棕丝网滤芯在油浴式空气滤清器中的应用探讨

0 前言

随着现代化工业不断快速发展的同时，不可再生资源在不断减少，对制造业项目的节能、环保、绿色的呼声越来越高。“环保节能”是目前汽车行业发展的趋势，滤清器行业伴随着汽车行业的发展在环保节能方面也提出了迫切的需求，目前我们国家油浴式空气滤清器一般用于农业机构和船用动力，其滤芯采用铁丝绒滤芯较为普遍，然而采用铁丝缠绕的滤芯不但消耗大量的金属，在使用的过程中还较易产生铁锈对发动机造成二次污染，如果使用劣质的较易断裂的铁丝进入发动机系统将会造成更大的事故，为了适应国家的环保节能政策，我们作了许多创新设计及试验工作。

因而，我们开发出一种新型的油浴式空气滤清器将滤芯采用棕丝网滤芯代替铁丝绒滤芯，该新型产品即可独立使用，又可与其他空滤器复合使用，本文就该新型油浴式空气滤清器优缺点以及今后的发展作些介绍和探讨。

1 传统油浴式空气滤清器构造及原理

油浴式空气滤清器是空气滤清器的一种，位于发动机进气系统（图1），作用是滤除进气中的灰尘，为系统提供清洁的空气，保护发动机的气缸、活塞及活塞环，延长发动机的使用寿命。

油浴式空滤构造简单，以金属丝、聚氨酯和棕丝网等作为主要滤材。原理：当含有杂质的空气通过油底壳，使空气中的杂质与油品接触，并使之附着油膜，急速旋转的气流将机油带起，利用机油的粘性吸附住空气中的杂质，而机油所产生的油液颗粒则会被铁丝及其他滤芯所吸附和拦截，使被油膜包裹的杂质粘附在铁丝滤芯或其他滤芯中，这样空气中的杂质就被有效的去除而达到了滤清的效果。

图1 空气滤清器在进气系统位置

2 采用新材料棕丝网滤芯油浴式空气滤清器的优缺点

采用棕丝网产品与原有过滤系统采用的铁丝网的油浴式空气滤清器产品相比具有重量轻、耐酸碱性强、振动噪声小、成本低等特点；但这种新型油浴式空气滤清器过滤系统的主要缺点是清洁度不高，相对于过滤系统采用的铁丝网的油浴式空气滤清器来讲，内部棕丝网制作的滤芯需要经常更换，所以此空气滤清器现在主要用于流量较小的油浴式空气滤清器上。铁丝绒滤芯是镀锌钢丝做成人字形弯曲后两根合并成一股缠绕而成，工艺较为复杂。而棕丝网是从棕树上取下的棕丝，经过特殊的工艺处理，使其棕丝在拉伸强度、耐油性等方面符合其过滤特性，再盘绕成形即可，相对工艺较为简单。在棕丝网上下方各增加一层120目不锈钢丝布护网，对棕丝进行简单的防护，便可以达到提高其清洁度指标值的目的。铁丝绒的直径一般在0.35～0.45mm左右，在装配或长期使用中钢丝较易折断，折断的铁丝如果被吸入发动机进气道中的气缸中，会损害发动机的汽缸，影响发动机使用寿命。

3 新材料油浴式空气滤清器的结构原理及流量设计计算

3.1 结构原理

棕丝网油浴式空气滤清器的过滤原理是借助进气流的力量将油盆中的机油吸引到棕丝网滤芯中，然后机油在重力的作用下通过棕丝网化为无数小油滴淋下，与吸入的空气迎面冲淋油浴，使空气中的灰尘与油滴结合而落下以达到滤清的目的。此种环保节能型油浴式空气滤清器（图2），包括外壳分总成、出气管、进气管、密封圈、存储油盆、精滤芯和预滤芯等，其特征在于：滤芯上下端盖之间的滤材为绒状棕丝网，棕丝网上下方各设置一层120目不锈钢护网。

图2 环保节能型油浴式空气滤清器进气走向

汽车发动机在工作的过程中，需要大量的清洁空气在机体内燃烧，通过油浴式空气滤清器，将未过滤的外来气体通过进气管直接进入滤清器的机油盆内，在空气滤清器底部油盆中存一定高度的机油，利用进气气流急转冲击机油，将杂质分离并粘滞在机油中，而被激荡起的机油雾滴随气流流经外壳分总成的滤芯下盖和一层护网进入盘绕成柱形的棕丝网中，在进入盘绕成圆柱形棕丝网之前，护网起到了预过滤的作用，再经过盘绕成圆柱形棕丝网的精滤，这样含有杂质的机油经过经油雾浸润的滤芯时被吸附，粘附在滤芯上，在棕丝网精滤的过程中，可能会产生一些断棕丝，因而气流在到达发动机之前，再经过护网过滤，将起到阻止较大折断的棕丝径通过滤芯上盖进入出气管，从而最终对进入汽车发动机的空气起到清洁的作用，即使有部分棕丝进入发动机也会在气缸内燃烧掉，不会对发动机造成损害，该滤清器维护保养时仅需更换棕丝网制作的滤芯即可。

随着发动机功能逐渐强化，机械负荷，热负荷，日趋严重，使用单独油浴式空气滤清器时，其过滤效率不是很高，很容易造成发动机早期磨损，目前我国许多主机厂采用国外先进的发动机配套系统，其燃油系统对进入空气的清洁度要求相当严格，这就需要我们采用更加严格的过滤装置来过滤清洁气体。

因而我们在产品设计时，比较常见的是与纸质空滤器组合形成复合式空滤器。上游采用油浴式空气滤清器作为粗滤器，下游为纸质空滤器，作为精滤器构成复合式空滤器，纸质空滤器与油浴式空气滤清器出气管相连（图3），这样粗滤后的空气进入滤清器滤芯（纸质）进行精滤，可大大提高过滤精度，随之进入发动机系统做功。这样过滤效果更好，缺点是进气阻力较大，因而可用于大功率的工程机械。

图3 复合式空滤器连接方式

3.2 流量设计计算

对油浴式空气滤清器来说，要知道其阻力多大，是否适合与其相匹配的发动机，首先要对其额定空气流量进行计算，在发动机的进气系统中，其额定进气流量是可以通过发动机的台架试验测得的，这是发动机最确切的额定流量。用这种最确切的额定流量测定与之相匹配的空滤器的进气阻力，是该空滤器最准确的进气阻力，但是在进行各种空滤器性能试验之前一般是不可能知道这样确切的额定流量，只能通过经验公式来计算。单位:立方米/小时(m3/h)。

自然吸气式发动机进气额定流量计算:

Q=0.03·n·Vh·ην·ε

Q—额定空气体积流量，m3/h；

n—发动机转速，r/min；

Vh—发动机总排量，L；

ε—脉冲系数，与发动机汽缸数有关系，单缸机为3，两缸机为2，4缸机及以上均为1；

ην—充气系数，柴油机取0.85，汽油机一般取0.75。

自然吸气汽油机冲气系数与汽油机的转速有很大关系，根据SAEJ726-1993推荐：

ην为 0.8，发动机的转速＜2500r/min；

ην为0.75，发动机的转速在2500～3500r/min；

ην为 0.70，发动机的转速在＞3500r/min；

按这样分档计算出来的额定空气流量值必然更加确切。

4 结束语

综上所述,使用棕丝网滤芯与原有过滤系统采用钢丝网滤芯的油浴式空气滤清器相比具有重量轻、耐酸碱性强、振动噪声小、成本低等特点，为了减轻油浴式空气滤清器自身重量，现在我公司已经把部分预滤芯分总成的外壳改成了塑料件，不但环保，并且还降低了使用成本和加工成本。

从而实现了节材、降耗，提高了发动机使用寿命，棕丝网滤芯可广泛用于流量较小的油浴式空气滤清器上，对当今倡导节能型社会和环保型社会有着十分重要意义。