汽車售后市場用汽油濾清器開發(fā)質(zhì)量標準比對和試驗驗證

魏思宇 李旭

摘 要：汽車尾氣中含有大量顆粒物，隨意排放必將對環(huán)境造成嚴重的污染。將進入發(fā)動機的空氣通過空氣濾清器進行過濾，得到的清潔空氣可以使燃料燃燒得更充分，排放的汽車尾氣中所含的顆粒物就會減少。此外，發(fā)動機氣缸的磨損也會得到減輕，進而延長了發(fā)動機的使用壽命。但同時，空氣濾清器也會增大發(fā)動機的能耗，為此，眾多學者設法通過改進空氣濾清器的結(jié)構來獲得更小的壓力損失。

關鍵詞：售后市場;汽油濾清器;安全性;標準

引言

氣濾清器主要用于氣動機械、內(nèi)燃機械等領域，作用是為這些機械設備提供清潔的空氣，以防這些機械設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為原始進氣阻力、原始濾清效率、粗濾效率、實驗室壽命，原始進氣阻力決定整車油耗，原始濾清效率決定著發(fā)動機的壽命周期[1]，現(xiàn)在對原始濾清器效率要求越來越高，粗濾效率及實驗室壽命決定空氣濾清器整個壽命周期，關系到用戶車輛使用成本，而空氣濾清器產(chǎn)品開發(fā)過程中，必須通過相應措施，確保產(chǎn)品滿足要求，本文列出了產(chǎn)品開發(fā)過程中要點，從產(chǎn)品設計、分析驗證、實驗驗證進行要點控制，確保產(chǎn)品性能滿足要求。

1新型空氣濾清器的結(jié)構設計

對于現(xiàn)有的傳統(tǒng)空氣濾清器，其過濾效率與壓力損失難以兼顧，通過改進結(jié)構提升了過濾效率也會相應增加壓力損失，特別對于重型車，進氣的壓力損失非常大。除此之外，濾清器中濾芯容易破損，這導致了產(chǎn)品壽命較短，不斷更換濾芯，也增加了車輛的保養(yǎng)成本。為解決傳統(tǒng)空氣濾清器中客觀存在的上述問題，本文提出了在內(nèi)部增加錐體結(jié)構來構建一種新型濾清器的設想，其幾何模型。

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

2汽油濾清器標準比對

2.1汽油濾清器標準分析

目前汽車行業(yè)應用較為廣泛的汽油濾清器標準主要為QC/T918-2013《汽車用汽油濾清器試驗方法》和QC/T48-2013《汽車電噴汽油機汽油濾清器總成試驗條件》。QC/T918-2013《汽車用汽油濾清器試驗方法》標準的技術內(nèi)容主要參考日本工業(yè)標準JISD1608-1993《汽車汽油機用燃油濾清器試驗方法》，并參考了德、日、美多家引進產(chǎn)品對試驗條件的要求以及JISD1601-1995《汽車部件振動試驗方法》。該標準主要規(guī)定了汽車用汽油濾清器總成性能試驗方法，增強濾清器性能試驗的可比性和可參考性，重點介紹了氣壓密封性試驗、壓力降-流量特性試驗、濾清效率和儲灰能力試驗、濾芯耐高壓降試驗、濾清器耐破損試驗、液力脈沖疲勞試驗、振動疲勞試驗、冷熱交變試驗、濾清器在汽油和乙醇混合液中的浸泡試驗以及濾清器在汽油和甲醇混合液中的浸泡試驗，包括試驗設備、試驗條件和試驗步驟等。

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)定的試驗方法濾除特定試驗灰塵的能力，以濾除灰塵的質(zhì)量占加入灰塵的質(zhì)量百分比（%）來表示。原始濾清效率標準要求仍是采用《QC/T770-2006汽車用干式空氣濾清器總成技術條件》[2]中的要求，效率為99.7%，但是好多主機廠對目前效率要求越來越高，阻力要求越來越低，大流量成發(fā)展趨勢。空氣濾清器原始濾清效率要求高于標準要求，提高至99.8%以上;國六階段車型進氣系統(tǒng)更是要求空氣濾清器最大通過顆粒直徑達到20um;傳統(tǒng)濾紙已經(jīng)無法滿足設計需求，納米濾紙由此而生，設計開發(fā)過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)空氣濾清器流場的對比

具有一定初速度的氣流進入到濾清器時，必然會對濾芯產(chǎn)生沖擊，一定時間后，就會造成濾芯破損。相比于傳統(tǒng)濾清器，新型濾清器由于增加了一個椎體結(jié)構，減小了風速，這將使得濾芯的壽命得到延長。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，充滿了整個濾清器，過濾效率將會得到提升。

3汽車售后市場用汽油濾清器標準試驗驗證分析

（1）總成氣密性驗證試驗。T/CPQSA0001-2020要求：在500kPa的氣壓下，保壓時間不少于30s，總成不允許滲漏。驗證試驗后，原廠配件A、售后零部件B和售后零部件C三者均無泄漏，滿足總成氣密性要求。（2）軟件分析，目前有很大進展，國內(nèi)技術已經(jīng)成熟，但是分析結(jié)果往往與實際出入較大，我國專業(yè)人士，通過不斷優(yōu)化分析條件，但是至今仍未有能夠準確定量的方法，特別是在進氣系統(tǒng)的CFD分析中，牽扯到產(chǎn)品成型工藝，從而分析結(jié)果與實際出入較大;而軟件分析能夠?qū)Ξa(chǎn)品設計階段提供有力支撐，但是產(chǎn)品性能最終仍需試驗驗證。（3）總成的耐高壓降驗證試驗。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，被試濾清器壓差達到100kPa時保持5min后停止試驗;若中途壓力降突然下降，則應終止試驗;試驗后樣品應保持完好，無明顯形變。驗證試驗后，原廠配件A、售后零部件B和售后零部件C樣品保持完好，無明顯形變，滿足總成的耐高壓降要求。（4）原始進氣阻力，原始進氣阻力是額定空氣流量時，新的完整試驗件的進氣阻力/壓力損失，原始進氣阻力直接關系到整車油耗，為了降低開發(fā)費用，需要通過軟件進行CFD分析，來確定設計的產(chǎn)品是否可行，而通常進氣系統(tǒng)CFD常規(guī)軟件有ANSYSFluent、STAR-CCM，通過軟件對設計的產(chǎn)品進行分析，對產(chǎn)品設計優(yōu)化提供重要理論支撐。（5）總成的耐腐蝕性驗證試驗。T/CPQSA00012020要求：將被試濾清器放入體積百分比80%無鉛汽油+20%變性燃料乙醇中，在室溫下浸泡96h，進行外觀檢驗和氣密性檢驗;再用同樣的辦法進行50%無鉛汽油+50%工業(yè)甲醇混合液浸泡試驗;試驗后，不允許有開裂、變形、滲漏等缺陷。驗證試驗后，原廠配件A、售后零部件B和售后零部件C樣品均無開裂、變形、滲漏等缺陷，滿足總成的耐腐蝕性要求。（6）通過數(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，整體結(jié)構優(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、空氣流動均勻度高、過濾效果較好，同時速度產(chǎn)生的速度沖擊力較小，空氣濾清器使用壽命更長。

結(jié)束語

（1）本文提出了的帶有內(nèi)部錐體結(jié)構的新型空氣濾清器可提升流場的均勻性，這有利于提高過濾效率，減小過濾負荷，延長產(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20%;（3）采用k-ε模型及多孔介質(zhì)模型對空氣濾清器流場進行模擬具有可行性，模擬結(jié)果與實驗值之間誤差不超過11.32%。

參考文獻：

[1]陳琦.以高品質(zhì)的濾清器產(chǎn)品“征服”售后市場[J].汽車與配件，2019（24）：38.

[2]陳琦.UFI濾清器集團以ARGENTIUM過濾器展現(xiàn)技術風采[J].汽車與配件，2019（24）：39.

[3]吳昊，鐘自鋒.輕卡燃油濾清器支架振動分析及其優(yōu)化設計[J].機械強度，2019，41（06）：1509-1514.