统设计计算报告

密级：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编制：日期:校对：日期:审核：日期:批准：日期:上海同济同捷科技股份有限公司目 录1 进气系统概述 2系统总体设计原则系统的工作原理及组成2进气系统结构的确定及设计计算进气系统设计流程 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 810进气系统结构的确定 9进气系统管路阻力估算3 结论 124 参考资料及文献 121 进气系统概述11 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 m3 ；n 最大功率点转速 r /min ； 1充量系数；2 汽缸数效率； 冲程数，四冲程取 2，二冲程取 1上式中发动机参数33V =1598X10 mn =6000r /mi n2 1（四缸取1）将参数代入得：即每小时的系统流量Qh为：Qh 270m/h2. 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1% 2%进行粗算,如下图为宝马型发动机的外特性曲线：149 Nm由上图可知发动机最大功率为为85 kW85KV，对应转速为6000r/min ,设计过程初步考虑发动机转速为6000r/min时允许空气滤清器压力损失为Ps0，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：Pa换气过程下止点时缸内压力，Pa （设Pa=0.1KPa）;Ps 近似为大气压力，1X105 Pa ；ws为新鲜空气流入进气歧管的初速度，m/s ； 进气管入口处的空气密度，kg/m3,式中取1.29kg/m3;a进气阀处空气密度，kg/m3 ；式中取1.29kg/m3wa 为新鲜空气流经气阀处的流速，m/s ；hs 进气系统阻力损失，Pa2)按发动机转速为 6000r /min ，分别确定 wa， ws1 wa =CmFp / Fs式中：Fs 为进气阀平均有效流通截面积，m2 ；Cm活塞的平均速度， m/s ；Fp为活塞面积，m2 ；n 发动机转速， r /min因宝马型发动机缸径和行程分别为： 77 mm， mm 又Cm=S/T式中： T 每一行程所用时间， sS 发动机行程， mCm=m/s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 Fs：得wa 110m/ s3)确定新鲜空气流入进气歧管的初速度 ws：进气歧管参数及外形如下图： 各支管路近似长： 300mm 管路进口面积： 1400mm2 管路出口面积： 900mm2 拐弯处近似半径： R 100mm 总管进口半径近似： R 25mmb）其次,安装空气滤清器后，设发动机转速为6000r/min,功率 损失按 1.25% 进行计算，管路参数不变 , 有ws2 为新鲜空气流入空滤器的初速度， m/s； 联立安装空气滤清器前后状态方程 :得：Ps0 =1.5KPa （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 1.8kPa- 2KPa 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：n=（ a-b） /a x 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 cm2初定：n=60 ,滤芯折数 nb =190mm , 滤芯宽度 bh =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25 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：60管路进口面积：4500mm2管路总长：210mm （直段分别为70 , 15, 20）两拐弯处半径：R 50mm2. 空滤器的后段进气管（数模外形）与空滤器口连口口径：60管路总长：210mm （直段分别为32, 50 , 27）两拐弯处半径：R1 40mm, R2 80mm系统计算按额定工况（6000n/min ）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w，压力损失为Ps1 ；流经空滤器的后段进气管出口流速为W2，压力损失为Ps23.5其中：弯管按 10.131 0.163 - 20r9002逐渐缩管按211A2 8s inA2得：卩引=0.15 (Kpa)Ps2 0.24 (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，20012.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