1.本技术涉及车辆工程技术领域，具体涉及一种燃料电池汽车空滤进气系统。


背景技术：

2.目前，市场上燃料电池汽车的核心部件燃料电池。通过氢气和氧气的化学作用，直接变成电能动力。燃料电池汽车，尤其是中重型燃料电池卡车，其燃料电池发动机反应用的氧气(空气)由一套空滤进气系统将外界空气过滤后送至燃料电池发动机的空压机。车辆的气制动系统和部分机构如气囊悬架、气囊座椅、气喇叭等用气通过制动系统的空压机进行压缩，且制动空压机的气源通过另外一套空滤器和管路获得。即，燃料电池发动机的空压机与制动空压机的气源及空滤进气管路是相互独立的。
3.相关技术中，燃料电池汽车上燃料电池发动机的空压机与制动空压机采用相互独立的气源和空滤进气管路，则需要在整车上布置两个空气滤清器、以及两套进气管路，这两套相互独立的进气系统需要更多的布置空间，总体成本更高，且维护检修点增多。另外，制动空压机的进气系统常常直接在空气滤清器上开设进气口与外界大气相通，导致外界空气直接进入空气滤清器。受空气滤清器的布置位置限制，空气滤清器获得清洁、干燥空气的难度增加，进而还会影响空滤器及空压机的使用寿命及使用效果，压缩空气中的水份也会增大，进而增加制动系统干燥器的负担，甚至影响整车制动系统的安全性。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本技术的目的在于提供一种燃料电池汽车空滤进气系统，以解决相关技术中两套相互独立的进气系统占用空间大、成本高，且空气清洁和干燥的难度较大的问题。
5.为达到以上目的，本技术采取的技术方案是：一种燃料电池汽车空滤进气系统，其包括：
6.进气引入管总成，其包括相互连通的进气筒和进气进入管，上述进气筒的进气方向倾斜向上设置，且进气筒的进气口面积大于或等于进气进入管的横截面积；
7.空气滤清器，其进气口连接上述进气进入管的出气口，其出气口分别连通发动机进气管路和制动空压机进气管路；
8.上述发动机进气管路和制动空压机进气管路内均设有单向阀。
9.一些实施例中，上述进气筒上还设有安装支架，上述安装支架用于将上述进气筒安装于车辆侧围高于车架上表面的部分。
10.一些实施例中，上述安装支架包括：
11.l形安装板，其包括相互垂直的第一板和第二板，上述第一板通过紧固件固定于上述进气筒的侧壁，上述第二板远离进气筒的一侧开设有第一u型开口；
12.加强板，其连接于上述第二板远离第一板的侧面，且远离进气筒的一侧开设有与第一u型开口相适配的第二u型开口，上述第二u型开口处朝远离第二板的方向延伸形成u形
翻边。
13.一些实施例中，上述进气筒的进气方向与出气方向相垂直。
14.一些实施例中，上述进气筒包括：
15.两端开口的方形筒体部，其一端为进气口；
16.半圆柱形端板，其连接于上述方形筒体部未设进气口的一端，上述半圆柱形端板的下端延伸形成有的圆形连接端头，用于与上述进气进入管的进气口连通。
17.一些实施例中，上述进气筒的进气口处设有一圈防雨罩，该进气口处还设置有挡水格栅。
18.一些实施例中，上述进气筒靠近其进气口处的下方设有排水口，上述排水口处可拆卸连接有排水袋。
19.一些实施例中，上述空气滤清器的出气口连接共用出气管，上述共用出气管设有连通发动机进气管路的第一出气接口和连通制动空压机进气管路的第二出气接口；
20.上述第一出气接口的面积与第二出气接口的面积之比为：燃料电池峰值功率工作时的空气消耗量与制动空压机峰值功率工作时的空气消耗量之比。
21.一些实施例中，上述共用出气管内设有用于检测其出气阻力的阻塞报警器。
22.一些实施例中，上述第一出气接口设有流量传感器和温度传感器。
23.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
24.本技术的燃料电池汽车空滤进气系统，进气引入管总成包括相互连通的进气筒和进气进入管，且进气筒的进气方向倾斜向上设置，进气筒的进气口面积大于或等于进气进入管的横截面积；空气滤清器的出气口分别连通发动机进气管路和制动空压机进气管路，以实现燃料电池发动机和制动空压机共用一套气源和空气滤清器，不仅可节省空间占位，降低整车成本，还可综合改善进气质量，减少制动系统干燥器维护频次；发动机进气管路和制动空压机进气管路内均设有单向阀，不仅可有效阻止空气回流，还可避免单一空压机工作时从另一空压机中吸取空气，确保空气来源全部来自于空气滤清器。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本技术实施例中燃料电池汽车空滤进气系统的结构示意图；
27.图2为图1中的侧视图；
28.图3为本技术实施例中进气引入管总成的结构示意图；
29.图4为本技术实施例中空气滤清器的连接示意图。
30.附图标记：
31.1、进气筒；11、方形筒体部；12、半圆柱形端板；13、圆形连接端头；14、防雨罩；15、挡水格栅；16、排水袋；
32.2、进气进入管；
33.3、空气滤清器；31、共用出气管；311、第一出气接口；312、第二出气接口；313、阻塞
报警器；314、流量传感器；315、温度传感器；
34.4、发动机进气管路；5、制动空压机进气管路；6、制动空压机；7、单向阀；
35.8、安装支架；81、l形安装板；811、第一板；812、第二板；8121、第一u型开口；82、加强板；821、第二u型开口；822、u形翻边；
36.9、燃料电池发动机。
具体实施方式
37.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
38.本技术实施例提供了一种燃料电池汽车空滤进气系统，特别适用于燃料电池汽车的燃料电池发动机进气系统与车辆制动空压机进气系统，其能解决相关技术中两套相互独立的进气系统占用空间大、成本高，且空气清洁和干燥的难度较大的问题。
39.如图1和图2所示，本技术实施例的燃料电池汽车空滤进气系统，包括进气引入管总成、空气滤清器3、发动机进气管路4和制动空压机进气管路5。
40.上述进气引入管总成包括相互连通的进气筒1和进气进入管2，上述进气筒1的出气口连通上述进气进入管2的进气口。上述进气筒1的进气方向倾斜向上设置，形成有向上倾斜的进气面，即进气筒1在安装固定后，进气筒1由出气口向进气口方向为倾斜向下设置。
41.上述进气筒1的进气口面积大于或等于上述进气进入管2的横截面积。
42.上述空气滤清器3的进气口连接上述进气进入管2的出气口，上述空气滤清器3的出气口分别连通发动机进气管路4和制动空压机进气管路5，通过空气滤清器3对由进气引入管总成进入的空气进行过滤，可通过发动机进气管路4为燃料电池发动机9提供符合要求的干净的空气，以及通过制动空压机进气管路5为制动空压机6提供符合要求的干净的空气。
43.上述发动机进气管路4和上述制动空压机进气管路5内均设有单向阀7，以便于通过单向阀确保发动机进气管路4内的气流仅能从发动机进气管路4流向燃料电池发动机9，以及制动空压机进气管路5内的气流仅能从制动空压机进气管路5流向制动空压机6。
44.本实施例的燃料电池汽车空滤进气系统，由于上述进气筒的进气方向倾斜向上设置，且上述进气筒的进气口面积大于或等于进气进入管的横截面积；上述空气滤清器的出气口分别连通发动机进气管路和制动空压机进气管路，以实现燃料电池发动机和制动空压机共用一套气源和空气滤清器，不仅可节省空间占位，降低整车成本，还可综合改善进气质量，减少制动系统干燥器维护频次；上述发动机进气管路和制动空压机进气管路内均设有单向阀，不仅可有效阻止空气回流，还可避免单一空压机工作时从另一空压机中吸取空气，确保空气来源全部来自于空气滤清器。
45.在上述实施例的基础上，本实施例中，上述进气筒1优选为安装在整车利于新鲜空气进入的位置。
46.如图3所示，本实施例中，上述进气筒1上还设有安装支架8，上述安装支架8用于将上述进气筒1安装于车辆侧围高于车架上表面的部分，且使进气筒1的进气方向倾斜向上设
置，即该车辆侧围高于车架上表面的部分为整车进气量较大的位置，且进气筒1由出气口向进气口方向为倾斜向下设置。
47.进一步地，上述安装支架8包括l形安装板81和加强板82。
48.上述l形安装板81包括相互垂直的第一板811和第二板812，上述第一板811通过紧固件固定连接在上述进气筒1的侧壁，上述第二板812远离进气筒1的一侧开设有第一u型开口8121。
49.优选地，上述第一板811和第二板812一体成型。其中，上述紧固件为紧固螺钉，通过上述紧固螺钉可将l形安装板81固定在进气筒1上。
50.上述加强板82连接在上述第二板812远离第一板811的侧面，且加强板82远离进气筒1的一侧开设有与第一u型开口8121相适配的第二u型开口821，上述第二u型开口821处朝远离第二板812的方向延伸形成u形翻边822，上述第一u型开口8121、第二u型开口821和u形翻边822形成安装支架8与车辆侧围连接的安装口。
51.进一步地，上述第二板812与加强板82还对应开设有安装孔，以便于与车辆侧围紧固连接。
52.本实施例中，上述加强板82位于第二板812远离进气筒1的进气口的侧面，此时，第一板811位于第二板812靠近进气筒1的进气口的一侧。
53.在其他实施例中，上述加强板82位于第二板812靠近进气筒1的进气口的侧面，此时，第一板811位于第二板812远离进气筒1的进气口的一侧。
54.在其他实施例中，可选地，上述安装支架8包括三个安装板，分别为第一安装板、第二安装板和第三安装板。其中，第一安装板通过紧固螺钉固定连接在上述进气筒1的侧壁上，第一安装板和第二安装板相互垂直连接，且第二安装板连接于第一安装板的中部。上述第二安装板远离上述第一安装板的一侧开设有第一u型开口。
55.其中，上述第三安装板连接在上述第二安装板远离进气筒1的进气口的一侧，且第三安装远离进气筒1的一侧开设有与第一u型开口相适配的第二u型开口，上述第二u型开口处朝远离第二安装板的方向延伸形成有u形翻边，上述第一u型开口、第二u型开口和u形翻边形成安装支架8与车辆侧围连接的安装口。
56.在上述实施例的基础上，优选地，上述进气筒1的进气方向与出气方向相垂直。
57.在其他实施例中，上述进气筒1的进气方向与出气方向还可不垂直，仅需要保证进气筒1固定安装后，进气筒1的进气方向倾斜向上设置即可。
58.可选地，以燃料电池峰值功率工作时的空气消耗量与制动空压机峰值功率工作时的空气消耗量之和作为总的空气流量，基于预设的空气流速，可计算得到进气进入管2所需的最小横截面积，即：
59.s＝l/v
60.其中，s为最小横截面积，l为总的空气流量，v为空气流速。本实施例中，空气流速v小于或等于30m/s。可选地，本实施例的空气流速v为30m/s。
61.因此，上述进气筒1的进气口面积和进气进入管2的横截面积均大于或等于上述最小横截面积s。
62.进一步地，基于空滤进气系统中的进气阻力由上述总的空气流量和空滤进气系统结构共同决定，为各部件的进气阻力之和。因此，在确定最小横截面积之后，可基于燃料电
池发动机进气阻力预设值和制动空压机进气阻力预设值进行仿真，以同时满足：
63.1、在制动空压机进气流量为峰值情况下(制动空压机峰值功率工作时的空气消耗量l1)，进气进入管2、空气滤清器3、以及制动空压机进气管路5形成的系统阻力小于或等于制动空压机进气阻力预设值；
64.2、在燃料电池发动机进气流量为峰值情况下(燃料电池峰值功率工作时的空气消耗量l2)，进气进入管2、空气滤清器3、以及发动机进气管路4形成的系统阻力小于或等于燃料电池发动机进气阻力预设值；
65.3、在制动空压机进气流量和燃料电池发动机进气流量均处于峰值的情况下，整个空滤进气系统的进气阻力小于或等于：燃料电池发动机进气阻力预设值和发动机进气流量占比的乘积与制动空压机进气阻力预设值和制动空压机进气流量占比乘积的和。
66.其中，发动机进气流量占比为：燃料电池峰值功率工作时的空气消耗量l2与总的空气流量l的比值；制动空压机进气流量占比为：制动空压机峰值功率工作时的空气消耗量l1与总的空气流量l的比值，即发动机进气流量占比与制动空压机进气流量占比之和为1。
67.最终，以仿真结束时的进气进入管2的最小管径作为管径的最终设计值，进而得到进气进入管2的横截面积。
68.通过将进气筒1和进气进入管2设置为具有足够的流通面积，可满足燃料电池发动机9和制动空压机6的叠加进气需求。
69.本实施例中，上述进气筒1包括方形筒体部11和半圆柱形端板12，该方形筒体部11为两端开口结构，方形筒体部11的一端设为进气口，方形筒体部11的另一端连接上述半圆柱形端板12，即半圆柱形端板12连接于方形筒体部11未设进气口的一端，且半圆柱形端板12的直径与方形筒体部11的宽度相匹配。
70.本实施例中，半圆柱形端板12的上端设有封闭板，半圆柱形端板12的下端延伸形成有用于出气的圆形连接端头13，上述进气筒1通过圆形连接端头13与进气进入管2的进气口连通，且圆形连接端头13与进气进入管2的进气口通过卡箍紧固连接，以保证空气由方形筒体部11的进气口进入，并由半圆柱形端板12下方的圆形连接端头13流入进气进入管2。
71.优选地，上述方形筒体部11和半圆柱形端板12为一体成型结构。
72.可选地，上述进气筒1还可为圆形筒体，且圆形筒体的一端开设有进气口，该圆形筒体的另一端的下侧壁设有开口，并在开口处向下延伸形成有用于出气的圆形连接端头，以便于通过圆形连接端头与进气进入管2的进气口连通。
73.在其他实施例中，可选地，上述进气筒1为方形筒体，且方形筒体的一端开设有进气口，方形筒体另一端的下侧壁形成有圆形的出气口。以方形筒体开设有进气口的端面为宽和高形成的面，以方形筒体开设有出气口的端面为长和宽形成的面，则需保证方形筒体的宽大于进气进入管2的直径，以便于方形筒体的底面开设进气筒1的出气口。
74.在上述实施例的基础上，上述进气筒1的进气口处设有一圈防雨罩14，该进气筒1的进气口处还设置有挡水格栅15。
75.通过在进气筒1的进气口设置防雨罩14和挡水格栅15，不仅可减少雨水进入空气滤清器3中，还可有效减少空气、雨、雪中的杂质混入空气滤清器3中，以减轻空气滤清器3的工作负担。
76.可选地，上述挡水格栅15为钢格栅，挡水格栅15可由扁钢和扭钢韩焊接而成。
77.优选地，上述进气筒1靠近其进气口处的下方设有排水口，上述排水口处可拆卸连接有排水袋16。
78.本实施例中，上述排水口设置在上述方形筒体部11靠近其进气口的下侧壁上。通过安装支架8将上述进气筒1安装于车辆侧围高于车架上表面的部分，且使进气筒1的进气方向倾斜向上设置，不仅可确保方形筒体部11的进气口为整车进气量较大的位置，还可进一步加快水流通过排水口进入排水袋16，提升进气质量。
79.在上述实施例的基础上，本实施例中，空气滤清器主要应用在气动机械、内燃机械等领域，对于活塞式机械(内燃机、往复压缩机等)工作时，如果吸入的空气中含有灰尘等杂质容易加剧零件的磨损。空气滤清器的作用是清除空气中的微粒杂质，以为上述设备提供清洁的空气，防止上述设备在工作中吸入带有杂质颗粒的空气而增加磨蚀和损坏的机率。因此，空气滤清器在空滤进气系统中必不可少。
80.空气滤清器的主要组成部分是滤芯和机壳，其中滤芯是主要的过滤部分，承担着气体的过滤工作，而机壳是为滤芯提供必要保护的外部结构。可想而知，空气滤清器的工作要求是能承担高效率的空气滤清工作，不为空气流动增加过多阻力，并能长时间连续工作。
81.本实施例中，上述空气滤清器3的空滤进气口与进气进入管2的出气口连通，空气滤清器3的空滤出气口连接有共用出气管31。上述空气滤清器3还带有排尘袋。
82.如图4所示，进一步地，上述共用出气管31设有第一出气接口311和第二出气接口312。上述第一出气接口311与发动机进气管路4的进气口连通，发动机进气管路4的出气口与燃料电池发动机9的进气口连接；上述第二出气接口312与制动空压机进气管路5的进气口连通，上述制动空压机进气管路5的出气口与制动空压机6的进气口连接。
83.本实施例中，上述空气滤清器3的出气口通过连接共用出气管31，分别将过滤后的空气由发动机进气管路4传输至发动机的空压机，以及由制动空压机进气管路5传输至制动空压机6。
84.进一步地，上述发动机进气管路4和上述制动空压机进气管路5内均的单向阀7均为电动单向阀，通过该单向阀7可阻止气体回流，避免上述发动机进气管路4和上述制动空压机进气管路5之间的相互影响。
85.通过发动机进气管路4内的单向阀，可确保空气滤清器3输出的空气仅能从发动机进气管路4流向燃料电池发动机9，以供燃料电池发动机9的空压机使用；通过制动空压机进气管路5内的单向阀，可确保空气滤清器3输出的空气仅能从制动空压机进气管路5流向制动空压机6，以制动空压机6使用。
86.可选地，上述发动机进气管路4上可设置至少一个第一连接组件，上述发动机进气管路4可通过第一连接组件固定在燃料电池发动机9上可有效提高空滤进气系统的刚度，降低因震动造成的零件失效风险，保证空滤进气系统的有效运行。
87.其中，上述第一连接组件可包括第一卡箍和第一安装架，上述第一卡箍套设在发动机进气管路4上，上述第一安装架的一端固定连接在第一卡箍上，上述第一安装架的另一端固定安装在燃料电池发动机9上。
88.可选地，上述制动空压机进气管路5上可设置至少一个第二连接组件，上述制动空压机进气管路5可通过第二连接组件固定在制动空压机6上，可有效提高空滤进气系统的刚度，降低因震动造成的零件失效风险，保证空滤进气系统的有效运行。
89.其中，上述第二连接组件可包括第二卡箍和第二安装架，上述第二卡箍套设在制动空压机进气管路5上，上述第二安装架的一端固定连接在第二卡箍上，上述第二安装架的另一端固定安装在制动空压机6上。
90.优选地，上述第一出气接口311的面积与第二出气接口312的面积之比为：燃料电池峰值功率工作时的空气消耗量与制动空压机6峰值功率工作时的空气消耗量之比。
91.进一步地，上述共用出气管31内设有阻塞报警器313。通过上述阻塞报警器313可进行其出气阻力的检测。
92.本实施例中，当共用出气管31内的阻塞报警器313的出气阻力值达到最高允许阻力限值时，可提示用户及时保养或更换空气滤清器3的滤芯。
93.本实施例中，最高允许阻力限值为预设的进气阻力阈值。可选地，该进气阻力阈值可根据实车和空气滤清器3的型号进行设置。
94.本实施例中，上述第一出气接口311设有流量传感器314。该流量传感器314为空气流量传感器，通过该流量传感器314可采集发动机进气管路4的空气流量数据，即输送至燃料电池发动机9的空气流量数据，以便于提供给燃料电池发动机控制器。
95.进一步地，上述第一出气接口311还可设置温度传感器315。通过上述温度传感器315可采集发动机进气管路4的空气温度，即输送至燃料电池发动机的空气温度，以便于提供给上述燃料电池发动机控制器。
96.本技术实施例的燃料电池汽车空滤进气系统，适用于装备燃料电池发动机和气制动及带有气囊座椅、空气悬架等用气设施的中重型汽车，将燃料电池发动机和制动空压机共用一套进气引入管总成和空气滤清器，由于进气引入管总成布置在整车具有良好进气的位置，因此，该进气引入管总成具有较好的挡水、集水和除水效果，通过该空气滤清器同时为燃料电池发动机的空压机和制动空压机提供清洁、干燥、足量的空气，还可进一步节省空间占位，降低整车成本，综合改善进气质量，减少制动系统干燥器维护频次；另外，通过在发动机进气管路和制动空压机进气管路内均设置单向阀，可有效避免单一空压机工作时从另一空压机中吸取空气，保证气体来源全部来自空气滤清器，避免发动机进气管路和制动空压机进气管路之间的相互影响。
97.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
98.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排
除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
99.以上仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。