湿式无纺布安全滤芯的试验研究

1 安全滤芯的作用

安全滤芯，顾名思义，对发动机进气口能起到一种安全防护作用;根据《ISO 5011:2000》和《SAE J726 2002》的概念，安全滤芯主要目的，在汽车保养时刻，拆下空气滤清器主滤芯，不至于使发动机进气口，直接暴露于作业场地，避免杂质进入增压器进口;其次，当主滤芯漏装，或者当主滤芯破损，过滤失效的情况下，在短期内，安全滤芯还可以起一定的防护作用。安全滤芯处于主滤芯的下游，安装在主滤芯的内部或者主滤芯的后边，它的过滤面积很有限，为了使空滤器总成的阻力不致于过度增大，安全滤芯介质材料孔隙度必须大于主滤芯才能可取。这样一来，处于主滤芯下游的安全滤芯，若想继续拦截透过主滤芯的灰尘粒子，在理论上已经没有可能。所以，美国《SAE J726 2002》明确指出，安全滤芯的目的，不在于提高滤清效率;事实上，再好的主滤芯，总有部分灰尘透过。因此，使安全滤芯具有安全保护作用，兼有充分过滤效率功能，这才是真正的“安全”滤芯。

目前，安全滤芯多数用无纺布，少数用滤纸，主要问题是阻力过高。至于安全滤芯效率，尚无评价标准。

2 滤清效率及发动机寿命

发动机的磨损主要取决于磨料磨损，其表现形式为活塞环、活塞环槽间隙较大、气缸镜面拉伤;进气清洁度系磨损的关键因素。上世纪八十年代初，车用柴油发动机的大修里程平均为25 万公里。空气滤清器总成效率定为99.0%，基本满足要求。

现代车用柴油机使用寿命达到100 ～120 万公里，空气滤清器全寿命滤清效率99.0%，已经难以满足发动机的要求。空气滤清器效率指标有提高的趋势，要求空气滤清器全寿命滤清效率提高到99.7% ～99.9%，这个指标相当严酷，要想达到并非易事，安全滤芯的改进提高势在必行。

空滤器效率从99.0%提高到99.9%，到底是什么概念，它和发动机大修里程有什么关系呢?作者曾为中国一汽解放汽车CA6102 发动机，关于摩擦磨损做过深入的试验研究，通过发动机100 小时强化试验，以及6 台CA141 解放牌汽车5 万公里各种路面的道路试验，得出了空气滤清器的效率与发动机磨损的内在关系〔1〕。当空气滤清器效率从99.0%提高到99.9%，发动机的大修里程，能够提高一个数量级，这一点恐怕不见得被广泛认识到。

3 空气滤清器过滤介质的过滤机理

空气滤清器的滤芯多数为微孔滤纸，滤纸比较薄，属于表面过滤，类似筛网，以筛分为主。无纺布较松软，密度低于滤纸，孔隙度较大，干式无纺布作为滤料，滤清效率并不高。空气中的粒子绝大多数为石英，为光滑的球形和圆锥形，石英颗粒与干式无纺布之间摩擦力很小，粒子与介质孔隙之间没有吸附力，粒子很容易穿过介质孔隙。只有部分大颗粒才能被拦截，干式无纺布过滤效率很低。

1986 年长春一汽换型车CA141，采用纸质空气滤清器，发动机出现早期磨损问题，笔者负责空气滤清器设计，选用丙烯涤纶，调节密度，孔径，经过涂油处理，代替K2712 滤芯，滤清效率和储灰量有了明显的提高;

原因在于，涂油后的过滤介质，由干式变成湿式，即过滤介质的过滤机理发生了变化。无纺布为化学纤维，对特定的混合液有浸润现象，纤维表面分布一层极薄的油膜，由于毛细管作用，油膜会渗入无纺布层。纤维分布油膜之后，与灰尘粒子之间理化作用发生变化，粒子经过带有油膜的无纺布纤维层，产生一种附着力，容易将粒子粘结在过滤介质内，而且过滤出来粒子粒径小于滤料孔径。

这种湿式无纺布滤芯，使粒子与滤料孔径之间，产生一种粘着力，使滤料扑捉粒子的机会大大增加，从主滤芯透过的粒子，有可能再次被安全滤芯拦截，有望改变“安全滤芯的目的不在于提高滤清效率”的观点。

4 油湿式无纺布的制备

选用广州三立无纺布有限公司提供的无纺布，配制合适的混合油液，混合油液有合适的粘度，流动性，无纺布材料对混合油液有充分的浸润作用，使材料纤维形成薄薄的一层油膜，油膜长期稳定保持，而不会挥发破坏。

混合油液配制，原始油液为，车用-10 号柴油，CF4 -20W-50 柴油机油，按4:1 比例使油液充分混合。

油湿处理，用毛刷沾油往滤料表面轻轻涂抹，最好设计专用设备，一面转动滤芯，一面用喷嘴喷涂。混合油液用量控制在0.0025g/cm2 ±0.0005 g/cm2. 范围内，一只55A 滤芯仅用5g 混合液。

5 试验结果

5.1 进气阻力

试验采用YL55A 空气滤清器，带叶片环，纸质主滤芯，作为基础试验件。额定空气流量1900m3/h。安全滤芯分为以下几种:

纸质安全滤芯，

广州三立无纺布干式，

广州三立无纺布湿式，

沈阳无纺布干式，

沈阳无纺布湿式。

额定空气流量下，各种试验件的阻力及安装滤芯后阻力增值，列于表1。

表1 试验数据

图1 各种方案流量阻力曲线

5.2 无纺布安全滤芯效率

表1 和图1 的数据及曲线表明，沈阳无纺布，广州三立无纺布，涂油处理对进气阻力没有影响，即干式无纺布和湿式无纺布阻力是一样的;YL55A型空气滤清器，采用纸质安全滤芯，使总成阻力增加1.14kPa，沈阳无纺布阻力增加0.85 kPa，广州三立无纺布阻力增加0.37 kPa;纸质安全滤芯，沈阳无纺布安全滤芯阻力过高，QC/T770 -2006 规定安全滤芯的阻力≤0.5kPa ，三立无纺布阻力增加0.37 kPa，可以接受。

表2 效率试验数据

图2 安全滤芯的滤清效率

表2 和图2，给出几种安全滤芯滤清效率的试验结果，三立无纺布涂油处理，滤清效率提高幅度，明显高于沈阳无纺布。干式三立无纺布的效率，远低于干式沈阳无纺布，但三立无纺布涂油后，变成湿式无纺布，滤清效率超过干式沈阳无纺布，与湿式沈阳无纺布的效率，已经非常接近。表明，湿式三立无纺布，与干式无纺布比较，过滤机理发生了变化，对粒子的拦截功能有了质的变化。

6 安全滤芯二次过滤的功能

采用“安全滤芯绝对称量法”，把安全滤芯作为空滤试验台绝对滤清器上游的第一级绝对滤清器，安全滤芯称量精度要求0.01g，通过全寿命试验，可以精确测定出透过主滤芯的灰尘质量，以及被安全滤芯捕获的灰尘质量;以奥斯龙非固化滤纸制作的YILI55A 型主滤芯为例，全寿命滤清效率结果列于表3。数据显示，无纺布安全滤芯具有捕获，拦截透过主滤芯的灰尘粒子的功能，安全滤芯对透过主滤芯的粒子拦截效率达到76.05%，已完全满足要求，可以判定湿式三立无纺布用作安全滤芯是可行的。

表3 试验数据

7 结论

7.1 无纺布安全滤芯，需要控制无纺布的技术参数，经过适当的湿式处理，用作安全滤芯是可行的;

7.2 无纺布的湿式处理工艺简单，容易操作;

7.3 湿式无纺布，降低了安全滤芯的阻力，比纸质安全滤芯阻力降低0.77 kPa，比厚纤维安全滤芯阻力降低0.48 kPa，装有安全滤芯的空气滤清器总成，其阻力明显降低;

7.4 湿式无纺布，湿式处理前滤清效率较低，湿式处理后滤清效率超过一般无纺布;

7.5 试验表明，在主滤芯效率较低的条件下，湿式安全滤芯可以继续起到过滤的功能，改变了“安全滤芯的目的，不在于提高滤清效率”的观点，扩展了安全滤芯的目的。