摘 要

进气系统内进气的流动状态会对发动机动力性能和经济性能造成影响。因此，设计一款性能良好的发动机进气系统是当下研究人员的重点目标，对于发动机乃至整车性能的研究都有重要意义。

本文主要设计并分析发动机进气系统的主要部件空气滤清器和进气歧管。首先，探究目前国内外进气系统流动特性和进气噪声的研究状况，介绍进气系统设计分析中所涉及的基础理论。基于相关设计准则和要求，确定进气系统的基本布置情况，利用公式计算得出空滤器及进气歧管的主要结构参数。其次，利用三维造型软件UG建立进气系统的三维模型，运用三维流体计算软件STAR-CCM 对空滤器和进气歧管进行内流场模拟计算。结合计算结果分析空滤器的速度分布、压力分布及湍动能分布，研究了造成空滤器内压力损失的主要因素；分析进气歧管内部速度分布、压力分布及进气均匀性的问题，研究了影响其内部流体特性的原因。最后，基于分析结果提出了改进意见。

通过研究分析得到如下结论：进气系统中，压力损失较大的位置集中表现在各管道腔体接合处等截面突变部位、急弯部位，因此在设计过程中要尽量减少这些部位的产生。进气阶段谐振腔内会产生一定的涡流，设计中要改善这些涡流对进气流通性的影响并注意进气均匀性的问题。本文验证了设计方案的合理性，对发动机进气系统的设计应用有一定的参考价值。

关键词：进气系统；空气滤清器；进气歧管；设计计算；数值模拟

Abstract

The state of intake fluid in intake system will influence the engine dynamic performance and economic performance. Therefore, the design of a qualified engine intake system is the focus of the current researchers, which is of great significance for the research on performance of the engine and vehicle.

This paper mainly designs and analyzes the main components of the engine intake system such as air filter and intake manifold. Firstly, the research status of the flow characteristics and intake noise of the intake system is discussed, and the basic theory involved in the design and analysis of the intake system is introduced. Based on the relevant design criterion and requirements, the basic arrangement of the intake system is determined, and the main structural parameters of the air filter and intake manifold are calculated by the formula. Secondly, a three-dimensional model of the intake system is established by three-dimensional software UG. The three-dimensional fluid calculation software STAR-CCM is used to simulate the internal flow field of the air filter and intake manifold. Based on the calculation results, the velocity distribution, pressure distribution and turbulent kinetic energy distribution of the air filter are analyzed. The main factors that cause the pressure loss in the air filter are studied. The problems of the velocity distribution, pressure distribution and intake uniformity of the intake manifold are analyzed. The reason for influencing its internal fluid properties is studied. At last, improvements are made based on the results of the analysis.

Through the study and analysis, the following conclusions can be drawn: In the intake system, the position where the pressure loss is large is concentrated in the sudden change of the section of the pipe joint, so it is necessary to minimize the occurrence of these parts in the design process. During the intake phase, the cavity will produce a certain eddy current, the design should improve the impact of these vortices on the inlet flow and pay attention to the problem of air intake uniformity. This paper verifies the rationality of the design scheme and has certain reference value for the design of the engine intake system.

Key words：Intake system；Air filter；Intake manifold；Design calculation；Numerical simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2进气系统的介绍 1

1.3国内外进气系统的研究现状 2

1.3.1进气系统流动特性研究现状 2

1.3.2进气系统进气噪声的研究现状 4

1.4本文的主要研究内容 5

第2章 发动机进气系统分析的理论基础 6

2.1进气系统流动特性分析 6

2.1.1进气管内的流体动态效应 6

2.1.2进气系统结构参数对进气流动特性的影响 7

2.2 CFD分析理论基础 8

2.2.1计算流体动力学概述 8

2.2.2流体动力学控制方程 9

2.2.3常用的离散方法 10

2.3本章小结 10

第3章 某1.5L发动机进气系统关键零部件的设计 11

3.1进气系统的设计要求 11

3.1.1进气系统的匹配设计要求 11

3.1.2空气滤清器的设计要求 11

3.1.3进气歧管的设计要求 12

3.2空气滤清器结构参数的设计计算 12

3.2.1空滤器的布置设计 12

3.2.2空滤器的主要性能参数的选择与设计 13

3.3进气歧管结构参数的设计计算 14

3.3.1进气歧管的布置设计 14

3.3.2进气歧管的主要性能参数的选择与设计 15

3.4空滤器及进气歧管的模型建立 17

3.4.1空滤器的模型建立 17

3.4.2进气歧管的模型建立 18

3.5本章小结 18

第4章 发动机进气系统的流场模拟分析 20

4.1空滤器建模及流场计算 20

4.1.1空滤器模型简化 20

4.1.2空滤器网格划分 20

4.1.3边界条件与计算模型 22

4.2空滤器流场计算结果分析 23

4.2.1空滤器速度场分析 23

4.2.2空滤器压力场分析 25

4.2.3空滤器湍动能分析 27

4.3进气歧管建模及流场计算 29

4.3.1进气歧管模型简化 29

4.3.2进气歧管网格划分 30

4.3.3边界条件与计算模型 31

4.4进气歧管流场计算结果分析 32

4.4.1进气歧管速度场分析 32

4.4.2进气歧管压力场分析 33

4.4.3进气歧管进气不均匀性分析 34

4.5改进分析 35

4.6本章小结 35

第5章 结论与展望 36

5.1全文总结 36

5.2工作展望 36

参考文献 37

致 谢 39

第1章 绪论

1.1引言

汽车工业经历百年发展，现已成为世界各国非常重要的支柱产业。近二十年来，中国的汽车产销量持续增长，已成为世界上第一产销大国。汽车已成为中国人出行最主要的交通工具之一，其产生的噪声污染也日益引起国内消费者的重视。目前，很多汽车发达的国家很早就对汽车的噪声控制予以重视，制定了相关法规及标准，并每三至五年就对其进行更新、修订，使得各种汽车噪声得到了良好的控制。

发动机进气系统的设计优劣直接影响进气噪声水平。设计一款性能良好的发动机进气系统是控制进气噪声的关键。此外,对汽车的进气系统进行设计时，还应该保持进气气流良好的流动特性，以提高发动机的动力性能和经济性能。因此，对进气系统进行研究，有其重要的工程应用价值。

在发动机进气系统中，空气滤清器和进气歧管是两个关键的零部件。空气滤清器在过滤进气气流中杂质的同时，本身也是一个有效的进气消声元件。空滤器内部的多孔滤芯是一种很好的消声材料，同时，进气管和空滤器腔体可以接合从而形成扩张腔，同样能够取得一定的消声效果。通过对空滤器进行流场分析，可以更好的设计出消声效果良好、压力损失较小的的空气滤清器，从而降低进气系统的进气噪声、提高进气量。

进气歧管是将可燃混合气输送到发动机各缸、并与发动机燃烧室直接相连部件。进气歧管的各项参数对于发动机充气效率、进气均匀性等性能有直接影响。设计良好的进气歧管可提高发动机燃烧效率，使发动机无论是在低速工况还是高速工况都具有相对更好的性能。