影响空气阻力因素

影响空气滤清器进气阻力的因素

国防科技工业颗粒度一级计量站李刚

摘要：空气滤清器进气阻力是评定其性能优劣的一个重要指标，从其产品特征、试验参数、测试结果等方面进行了对比分析，总结了一些技术要点。本文归纳了其中的主要影响因素，讨论了阻力的变化规律。

关键词：过滤材料透气度厚度进气阻力

引言

在汽车的千千万万个零部件中，空气滤清器是一个极不起眼的部件，因为它不直接关系到汽车的技术性能，但在汽车的实际使用中，空气滤清器却对发动机的使用寿命起着决定性的作用。如果没有空气滤清器的过滤作用，发动机就会吸入大量含有尘埃、颗粒的空气，导致发动机气缸磨损严重。空气滤清器的进气阻力直接影响发动机的功率和经济性。现代汽车发动机的近期发展主要表现在高速化、轻量化、低污染，因此进气阻力的升高构成了发动机高速化的一大障碍。降低空气滤清器的进气阻力，可以明显降低燃油消耗率，提高发动机功率。目前，各国都在努力研究阻力更小、更经济实用的高效滤清器，以便产生更高的社会价值。

针对这种情况，本文就对空气滤清器的产品特征、试验参数、测试结果等方面进行了对比分析，总结了一些技术要点，归纳了其中的主要影响因素，讨论了阻力的变化规律。

分析

空气滤清器的进气阻力主要由两部分组成，即滤芯材料的阻力与空滤器的结构阻力之和。所以对于本文的空滤器而言，全阻力可表达为：

ΔP＝ΔP1＋ΔP2（1）式中：

ΔP1—滤材的阻力，Pa；

ΔP2—空滤器的结构阻力，Pa；

下面分别介绍这两部分对其阻力产生的影响。

图1空气滤清器总成试验台示意图

1—灰尘喷射器；2—进口测压管；3—被试滤清器总成；4—出口测压管；

5—绝对滤清器；6—空气流量计；7—空气流量控制装置；8—抽气机；9—压差测量装置。

（一）滤芯材料

空气滤清器滤芯材料的种类繁多，其中最广泛应用的是树脂处理的微孔滤纸，这种滤纸经过树脂浸渍热固化处理，不但增强了滤纸本身的机械强度和挺度，

也提高了滤纸的抗水性和阻燃性。滤纸的性能指标与空滤器进气阻力密切相关。滤纸朝着定量下降、厚度减薄、孔径缩小、透气性好的趋势发展。相同型号的空滤器，在相同额定空气流量下，结构阻力相等，总阻力大小并不一样，主要是由于滤材阻力不同至使其总阻力不同。滤材的阻力是由气流通过纤维层时纤维的迎面阻力造成的。下面介绍滤纸与阻力密切相关的几个主要技术指标：（1）透气度是滤纸首要考虑的性能指标，滤纸的透气度越大说明透气性越好，原始阻力也越小，反之则相反。透气度与阻力之间存在着相反的定性关系。

（2）滤纸的厚度能够限制滤清器的最大过滤面积，也就是说增大滤纸的有效过滤面积也对滤清器的阻力有重要影响，这是因为增大有效过滤面积，穿过单位面积的气流速度就降低，所以空滤器的阻力就会变小。为了增大过滤面积，滤芯做成各种形状，使用最多的是圆柱形。

（3）如果过滤材料为非织造布，它是以化学纤维为主要原料，它的特点是阻力低、过滤效率高、储灰能力大,但是挺度、强度差一些,为弥补这一缺陷,将滤纸作底衬,形成滤纸和非织造布的复合材料。比较纤维直径也能辨别阻力大小，纤维细，单位体积内的纤维数量就多，气流围绕纤维运动产生的阻力就大，反之，纤维粗产生的阻力就小。

我们对不同型号滤材的性能指标以及空滤器的流量阻力进行了相关试验，前提是空滤器其结构形式、透气度试验的测试压力、空滤器的试验流量均为相同试验条件，试验结果整理见下表1。

表1过滤材料试验参数与空滤器阻力对比分析

过滤材料透气度

L/min·cm2

厚度

mm

空滤器阻力

kPa

FK3517空气滤纸7.21 1.19 2.47

P191033空气滤纸8.630.74 2.34

HV进口空气滤纸9.570.45 2.19

国桥200空气滤纸13.350.56 2.08

（二）空滤器的结构

空气滤清器的结构种类多种多样，一般我们主要采用改进空滤器出气管的结构形式来降低进气阻力。

（1）有时为了满足整车布局需要，空滤器出气口必须转900，这时出气管有三种结构形式（见图2、图3、图4）。

对以上三种结构的出气管进行了进气阻力试验，前提条件是空滤器内部结构形式是相同的，根据试验结果得出的阻力变化见阻力曲线图。

我们从阻力曲线图中可以很直观的看到：图2采用两节呈直角形式的出气管，气流经过出气管所产生的紊流相对比较剧烈，所以阻力最大；图3采用三节过渡形式的出气管，气流经过出气管所产生的紊流相对比较缓慢，所以阻力较小；图4采用圆弧过渡形式的出气管，气流经过出气管几乎不产生紊流，所以阻力最小。

（2）空滤器出气口的尺寸尽可能的接近空滤器内滤芯的出口直径，也就是说空滤器出气口与内滤芯的尺寸尽量一致。这也是降低阻力的一种方式。

（3）若空滤器出口（与对方的连接尺寸）比空滤器内滤芯的出口直径小的多，可以采用变径管过渡并且变径时必须渐渐过渡，这种出气管结构是降低阻力很有效的方式。具体应用实例见下图（图5）：

（4）若空滤器进气口方便布局的情况下，进气口可以采用偏心方式，目的是加大气流通道面积，这样能够减小气流在空滤器进气口所产生的紊流，从而降低阻力。具体应用实例见图6。

我们对四种进气口偏心与同心方式的空滤器进行了阻力试验，前提是空滤器的试验流量均为相同试验条件，试验结果整理见下表2。

表2进气口偏心方式与同心方式阻力对比分析

偏心方式阻力（kPa）同心方式阻力（kPa）

2.12 2.44

2.25 2.57

2.19 2.36

2.04 2.28

结论与展望

结论

从前面的对比分析可以看出，影响空气滤清器进气阻力的两个主要因素中，过滤材料的阻力对其进气阻力影响较小；空滤器的结构阻力对其进气阻力影响较大，那么选择阻力低的过滤材料、改进并优化空滤器的结构是降低进气阻力行之有效的方法。并且为主机厂选择合适的空气滤清器，提供依据。

展望