一种新型高效空气滤清器的设计研究

2018-10-22赵金国

汽车实用技术 2018年19期

赵金国

（西京学院，陕西西安 710123）

引言

汽车空气滤清器位于发动机进气系统中,它是由一个或几个清洁空气的滤清器部件组成的总成,主要负责清除空气中的微粒杂质的装置。其主要作用是滤除将要进入汽缸的空气中的杂质，以便空气进入发动机参与燃烧。现在汽车发动机多采用干式纸质空气滤清器。干式空气滤清器是通过一个干式滤芯，（如纸滤芯）将空气中的杂质分离出来的滤清器，纸质干式空气滤清器的滤芯采用经过树脂处理的微孔滤纸制成，为增加过滤面积滤纸连续做V型折叠后围成圆筒状。空气留过滤纸时，滤纸将杂质阻挡并粘附。由于我国南方和沿海地区由于季节的空气湿度较大，滤纸容易受潮，导致滤清器过滤阻力增大，影响发动机进气效率，使发动机功率下降。

本文设计了一种新型高效空气滤清器装置来实现潮湿度较大环境下延长发动机滤清器的使用寿命，实现了进气系统最佳工作特性，其采用静电除尘、水雾除尘和压缩干燥等设计，对空气进行了深度的过滤和干燥。由发动机ECU根据传感器控制罗茨压缩机压缩空气，以达到空气冷凝并将水排出、提高进气效率的目的。

1 基本结构和工作原理

1.1 基本结构

本设计适时地提供了一种高效的空气滤清器，其结构如图1所示。包括外罩、滤纸和中心筒。滤芯中心筒呈圆柱管状，中心筒的筒壁上分布有若干个通孔，滤纸沿中心筒的圆周方向连续作V型折叠后围成滤纸圆筒。外罩由一个金属圆柱筒构成，在外罩上设有若干个圆柱体斜孔，任意一个圆柱体滤芯斜孔均贯穿外罩的筒壁，任意一个圆柱体斜孔的轴向均与外罩的轴向相交并呈小于90度的夹角。滤芯圆柱体斜孔底部设置有进气管，进气管上方设置有若干层静电除尘器，每个静电除尘器的上下表层设置有吸尘板，吸尘板通过马达设置在滑轨上，吸尘板的表明设置有绝缘橡胶层，绝缘橡胶层上设置有吸气孔，静电除尘器的上方设置有过滤水槽，所过滤水槽下方设置有弯折式管路，弯折式管路上设置有补水管。这里所指过滤水槽上设置有U形溢流管，圆柱体斜孔外壁上设有补水管和U形溢流管相连接的螺纹口，过滤水槽上方设置有若干层雾化喷嘴，雾化喷嘴同心设置，各个雾化喷嘴由内到外直径逐渐变大，雾化喷嘴与过滤水槽之间设置有加压泵，雾化喷嘴内设置有网状雾化板，雾化喷嘴的上方设置有罗茨压缩机，罗茨压缩机的出口连接有冷凝管，冷凝管的出口连接有调压阀。滤清器装置圆柱体斜孔的内部结构，如图2所示。

图1 滤清器结构示意图

图2 滤清器装置圆柱体斜孔的内部结构示意图

1.2 工作原理

当含有水分的空气进入圆柱体斜孔后，通过静电除尘器利用静电吸附原理对空气中的悬浮颗粒进行吸附，吸尘板在马达的带动下对静电除尘器吸附的灰尘进行清理，通过水槽的设置，进一步除去了粉尘。弯折管路可以延长空气在水中的过滤时间，通过加压泵的抽取，水槽中的水通过网状雾化板的雾化，以多层水雾向下喷洒，进一步对空气进行过滤净化。经过水雾净化的空气湿度增加，通过罗茨压缩机压缩后水汽的露点降低，在冷凝器管中凝结分离，沿斜孔流出，过滤后的空气得到了干燥，到达滤纸圆筒的外圆周，再经过过滤后进入中心筒，避免了滤纸受潮，过滤水槽通过补水管路不间断补水，U形溢流管进行溢流排水，保持过滤水槽的水洁净度，通过调压阀，可以控制出口气流的压力。

2 实验仿真研究

空气滤清器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，在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，水能使纸质空气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变脆，所以即使车辆的行驶里程数很低滤芯的使用寿命必须限制在五年以内，因为此时在高温和较高机械负荷作用下，不能排除空气滤芯损伤的可能。不同粒径粉尘的坍塌角随环境湿度变化，如图3所示。相对湿度小于 100%的直线部分求斜率，即可得到坍塌角随环境湿度的增加速率[1]，如图4所示。