文献综述-空气滤清器的设计

空气滤清器的设计

摘要：空气滤清器的作用是为发动机提供清洁空气，减少发动机的早期磨损。另外，它对近气噪声、整车经济性与动力性都起着至关重要的作用。本文对阳光轿车空气滤清器的结构及设计进行了详细介绍。

关键词：空气滤清器;结构;设计

1空气滤清器

1.1概述

空气滤清器是汽车进气系统的一个重要组成部分，随着发动机性能的不断强化，研究表明发动机的性能、磨损及寿命与空滤装置的性能和结构有很大的关系。

滤清装置需要处理的灰尘尺寸范围1~200um，大于200 um的灰尘在空气中很快沉降，小于1 um的灰尘对机械磨损不起影响。1~5 um的灰尘过于微小，普通惯性油浴式空滤器和旋流管很难清除；5~30 um的灰尘效率高的空气滤清器很容易清除；30~200 um的灰尘，一般的粗滤器可以清除[1]。

1.2空滤器的作用

(1) 净化空气，使进入发动机的空气尽可能干净，减少空气的尘砂，延长发动机寿命。

(2) 降低进气噪声。

(3) 优化匹配，使发动机发挥出最佳是性能[2]。

2空气滤清器的结构

2.1空滤器的整体构造

空气滤清器的结构大体上分为两个部分，一是空气滤清器的壳体，二是滤芯。有的空气滤清器还带有进气消声结构。空气滤清器壳体和空气滤清器盖一般由具有一定强度的塑料注塑而成，还有少部分采用金属板冲压件焊接组成[3]。空气滤清器的滤芯滤材主要有3种：纸质滤芯、泡沫塑料滤芯和金属丝网滤芯。在壳体内滤芯把空气滤清器分为两部分，一是前腔，二是后腔。空气滤清器前腔入口装

有进气管，外界空气通过进气管，经过滤芯的过滤，进入空气滤清器后腔出口，用导管与化油器相接。

2.2空气滤清器的过滤机理

(1)离心分离

借助旋转气流，使灰尘粒子在离心力的作用下从空气中分离出来，达到滤清目的。离心分离是粗滤器设计的理论基础[4]。

(2)机械过滤

气流通过多孔介质滤芯，超过一定尺寸的灰尘留在介质内，类似筛网原理。按介质厚度，分为表面过滤和深度过滤。表面过滤的介质薄，滤清仅发生在表面并在表面形成灰饼，性能降低很快。如：滤纸、无纺布、滤网。深度过滤在整个介质体积内都起作用。滤芯阻力增长慢，储灰能力增加，寿命延长。

(3)粘性吸附

介质浸油后沥干，利用油的粘性吸附粒子。如金属丝网，发泡聚氨酯等。

(4)静电沉析

静电沉析的滤清效率很高，可以除去小于0.01um的灰尘，但空滤的体积过大，在车辆上不易使用[5]。

2.3空气滤清器的过滤方式

常见的空气滤清器过滤方式有以下3种型式：

(1) 惯性式

是利用尘砂与空气质点的质量差，当空气作旋转运动或使气流急速转弯时，尘砂因惯性力较大而被抛出[6]。

(2)过滤式

使空气透过滤纸或金属网、丝织物等多孔性物质进行滤清，这种滤清方法能滤掉细小的尘砂。

(3) 油浴式

滤清器壳底上有机油盘，利用气流把油带到滤芯上，对空气中的尘砂起

吸附作用而过滤。

2.4空气滤清器的性能

(1)流量——阻力特性

空气滤清器的阻力：由于气体流动损失和介质的粘性阻力，在空滤器进出口之间形成的压力降[7]。

原始阻力：新空气滤清器的阻力称为原始阻力，设计时总是希望该阻力尽可能的低。

终了阻力：空气滤清器在使用过程中，随着滤芯储灰量的增加，阻力不断上升，当阻力达到规定值时，空气滤清器需要保养，这一值称为终了阻力。终了阻力应按空气滤清器的储灰量和发动机允许的阻力值来确定[8]。

空气滤清器的阻力受出气口尺寸影响较大。一般来说，空气滤清器出气口一定，通过加大空气滤清器容积和进口，对降低阻力作用并不明显。

(2) 储灰能力

空气滤清器达到终了阻力时所储存的灰尘量称为储灰能力（g）。储灰能力是空气滤清滤芯使用寿命的标志，储灰能力需在空滤试验台上测定[9]。

3空气滤清器的维护与保养

空气滤清器的作用是滤清进入气缸空气中的杂质，以减轻压缩系统相关零件的磨损。发动机上使用的空气滤清器可分为惯性式、过滤式、综合式三种，其中根据滤芯材料是否浸油又可分为干式和湿式两类。

3.1干惯性式滤清的保养

干惯式空气滤清装置由除尘罩、导流片、排尘口、吸尘杯等组成，保养时应注意：

1、经常检查和清理离心除尘罩上的排尘孔，清除导流片上粘附的灰尘，倒去集尘杯内的尘土（容器内集尘量不得超过其容积的1/3）。安装时应保证连接处橡胶垫圈的密封性，不得有漏气现象，否则气流短路，降低空气的旋转速度，使除尘效果大大降低[10]。

2、除尘罩、导流自应保持正确的形状，若有磕碰应及时整形，以免使气流改变原设计的流向而降低滤清效果[11]。

3、有些驾驶员向集尘杯（或集尘器盘）中加油，这是不允许的。因为油易飞溅到排尘口、导流片等部位，使此部位吸附灰尘，最终会降低滤清分离能力。

3.2湿惯性式滤清的保养

湿惯性式空气滤清装置由中心管、油池等组成，使用中应注意：

1、定期清洗油盘和更换机油。换油时应使机油的黏度适中。黏度过大，易堵塞滤清装置的滤网，增加进气阻力；黏度过小，机油粘附灰尘能力降低，同时溅起的机油易被吸入气缸参与燃烧，生成积碳[12]。

2、油池中油面高度应适中。机油应加至油盘上下刻线之间或箭头标志处。油面过低，油量不足，滤清效果差；油面过高，机油过多，易被吸入气缸燃烧，并可导致“飞车”事故。

3.3干过滤式滤清的保养

干过式空气滤清装置由纸质滤芯及密封垫圈等组成，使用中应注意：

1、定期检查，正确保洁。清除纸滤芯上的灰尘时，应用软毛刷沿折缝方向刷去滤芯表面灰尘土，并轻轻敲击端面使尘土脱落。进行上述操作时，应用干净的棉布或橡皮塞堵住滤芯两端，以压缩空气机或打气筒（气压不得超过0.2-0.3MPA，以防损坏滤纸）从滤芯内向外吹气，以吹去粘附在滤芯外表面上的灰尘[13]。

2、不要用水或柴油、汽油清洗纸质滤芯，否则滤芯孔隙被堵塞，增加空气阻力；同时柴油易吸入气缸，造成装后超支“飞车”。

3、当发现滤芯破损，或滤芯上、下端面翘不平，或橡胶密封圈老化变形、破损，均应更换新件[14]。

4、安装时，要注意各结合部位的垫片或密封圈不得漏装或错装，以免空气短路。滤芯蝶形螺母不要拧得过紧，以防压坏滤芯。

3.4湿过滤式滤清的保养

这种装置主要由浸过机油的金属滤网组成，使用中应注意：

1、定期用柴油或汽油洗净滤网上的灰尘。

2、装配时先用机油浸润滤网，待多余机油滴尽后再装配。装时应使用饼式滤网的滤网盘上十字骨架重叠对齐，并保证滤网内、外胶圈密封良好，以防进气短路[15]。