空气滤清器工作原理和滤芯材料

 

 摘要：空气滤清器是柴油发电机中过滤杂质的零部件，它以效率高、流动阻力低、维护方便等特点被广泛采用。空气滤清器的作用是清除空气中所含的尘土和砂粒，以减少气缸、活塞和活塞环的磨损，延长发动机的使用寿命，并可消除进气噪声。安装滤清器，增加了进气阻力，使输出功率有所降低。

 

柴油机空气滤清器滤芯过滤效率特性曲线

 

一、空滤器的工作原理

 

  由于柴油发电机工作造成的负压，含有灰尘等杂质的空气通过进气管以一定的流速被吸入空滤器，首先由于叶片环或导流板的作用，空气以一定的速度旋转，在离心力的作用下，经过一定的升程，空气中的较大质量的粒子被甩到外围，最后沉积到储灰盘或排尘袋中，这就是粗滤。而夹杂着剩余很细颗粒的空气继续前进将遇到空滤器滤芯，滤芯的主要组成部分滤纸将完成设计要求的对细小微粒的拦截作用。捕捉颗粒的空滤器滤纸并不是简单的起到筛网作用，它能捕集的颗粒比滤纸孔要小得多。有关捕集的机理如下：

1、直接捕获或拦截

  对于较大颗粒大部分由粗滤过滤掉，还有一部分被挡在滤纸外表面。

2、吸附

  当被过滤的流体通过滤纸的迷宫式结构时，尽管颗粒直径远比孔径小，但在静电吸附力下也将这些小颗粒吸附在滤纸上。

3、冲击陷入

  由于流速的关系，颗粒直接陷入滤纸纤维表面，从而阻挡一些较小颗粒。

4、过滤结块

  随着污物颗粒在滤纸表面不断积累，其自身形成一种过滤层，从而捕获更小颗粒，提高滤清效率，但阻力也在不断增加，直至最后完全堵死或达到压差。

  其中以拦截为主，拦截很大程度取决于几何因素，不仅意味着粗厚的纤维较细长的纤维能拦截更多的颗粒，并且也意味着旁邻的纤维也影响拦截的可能性。不管捕捉的机理如何，颗粒撞击纤维后的结局取决于纤维的性质及其表面结构，颗粒撞击纤维，依其撞击速度不同，或粘附于纤选维上或弹回。所弹回的颗粒失去部分动能，其再被捕集的机会又取决于邻近的纤维。即使颗粒已经粘附在纤维上，（由于布朗运动和撞击），仍存在被流动液体剪切力洗掉的机会。总之，由于捕集机理的复杂性，现在还不能测量微孔分布和颗粒去除效率之间的确切关系，事实上滤纸能捕集的颗粒大小要比它的微孔小得多。

  空滤器滤纸的内外表面不同，面对气流的表面滤层较疏松，透气度较好，而到另一面滤层较紧密，透气度较小。若两面装反，其堵塞寿命将下降30%左右。

  若空滤器达到使用寿命后继续使用会出现什么情况，经咨询国内相关专家和厂家，均未进行过专项研究。一般认为，从空滤效率来讲，经历一个不断升高然后下降的过程。空滤效率开始下降，说明滤纸开始出现轻微破损或击穿现象，若效率降到99%以下，可认为该空滤器已失效，已不能再继续使用。但该过程比较复杂，他受到滤纸性能、杂质成份、使用环境等多方面影响，很难定性测量和控制。

 

二、滤芯材料

 

  滤纸是空气滤清器乃至三滤最基本最重要的材料，空气滤清器的性能指标是靠滤纸来保证的，而滤纸的性能取决于原料，处理方法和造纸技术。

  微孔滤纸主要采用木浆，含量为88%~90%的纤维素，进行蒸煮处理，丝光化处理，配以皮革纤维、植物单纤维，化学合成纤维，以实现任意要求的孔径。为了提高滤纸的挺度，耐破度和工艺性，以前采用热固型树脂浸渍技术，称为固化滤纸，需要160℃~180℃，经10~15min的固化，这种热固化滤纸加工使用过程中，释放甲醛等有毒气体；而热塑型滤纸，称非固化滤纸，性能指标与固化滤纸相同，没有有害气体，安全低耗，德国BINEER公司和杭州新华纸业公司都有这种产品。

1、技术指标

  成品滤纸一般应有如下的技术指标：

（1）定量；

（2）厚度；

（3）瓦楞深度；

（4）透气性；

（5）空气阻力；

（6）耐破度；

（7）挺度；

（8）最大孔径；

（9）平均孔径；

（10）树脂含量；

（11）挥发率；

（12）抗拉强度。

  以下表1列出滤纸、非织造布、发泡聚氨酯（泡沫塑料）等常用滤料的性能范围与指标。

表1    几种滤料的技术指标

  所列数据表明，滤纸朝着定量下降、厚度减薄，孔径缩小的趋势发展。

2、滤纸各参数之间的关系

（1）最大孔径与平均流量孔径的关系

Y=0.002377X2+0.094X-0.9452

Y——代表平均流量孔径，X——代表最大孔径。

（2）最大孔径与过滤精度的关系

Y=0.00175X2+0.080527X-1.353

Y——代表标定过滤精度，X——代表最大孔径。

（3）透气度与最大孔径的关系

Y=0.01748X2-1.1X+20.9

Y——弗雷泽透气度，X——代表最大孔径。

3、壳体材料

（1）金属材料

  空滤器壳体，壳体前盖，壳体后盖，构成空滤器主体。安装在车辆或发动机上，在机械运行过程中，会产生振动，空滤器承受很大的应力，容易疲劳破坏。一般采用钢板冲压拉伸，焊接成型。为了提高冲压拉伸工序成品率，采用优质碳素结构钢板08AL。一套空滤器总成的零件，需要数十套模具和胎具，经过冲压拉伸，焊接，修磨成形，喷漆，涂密封胶，零件组装，之后通过性能试验，湿热盐雾试验，油漆层不剥落，金属不锈蚀。

  金属材料的缺点，需要模具多，大量的焊接设备，喷漆线，致使产品成本高；再好的设备和模具，也难以保证形状复杂零件的要求，钢板比重大，属先天不足。

（2）工程塑料

  当前，高强度工程塑料应用在空滤器壳体材料越来越多。值得注意的是，目前国外许多卡车进气系统，从进气帽，进气管路，进气管路内的旋流叶片，空气滤清器总成壳体，几乎都采用工程塑料注射成形。这种材料是热塑性塑料，聚丙烯（PP），密度0.89~0.91g/cm³，有较高的刚度、较低的韧性，为了改善性能，添加20%~30%玻纤。采用工程塑料的优点：

① 减轻重量，是机动车设计追求的目标，提高车辆的动力因数。

② 结构形状可以达到任意要求，将图纸的程序输入模具加工中心，加工出模具，精度高。

③ 零件几乎没有后处理过程，零件表面的光洁度取决于模具，可以是光滑的，带花纹的。

④ 塑料不腐不锈，是理想的材料。

 

总结：

  空气滤清器可简称气滤，其主要作用是对进入发动机的空气进行净化，而且滤清器也是一种帮助气缸在吸入空气前可以得到充分过滤的装置。一般是由壳体和滤芯组成，滤芯布置在壳体内；康明斯公司开发的弗列加空气滤清器容灰量高，使用寿命长。能够降低运营费用，挺度高，从而防止滤芯出现吸瘪现象，造成滤芯被击穿。

康明斯产品性能特点：
结构紧凑的柴油发电机组
皮带传动系统：带有自动张紧机构，使皮带免于保护
连杆：锻造连杆具有最大的结构强度
曲轴：经感应淬火锻造而成的钢制曲轴具有最大的强度和多次重磨能力
缸体：新型高强度设计使缸体的刚度提高32％，具有极高的耐久性
缸套：荣获专利的中止口设计使缸套具有最大的刚度，提高了活塞环的寿命
燃油系统：采用Bosch优质直列柱塞或转子高压油泵和喷油器，具有更高的燃油经济性
涡轮增压器：全部采用Holset增压器，HX40型带整体式废气旁通阀，进一步改善低速反应及动力性
活塞：铝合金活塞镶有两道耐蚀高镍铸铁环槽，提高了活塞和活塞环使用寿命，阳极化处理的活塞顶也有助于提高其耐久性
机油滤清器：组合式全流和旁通弗列加品牌，滤清效果近乎完美，提高了总机耐久性