随着发动机排放要求的不断升级,载货汽车发动机进气系统的各项性能要克服高海拔、高灰尘的工作环境带来的巨大挑战。目前主销的商用车力求在结构上优化设计,提高性能,但是难以兼顾进气阻力和过滤效率在最优效率阶段长时间运行,基于单一数值报警机制的用户提示也对用户产生了不良的使用体验。鉴于以上因素,本文设计开发了一套高流量、低阻力、过滤效率在全寿命周期内保持较高水平且能够正确引导用户维护保养的空滤器进气系统。本文的主要内容有以下几个方面:(1)设计一款双滤芯并联布置的新型空滤器,增大发动机进气系统在过滤阶段的通过面积,整个进气系统的进气阻力可以大大降低。用CAD的方法对双滤芯空滤器进行三维建模和简化,使用参数化设计的思路设计了双滤芯空滤器的总成机械结构和各零部件结构,设计了滤芯的各项参数性能和外形指标;阐述计算流体力学基本原理,通过CFD技术对进气系统流场进行仿真模拟和计算,可视化空气过滤器的内部流场并预测空气过滤器的性能。(2)探索和研究空气滤清器的智能化。结合汽车电子控制技术,对进气系统进行传感器布置和数据传输设置,使用CAN总线技术将进气系统的各个传感器进行联网通讯,通过数据帧定义和CAN总线报文格式为不同的传感器数据创建逻辑关系,使整个电子系统构成一个有机的通讯网络,为驾乘人员和技术人员提供进气系统的各项工作指标。结合深度学习技术,使用Python语言设计和训练可以比较准确预测空滤器使用寿命的计算模型。基于互联网数据共享的模块化编程技术,设计了智能化进气系统保养指示系统,将实测值和预估使用寿命显示给用户。空滤器使用寿命计算模型的建立,填补了重型汽车滤清器行业在寿命预测上的空白,具有一定的先进性。(3)结合ISO5011标准,组织双滤芯空滤器的台架试验。试验结果表明,双滤芯空滤器的初始进气阻力在1600m3/h的进气流量下为1.2kPa,比同流量下的单滤芯空滤器初始阻力降低了 41%,印证了 CFD仿真分析的正确性。并通过空滤器台架试验积累了不同环境参数下的进气负压上升曲线数据,为设计空滤器寿命预测模型积累了数据。(4)将不同空滤器搭载于发动机台架上检测进气性能对发动机性能的影响。试验结果表明,因为双滤芯空滤器具有更低的进气阻力,所以进气压降更接近废气涡轮增压器在标定时的理想条件,使增压器具有更加理想的增压比,提高了发动机的充气效率,气缸内空燃比增加,燃料得到更充分燃烧,凸轮端输出扭矩得到提升,同时排气量增加,有助于涡轮增压器保持较高的增压性能。在外特性工况下平均油耗率比单滤芯空滤器降低2.4g/(kW·h),ETC工况下油耗率降低1.6g/(kW·h),ESC工况下油耗率降低1.9g/(kW·h),因此使用双滤芯空气过滤器可以提高发动机的燃油经济性;T10到T90增压器响应时间测试结果表明,双滤芯空滤器可以使增压器响应时间比单滤芯空滤器平均降低0.4s,意味着使用双滤芯空滤器有助于提升发动机的动力性。(5)将新设计的进气系统搭载到重型牵引车进行道路试验,验证本文设计成果的实用性和先进性。将设计完成的新产品安装到新疆地区的试验车上,通过道路测试验证智能化双滤芯空滤器进气系统对整车品质的提升。路试结果表明,双滤芯空滤器的使用寿命基本可以达到单滤芯空滤器使用寿命的4倍,可以使试验车平均油耗降低接近1%。