浅谈重卡进气系统发展趋势

刘侠 李苏琪

摘 要：随着国家对于节能减排的重视程度日益增强，相关法规对整车的排放性能、能耗水平的要求不断提高。进气系统对动力性、经济性、排放性能都有较大影响，因此进气系统的设计是否合理对整车性能能否达成有较大影响。文章以重卡进气系统为例，介绍了进气系统的作用，结构组成，近年来应用的新技术以及未来的发展趋势，文章对进气系统的设计具有一定指导作用。

关键词：重卡;进气;趋势

中图分类号：U463  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）05-255-03

Abstract： With the increasing emphasis on energy conservation and emission reduction， the requirements of relevant regulations on vehicle emission performance and energy consumption have been improved. The intake system has a great influence on the power performance， economy and emission performance， so whether the design of the intake system is reasonable or not has a great impact on the performance of the vehicle.In this paper， taking the heavy truck intake system as an example， the function of the intake system， the structure composition， the new technology applied in recent years and the future development trend are introduced. This paper has a certain guiding effect on the design of intake system.

Keywords： Truck; Air intake; Trend

前言

重卡进气系统的主要作用是为发动机提供清洁、干燥、足够且温度合适的空气以满足发动机的需求，避免空气中杂质及大颗粒粉尘进入发动机燃烧室造成发动机异常磨损。良好的发动机进气系统能够提高发动机的进气效率，改善燃烧，从而提升发动机的动力性、经济性和排放性能[1]。

重卡进气系统主要包括车身引气道、底盘进气道、空气滤清器、空气滤清器支架、空气滤清器管路、中冷器（集成在冷却模块里）、中冷器胶管、进气阻力报警器及安装组件等（见图1）;其中进气阻力报警器安装位置可能在空气滤清器出口处或空气滤清器管路上。

1 总体趋势概述

随着近年来中国经济的快速发展，作为物流运输和基础建设重要保障的商用车也取得了长足的发展，自主品牌商用车企业也在不断发展壮大。由于柴油机具有扭矩大、热效率高、经济性能好的特点，所以是商用车动力引擎的首选，其使用率达到80%以上。国内中重卡市场持续火热，可以预测，柴油机需求仍将不断增长，市场发展前景良好。同时由于国家环保意识的不断提高，排放法规和商用车使用要求将不断升级，未来柴油机将向着高扭矩、长寿命、低油耗、低排放的方向发展。整车性能的达成是一项系统工程，与进气系统相关性能密不可分。因此，商用车进气系统也需要不断优化设计，以支撑整车性能指标的达成。

图1  商用车进气系统示意图

为了响应国家环保建设，机动车排放法规日趋严格，国Ⅵ法规已经逐步实施，各发动机企业也紧随法规开发出满足国Ⅵ排放的发动机。国Ⅵ发动机相对国Ⅴ发动机对进气系统的要求更高，具体体现在所允许的进气温升值更小、允许的进气阻力值更小;此外，发动机马力提升要求更大的进气流量，这也是进气系统的发展方向之一;进气系统作为整车子系统之一，整车所强调的轻量化、模块化也是进气系统发展的重要趋势。

2 车身部分零部件发展趋势

进气系统车身部分主要部件是车身引气道（见图2），车身引气道是空气进入整车的第一道屏。除了给整车提供进气口之外，车身引气道的最重要的作用是为进入整车的空气分离雨水，这是车身引气道的核心功能。车身引气道进气口处一般具有百叶窗结构，内部设计有挡雨片，这些结构都是为了使得更少的雨水进入空气滤清器。有研究表明百叶窗与竖直方向以及水平方向的角度，能够很大程度影响雨水进入进气系统的量（挡水效率），因此进气口的设计是整个进气系统对于雨水抵抗能力的最关键环节;内部挡雨片的片数、角度、结构型式等设计细节对进入进气系统的雨水与空气分离的效率有巨大影响（除水效率），合理的挡雨片结构和布置位置是除水效率的重要保障。目前车身引氣道大多都是采用PE材料，成品零件在轻量化以及可靠性方面都已经达到比较理想的水平，综合考虑成本、重量、工艺等各方面因素，在车身引气道应用新材料的可能性比较小。未来车身引气道主要趋势是为满足除水效率的要求不断优化其自身结构，同时得兼顾压力损失方面的要求，需避免为了提升除水效率而大幅增加进气阻力。另外车身引气道模块化是众多主机厂的需求，众多主机厂出现不同驾驶室、不同发动机、甚至同一发动机不同马力都匹配不同车身引气道的情况，随着拓展开发的车型增多，种类还有进一步增加的趋势。车身引气道种类多会带来装配错乱、设计工作量大、开模费用高、单体零部件采购价格高等问题，这显然不是主机厂愿意接受的，但由于设计特殊考虑或更改工作量大等原因，在现有在售重卡平台车型去做模块化工作，投入与产出不成正比，甚至可以说收效甚微，所以国内厂商都是在全新平台的规划开发初期将车身引气道模块化考虑进去，力争从源头减少车身引气道的种类，最终实现同种用途车辆（公路车、工地车）、一种类型驾驶室最多匹配两种车身引气道的目标。

近年来，为了达到通过噪声的要求，越来越多的车身引气道内部集成谐振腔，以改变频谱、降低风噪;具备灰尘粗滤功能的车身引气道（见图3）在自卸车市场上也已普及开来，其目的是减轻空气滤清器的负担，延长空气滤清器的保养周期及使用寿命。

3 底盘部分零部件发展趋势

底盘部分主要包括底盘进气道、空气滤清器、中冷器等零部件。

3.1 底盘进气道

底盘进气道通过离心作用进一步滤除灰尘（也有一定水分离效果），有研究表明不同形状的底盘进气道对除尘效率有较大影响。不同厂家对底盘进气道研究投入有较大差别，因而过滤效率也有很大差距，个别知名厂家底盘进气道除尘效率高达89.9%[2]。反向轴流式旋流管（见图4）、负压引流除尘等技术也开始应用在底盘进气道的设计中。底盘进气道未来的发展方向是需要在进气阻力上升不多的情况下，进一步提高除尘效率，以减轻空气滤清器的负担，延长滤芯保养及更换周期。

3.2 空气滤清器

发动机马力在不断提升，空气滤清器要求更大的额定流量;客户对于维护周期要求更长，这就要求空气滤清器有更大的容灰量，空气滤清器前端的除尘部件有更高的除尘效率;因为发动机体积在逐渐增大，车架上布置空间也因为后处理系统体積的增大等原因而不断压缩，空气滤清器及支架的结构要求设计得更加紧凑;空气滤清器滤芯新型材料的开发是提高除尘效率的有效途径。

3.3 中冷器

中冷器结构固化、技术成熟，近年来并无大的革新产生及应用。随着商用车马力的提升，发动机体积也不断增大，车架整体边界却很少改变，冷却中冷系统布置空间被进一步压缩，整车对冷却中冷系统必然提出更高的要求。中冷器朝着芯子更薄、单位迎风面积散热能力更强的方向发展。

4 设计方法的发展

传统进气系统开发都是依赖设计人员个人经验来设计各个零部件，再将各个零部件组合成为一个整体，然后进行流体分析，可以为进气阻力项的达成提供较好的支撑作用，其它性能指标是否达成的判断完全依赖试验，这样浪费了大量的人力物力，也可能因此延长开发周期。近年来CAE技术的发展以及对过滤机理的理解深化，使得在试验之前对除尘效率、进气阻力、进气温升、除水效率的仿真成为了现实。在试验之前，设计人员就能对自己设计的系统性能有大致的认知，及早发现性能不达标的项目并且进行优化，使各项指标达到相对满意的结果，之后再试验验证即可。

参考文献

[1] 李健医.发动机中置车型进气系统的设计与开发[D].长沙：湖南大学，2014：13.

[2] 周涛.工程车进气系统研究及应用[C].北京：中国汽车工程学会， 2018：1905-1908.