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发动机进气滤清器
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先进的轿车用中型发动机(60KW的输出功率)在运行时,每分钟大约需吸入6m³的空气。按照不同的使用方式和场合,³[4]范围内变化。在轿车的整个使用期内进入发动机的污染物或颗粒的总量可按照下法估计:1kg燃油在完全燃烧时,³的空气。假定每年的行驶里程数为20000km,燃油消耗率约为8L/100Km,发动机每年吸入和空气量应为12400m³。假设车辆使用期为十年,。-2000µm。占灰尘总重量75%的尘粒直径在5-100µm范围内。在这方面,总体分布和浓度系数取决于周围环境状况。图10所示为不同使用条件下灰尘的平均质量浓度。
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如果空气质量不佳或滤清器效果不佳,这些灰尘颗粒将回进入发动机,并且部分会进入机油内。机油会把灰尘带到一些关键机械区域,例如:缸套,活塞,活塞环和连杆之间的运动间隙中,导致零件的磨损[5]。
空气带入的尘粒不但会导致发动机部件的磨损,而且也会沉积在位于空气滤清器出气端的灵敏的空气流量计上。该传感器主要任务按测得的空气流量向燃油系统给出计量信号。如果所测得的信号发生偏差,将导致系统功率损失并且增加燃油消耗和增加有害气体排放。%(轿车)%(商用车)。从而可使灰尘的吸入量和由此产生的磨损显著减少。
评价空滤介质性能的特性参数
人们对先进的空滤介质的期望是过滤介质必须能满足主机客户提出的过滤方面的技术参数,如:在任何工况条件下达到容灰量和总体过滤效率方面的规定。过滤介质必须具有很高的抗脉冲能力,在动态条件下,即在发动机脉冲的影响下,不让灰尘穿透过滤介质。此外,典型的滤芯折叠结构(使滤芯在最小的安装空间内获得很高的过滤面积。(见图11)在水进入滤清器时也不能有任何变化。当车辆在细雨或大雨中驾驶时,经常可能发生类似情况。此外,优质的空滤过滤介质必须能抗御发动机的机油,燃油蒸汽和曲轴箱排气。这些物质均可能经由发动机进气或因气体弥散作用(当发动机停止工作时)进入介质。最后,这类材料必须具有很高的热稳定性,因为在车辆行驶时,滤芯的温度可达90摄氏度。
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有关材料的特性参数
汽车行业用的空滤介质由天然纤维(纤维素)或合成纤维(例如聚酯纤维)层组成。过滤介质的特性参数包括单位面积重量,厚度,透气性(DIN 53 113),阻燃等级(DIN 53 438)和纤维直径及长度等。纤维素和主要
合成纤维的直径在10-50µm范围内。熔吹纤维(合成纤维)具有更细的直径。,一天然纤维为主的空滤介质的单位面积重量约为100g/m²。各种空滤介质的一些特性参数见表2。
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容灰量
在开发新型过滤介质材料时首先要考虑的是滤清器的维护间隔时间要长,即滤芯的容灰量要高。在轿车反面,在安装体积不变的前提下,人们追求的是滤清器维护养护周期为km。在商用车方面,上述目标已经通过增加滤清器的体积被达到且远远超过。
达到上述目标的先进过滤介质均有一种分级密度的机构。图13所为一种无纺纤维材料,与进入空气侧相比,它在清洁空气一侧的密度要高得多。鉴于这种可控渐进密度,人们利用这类过滤介质内的不同密度层有选择的对不同大小的尘粒进行最佳的过滤。这类过滤介质由此可获得大大高于传统过滤介质的容灰量。
以天然纤维为住的标准过滤介质的容灰量最多为220g/m²。先比相比之下,具有相同过滤效率ŋ有分级密度结构的无纺纤维材料的容灰量可达900-1100g/m²。当采用合成纤维无纺材料过滤介质时,其滤芯的尺寸要比用天然纤维过滤介质制成的滤芯小。
按照ISO 5011标准,采用合成纤维无纺材料制成的滤芯在容灰量方面要比纸质滤芯高出50%。初步的实验表明,用这类过滤介质容灰量最终比纸质滤芯可增加150%。
纸褶的几何形状对于滤芯的性能有很大影响。只有当纸褶检举不变时实验室中才能获得整个滤清器使用寿命中的灰容量。这种纸褶的稳定性其一可通过浸渍处理获得。它能显著改善天然纤维的抗弯强度,保护纤维不受外界环境影响。此外可对空滤介质进行压印处理,这能使纸褶相互支撑,使滤芯变得更稳固。对于全合成纤维材料不做浸渍处理的过滤介质,压印工艺起着特别重要的作用。例如波纹状结构就是这种工艺成功的证明。
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为了研究纸褶在水的作用下将如何变形和由此引起的滤芯压降变化,我们进行了一项实验,即在进气中喷水来模拟雨天。图表中曲线所示为分别装有浸渍处理纸质滤芯和合成纤维滤芯的空气滤清器的压差变化的比较。水能使纸质滤芯的压差迅速提高,而对合成纤维滤芯而言影响不大。
尽管浸渍保护处理但纸质滤芯会老化和