汽车空气滤清器总成的开发设计

王龙飞　唐龙飞

3.5 上下壳体连接方式

空气滤清器上下壳体材料均选用PPT20，采用注塑工艺加工而成，具有良好的结构强度。上下壳体的连接方式应尽可能使上下壳体拆装方便，满足滤芯更换方便性的要求。Y80A空滤上下壳体采用三点插接，四点螺栓连接的形式，牢固可靠。上下壳体连接方式如图3-5所示：

3.6 该进气系统初步结构

根据以上分析及计算，及发动机舱内空间，初步设计该进气系统如下：

空气滤清器与右前轮罩和机舱侧板采用两点螺栓连接，后部一点插接到机舱侧板上的支架内，该连接结构稳定可靠，安装方便，如图3-7和图3-8所示：

4 进一步设计及CFD分析

4.1 空气流量传感器的位置确定

电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算（控制）喷油量的主要依据。空气流量传感器是电喷发动机的重要传感器之一。它将吸入的空气流量转换成电信号送至电控单元（ECU），作为决定喷油的基本信号之一，是测定吸入发动机的空气流量的传感器。

为更精确地检测进气量，空气流量传感器的安装位置非常重要，一般空气流量传感器安装在空气滤清器和空气滤清器出气管之间，其检测到的高流速气流应该有尽可能大的面积，相对的其检测到的湍流强度应该尽可能小，确定在稳定流速下能够精确检测出进气量的大小。插入传感器座的高度约为传感器座内部直径的1/2。

在设计初期，根据发动机输入的安装要求，设计了空气流量计的安装位置，如图4-1所示：

4.2 进气阻力的分析

进气系统的进气阻力对于发动机的功率有很大影响，当进气阻力过大时，会显著降低发动机的动力性，因而发动机会对进气系统的进气阻力提出基本的要求。Y80A项目所采用的福田康明斯2.8T发动机要求干净滤芯状态下，进气阻力要小于3.7kPa。

供应商采用Fluent软件对进气系统进行分析，如下：

设置大气压强为101325Pa，环境温度20℃，空气密度1.205kg/m3，最大进气量658.24kg/h，湍流模型设置为k-epsilon（2 eqn），网格总数2，668，213。

本次分析侧重于进气系统阻力的分布状况，因此对过滤介质的阻尼效应未作细节模拟；过滤介质阻力贡献常规经验值为0.15kPa左右，但本例中气流在滤芯表面上的分布速度比较高，局部区域超过15m/s（图中红色部分），可能导致在实际试验中，滤芯引起的阻力可能达到0.3kPa左右。

综上所述，整个系统压力损失计算值3.25 kPa，考虑到滤芯表面流速分布不太理想，预计实测结果在3.5 kPa左右。满足发动机要求的进气系统阻力小于等于3.7kPa。

根据以上结构设计及分析结构，进行快速样件的制作，装车后的进气系统如图4-8所示：

5 结论

本款空气滤清器的设计和开发为正向开发，从最初方案的制定，到后期方案的一步步细化，均根据实际情况在最大限度内满足了发动机提出的各项要求，并综合考虑的整车的运行工况、涉水性等要求。

开发前期首先确定空气滤清器容积，根据发动机的技术参数要求以及整车运行工况，确定空气滤清器的滤芯材质，考虑拆装方便性以及上下壳体安装的牢固性，确定空滤上下壳体的连接方式。根据机舱空间及车身结构，设计空气滤清器进、出气管路的走向及安装方式，设计空气滤清器总成的安装方式，采用CATIA软件进行建模。建模过程中确保与周围的零部件都有足够的间隙。开发过程中采用Fluent软件进行流体分析，确定空气流量传感器的安装位置，计算出进气系统的进气阻力，判断是否满足发动机的要求，尽量减小后期的改动量。

后期还将采用GT-Power软件对进气系统的噪音进行分析，并对制作出的样件进行装车，测试其进气噪音，根据测试结果进行降噪方案的制定。

参考文献：

[1]中华人民共和国工业和信息化部，中华人民共和国汽车行业标准（QC/T 970-2014）：乘用车空气滤清器技术条件， 中国计划出版社，2014.10.1.

[2]吴明，任勇刚主编，《汽车发动机原理》，机械工业出版社，2013.1.

[3]国家技术监督局，GB/T 12541-1990汽车地形通过性试验方法，中国标准出版社，2004.10.14.