魏思宇 李旭

摘 要：汽車(chē)尾氣中含有大量顆粒物，隨意排放必將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。將進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣通過(guò)空氣濾清器進(jìn)行過(guò)濾，得到的清潔空氣可以使燃料燃燒得更充分，排放的汽車(chē)尾氣中所含的顆粒物就會(huì)減少。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的磨損也會(huì)得到減輕，進(jìn)而延長(zhǎng)了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。但同時(shí)，空氣濾清器也會(huì)增大發(fā)動(dòng)機(jī)的能耗，為此，眾多學(xué)者設(shè)法通過(guò)改進(jìn)空氣濾清器的結(jié)構(gòu)來(lái)獲得更小的壓力損失。

關(guān)鍵詞：售后市場(chǎng);汽油濾清器;安全性;標(biāo)準(zhǔn)

引言

氣濾清器主要用于氣動(dòng)機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)械等領(lǐng)域，作用是為這些機(jī)械設(shè)備提供清潔的空氣，以防這些機(jī)械設(shè)備在工作中吸入帶有雜質(zhì)顆粒的空氣而被磨蝕和損壞。空氣濾清器主要指標(biāo)為原始進(jìn)氣阻力、原始濾清效率、粗濾效率、實(shí)驗(yàn)室壽命，原始進(jìn)氣阻力決定整車(chē)油耗，原始濾清效率決定著發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命周期[1]，現(xiàn)在對(duì)原始濾清器效率要求越來(lái)越高，粗濾效率及實(shí)驗(yàn)室壽命決定空氣濾清器整個(gè)壽命周期，關(guān)系到用戶車(chē)輛使用成本，而空氣濾清器產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，必須通過(guò)相應(yīng)措施，確保產(chǎn)品滿足要求，本文列出了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中要點(diǎn)，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行要點(diǎn)控制，確保產(chǎn)品性能滿足要求。

1新型空氣濾清器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于現(xiàn)有的傳統(tǒng)空氣濾清器，其過(guò)濾效率與壓力損失難以兼顧，通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)提升了過(guò)濾效率也會(huì)相應(yīng)增加壓力損失，特別對(duì)于重型車(chē)，進(jìn)氣的壓力損失非常大。除此之外，濾清器中濾芯容易破損，這導(dǎo)致了產(chǎn)品壽命較短，不斷更換濾芯，也增加了車(chē)輛的保養(yǎng)成本。為解決傳統(tǒng)空氣濾清器中客觀存在的上述問(wèn)題，本文提出了在內(nèi)部增加錐體結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建一種新型濾清器的設(shè)想，其幾何模型。

當(dāng)空氣從濾清器的入口進(jìn)入后形成旋流，一部分會(huì)分散到主濾芯的四周，該部分空氣通過(guò)主濾芯進(jìn)行過(guò)濾，清潔空氣進(jìn)入濾筒內(nèi)部，進(jìn)而由出口排出;另一部分空氣流入到濾清器的底部，該部分氣體的過(guò)濾任務(wù)由錐體結(jié)構(gòu)承擔(dān)，最后再通過(guò)出口排出。很顯然，這種過(guò)濾方式可有效增加過(guò)濾面積，對(duì)過(guò)濾效率的提升提供幫助，還能減低壓力損失。

2汽油濾清器標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)

2.1汽油濾清器標(biāo)準(zhǔn)分析

目前汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用較為廣泛的汽油濾清器標(biāo)準(zhǔn)主要為QC/T918-2013《汽車(chē)用汽油濾清器試驗(yàn)方法》和QC/T48-2013《汽車(chē)電噴汽油機(jī)汽油濾清器總成試驗(yàn)條件》。QC/T918-2013《汽車(chē)用汽油濾清器試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容主要參考日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISD1608-1993《汽車(chē)汽油機(jī)用燃油濾清器試驗(yàn)方法》，并參考了德、日、美多家引進(jìn)產(chǎn)品對(duì)試驗(yàn)條件的要求以及JISD1601-1995《汽車(chē)部件振動(dòng)試驗(yàn)方法》。該標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了汽車(chē)用汽油濾清器總成性能試驗(yàn)方法，增強(qiáng)濾清器性能試驗(yàn)的可比性和可參考性，重點(diǎn)介紹了氣壓密封性試驗(yàn)、壓力降-流量特性試驗(yàn)、濾清效率和儲(chǔ)灰能力試驗(yàn)、濾芯耐高壓降試驗(yàn)、濾清器耐破損試驗(yàn)、液力脈沖疲勞試驗(yàn)、振動(dòng)疲勞試驗(yàn)、冷熱交變?cè)囼?yàn)、濾清器在汽油和乙醇混合液中的浸泡試驗(yàn)以及濾清器在汽油和甲醇混合液中的浸泡試驗(yàn)，包括試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)條件和試驗(yàn)步驟等。

2.2原始濾清效率

原始濾清效率是指裝有新濾芯的總成按規(guī)定的試驗(yàn)方法濾除特定試驗(yàn)灰塵的能力，以濾除灰塵的質(zhì)量占加入灰塵的質(zhì)量百分比（%）來(lái)表示。原始濾清效率標(biāo)準(zhǔn)要求仍是采用《QC/T770-2006汽車(chē)用干式空氣濾清器總成技術(shù)條件》[2]中的要求，效率為99.7%，但是好多主機(jī)廠對(duì)目前效率要求越來(lái)越高，阻力要求越來(lái)越低，大流量成發(fā)展趨勢(shì)?？諝鉃V清器原始濾清效率要求高于標(biāo)準(zhǔn)要求，提高至99.8%以上;國(guó)六階段車(chē)型進(jìn)氣系統(tǒng)更是要求空氣濾清器最大通過(guò)顆粒直徑達(dá)到20um;傳統(tǒng)濾紙已經(jīng)無(wú)法滿足設(shè)計(jì)需求，納米濾紙由此而生，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中必須充分了解客戶需求，注意濾紙的選擇。

2.3新型空氣濾清器與傳統(tǒng)空氣濾清器流場(chǎng)的對(duì)比

具有一定初速度的氣流進(jìn)入到濾清器時(shí)，必然會(huì)對(duì)濾芯產(chǎn)生沖擊，一定時(shí)間后，就會(huì)造成濾芯破損。相比于傳統(tǒng)濾清器，新型濾清器由于增加了一個(gè)椎體結(jié)構(gòu)，減小了風(fēng)速，這將使得濾芯的壽命得到延長(zhǎng)。此外，傳統(tǒng)濾清器的殼體四周，氣流的速度分布很不均勻，而增加了椎體結(jié)構(gòu)以后，起到了分流作用，很好地改善了均勻性，這也意味著氣流得到了更好的分布，充滿了整個(gè)濾清器，過(guò)濾效率將會(huì)得到提升。

3汽車(chē)售后市場(chǎng)用汽油濾清器標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)驗(yàn)證分析

（1）總成氣密性驗(yàn)證試驗(yàn)。T/CPQSA0001-2020要求：在500kPa的氣壓下，保壓時(shí)間不少于30s，總成不允許滲漏。驗(yàn)證試驗(yàn)后，原廠配件A、售后零部件B和售后零部件C三者均無(wú)泄漏，滿足總成氣密性要求。（2）軟件分析，目前有很大進(jìn)展，國(guó)內(nèi)技術(shù)已經(jīng)成熟，但是分析結(jié)果往往與實(shí)際出入較大，我國(guó)專業(yè)人士，通過(guò)不斷優(yōu)化分析條件，但是至今仍未有能夠準(zhǔn)確定量的方法，特別是在進(jìn)氣系統(tǒng)的CFD分析中，牽扯到產(chǎn)品成型工藝，從而分析結(jié)果與實(shí)際出入較大;而軟件分析能夠?qū)Ξa(chǎn)品設(shè)計(jì)階段提供有力支撐，但是產(chǎn)品性能最終仍需試驗(yàn)驗(yàn)證。（3）總成的耐高壓降驗(yàn)證試驗(yàn)。T/CPQSA00012020要求：將配置好的濃縮雜質(zhì)油按一定速率加入濾清器，被試濾清器壓差達(dá)到100kPa時(shí)保持5min后停止試驗(yàn);若中途壓力降突然下降，則應(yīng)終止試驗(yàn);試驗(yàn)后樣品應(yīng)保持完好，無(wú)明顯形變。驗(yàn)證試驗(yàn)后，原廠配件A、售后零部件B和售后零部件C樣品保持完好，無(wú)明顯形變，滿足總成的耐高壓降要求。（4）原始進(jìn)氣阻力，原始進(jìn)氣阻力是額定空氣流量時(shí)，新的完整試驗(yàn)件的進(jìn)氣阻力/壓力損失，原始進(jìn)氣阻力直接關(guān)系到整車(chē)油耗，為了降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用，需要通過(guò)軟件進(jìn)行CFD分析，來(lái)確定設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否可行，而通常進(jìn)氣系統(tǒng)CFD常規(guī)軟件有ANSYSFluent、STAR-CCM，通過(guò)軟件對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行分析，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化提供重要理論支撐。（5）總成的耐腐蝕性驗(yàn)證試驗(yàn)。T/CPQSA00012020要求：將被試濾清器放入體積百分比80%無(wú)鉛汽油+20%變性燃料乙醇中，在室溫下浸泡96h，進(jìn)行外觀檢驗(yàn)和氣密性檢驗(yàn);再用同樣的辦法進(jìn)行50%無(wú)鉛汽油+50%工業(yè)甲醇混合液浸泡試驗(yàn);試驗(yàn)后，不允許有開(kāi)裂、變形、滲漏等缺陷。驗(yàn)證試驗(yàn)后，原廠配件A、售后零部件B和售后零部件C樣品均無(wú)開(kāi)裂、變形、滲漏等缺陷，滿足總成的耐腐蝕性要求。（6）通過(guò)數(shù)值模擬及仿真研究得出了空氣濾清器內(nèi)、外徑為150、170mm時(shí)，整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化后流通阻力損失為13.38kPa，降低了68.5%，速度值為137m/s，降低了44.7%，流通阻力損失較低、空氣流動(dòng)均勻度高、過(guò)濾效果較好，同時(shí)速度產(chǎn)生的速度沖擊力較小，空氣濾清器使用壽命更長(zhǎng)。

結(jié)束語(yǔ)

（1）本文提出了的帶有內(nèi)部錐體結(jié)構(gòu)的新型空氣濾清器可提升流場(chǎng)的均勻性，這有利于提高過(guò)濾效率，減小過(guò)濾負(fù)荷，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命;（2）新型空氣濾清器可顯著降低壓力損失，降幅可達(dá)20%;（3）采用k-ε模型及多孔介質(zhì)模型對(duì)空氣濾清器流場(chǎng)進(jìn)行模擬具有可行性，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值之間誤差不超過(guò)11.32%。

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