自净式空气滤清器

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第一章 绪论
      机动车在行驶时，周围空气中含有大量的尘土，其成分大多是氧化硅、化铁及氧化铝等硬度很高的细小微粒。如果这些微粒进入发动机气缸、气门及活塞等处，则这些零件很快磨损、甚至报废。
由此可见，空气滤清器在发动机进气系统中具有重要作用。其功用可以
归纳为以下几个方面：
（1）滤去空气中的尘埃和杂质，将清洁的空气送入燃烧室，以减少气缸套与活塞之间、活塞组之间的磨损；
（2）防止大颗粒尘粒进入化油器，堵塞量孔；
（3）防止尘粒混入发动机的润滑油中造成各轴承摩擦部位的磨损；
（4）抑制内燃机的进气噪声。

1.1 本课题提出的目的和意义
1.1.1目的
     在传统空气滤清器采用的离心式滤清器的基础上，把油浴式空气滤清器引用到离心式空气滤清器中来，设计一种阻力小，自清洁，寿命长的旋风静电空气滤清器。
1.1.2 意义
   就极端多尘区工作的车辆而言，空气滤清器所使用的环境中尘粒平均含量高，而沙漠用车和一般环境的车辆使用的滤清器相同。传统的空气滤清器滤芯积尘而堵塞的速度快，积尘器更换周期短，活塞环、气缸套等零件使用寿命短，尤其是活塞环，长到三四个月，短到一两个月就要更换，更重要的是空气滤清器的保养、更换周期不易确定。然而，在沙漠偏远地带，环境恶劣，滤清器部件更换、保养、维修都比较困难，并且维修费用和停车损失都很大。据测定，在一般公路或高速公路上行驶的汽车，在气候良好条件下，空气中的含尘量约为 1~3mg/m3，在尘土很多的干燥地面上，车辆成队行驶时，空气中含尘量可达 30~40mg/m3。据有关资料计算，一辆 CA1092 型解放牌载货汽车，在含尘量为 1mg/m3的高速公路上行驶，如果不装空气滤清器，行驶10h 后，进入发动机气缸的尘土量可达 4.1g。
载重汽车实验表明，如不装空气滤清器，气缸磨损增加 8 倍，活塞磨损增加 3 倍，活塞环磨损增加 9 倍，连杆轴承磨损增加 5 倍。从而大大的缩短了内燃机的使用寿命。不但如此，国外曾做过这样的实验，把空气滤清器分别放在靠近马路中心与右边靠近马路边的位置，结果两辆汽车的使用寿命竟差 5~6万公里。
可见，设计一种滤清效率高，进气阻力小，更换周期长的空气滤清器，
无论是从提高车辆发动机的工作效率、经济性指标，延长发动机的寿命，还是从节省能源的角度来说都是非常有意义的。

1.2 课题的研究背景
1.2.1 空气滤清器的功能及其应用
    发动机在工作过程中要吸进大量的空气，如果空气不经过滤清，空气中悬浮的尘埃被吸入气缸中，就会 加速活塞组及气缸的磨损。较大的颗粒进入活塞与气缸之间，会造成严重的“拉缸”现象，这在干燥多沙的工作环境中尤为严重。空气滤清器装在化油器或进气管的前方，起到滤除空气中灰尘、砂粒的作用，保证气缸中进入足量、清洁的空气。
在汽车的千千万万个零部件中，空气滤清器是一个极不起眼的部件，因为它不直接关系到汽车的技术性能，但在汽车的实际使用中，空气滤清器却对汽车（特别是发动机）的使用寿命有极大的影响。一方面，如果没有空气滤清器的过滤作用，发动机就会吸入大量含有尘埃、颗粒的空气，导致发动机气缸磨损严重；另一方面，如果在使用过程中，长时间不给维护保养，空气滤清器的滤芯就会粘满空气中的灰尘，这不但使过滤能力下降，而且还会妨碍空气的流通，导致混合气过浓而使发动机工作不正常。因此，按期维护保养空气滤清器是至关重要的。

1.2.2 空气滤清器的分类
　  空气滤清器的型式有二种，即干式和湿式。
    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。轻型车(含轿车、微型车)所用的空气滤清器一般为单级。它的形状有扁圆或椭圆及平板式。过滤材料为滤纸或非织造布。滤芯端盖有金属或聚氨脂的，外壳材料为金属或塑料。在额定空气体积流量下，滤芯的原始滤清效率应不低于99.5%。重型车由于工作环境恶劣，它的空气滤清器必须是多数的。第一级为旋流式预滤器(如叶片环、旋流管等)，用于滤除粗大颗粒杂质，过滤效率在80%以上，第二级细滤是微孔纸滤芯(一般称作主滤芯)，其过滤效率达99.5%以上。主滤芯之后还有一个安全滤芯，其作用是在安装和更换主滤芯时，或在主滤芯偶然损坏时防止灰尘进入发动机。安全芯的材料多为非织造布，也有使用滤纸的。
       湿式空气滤清器包括油浸式和油浴式两种。
油浸式是通过一个油浸过的滤芯，将空气中杂质分离出来，其滤芯材料有金属丝织物的，也有发泡材料。
油浴式是将吸进的含尘空气导入油池而被除去大部分灰尘，再在带油雾的空气向上流经一个由金属丝绕成的滤芯时作进一步过滤，油滴和被拦住的灰尘一起返回到油池。油浴式空气滤清器一般用于农业机构和船用动力。
空气滤清有惯性式、过滤式和油浴式3种方式：
　　①惯性式：由于杂质的密度较空气的密度大，当杂质随空气旋转或急转弯时，离心惯性力的作用能使杂质从气流中分离出来。
②过滤式：引导空气流过金属滤网或滤纸等，将杂质阻挡并粘附在滤芯上。
③油浴式：在空气滤清器底部设有机油盘，利用气流急转冲击机油，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滤芯，并粘附在滤芯上。空气流过滤芯时能进一步吸附杂质，从而达到滤清的目的。

1.2.3 空气滤清器的失效形式
    空气滤清器的失效一般来说有三种形式：机械失效，过滤失效，堵塞失效。在分析其失效原因时，首先要考虑到是什么原因使得空气滤清器失效。致使空气滤清器失效的因素有很多，而结构因素，环境因素，工艺因素，材料因素和运输因素是不可忽视的。他们使空气滤清器产生不同程度的机械失效，过滤失效，堵塞失效。


1.2.4 空气滤清器的国内现状
    “十一五”期间国内汽车工业将从超高速增长，进入平稳、健康、快速的发展阶段。而汽车零部件则将继整车高速发展后，进入快速发展的高峰期。汽车保有量的增加，整车产量的上升，全球采购向中国的转移等，都给国内滤清器行业发展带来机遇。整车自主品牌的发展，以及激烈的市场竞争迫使整车生产企业希望通过提高国产化率加大国内采购量以降低其成本，也给有条件的内资滤清器生产企业扩大配套带来了新的契机。OEM 系统配套、模块化供应将逐渐成为潮流。在“三滤”（空气滤清器、机油滤清器和燃油滤清器）基础上集合其他功能而形成的进气系统模块、润滑系统模块、燃油系统模块为滤清器生产企业带来了机遇和挑战。
随着滤清器技术进步和滤清器产品品质的不断提高以及油品的改善，滤清器的使用寿命也会相应延长。“十一五”期间国内滤清器产品将出现绝对需求（总量）增长，相对需求（单车年消耗）将减少。
    根据中汽协会车用滤清器委员会组织编制《汽车滤清器“十一五”专题规划》预测：“十一五”末，各类车用滤清器产量达到10 亿只（套）。其中国内销售5.7 亿只（套），出口4.3 亿只（套）。

1.2.5 滤清器行业存在的主要问题
    目前滤清器行业存在主要问题有：企业规模小、生产集中度低，低水平重复建设现象严重，低端产品生产能力过剩。国内滤清器行业企业众多，投资分散，企业规模普遍偏小，生产集中度相当低下。即便是大企业，销售额最多的企业也仅有3 亿多元，市场占有率不到5%，行业前五名企业的市场占有率不足13%。
    研发和技术创新能力薄弱。国内滤清器企业目前产品设计和制造技术基本上是模仿，产品研发能力薄弱，缺少原创技术。虽然国内主机的配套多已实现国产化，但基本上是对产品样件进行测绘，自主开发的全新产品绝少。大部分企业不具备自主开发能力，难以介入主机的前期开发，不能适应系统化、模块化供货要求。正因为如此，导致滤清器生产单位在与主机进行产品配套时议价无力。
    目前国内滤清器行业专业技术人员和管理人员十分匮乏，高层次的人才可
以说更是稀缺，人才断层非常突出，所有企业皆然。包括合资企业和外商独资企业人才本土化也同样困难。
1.2.6 空气滤清器的研究现状及发展趋势
    随着车用发动机向高速化、轻量化和环保型的发展，对空气滤清器的各方面要求也越来越高，空气滤清器的研制和设计正向着阻力小，环保，耐用的方向发展。
   重点开发以下新型滤清器产品和环境友好型产品：
   ●“无金属环保型滤芯”
   ●卡车无金属环保型全塑料空气滤清器总成和进气消声系统；
   ●“整体一次性使用的离心式机油滤清器”（采用全树脂为原料及缩短沉降距离技术，达到过滤精度小于等于2μ m 的要求）。
   注重产业协作。加强与过滤材料、装备制造等相关工业的合作，积极开展高精度、长寿命材料、轻型材料、可回收材料、环保材料等新材料的研究，为滤清器企业提供国产新型过滤材料和高效率工艺装备，减少进口，以进一步降低产品成本，提高生产效率，增强竞争力。
   加速标准化建设。以市场需求为导向，注意跟踪国际标准、先进国家标准的发展动态，及时吸收和采纳国际标准化组织和先进国家最新发布的滤清器技术标准，提高国际标准、先进国家标准的转化率和采纳度。积极做好国际标准的转化工作。
   在优化采用国际标准和先进国家标准的同时建立适合我国国情的新的技术标准体系。
   根据目前我国滤清器产品水平，劣质产品充斥市场的现状，制订过滤元件通用的产品标准，规范市场。

1.3 本课题的主要任务
针对目前空气滤清器的研究现状，本文主要完成以下方面的工作：
   1、分析、介绍离心式，油浴式空气滤清方式的原理及特点，根据现有空气滤清器存在的问题，找出解决方案。
   2、论证在车用空气滤清器使用的环境中，离心式和油浴式两种滤清方式相结合应用于车辆发动机进气系统，实现发动机进气滤清的可行性。
   3、设计符合实际的离心式，油浴式结合的空气滤清器。
   4、完成空气滤清器的整体设计和画出相关图纸。  

第二章  离心滤清器的原理及设计
2.1  离心滤清器的原理及分类
    离心滤清器的原理：
    空气进入旋风滤清装置时，气流将由直线运动变为圆周运动，由于惯性而沿外圆筒内壁运动，含尘气流在旋转过程中产生离心力，由于气流中粉尘和气体的密度不同，粉尘被甩向外圆柱筒的内壁，在入口速度的动量和向下的重力作用下，粉尘旋转并向下往积尘箱沉降。旋转下降的气流到达空气滤清器锥体部分时，因圆锥形的收缩而向滤清器中心靠拢。根据“旋转矩不变”的原理，其切向速度不断提高。当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从空气滤清器的中心，由原来的向下变为反转而上，继续作螺旋流动。最后，洁净的气流从小圆柱筒流出，而灰尘最终沉积到积尘箱中，达到滤清的目的。
    离心滤清器有以下特点；
   1．设备结构简单、造价低；
   2．滤清装置中没有活动部件维护方便；
   3．可耐达 4000C 的高温；
   4．可以承受高压(正压和负压)，用于对高压气体进行除尘；
   5．采用干式旋风滤清装置，可以捕集干灰，便于粉料的回收利用；
   6．滤清装置内敷设耐磨内衬后，可用以净化含高磨蚀性粉尘的烟气；
   7．对捕集微细粉尘(小于 5 µm )的效率不高；
   8．由于除尘效率随筒体直径增加而降低，因而单个除尘器的处理风量受 到一定限制。处理风量大时，要采用多个滤清装置并联。
   离心滤清器的分类

落叶纷飞

自净式空气滤清器第一章绪论

机动车在行驶时，环境中的空气质量对其发动机性能和使用寿命具有重要影响。当前，随着工业化和城市化的发展，空气中的尘埃和微粒日益增多，这对机动车的空气滤清器提出了更高的要求。本课题旨在研发一种自净式空气滤清器，以满足日益严格的空气质量要求和发动机保护需求。其主要目的在于通过创新技术，提高空气滤清器的过滤效果和使用寿命，进而减少发动机的磨损和维护成本。自净式空气滤清器的研发对机动车的性能和可靠性提升具有重大意义。

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针对机动车行驶过程中所面临的恶劣空气环境，本课题旨在研发一种自净式空气滤清器，旨在提高发动机的使用寿命和性能。通过该滤清器的应用，可以有效滤去空气中的尘埃和杂质，为发动机提供清洁的空气，减少发动机的磨损和故障率，从而提高车辆的整体运行效率和安全性。此外，自净式空气滤清器的研发也有助于推动汽车环保技术的进步，为改善空气质量、减少空气污染做出贡献。

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自净式空气滤清器是机动车发动机进气系统的重要组成部分。本课题的研究目的在于提高空气滤清器的过滤效率，延长发动机的使用寿命。通过研发自净式空气滤清器，旨在滤去空气中的尘埃和杂质，为发动机提供清洁的空气，减少气缸、气门及活塞等关键部件的磨损，同时防止大颗粒尘粒进入化油器或发动机的润滑油中造成堵塞和磨损。此外，优化空气滤清器的性能还能抑制内燃机的进气噪声，提升驾驶的舒适性和安全性。研究自净式空气滤清器对于提升发动机性能和保护车辆环境具有重要意义。

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自净式空气滤清器第一章绪论中提及了空气中大量尘土对于机动车发动机的损害及其可能产生的各种问题和磨损，明确了空气滤清器在发动机系统中的重要角色和功能。因此，本课题提出的目的是针对传统空气滤清器的不足，设计开发一种新型的自净式空气滤清器，其目标是：提高滤清效率，减少磨损和维护成本，同时抑制噪声，以提高车辆的性能和用户体验。我们致力于对新技术的研究和创新应用，以此确保发动机安全高效地运行。这对于改善空气质量、保护环境和保障驾驶员的安全具有重要意义。

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关于自净式空气滤清器的第一章绪论讨论，对于机动车发动机而言，空气中的尘土微粒对发动机内部零件的磨损和性能影响显著。自净式空气滤清器的研发目的，在于通过创新技术有效滤去空气中的尘埃和杂质，提供更清洁的空气进入燃烧室，显著减少发动机各部件的磨损，延长使用寿命。同时，其目标是防止大颗粒尘粒进入化油器及润滑油系统，避免量孔堵塞和轴承摩擦部位的磨损，并抑制内燃机的进气噪声，从而提升发动机性能、效率和安全性。该滤清器的研发，对于提升车辆运行效率和保障行车安全具有重要意义。

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针对机动车行驶过程中面临的恶劣空气环境，自净式空气滤清器的研究与开发展现出越来越重要的价值。其目的在于提高发动机的进气质量，减少因尘埃等杂质引起的发动机内部磨损，延长发动机使用寿命，同时降低因空气滤清器堵塞导致的性能下降风险。此外，自净式空气滤清器的应用还能抑制内燃机的进气噪声，提升驾驶的舒适性和安全性。本研究的意义在于推动汽车技术的进步，为环保和节能型汽车的研发贡献力量。