东风日产阳光轿车空气滤清器的设计.doc

目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 空气滤清器11.2 空气滤清器国内现状11.3 课题研究目的及意义22 空气滤清器的设计分析32.1 空气滤清器的分类32.2空气滤清器的性能42.2.1进气阻力52.2.2滤清效率62.2.3储灰能力72.2.4流量阻力特性82.2.5其他性能83 空气滤清器设计计算103.1整体结构设计103.2滤芯设计103.2.1滤芯材料的选择103.2.2滤芯的结构设计123.2.3滤芯过滤面积设计计算123.3进出口面积计算143.4 壳体设计153.4.1壳体容积153.4.2壳体结构154空气滤清器相关实验184.1储灰能力试验184.2密封性试验184.3耐振动性试验184.4进气纯音试验195 空气滤清器的维护与保养21致谢23参考文献24东风日产阳光轿车空气滤清器的设计摘 要 空气滤清器的作用是向发动机提供清洁空气，减少发动机的早期磨损。另外，空气滤清器对进气噪声、整车经济性及动力性都起着至关重要的作用。本文对汽车用空气滤清器的工作原理、结构形式等进行了较全面的介绍。从进气阻力、滤清效率、储灰能力等几方面说明了其主要性能参数的设计计算过程。通过对空气滤清器的各种性能进行分析，确定了东风日产阳光轿车所用空气滤清器的尺寸及材料，并设计一款东风日产阳光轿车用空气滤清器。本次设计的空气滤清器包括一个上壳体，一个下壳体和一个滤芯。上壳体和下壳体通过六角螺栓相连接，空气滤清器的整体形状为长方形，可以有效利用发动机机舱内部空间，使发动机机舱内部狭小的空间得到合理布置。最后对空气滤清器的维护和保养进行了简单说明。关键字： 东风日产阳光轿车；空气滤清器；设计THE DESIGN OF THE DONGFENG NISSAN SUNNY CAR AIR FILTERABSTRACT The air filter's role is to provide clean air to the engine and reduce engine early wear. In addition,it greatly affects the intake noise, fuel economy and power . This paper take a comprehensively introduce about the working principle and automobile air filter structure. From the aspects of the intake resistance, filtering efficiency and ash storage capacity calculation the process design of its main performance parameters. Through an analysis of the various properties of the air filter, I determined the size and material of the Dongfeng Nissan sunny car and designed a Nissan sunny car air filter.The upper shell and the lower shell connected by six corner bolt, the overall shape of the air cleaner is a rectangle,it can effectively use the engine cabin interior space and make the engine cabin interior space reasonable layout. Finally, it gives a simple description about maintenance and maintenance of the air cleaner .KEY WORDS: Dongfeng Nissan sunny car;Air filter;Design1 绪论1.1 空气滤清器 空气滤清器主要应用在气动机械、内燃机械等领域，作用是为这些机械设备提供清洁的空气，以防这些机械设备在工作中吸入带有杂质颗粒的空气而增加磨蚀和损坏的机率。在汽车行业里，空气滤清器是汽车进气系统的一个重要组成部分，随着发动机性能的不断强化，研究表明发动机的性能、磨损及寿命与空滤装置的性能和结构有很大的关系。汽车空气滤清器主要负责清除空气中的微粒杂质的装置。汽车发动机是非常精密的机件，极小的杂质都会损伤发动机。因此，空气在进入气缸之前，必须先经过空气滤清器的细密的过滤，才能进入气缸。空气滤清器是发动机的守护神，空气滤清器状态的好坏关系着发动机的寿命。如果汽车行驶中使用过脏的空气滤清器，会使发动机进气不足，使燃油燃烧不完全，导致发动机工作不稳定，动力下降、耗油量增加的现象发生。因此，汽车必须保持空气滤清器的清洁。空气滤清器由滤芯和壳体两部分组成。空气滤清器的主要要求是滤清效率高、流动阻力低、能较长时间连续使用且无需保养。随着中国汽车行业的稳步持续发展，汽车配件业也随着发展起来，作为易耗品的汽车配件滤清器，市场需求量很大。中国的汽车行业一直处于发展阶段，滤清器行业也处于上升趋势中。2013年，我国汽车销量接近2200万辆，滤清器的需求量由2006年的3.9亿套增至2013年的约9亿套。中国的汽车每年平均增长率基本保持在15%左右，因此，滤清器行业的增长点在未来几年将更成为一个持续、稳定、上升发展的产业。据统计国内现有滤清器企业虽已达到1000多家，但其中多数属小型企业，整个行业中列入国家统计的主要企业仅有20多家，国内现有合资滤清器企业10多家，外商独资滤清器企业也有近10家。而其中拥有自主品牌和完善销售网络渠道的企业少之又少1。1.2 空气滤清器国内现状近年来，中国汽车产业快速发展，拉动了汽车零部件市场需求，当然不可避免地也给滤清器行业带来了商机。在中国，滤清器行业是一个需要集中力量着重发展的行业。据统计国内现有滤清器企业虽已达到两千多家，但其中多数属小型企业，整个行业中列入国家统计的主要企业仅有30多家，而其中拥有自主品牌和完善销售网络渠道的企业少之又少。目前国内滤清器行业市场竞争十分激烈，虽然民族品牌和自主品牌在售后市场上占有相对而言比较明显的优势，但是国内的滤清器高端市场却主要由外资和合资企业占领。国内滤清器厂家在产品的价格、品质的提高以及技术研发方面等缺乏明显的竞争优势。使得滤清器行业直至今日仍然没有形成垄断或近乎垄断的超大型企业。1.3 课题研究目的及意义随着汽车发动机的不断改进和车辆使用环境的极不相同，促使对各种滤料、各种滤清器的结构及其组合的研究蓬勃开展，是现代车用空气滤清器的结构和性能达到十分完善的地步。近年来由于环境保护对车用发动机提出的新要求，能适应各种环境的环保型的空气滤清器将是一种新的发展趋势。对空气滤清器的要求概括来说是：滤清效率高、过滤阻力小、储灰能力大、结构简单、容易保养、体积小、重量轻。很明显，这些要求是相互制约、相互矛盾的，必须全面考虑上述的要求，妥善处理它们之间的矛盾，才能研制出理想的空气滤清器。课题为东风日产阳光轿车空气滤清器的设计，本文对该车型所匹配的空气滤清器进行了性能、结构、过滤方式的等进行了详细认真地分析，最后设计出一款适合该车型的空气滤清器。2 空气滤清器的设计分析车用空气滤清器的结构和性能好坏主要取决于汽车行驶的环境。灰尘浓度随着道路状况和气候条件的不同而不同。良好的公路为0.0003g/m30.001g/m3，大多数城市公路为0.0003g/m30.0084g/m3，农村石子公路为0.01g/m30.13g/m3，恶劣条件下的土路为0.4g/m30.45g/m3，建筑工地为0.5g/m31g/m3。研究表明，当空气含尘量为0.8g/m31.2g/m3时，就失去了能见度2。就目前来说，国内空气滤清器行业存在以下问题： (1)国内滤清器企业研发能力和创新能力比较薄弱。国外一些著名滤清器生产企业都有自己的研发中心，具备很强的自主开发能力，并且能够与主机厂同步开发，甚至能先期开发。(2)我国滤清器生产设备、试验设备、过滤材料、试验材料、胶粘剂等相关工业相对落后，尤其是过滤材料在很大程度上依赖进口。(3)大多数滤清器企业规模较小，生产集中度低，低水平重复建设现象严重，低端产品产能过剩。(4)目前国内滤清器行业专业技术人员、管理人员和髙水平技术工人十分短缺，难以满足行业高速发展对人才的需求，严重制约了滤清器行业技术进步和产品品质提高。为解决这些问题，尤其是为改变企业分散、资源配置不合理等现象，滤清器行业应以市场需求为导向，在政府引导下，通过联合、重组，培育“龙头企业”，加快大企业和产业群的发展。 因此，要想解决以上各种问题，我国必须在引进国外技术的前提下，提高我国自主研发能力，同时还要多培训一些专业技术人员、管理人员和高水平技术工人。2.1 空气滤清器的分类空气滤清器的型式有二种，即干式空气滤清器和湿式空气滤清器。干式空气滤清器是通过一个干式滤芯，将空气中的杂质分离出来的空气滤清器。轻型车所用的空气滤清器一般为单级滤清。它的形状有扁圆、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级滤清的。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3。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等。按照过滤方式空气滤清器又分为惯性式、过滤式和油浴式3种方式。(1)惯性式：由于杂质的密度比空气的密度大，当杂质随空气旋转或急转弯时，离心惯性力的作用可以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，再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里，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。2.2空气滤清器的性能发动机在工作过程中要吸入大量的空气，如果空气不经过滤，空气中悬浮的尘埃被吸进气缸中，就会增加活塞和气缸的磨损。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。空气滤清器必须在尽可能少降低发动机功率的条件下，供给发动机干净、充足的空气，减少进气噪声，同时其寿命、耐久性也要好。这些要求是相互矛盾的，不能都达到最佳，通常通过专门的试验台、发动机台架及实车试验等作出最终结论。空气滤清器的基本性能有额定空气流量下的进气阻力、滤清效率和储灰能力3项。2.2.1进气阻力 空气滤清器的进气阻力直接影响发动机的功率和经济效率，同时还关系到空气滤清器的寿命。发动机进气系统的阻力多由空气滤清器，进气管道和气缸盖上的进气门组成，现在汽车发动机的特点及其发展主要表现在高速化和轻量化。实现发动机高速化的主要障碍是进气阻力。现在汽车发动机有采用3气门、4气门和5气门。通过采用多气门结构来降低进气阻力已被学者们认为是现代轻型汽车发动机发展的新方向。因此，要求与之配套的空气滤清器和进气道的流动压力损失应尽可能的降低。相同型号的空气滤清器，在相同额定空气流量下，结构阻力相等，但总阻力大小并不一样，主要是由于滤材阻力不同至使其总阻力不同。滤材的阻力是由气流通过纤维层时纤维的迎面阻力造成的。下面介绍滤纸与阻力密切相关的几个主要技术指标：(1)透气度是滤纸首先考虑的性能指标。滤纸的透气度越大说明透气性越好，原始阻力也越小，反之则相反。透气度与原始阻力之间存在着相反的定性关系。(2)滤纸的厚度能够限制空气滤清器的最大过滤面积，也就是说增大滤纸的有效过滤面积也对空气滤清器的阻力有重要影响，这是因为增大有效过滤面积，穿过单位面积的气流速度就降低，所以空气滤清器的阻力就会变小。为了增大过滤面积，滤芯做成各种形状，使用最多的是圆柱形和长方形。 (3)如果过滤材料为非织造布，它是以化学纤维为主要原料，它的特点是阻力低、过滤效率高、储灰能力大。但是挺度、强度差一些。为了弥补这一缺陷,将滤纸作底衬，形成滤纸和非织造布的复合材料。比较纤维直径也能辨别阻力大小。纤维细，则单位体积内的纤维数量就多，气流围绕纤维运动产生的阻力就大，反之，纤维粗产生的阻力就小4。空气滤清器的结构种类多种多样，一般我们主要采用改进空气滤清器出气管的结构形式来降低进气阻力。采用圆弧过渡形式的出气管，气流经过出气管几乎不产生紊流，可使阻力减小。空气滤清器出气口的尺寸尽可能的接近空气滤清器内滤芯的出口直径，也就是说空气滤清器出气口与内滤芯的尺寸尽量一致。这也是降低阻力的一种方式。若空气滤清器出口（与对方的连接尺寸）比空气滤清器内滤芯的出口直径小的多，可以采用变径管过渡并且变径时必须逐渐过渡，这种出气管结构是降低阻力非常有效的方式。在空气滤清器进气口布局方便的情况下，进气口可以采用偏心方式，目的是加大气流通道面积，这样能够减小气流在空气滤清器进气口所产生的紊流，从而降低阻力。影响空气滤清器进气阻力的两个主要因素中，过滤材料的阻力对其进气阻力影响较小，空气滤清器的结构阻力对其进气阻力影响较大。那么选择阻力低的过滤材料，改进并优化空气滤清器的结构是降低进气阻力非常有效的方法5。在额定空气体积流量下，总成的原始进气阻力应符合表2-1的规定。表2-1 总成原始进气阻力类别总成型式总成原始进气阻力，Kpa类别不带安全滤芯带安全滤芯A具有切向或轴向旋流管预虑器的双级总成3.03.5AB具有直通旋流管预滤器的双级总成2.63.1BC具有叶片环或切向进气预滤器的双级总成2.42.9CD具有帽式、盆式预滤器的双级总成2.22.7DE单级总成1.21.7E数据来源：2008年汽车设计2.2.2滤清效率 目前，各国空气滤清器的滤清效率是指单位时间内被空气滤清器滤除的尘土量与随空气进入空气滤清器的尘土量比值的百分数。实质上，进入发动机的颗粒大小与数量直接影响发动机的使用寿命。小颗粒的尘粒进入发动机是不会造成发动机损坏的，只有尘粒达到一定尺寸时，才会造成发动机损坏。因此，须改变原来传统的滤清效率概念，而引用一个新的概念，即适宜滤清效率。所谓适宜滤清效率就是保证发动机可靠工作的最低滤清效率。适宜滤清效率采用被空气滤清器滤除的尘粒直径大小和数量与随空气进入空气滤清器的尘粒直径大小和数量之比。适宜滤清效率把空气滤清器的滤清能力与对发动机的保护程度统一起来。 根据适宜滤清效率的新概念，即对发动机提供可靠保护的最低滤清效率，空气滤清器应滤出对发动机造成损坏的粉尘颗粒。现在的关键是确定某一种空气滤清器到底需要有多大的过滤精度。普遍认为，空气滤清器应滤除6m以上的粉尘颗粒，就不会造成发动机的磨损和损坏。因为一种空气滤清器只能满足某一种发动机的需求，这就要求发动机厂家和滤清器厂家通力合作，发动机厂家设计耐灰尘的材料，能减小磨损，并选择合适的进气口位置，使进入发动机的尘土最少。空气滤清器有以下四种过滤机理： (1) 离心分离 借助旋转气流，使灰尘粒子在离心力的作用下从空气中分离出来，达到滤清目的。离心分离是粗滤器设计的理论基础。 (2) 机械过滤 气流通过多孔介质滤芯，超过一定尺寸的灰尘留在介质内，类似筛网原理。按介质厚度，分为表面过滤和深度过滤。表面过滤的介质薄，滤清仅发生在表面并在表面形成灰饼，性能降低很快。如：滤纸、无纺布、滤网。深度过滤在整个介质体积内都起作用。滤芯阻力增长慢，储灰能力增加，寿命延长。 (3) 粘性吸附 介质浸油后沥干，利用油的粘性吸附粒子。如金属丝网，发泡聚氨酯等。 (4) 静电沉析静电沉析的滤清效率很高，可以除去小于0.01um的灰尘，但空气滤清器的体积过大，在车辆上不易使用6。在额定空气体积流量下，空气滤清器总成的原始滤清效率应符合表2-2的规定。表2-2 总成原始滤清效率滤芯的材料滤清效率270目石英砂A4-粗粒A2-细粒树脂处理微孔滤芯99.598.597.5非织造布及其他材料98.597.596.0数据来源：2008年过滤介质及其选用全寿命滤清效率一般比原始滤清效率高0.51.0%。2.2.3储灰能力空气滤清器运行过程中，不断地滤出灰尘，积聚在滤芯里，滤芯堵塞，阻力逐渐上升，当灰尘达到一定值时，对发动机性能造成一定下降，因此，需要对滤芯清理或更换。这段时间，空气滤清器内储存灰尘的多少，或者经历时间的长短，或者行驶的里程间隔称为储灰能力或者寿命，道路灰尘浓度相差悬殊，达到同样的储灰量时车辆间的行驶里程间隔有很大差别，为了使车辆保养同步，轿车推荐定为6000-8000km,固定式发动机定为300h，油浴式定为100h7。现代中小型汽车空气滤清器多采用纸质滤芯。为节省空间增加过滤面积，其纸质滤芯被折叠成各种各样的形状，以增大过滤面积。不同使用条件下的单位纸滤芯面积及容灰量见表2-3，它可作为选择空气滤清器尺寸的参考。负荷状况单位滤纸容灰量（g/m2）单位空气所需纸芯面积cm2/(m3h)轻负荷1201302535中等负荷1801903545重负荷2302405565越野型3103208090特别严重460470150以上表2-3 空气滤清器单位纸滤芯面积及容灰量数据来源：2009年过滤器设计、制造和使用2.2.4流量阻力特性空气滤清器的阻力：由于气体流动损失和介质的粘性阻力，在空气滤清器进出口之间形成的压力降。原始阻力：新空气滤清器的阻力称为原始阻力，设计时总是希望该阻力尽可能的低。终了阻力：空气滤清器在使用过程中，随着滤芯储灰量的增加，阻力不断上升，当阻力达到规定值时，空气滤清器需要保养，这一值称为终了阻力。终了阻力应按空气滤清器的储灰量和发动机允许的阻力值来确定。空气滤清器的阻力受出气口尺寸影响较大。一般来说，空气滤清器出气口一定，通过加大空气滤清器容积和进口，对降低阻力作用并不明显。2.2.5其他性能2.2.5.2耐热性判定滤芯两端粘胶及滤纸耐高温的性能。一般需要从-40120两个循环，共48小时8。2.2.5.3耐油性主要判定橡胶密封件与金属壳体间的粘结性能。2.2.5.4声响特性一般进气噪声占整车噪声比例较小，但要使整车总的噪声功率降低时，对进气噪声应加以控制。当降低进气噪声的有效方法是采用进气消声器，当前世界上各公司设计的消声器按其机理均可归为抗性消声器、阻性消声器或阻抗复合式消声器。抗性消声器是利用各种不同形状的管道和共振腔进行适当的组合，使沿通道传播的声能造成阻抗失配。这种阻抗失配是部分声能向声源反射或在空腔内来回，阻碍部分声能通过消声器向外发散。抗性消声器比较适用于非增压发动机的进气噪声。阻性消声器是利用多孔吸声材料，如玻璃棉、泡沫塑料、纤维等以一定的方式不知在管道内，当噪声通过管道时，吸声材料将声能转化为热能，达到消声目的。阻性消声器的特点是在较宽的频率范围内有较好的消声效果。因此，它对废气涡轮增压器的压力所产生的中高频噪声有较好的消声效果。树脂处理微孔滤纸是实现多空分散型消声器及理想的材料，也是有效的吸声材料。但是要空气滤清器达到不同的形成机理，对症下药，对空气滤清器的结构进行必要的改造，加上必要的消声元件，就成为良好的进气消声器。就发动机的进气噪声的消声量来说，并非越大越好，不同类型的发动机应当有其恰当的消声量。实践表明，如果已使发动机的进气噪声低于机械噪声2到3分贝，那么进气噪声对发动机噪声的影响就很小了。如果再降低进气噪声，势必引起进气阻力的增大9。3 空气滤清器设计计算3.1整体结构设计 空气滤清器的结构在大体上分为两个部分，一部分是空气滤清器的壳体，另一部分是滤芯，其中壳体又包括上壳体和下壳体。有的空气滤清器还带有进气消声结构。空气滤清器的壳体一般由具有一定强度的塑料注塑而成，还有少部分采用金属板冲压件焊接组成。空气滤清器的滤芯滤材主要有3种：纸质滤芯、泡沫塑料滤芯和金属丝网滤芯。在壳体内滤芯把空气滤清器分为两部分，一是前腔，二是后腔。本次所设计的空气滤清器前腔入口装有进气管，外界空气通过进气管进入空气滤清器，经过纸质滤芯的过滤，从上壳体的出气口排出。空气滤清器按滤清级别有单级滤清和双级滤清两种型式，对多尘砂区使用的发动机或功率较大的汽车应使用双级滤清系统。因为本次设计车型为阳光轿车，属于一般家庭轿车，所行驶的路段大部分为城市路段，很少在多尘沙区行驶。另外根据汽车4S店提供数据，我所设计车型发动机最高转速为5600r/min，排量为1.5L，属于小排量，所以根据以上两点选择单级滤清系统。3.2滤芯设计3.2.1滤芯材料的选择空气滤清器性能的好坏，首先是与它所采用的滤料有关，同时也与滤清器本身的结构及滤芯的加工质量有关。对空气滤清器虑料的要求首先是要透气性好，以保证滤芯的流动阻力小，其次孔隙度适当，以保证有足够的过滤效率和过滤细度。而且，空气滤清器的过滤效率要高，可以滤出所有较大的颗粒，滤出这些颗粒可以防止发动机出现早期磨损，防止空气流量计损坏。通过空气滤清器空气的压差要低，确保发动机有最佳的空燃比，降低过滤损失。如果空气滤清器的过滤面积大，则容灰量高，使用寿命长。空气滤清器的安装空间要尽可能小，结构要尽可能紧凑，密封性能要可靠，性价比高。一般空气滤清器材料无金属结构，这样利于环保，可再利用。这几项要求是相互矛盾的，滤芯就是这一对矛盾的统一体，可以采用不同的滤料以满足不同空气滤清器的要求10。空气滤清器有干式滤芯和湿式滤芯两种滤芯。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。干式滤芯材料为滤纸或无纺布。为了增加空气通过面积，滤芯大都加工出许多细小的摺皱。当滤芯轻度污损时，可以使用压缩空气吹净，当滤芯污损严重时应当及时更换新芯。纸质干式空气滤清器有许多形式和形状，其滤芯是用树脂处理的微孔滤纸制成的。滤芯呈波折状，具有较大的过滤面积。滤芯的上下两端有塑料密封圈，以保证滤芯两端的密封性。发动机工作，空气由盖与外壳之间的空隙进入空气滤清器，经纸质滤芯过滤后，通过外壳上端的出气口进入气缸。湿式滤芯使用海棉状的聚氨脂类材料制造，装用时应滴加一些机油，用手揉匀，以便吸附空气中的异物。如果滤芯污损之后，可以用清洗油进行清洗，过分污损也应该更换新滤芯。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。 如果滤芯阻塞严重，将使进气阻力增加，发动机功率下降。同时由于空气阻力增加，也会增加吸进的汽油量，导致混合比过浓，从而使发动机运转状态变坏，增加燃料消耗，也容易产生积碳。平时应该养成检查空气滤清器滤芯的习惯。由于纸质滤清器具有滤清效率高、质量轻、成本低、维护方便等优点，已被广泛采用。纸质滤芯的滤清效率高达99.5%以上，油浴式滤清器的滤清效率在正常的情况下滤清效率为9596%11。轿车上广泛使用的空气滤清器是纸质滤清器。根据以上情况，本次设计的滤芯选择干式纸质滤芯。对干式纸质滤芯来说，一旦浸入油液或水分，滤清阻力就会急剧增大，因此清洁时切忌接触水分或油液，否则必须更换新件。同时还应定期清理滤芯，如果滤芯污损严重，应当及时更换新滤芯。一般情况下，根据具体行车环境，建议每行驶15000公里左右更换一次滤芯。更换滤芯时尽量到正规汽车4S店。由于滤芯更换比较简单，特殊情况下可以到4S店选择型号相符的滤芯，自行更换。3.2.2滤芯的结构设计纸质滤芯属于表面过滤，表面积愈大，它的通过能力就愈大，使用寿命就愈长，过滤阻力就愈小，因此力求在有限的空间内，增大滤芯的过滤面积。目前大多数轿车使用的纸质滤芯普遍采用菊花形横断面折叠方式，滤芯的整体形状设计为长方形。3.2.3滤芯过滤面积设计计算计算过滤面积的前提要知道发动机运转时所需的最大空气量Q,Q可由下式求得： Q=V·N·1·2/n=1.5×5600×0.8×1/2=3.36m3/min (3-1) V发动机排量，L N发动机最高转速，r/min 1进气效率，（汽油机取0.8，柴油机取0.85） 2气缸数效率，（4缸及以上为1） n为燃烧方式系数，（4冲程取2,2冲程取1）根据发动机运转时所需最大空气流量可以确定额定空气流量。选用空气滤清器时，其额定空气流量Q一般取1.1Q1.15Q。这里取1.1Q，则：Q=1.1×3.36=3.696m3/min额定空气流量由空气流经过一定封闭面积的滤纸来实现。通过额定空气流量可以计算出滤纸过滤面积。滤纸过滤面积A可由下式求得： A=Q/ (3-2) 将Q=3.696m3/min代入得：A=3.696/0.06=1.027m2A滤纸过滤面积，m2Q额定空气流量，m3/min空气流经滤纸的速度，这里取0.06m/s滤纸表面积是决定滤芯使用寿命的重要参数，用计算出的滤纸表面积和滤纸过滤面积相比较，如果滤纸表面积大于滤纸过滤面积，则说明滤纸表面积合适。反之，必须从新选择滤纸尺寸。按下式可计算滤纸的表面积： A=2bnh (3-3) A滤纸的表面积,m2b滤纸折宽,cmn滤纸折数h滤纸高度,cm根据空间要求，确定滤纸形状为长方形。初步确定滤纸折宽b为15.5cm，折数n为81，滤芯高度h为5cm，则：A=2×15.5×81×5=1.256m2经验算A>A说明滤纸表面积各尺寸合适。因为滤纸折数为81，每折之间的间隙s为3mm，则滤纸的长度L可以由下式计算 ： (3-4)L滤纸的长度,mmn滤纸折数s毎折之间的间隙,mm 滤芯上端包有发泡材料，不仅保证了空气滤清器的密封性，而且滤芯通过发泡材料安放在壳体凸台上12。滤芯形状尺寸如图3-1所示。图3-1 滤芯3.3进出口面积计算为了提高进气速度，常将空气滤清器进口面积设计的略大于出气口面积，同时，进气口位置尽可能低，出气口位置尽可能高，以充分利用腔体的容积。由下式计算进气口的面积A (3-5) 将Q=3.696m3/min代入得：A=0.00212m2 A进气口面积，m2 Q额定空气流量，m2/min V空气在进气口速度，这里取29m/s 进气口直径d可由下式计算： (3-6)将A=0.00212m2代入得：d=0.052m d进气口直径，m A进气口面积,m2出气口面积要略小于进气口面积，出气口直径取0.049m。则出气口面积A1=×0.0492/4=0.00189m23.4 壳体设计3.4.1壳体容积根据空气滤清器额定空气体积流量的计算结果，估计空气滤清器容积。汽油级轿车采用下式计算： V=2.5Vh (3-7) 将Vh=1.5L代入得：V=2.5×1.5=3.75LV空气滤清器容积，L;Vh发动机排量，L;3.4.2壳体结构空气滤清器壳体包括可拆卸连接的上壳体和下壳体，有利于发动机舱的内部空间的合理布置。上壳体的下端面为上安装面，下壳体的上端面为下安装面，上下安装面相贴合。上壳体的一侧设有出气口，下端面的一侧设有进气口。下壳体上有三个突出的部分，用于和车身相连，从而达到固定空气滤清器的目的。上壳体和下壳体通过内六角平圆头螺钉相连接。下安装面上设有凸起，上安装面上设有可与凸起相匹配的凹槽，这样增加了上下壳体之间的密封性，保证空气滤清器壳体不发生漏气。空气滤清器壳体由模具注塑而成。上壳体形状如图3-2所示，下壳体形状如图3-3所示。图3-4为空气滤清器三维爆炸图，通过三维爆炸图，可以清晰直接地了解空气滤清器各部分的结构。图3-2 上壳体图3-3 下壳体图3-4 爆炸图4空气滤清器相关实验4.1储灰能力试验储灰能力定量地测定方法需要在实验台上进行，以规定的加灰量连续加灰，直至滤清器达到终了阻力值，或者效率下降到规定值，此时加入灰尘的克数g或加灰时间t，表示储灰能力或实验寿命。这是为了缩短试验时间采取的强化实验方法。一般用途发动机空气滤清器的实验寿命，我国行业标准规定，单级为4h，双级为10h13。 为了确保高的储灰能力，滤纸被折成波纹状以保持表面轮廓有间隙，并保证含尘空气畅通无阻地流过波纹，同时还可以防止波纹互相贴合在一起。4.2密封性试验标准规定，储灰试验结束后，立即分解空气滤清器并检查各密封部位，不能有泄漏粉尘的痕迹。在实际密封性试验检查中，由于有些时候粉尘泄漏量较少，泄漏部位不易察觉，采用淋水试验或浸水试验法便于检查。4.3耐振动性试验如何判断空气滤清器壳体的牢固可靠性，目前国内汽车行业尚未明确统一规定。按标准规定的耐震动性强度试验，振动频率和加速度都比国外试验要求低很多。国外多以100200Hz的频率为试验要求，而目前国内标准要求对空气滤清器单独进行耐动性试验的较少。根据日本NES标准，经过下列任一实验，空气滤清器各部位不得有龟裂、破损、开焊等异常现象： (1)专门的0.8万公里道路试验； (2)用户使用12万公里； (3)台架试验：振动频率、振动加速度分别为车体共振点的振动频率、振动加速度，若没有共振时为发动机最大转速点的振动频率、振动加速度；振动方向为上下；振动次数为107。4.4进气纯音试验空气滤清器是汽车发动机必备的自我保护装置之一。实践表明，空气滤清器也是汽车发动机的一种有效地进气消声器，空气滤清器所占的体积可作为膨胀型消声器的膨胀腔，空气滤清器的滤材是阻性消声器良好的吸声材料。进气噪声主要是管内压力波传到外界大气，使之振动而产生的低频成分。压力波动周期与发动机进气门关闭次数相同，故进气噪声的基频为。式中，Z为汽缸数；N为发动机转速，r/min；a为循环常熟（4冲程为2，2冲程为1）。一般进气噪声的频谱中大量出现的是基频到4次谐波，如图4-1所示。图4-1 进气噪声频谱举例通过在消音室内进气纯音实验，认为空气滤清器对噪声的衰减作用，最理想性能为共振频率低、衰减量大、高频区放大量小14。共振频率附合关系式：式中，S为进气管截面积；L为进气管长；V为壳体体积。可见要降低共振频率需减小进气口截面积，增加管道长度及客体容积。但前两项会增加进气阻力。如图4-2所示，因存在关系：所以随着共振频率的下降，截止频率也下降，从而扩大了衰减领域范围，高频区放大量也减小。图4-2纯音试验曲线5 空气滤清器的维护与保养发动机是非常精密的机件，极小的杂志都会损伤发动机。因此，空气在进入气缸之前，必须先经过空气滤清器精密的过滤，才能进入气缸。空气滤清器是发动机的守护神，空气滤清器状态的好坏关系着发动机的寿命。在汽车的千千万万个零部件中，空气滤清器是一个及不起眼的部件，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沾满空气中的灰尘，这不但是过滤能力下降，而且还会妨碍空气的流通，导致混合器过浓而是发动机工作不正常。空气滤清器的作用是滤清进入气缸空气中的杂质，以减轻压缩系统相关零件的磨损。如果汽车行驶中使用过脏的空气滤清器，会使发动机进气不足，使燃油燃烧不完全，导致发动机工作不稳定，动力下降、耗油量增加的现象发生。因此，汽车必须保持空气滤清器的清洁，按期维护保养空气滤清器是至关重要的15。干式纸质空气滤清装置由纸质滤芯及密封垫圈等组成，使用中