東風日產(chǎn)陽光轎車空氣濾清器的設計

1、目錄摘 要 .ABSTRACT .1 緒論 .0.1.1 空氣濾清器0.1.2 空氣濾清器國內現(xiàn)狀 .0.1.3 課題研究目的及意義 .1.2 空氣濾清器的設計分析2.2.1 空氣濾清器的分類 .2.2.2 空氣濾清器的性能3.2.2.1進氣阻力.4.2.2.2濾清效率.5.2.2.3儲灰能力.6.2.2.4 流量阻力特性 .7.2.2.5其他性能.8.3 空氣濾清器設計計算9.3.1 整體結構設計9.3.2濾芯設計.9.3.2.1 濾芯材料的選擇 .9.3.2.2 濾芯的結構設計 .1.13.2.3 濾芯過濾面積設計計算 .1.13.3 進出口面積計算 .1.33.4 殼體設計 .1.43.

2、4.1 殼體容積 .1.43.4.2 殼體結構4.1 儲灰能力試驗4.3 耐振動性試驗 .1.74.4 進氣純音試驗 .1.85 空氣濾清器的維護與保養(yǎng) .1.9致謝.2.1.參考文獻.2.3東風日產(chǎn)陽光轎車空氣濾清器的設計摘要空氣濾清器的作用是向發(fā)動機提供清潔空氣，減少發(fā)動機的早期磨損。另外， 空氣濾清器對進氣噪聲、整車經(jīng)濟性及動力性都起著至關重要的作用。本文對汽 車用空氣濾清器的工作原理、結構形式等進行了較全面的介紹。從進氣阻力、濾 清效率、儲灰能力等幾方面說明了其主要性能參數(shù)的設計計算過程。通過對空氣1.44 空氣濾清器相關實驗. 錯. 誤 !未定義書簽1.74.2 密封性試驗.1.7濾

3、清器的各種性能進行分析，確定了東風日產(chǎn)陽光轎車所用空氣濾清器的尺寸及 材料，并設計一款東風日產(chǎn)陽光轎車用空氣濾清器。本次設計的空氣濾清器包括 一個上殼體，一個下殼體和一個濾芯。上殼體和下殼體通過六角螺栓相連接， 空 氣濾清器的整體形狀為長方形，可以有效利用發(fā)動機機艙內部空間， 使發(fā)動機機 艙內部狹小的空間得到合理布置。最后對空氣濾清器的維護和保養(yǎng)進行了簡單說 明。關鍵字： 東風日產(chǎn)陽光轎車；空氣濾清器；設計THE DESIGN OF THE DONGFENG NISSAN SUNNYCAR AIR FILTERABSTRACTThe air filters role is to provide

4、 clean air to the engine and reduce engine earlywear. In addition,it greatly affects the intake noise, fuel economy and power . This papertake a comprehensively introduce about the working principle and automobile air filterstructure. From the aspects of the intake resistance, filtering efficiency a

5、nd ash storagecapacity calculation the process design of its main performance parameters. Throughan analysis of the various properties of the air filter, I determined the size and material ofthe Dongfeng Nissan sunny car and designed a Nissan sunny car air filter.The uppershell and the lower shell c

6、onnected by six corner bolt, the overall shape of the air cleaneris a rectangle,it can effectively use the engine cabin interior space and make the enginecabin interior space reasonable layout. Finally, it gives a simple description aboutmaintenance and maintenance of the air cleaner . KEY WORDS:Don

7、gfeng Nissansunny car;Air filter;Design1 緒論1.1 空氣濾清器空氣濾清器主要應用在氣動機械、內燃機械等領域，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顆粒的空氣而增加 磨蝕和損壞的機率。 在汽車行業(yè)里， 空氣濾清器是汽車進氣系統(tǒng)的一個重要組成 部分，隨著發(fā)動機性能的不斷強化， 研究表明發(fā)動機的性能、 磨損及壽命與空濾 裝置的性能和結構有很大的關系。 汽車空氣濾清器主要負責清除空氣中的微粒雜 質的裝置。汽車發(fā)動機是非常精密的機件，極小的雜質都會損傷發(fā)動機。因此， 空氣在進入氣缸之前， 必須先經(jīng)過空氣濾清器的細密的過濾，

8、才能進入氣缸。 空 氣濾清器是發(fā)動機的守護神， 空氣濾清器狀態(tài)的好壞關系著發(fā)動機的壽命。 如果 汽車行駛中使用過臟的空氣濾清器，會使發(fā)動機進氣不足，使燃油燃燒不完全， 導致發(fā)動機工作不穩(wěn)定，動力下降、耗油量增加的現(xiàn)象發(fā)生。因此，汽車必須保 持空氣濾清器的清潔。 空氣濾清器由濾芯和殼體兩部分組成。 空氣濾清器的主要 要求是濾清效率高、流動阻力低、能較長時間連續(xù)使用且無需保養(yǎng)。隨著中國汽車行業(yè)的穩(wěn)步持續(xù)發(fā)展， 汽車配件業(yè)也隨著發(fā)展起來， 作為易耗 品的汽車配件濾清器， 市場需求量很大。 中國的汽車行業(yè)一直處于發(fā)展階段， 濾 清器行業(yè)也處于上升趨勢中。 2013 年，我國汽車銷量接近 2200 萬輛

9、，濾清器的 需求量由 2006 年的 3.9 億套增至 2013 年的約 9 億套。中國的汽車每年平均增長 率基本保持在 15%左右，因此，濾清器行業(yè)的增長點在未來幾年將更成為一個持 續(xù)、穩(wěn)定、上升發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計國內現(xiàn)有濾清器企業(yè)雖已達到1000 多家，但其中多數(shù)屬小型企業(yè)，整個行業(yè)中列入國家統(tǒng)計的主要企業(yè)僅有20 多家，國內現(xiàn)有合資濾清器企業(yè) 10 多家，外商獨資濾清器企業(yè)也有近 10 家。而其中擁有 自主品牌和完善銷售網(wǎng)絡渠道的企業(yè)少之又少1。1.2 空氣濾清器國內現(xiàn)狀近年來，中國汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展， 拉動了汽車零部件市場需求， 當然不可避 免地也給行業(yè)帶來了商機。在中國，濾清器行業(yè)是一

10、個需要集中力量著重發(fā)展的行業(yè)。 據(jù)統(tǒng)計國內現(xiàn)有 濾清器企業(yè)雖已達到兩千多家， 但其中多數(shù)屬小型企業(yè)， 整個行業(yè)中列入國家統(tǒng) 計的主要企業(yè)僅有 30 多家，而其中擁有自主品牌和完善銷售網(wǎng)絡渠道的企業(yè)少 之又少。目前國內濾行業(yè)市場競爭十分激烈， 雖然民族品牌和自主品牌在售后市場上 占有相對而言比較明顯的優(yōu)勢， 但是國內的濾清器高端市場卻主要由外資和合資 企業(yè)占領。 國內濾清器廠家在產(chǎn)品的價格、 品質的提高以及技術研發(fā)方面等缺乏 明顯的競爭優(yōu)勢。使得濾清器行業(yè)直至今日仍然沒有形成壟斷或近乎壟斷的超大 型企業(yè)。1.3 課題研究目的及意義隨著汽車發(fā)動機的不斷改進和車輛使用環(huán)境的極不相同，促使對各種濾料、

11、 各種濾清器的結構及其組合的研究蓬勃開展， 是現(xiàn)代車用空氣濾清器的結構和性 能達到十分完善的地步。 近年來由于環(huán)境保護對車用發(fā)動機提出的新要求， 能適 應各種環(huán)境的環(huán)保型的空氣濾清器將是一種新的發(fā)展趨勢。對空氣濾清器的要求概括來說是：濾清效率高、過濾阻力小、儲灰能力大、 結構簡單、容易保養(yǎng)、體積小、重量輕。很明顯，這些要求是相互制約、相互矛 盾的，必須全面考慮上述的要求， 妥善處理它們之間的矛盾， 才能研制出理想的 空氣濾清器。課題為東風日產(chǎn)陽光轎車空氣濾清器的設計， 本文對該車型所匹配的空氣濾 清器進行了性能、 結構、過濾方式的等進行了詳細認真地分析， 最后設計出一款 適合該車型的空氣濾清器

12、。2 空氣濾清器的設計分析車用空氣濾清器的結構和性能好壞主要取決于汽車行駛的環(huán)境。 灰塵濃度隨 著道路狀況和氣候條件的不同而不同。 良好的公路為 0.0003g/m30.001g/m3,大 多數(shù)城市公路為 0.0003g/m30.0084g/m3，農(nóng)村石子公路為 0.01g/m30.13g/m3, 惡劣條件下的土路為 0.4g/m30.45g/m3,建筑工地為 0.5g/m31g/m3。研究表明， 當空氣含塵量為 0.8g/m31.2g/m3時，就失去了能見度。就目前來說，國內空 氣濾清器行業(yè)存在以下問題：(1) 國內濾清器企業(yè)研發(fā)能力和創(chuàng)新能力比較薄弱。國外一些著名濾清器生 產(chǎn)企業(yè)都有自己的

13、研發(fā)中心， 具備很強的自主開發(fā)能力， 并且能夠與主機廠同步 開發(fā)，甚至能先期開發(fā)。(2) 我國濾清器生產(chǎn)設備、試驗設備、過濾材料、試驗材料、膠粘劑等相關 工業(yè)相對落后，尤其是過濾材料在很大程度上依賴進口。(3) 大多數(shù)濾清器企業(yè)規(guī)模較小，生產(chǎn)集中度低，低水平重復建設現(xiàn)象嚴重， 低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩。(4) 目前國內濾清器行業(yè)專業(yè)技術人員、管理人員和髙水平技術工人十分短 缺，難以滿足行業(yè)高速發(fā)展對人才的需求， 嚴重制約了濾清器行業(yè)技術進步和產(chǎn) 品品質提高。為解決這些問題， 尤其是為改變企業(yè)分散、 資源配置不合理等現(xiàn)象， 行業(yè)應以市場需求為導向，在政府引導下，通過聯(lián)合、重組，培育“龍頭企業(yè)” ， 加快

14、大企業(yè)和產(chǎn)業(yè)群的發(fā)展。因此，要想解決以上各種問題， 我國必須在引進國外技術的前提下， 提高我 國自主研發(fā)能力， 同時還要多培訓一些專業(yè)技術人員、 管理人員和高水平技術工 人。2.1 空氣濾清器的分類空氣濾清器的型式有二種，即干式空氣濾清器和濕式空氣濾清器。 干式空氣濾清器是通過一個干式濾芯， 將空氣中的雜質分離出來的空氣濾清 器。輕型車所用的空氣濾清器一般為單級濾清。 它的形狀有扁圓、 橢圓及平板式。過濾材料為濾紙或非織造布。 濾芯端蓋有金屬或聚氨脂的， 外殼材料為金屬或塑料。在額定空氣體積流量下，濾芯的原始濾清效率應不低于 99.5%。重型車由于 工作環(huán)境惡劣，它的空氣濾清器必須是多級濾清的

15、。第一級為旋流式預濾器(如葉片環(huán)、旋流管等 )，用于濾除粗大顆粒雜質，過濾效率在 80%以上，第二級細 濾是微孔紙濾芯 (一般稱作主濾芯 )，其過濾效率達 99.5%以上。主濾芯之后還有 一個安全濾芯， 其作用是在安裝和更換主濾芯時， 或在主濾芯偶然損壞時防止灰 塵進入發(fā)動機3。安全芯的材料多為非織造布，也有使用濾紙的。濕式空氣濾清器包括油浸式和油浴式兩種。油浸式是通過一個油浸過的濾芯，將空氣中雜質分離出來， 其濾芯材料有金 屬絲織物的，也有發(fā)泡材料。 油浴式是將吸進的含塵空氣導入油池而被除去大部 分灰塵，再在帶油霧的空氣向上流經(jīng)一個由金屬絲繞成的濾芯時作進一步過濾， 油滴和被攔住的灰塵一起返

16、回到油池。 油浴式空氣濾清器一般用于農(nóng)業(yè)機構和船 用動力等。按照過濾方式空氣濾清器又分為慣性式、過濾式和油浴式 3 種方式。(1) 慣性式：由于雜質的密度比空氣的密度大，當雜質隨空氣旋轉或急轉彎 時，離心慣性力的作用可以使雜質從氣流中分離出來。(2) 過濾式：引導空氣流過金屬濾網(wǎng)或等，再將雜質阻擋并粘附在上。(3) 油浴式：在空氣濾清器底部設有盤，利用氣流急轉沖擊機油，將雜質分 離并粘滯在機油里，而被激蕩起的機油霧滴隨氣流流經(jīng)濾芯，并粘附在濾芯上。 空氣流過濾芯時能進一步吸附雜質，從而達到濾清的目的。2.2 空氣濾清器的性能發(fā)動機在工作過程中要吸入大量的空氣， 如果空氣不經(jīng)過濾， 空氣中懸浮的

17、 塵埃被吸進氣缸中， 就會增加活塞和氣缸的磨損。 較大的顆粒進入活塞與氣缸之 間，會造成嚴重的拉缸現(xiàn)象， 這在干燥多沙的工作環(huán)境中尤為嚴重。 空氣濾清器 必須在盡可能少降低發(fā)動機功率的條件下， 供給發(fā)動機干凈、 充足的空氣， 減少 進氣噪聲，同時其壽命、耐久性也要好。這些要求是相互矛盾的，不能都達到最 佳，通常通過專門的試驗臺、 發(fā)動機臺架及實車試驗等作出最終結論。 空氣濾清 器的基本性能有額定空氣流量下的進氣阻力、濾清效率和儲灰能力 3 項。2.2.1 進氣阻力空氣濾清器的進氣阻力直接影響發(fā)動機的功率和經(jīng)濟效率， 同時還關系到空 氣濾清器的壽命。 發(fā)動機進氣系統(tǒng)的阻力多由空氣濾清器， 進氣管

18、道和氣缸蓋上 的進氣門組成， 現(xiàn)在汽車發(fā)動機的特點及其發(fā)展主要表現(xiàn)在高速化和輕量化。 實 現(xiàn)發(fā)動機高速化的主要障礙是進氣阻力。現(xiàn)在汽車發(fā)動機有采用 3 氣門、4 氣門 和 5 氣門。通過采用多氣門結構來降低進氣阻力已被學者們認為是現(xiàn)代輕型汽車 發(fā)動機發(fā)展的新方向。 因此，要求與之配套的空氣濾清器和進氣道的流動壓力損 失應盡可能的降低。 相同型號的空氣濾清器， 在相同額定空氣流量下， 結構阻力 相等，但總阻力大小并不一樣， 主要是由于濾材阻力不同至使其總阻力不同。 濾 材的阻力是由氣流通過纖維層時纖維的迎面阻力造成的。 下面介紹濾紙與阻力密 切相關的幾個主要技術指標：(1)透氣度是濾紙首先考慮的

19、性能指標。濾紙的透氣度越大說明透氣性越好， 原始阻力也越小，反之則相反。透氣度與原始阻力之間存在著相反的定性關系。(2)濾紙的厚度能夠限制空氣濾清器的最大過濾面積，也就是說增大濾紙的 有效過濾面積也對空氣濾清器的阻力有重要影響，這是因為增大有效過濾面積， 穿過單位面積的氣流速度就降低， 所以空氣濾清器的阻力就會變小。 為了增大過 濾面積，濾芯做成各種形狀，使用最多的是圓柱形和長方形。(3)如果過濾材料為非織造布，它是以化學纖維為主要原料，它的特點是阻 力低、過濾效率高、儲灰能力大。但是挺度、強度差一些。為了彌補這一缺陷 , 將濾紙作底襯， 形成濾紙和非織造布的復合材料。 比較纖維直徑也能辨別阻

20、力大 小。纖維細，則單位體積內的纖維數(shù)量就多， 氣流圍繞纖維運動產(chǎn)生的阻力就大， 反之，纖維粗產(chǎn)生的阻力就小4。空氣濾清器的結構種類多種多樣， 一般我們主要采用改進空氣濾清器出氣管 的結構形式來降低進氣阻力。 采用圓弧過渡形式的出氣管， 氣流經(jīng)過出氣管幾乎 不產(chǎn)生紊流，可使阻力減小。 空氣濾清器出氣口的尺寸盡可能的接近空氣濾清器 內濾芯的出口直徑， 也就是說空氣濾清器出氣口與內濾芯的尺寸盡量一致。 這也 是降低阻力的一種方式。 若空氣濾清器出口 (與對方的連接尺寸) 比空氣濾清器 內濾芯的出口直徑小的多， 可以采用變徑管過渡并且變徑時必須逐漸過渡， 這種 出氣管結構是降低阻力非常有效的方式。在

21、空氣濾清器進氣口布局方便的情況 下，進氣口可以采用偏心方式，目的是加大氣流通道面積，這樣能夠減小氣流在 空氣濾清器進氣口所產(chǎn)生的紊流， 從而降低阻力。影響空氣濾清器進氣阻力的兩 個主要因素中，過濾材料的阻力對其進氣阻力影響較小，空氣濾清器的結構阻力 對其進氣阻力影響較大。那么選擇阻力低的過濾材料，改進并優(yōu)化空氣濾清器的 結構是降低進氣阻力非常有效的方法50在額定空氣體積流量下，總成的原始進氣阻力應符合表 2-1 的規(guī)定。表 2-1 總成原始進氣阻力類別總成型式總成原始進氣阻力，Kpa類別不帶安全濾芯帶安全濾芯A具有切向或軸向旋流管預 慮器的雙級總成3.03.5AB具有直通旋流管預濾器的 雙級總

22、成2.63.1BC具有葉片環(huán)或切向進氣預 濾器的雙級總成2.42.9CD具有帽式、盆式預濾器的雙級總成2.22.7DE單級總成1.21.7E數(shù)據(jù)來源：2008 年汽車設計2.2.2 濾清效率目前，各國空氣濾清器的濾清效率是指單位時間內被空氣濾清器濾除的塵土 量與隨空氣進入空氣濾清器的塵土量比值的百分數(shù)。實質上，進入發(fā)動機的顆粒 大小與數(shù)量直接影響發(fā)動機的使用壽命。小顆粒的塵粒進入發(fā)動機是不會造成發(fā) 動機損壞的，只有塵粒達到一定尺寸時，才會造成發(fā)動機損壞。因此，須改變原 來傳統(tǒng)的濾清效率概念，而引用一個新的概念，即適宜濾清效率。所謂適宜濾清 效率就是保證發(fā)動機可靠工作的最低濾清效率。適宜濾清效率

23、采用被空氣濾清器濾除的塵粒直徑大小和數(shù)量與隨空氣進入空氣濾清器的塵粒直徑大小和數(shù)量之 比。適宜濾清效率把空氣濾清器的濾清能力與對發(fā)動機的保護程度統(tǒng)一起來。根據(jù)適宜濾清效率的新概念，即對發(fā)動機提供可靠保護的最低濾清效率，空氣濾清器應濾出對發(fā)動機造成損壞的粉塵顆?！，F(xiàn)在的關鍵是確定某一種空氣濾清器到底需要有多大的過濾精度。普遍認為，空氣濾清器應濾除6ym以上的粉塵顆粒，就不會造成發(fā)動機的磨損和損壞。因為一種空氣濾清器只能滿足某一種 發(fā)動機的需求，這就要求發(fā)動機廠家和濾清器廠家通力合作，發(fā)動機廠家設計耐灰塵的材料，能減小磨損，并選擇合適的進氣口位置，使進入發(fā)動機的塵土最少?？諝鉃V清器有以下四種過濾機

24、理：(1)離心分離借助旋轉氣流，使灰塵粒子在離心力的作用下從空氣中分離出來，達到濾清目的。離心分離是粗濾器設計的理論基礎。(2)機械過濾氣流通過多孔介質濾芯，超過一定尺寸的灰塵留在介質內，類似篩網(wǎng)原理。按介質厚度，分為表面過濾和深度過濾。表面過濾的介質薄，濾清僅發(fā)生在表面 并在表面形成灰餅，性能降低很快。如：濾紙、無紡布、濾網(wǎng)。深度過濾在整個 介質體積內都起作用。濾芯阻力增長慢，儲灰能力增加，壽命延長。(3)粘性吸附介質浸油后瀝干，禾U用油的粘性吸附粒子。如金屬絲網(wǎng)，發(fā)泡聚氨酯等。(4)靜電沉析靜電沉析的濾清效率很高，可以除去小于 O.Olum 的灰塵，但空氣濾清器的 體積過大，在車輛上不易使

25、用 。在額定空氣體積流量下，空氣濾清器總成的原始濾清效率應符合表 2-2 的規(guī)表 2-2 總成原始濾清效率濾芯的材料濾清效率270 目石英砂A4-粗粒A2-細粒樹脂處理微孔濾芯99.598.597.5非織造布及其他材料98.597.596.0數(shù)據(jù)來源：2008 年過濾介質及其選用全壽命濾清效率一般比原始濾清效率高0.51.0%2.2.3 儲灰能力空氣濾清器運行過程中，不斷地濾出灰塵，積聚在濾芯里，濾芯堵塞，阻力逐漸上升，當灰塵達到一定值時，對發(fā)動機性能造成一定下降，因此，需要對濾 芯清理或更換。這段時間，空氣濾清器內儲存灰塵的多少，或者經(jīng)歷時間的長短， 或者行駛的里程間隔稱為儲灰能力或者壽命，

26、道路灰塵濃度相差懸殊，達到同樣的儲灰量時車輛間的行駛里程間隔有很大差別，為了使車輛保養(yǎng)同步，轎車推薦定為 6000-8000km,固定式發(fā)動機定為 300h,油浴式定為 100hf7?，F(xiàn)代中小型汽車空氣濾清器多采用紙質濾芯。為節(jié)省空間增加過濾面積，其 紙質濾芯被折疊成各種各樣的形狀，以增大過濾面積。不同使用條件下的單位紙 濾芯面積及容灰量見表2-3,它可作為選擇空氣濾清器尺寸的參考表 2-3 空氣濾清器單位紙濾芯面積及容灰量負荷狀況單位濾紙容灰量（g/m2）單位空氣所需紙芯面積cm2/（m3h）輕負荷1201302535中等負荷1801903545重負荷2302405565越野型3103208

27、090特別嚴重460470150 以上數(shù)據(jù)來源：2009 年過濾器設計、制造和使用2.2.4 流量一一阻力特性空氣濾清器的阻力：由于氣體流動損失和介質的粘性阻力， 在空氣濾清器進 出口之間形成的壓力降。原始阻力：新空氣濾清器的阻力稱為原始阻力， 設計時總是希望該阻力盡可 能的低。終了阻力：空氣濾清器在使用過程中，隨著濾芯儲灰量的增加，阻力不斷上 升，當阻力達到規(guī)定值時，空氣濾清器需要保養(yǎng)，這一值稱為終了阻力。終了阻 力應按空氣濾清器的儲灰量和發(fā)動機允許的阻力值來確定?？諝鉃V清器的阻力受出氣口尺寸影響較大。 一般來說，空氣濾清器出氣口一定，通過加大空氣濾清器容積和進口，對降低阻力作用并不明顯2.

28、2.5 其他性能2.2.5.2 耐熱性判定濾芯兩端粘膠及濾紙耐高溫的性能。 一般需要從-40C120C兩個循環(huán)， 共 48 小時8。2.2.5.3 耐油性主要判定橡膠密封件與金屬殼體間的粘結性能。2.2.5.4 聲響特性一般進氣噪聲占整車噪聲比例較小， 但要使整車總的噪聲功率降低時， 對進 氣噪聲應加以控制。 當降低進氣噪聲的有效方法是采用進氣消聲器， 當前世界上 各公司設計的消聲器按其機理均可歸為抗性消聲器、 阻性消聲器或阻抗復合式消 聲器。抗性消聲器是利用各種不同形狀的管道和共振腔進行適當?shù)慕M合， 使沿通道 傳播的聲能造成阻抗失配。這種阻抗失配是部分聲能向聲源反射或在空腔內來 回，阻礙部分

29、聲能通過消聲器向外發(fā)散。 抗性消聲器比較適用于非增壓發(fā)動機的 進氣噪聲。阻性消聲器是利用多孔吸聲材料， 如玻璃棉、 泡沫塑料、 纖維等以一定的方 式不知在管道內， 當噪聲通過管道時， 吸聲材料將聲能轉化為熱能， 達到消聲目 的。阻性消聲器的特點是在較寬的頻率范圍內有較好的消聲效果。 因此，它對廢 氣渦輪增壓器的壓力所產(chǎn)生的中高頻噪聲有較好的消聲效果。樹脂處理微孔濾紙是實現(xiàn)多空分散型消聲器及理想的材料， 也是有效的吸聲 材料。但是要空氣濾清器達到不同的形成機理， 對癥下藥， 對空氣濾清器的結構 進行必要的改造，加上必要的消聲元件， 就成為良好的進氣消聲器。 就發(fā)動機的 進氣噪聲的消聲量來說， 并

30、非越大越好， 不同類型的發(fā)動機應當有其恰當?shù)南?量。實踐表明， 如果已使發(fā)動機的進氣噪聲低于機械噪聲 2 到 3 分貝，那么進氣 噪聲對發(fā)動機噪聲的影響就很小了。 如果再降低進氣噪聲， 勢必引起進氣阻力的93 空氣濾清器設計計算3.1 整體結構設計空氣濾清器的結構在大體上分為兩個部分， 一部分是空氣濾清器的殼體， 另 一部分是濾芯， 其中殼體又包括上殼體和下殼體。 有的空氣濾清器還帶有進氣消 聲結構?？諝鉃V清器的殼體一般由具有一定強度的塑料注塑而成，還有少部分采 用金屬板沖壓件焊接組成?？諝鉃V清器的濾芯濾材主要有 3 種：紙質濾芯、 泡沫 塑料濾芯和金屬絲網(wǎng)濾芯。在殼體內濾芯把空氣濾清器分為

31、兩部分，一是前腔， 二是后腔。 本次所設計的空氣濾清器前腔入口裝有進氣管， 外界空氣通過進氣管 進入空氣濾清器，經(jīng)過紙質濾芯的過濾，從上殼體的出氣口排出?？諝鉃V清器按濾清級別有單級濾清和雙級濾清兩種型式， 對多塵砂區(qū)使用的 發(fā)動機或功率較大的汽車應使用雙級濾清系統(tǒng)。因為本次設計車型為陽光轎車， 屬于一般家庭轎車，所行駛的路段大部分為城市路段， 很少在多塵沙區(qū)行駛。 另 外根據(jù)汽車 4S 店提供數(shù)據(jù)，我所設計車型發(fā)動機最高轉速為 5600r/min,排量為 1.5L，屬于小排量，所以根據(jù)以上兩點選擇單級濾清系統(tǒng)。3.2 濾芯設計3.2.1 濾芯材料的選擇空氣濾清器性能的好壞， 首先是與它所采用的

32、濾料有關， 同時也與濾清器本 身的結構及濾芯的加工質量有關。對空氣濾清器慮料的要求首先是要透氣性好， 以保證濾芯的流動阻力小， 其次孔隙度適當， 以保證有足夠的過濾效率和過濾細 度。而且，空氣濾清器的過濾效率要高，可以濾出所有較大的顆粒，濾出這些顆 ?？梢苑乐拱l(fā)動機出現(xiàn)早期磨損， 防止空氣流量計損壞。 通過空氣濾清器空氣的 壓差要低， 確保發(fā)動機有最佳的空燃比， 降低過濾損失。 如果空氣濾清器的過濾 面積大，則容灰量高，使用壽命長?？諝鉃V清器的安裝空間要盡可能小，結構要 盡可能緊湊，密封性能要可靠，性價比高。一般空氣濾清器材料無金屬結構，這 樣利于環(huán)保， 可再利用。 這幾項要求是相互矛盾的，

33、濾芯就是這一對矛盾的統(tǒng)一 體，可以采用不同的濾料以滿足不同空氣濾清器的要求10。 空氣濾清器有干式濾芯和濕式濾芯兩種濾芯。 干式空氣濾清器是通過一個干 式濾芯， （如紙濾芯 ）將空氣中的雜質分離出來的濾清器。輕型車 （含轎車、微型 車）所用的空氣濾清器一般為單級。它的形狀有扁圓或橢圓及平板式。過濾材料 為濾紙或非織造布。濾芯端蓋有金屬或聚氨脂的，外殼材料為金屬或塑料。 在額 定空氣體積流量下，濾芯的原始濾清效率應不低于 99.5%。重型車由于工作環(huán)境 惡劣，它的空氣濾清器必須是多數(shù)的。第一級為旋流式預濾器 （ 如葉片環(huán)、旋流 管等），用于濾除粗大顆粒雜質，過濾效率在 80%以上，第二級細濾是微

34、孔紙濾 芯（一般稱作主濾芯 ） ，其過濾效率達 99.5%以上。主濾芯之后還有一個安全濾芯， 其作用是在安裝和更換主濾芯時，或在主濾芯偶然損壞時防止灰塵進入發(fā)動機。 安全芯的材料多為非織造布，也有使用濾紙的。干式濾芯材料為濾紙或無紡布。 為了增加空氣通過面積，濾芯大都加工出許多細小的摺皺。當濾芯輕度污損時， 可以使用壓縮空氣吹凈， 當濾芯污損嚴重時應當及時更換新芯。 紙質干式空氣濾 清器有許多形式和形狀， 其濾芯是用樹脂處理的微孔濾紙制成的。 濾芯呈波折狀， 具有較大的過濾面積。 濾芯的上下兩端有塑料密封圈，以保證濾芯兩端的密封性。 發(fā)動機工作，空氣由蓋與外殼之間的空隙進入空氣濾清器，經(jīng)紙質濾

35、芯過濾后， 通過外殼上端的出氣口進入氣缸。濕式濾芯使用海棉狀的聚氨脂類材料制造， 裝用時應滴加一些機油， 用手揉 勻，以便吸附空氣中的異物。如果濾芯污損之后，可以用清洗油進行清洗，過分 污損也應該更換新濾芯。濕式空氣濾清器包括油浸式和油浴式兩種。 油浸式是通過一個油浸過的濾芯， 將空氣中雜質分離出來， 其濾芯材料有金 屬絲織物的，也有發(fā)泡材料。油浴式是將吸進的含塵空氣導入油池而被除去大部分灰塵， 再在帶油霧的空 氣向上流經(jīng)一個由金屬絲繞成的濾芯時作進一步過濾， 油滴和被攔住的灰塵一起 返回到油池。油浴式空氣濾清器一般用于農(nóng)業(yè)機構和船用動力。如果濾芯阻塞嚴重， 將使進氣阻力增加， 發(fā)動機功率下降

36、。 同時由于空氣阻 力增加，也會增加吸進的汽油量， 導致混合比過濃， 從而使發(fā)動機運轉狀態(tài)變壞， 增加燃料消耗，也容易產(chǎn)生積碳。 平時應該養(yǎng)成檢查空氣濾清器濾芯的習慣。 由 于紙質濾清器具有濾清效率高、質量輕、成本低、維護方便等優(yōu)點，已被廣泛采 用。紙質濾芯的濾清效率高達 99.5%以上，油浴式濾清器的濾清效率在正常的情 況下濾清效率為 9596%11。轎車上廣泛使用的空氣濾清器是紙質濾清器。根據(jù)以上情況，本次設計的濾芯選擇干式紙質濾芯。對干式紙質濾芯來說， 一旦浸入油液或水分，濾清阻力就會急劇增大， 因此清潔時切忌接觸水分或油液， 否則必須更換新件。同時還應定期清理濾芯， 如果濾芯污損嚴重，

37、 應當及時更換 新濾芯。一般情況下， 根據(jù)具體行車環(huán)境， 建議每行駛 15000 公里左右更換一次 濾芯。更換濾芯時盡量到正規(guī)汽車 4S店。由于濾芯更換比較簡單，特殊情況下 可以到 4S 店選擇型號相符的濾芯，自行更換。3.2.2 濾芯的結構設計紙質濾芯屬于表面過濾， 表面積愈大， 它的通過能力就愈大， 使用壽命就愈 長，過濾阻力就愈小，因此力求在有限的空間內，增大濾芯的過濾面積。目前大 多數(shù)轎車使用的紙質濾芯普遍采用菊花形橫斷面折疊方式， 濾芯的整體形狀設計 為長方形。3.2.3 濾芯過濾面積設計計算計算過濾面積的前提要知道發(fā)動機運轉時所需的最大空氣量 Q,Q 可由下式 求得：Q=VN-n-

38、2/n=1.5 5600X）.8X/2=3.36m3/min（3-1）V-發(fā)動機排量，LN-發(fā)動機最高轉速，r/mi nn進氣效率，（汽油機取 0.8,柴油機取 0.85）n氣缸數(shù)效率，（4 缸及以上為 1）n為燃燒方式系數(shù)，（4 沖程取 2,2 沖程取 1）根據(jù)發(fā)動機運轉時所需最大空氣流量可以確定額定空氣流量。 選用空氣濾清器時，其額定空氣流量 Q般取 1.1Q1.15Q。這里取 1.1Q，貝Q=1.1X3.36=3.6936/min額定空氣流量由空氣流經(jīng)過一定封閉面積的濾紙來實現(xiàn)。 通過額定空氣流量可以計算出濾紙過濾面積。濾紙過濾面積 A 可由下式求得：A=Q 卩(3-2)將 Q=3.69

39、6m3/min 代入得：A=3.696/0.06=1.027m2A濾紙過濾面積，m2Q- 額定空氣流量，m3/mi n空氣流經(jīng)濾紙的速度，這里取 0.06m/s濾紙表面積是決定濾芯使用壽命的重要參數(shù)， 用計算出的濾紙表面積和濾紙 過濾面積相比較，如果濾紙表面積大于濾紙過濾面積，則說明濾紙表面積合適。 反之，必須從新選擇濾紙尺寸。按下式可計算濾紙的表面積：A=2bnh(3-3)A濾紙的表面積，m2b-濾紙折寬,cmn-濾紙折數(shù)h濾紙高度，cm根據(jù)空間要求，確定濾紙形狀為長方形。初步確定濾紙折寬 b 為 15.5cm，折數(shù) n 為 81，濾芯高度 h 為 5cm，則：A=2X15.5 卷 1 5=

40、1.256m2經(jīng)驗算A頗明濾紙表面積各尺寸合適。因為濾紙折數(shù)為 81,每折之間的間隙 s 為 3mm，則濾紙的長度 L 可以由下 式計算 ：L n s 81 3 243mm(3-4)L 濾紙的長度，mmn 濾紙折數(shù)s毎折之間的間隙，mm濾芯上端包有發(fā)泡材料， 不僅保證了空氣濾清器的密封性， 而且濾芯通過發(fā) 泡材料安放在殼體凸臺上12。濾芯形狀尺寸如圖 3-1 所示圖 3-1 濾芯3.3 進出口面積計算為了提高進氣速度，常將空氣濾清器進口面積設計的略大于出氣口面積，同時，進氣口位置盡可能低，出氣口位置盡可能高，以充分利用腔體的容積。由下式計算進氣口的面積 AA Q/V(3-5)將 Q =3.69

41、6mmin 代入得：3.6962A= =0.00212 m229A- 進氣口面積，m2Q-額定空氣流量，m2/mi nV空氣在進氣口速度，這里取 29m/s 進氣口直徑 d 可由下式計算：將 A=0.00212m2代入得:d進氣口直徑，mA-進氣口面積，m2出氣口面積要略小于進氣口面積，出氣口直徑取0.049m。貝 U 出氣口面積Ai=nJ0.0492/4=0.00189m23.4 殼體設計3.4.1 殼體容積根據(jù)空氣濾清器額定空氣體積流量的計算結果, 級轎車采用下式計算：V=2.5Vh將 Vh=1.5L 代入得：V=2.5 %.5=3.75LV 空氣濾清器容積，L;Vh- 發(fā)動機排量，L;3

42、.4.2 殼體結構空氣濾清器殼體包括可拆卸連接的上殼體和下殼體，有利于發(fā)動機艙的內部 空間的合理布置。上殼體的下端面為上安裝面，下殼體的上端面為下安裝面，上 下安裝面相貼合。上殼體的一側設有出氣口，下端面的一側設有進氣口。下殼體 上有三個突出的部分，用于和車身相連，從而達到固定空氣濾清器的目的。 上殼 體和下殼d(3-6)d=：4 0.00212=0.052 m估計空氣濾清器容積。汽油(3-7)體通過內六角平圓頭螺釘相連接。下安裝面上設有凸起，上安裝面上設有可與凸起相匹配的凹槽，這樣增加了上下殼體之間的密封性， 保證空氣濾清器 殼體不發(fā)生漏氣。空氣濾清器殼體由模具注塑而成。上殼體形狀如圖3-2

43、 所示,下殼體形狀如圖 3-3 所示。圖 3-4 為空氣濾清器三維爆炸圖，通過三維爆炸圖， 可以清晰直接地了解空氣濾清器各部分的結構。圖 3-2 上殼體圖 3-3 下殼體圖 3-4 爆炸圖4 空氣濾清器相關實驗4.1 儲灰能力試驗儲灰能力定量地測定方法需要在實驗臺上進行，以規(guī)定的加灰量連續(xù)加灰， 直至濾清器達到終了阻力值， 或者效率下降到規(guī)定值， 此時加入灰塵的克數(shù) g 或加灰時間 t ，表示儲灰能力或實驗壽命。這是為了縮短試驗時間采取的強化實 驗方法。一般用途發(fā)動機空氣濾清器的實驗壽命，我國行業(yè)標準規(guī)定，單級為 4h,雙級為 10h13。為了確保高的儲灰能力， 濾紙被折成波紋狀以保持表面輪廓

44、有間隙， 并保證 含塵空氣暢通無阻地流過波紋,同時還可以防止波紋互相貼合在一起。4.2 密封性試驗標準規(guī)定, 儲灰試驗結束后, 立即分解空氣濾清器并檢查各密封部位, 不能 有泄漏粉塵的痕跡。在實際密封性試驗檢查中,由于有些時候粉塵泄漏量較少, 泄漏部位不易察覺,采用淋水試驗或浸水試驗法便于檢查。4.3 耐振動性試驗如何判斷空氣濾清器殼體的牢固可靠性, 目前國內汽車行業(yè)尚未明確統(tǒng)一規(guī) 定。按標準規(guī)定的耐震動性強度試驗, 振動頻率和加速度都比國外試驗要求低很 多。國外多以 100200Hz 的頻率為試驗要求,而目前國內標準要求對空氣濾清器單獨進 行耐動性試驗的較少。根據(jù)日本 NES 標準,經(jīng)過下列

45、任一實驗,空氣濾清器各部 位不得有龜裂、破損、開焊等異常現(xiàn)象：(1)專門的 0.8 萬公里道路試驗；(2)用戶使用 12 萬公里；(3)臺架試驗：振動頻率、振動加速度分別為車體共振點的振動頻率、振動 加速度, 若沒有共振時為發(fā)動機最大轉速點的振動頻率、 振動加速度； 振動方向 為上下；振動次數(shù)為 107。4.4 進氣純音試驗空氣濾清器是汽車發(fā)動機必備的自我保護裝置之一。實踐表明，空氣濾清器也是汽車發(fā)動機的一種有效地進氣消聲器， 空氣濾清器所占的體積可作為膨脹型 消聲器的膨脹腔，空氣濾清器的濾材是阻性消聲器良好的吸聲材料。進氣噪聲主要是管內壓力波傳到外界大氣，使之振動而產(chǎn)生的低頻成分。壓力波動周

46、期與發(fā) 動機進氣門關閉次數(shù)相同，故進氣噪聲的基頻為f Z N /60a。式中，Z 為汽缸 數(shù)；N 為發(fā)動機轉速，r/min; a 為循環(huán)常熟（4 沖程為 2，2 沖程為 1）。一般進 氣噪聲的頻譜中大量出現(xiàn)的是基頻到 4 次諧波，如圖 4-1 所示。I次*頻率/H忑圖 4-1 進氣噪聲頻譜舉例通過在消音室內進氣純音實驗，認為空氣濾清器對噪聲的衰減作用， 最理想性能為共振頻率低、衰減量大、高頻區(qū)放大量小14。共振頻率附合關系式：f c Sr2 LV式中，S 為進氣管截面積；L 為進氣管長；V 為殼體體積?？梢娨档凸舱耦l率需減小進氣口截面積，增加管道長度及客體容積。但前兩項會增加進氣阻力。如圖

47、4-2 所示，因存在關系：fa 2fr所以隨著共振頻率的下降，截止頻率 fa也下降，從而擴大了衰減領域范圍，高頻區(qū)放大量也減小。HEYMRF7哪i1方共振頻豐圖 4-2 純音試驗曲線iliiL f頻率/Hz5 空氣濾清器的維護與保養(yǎng)發(fā)動機是非常精密的機件， 極小的雜志都會損傷發(fā)動機。 因此， 空氣在進入 氣缸之前， 必須先經(jīng)過空氣濾清器精密的過濾， 才能進入氣缸。 空氣濾清器是發(fā) 動機的守護神， 空氣濾清器狀態(tài)的好壞關系著發(fā)動機的壽命。 在汽車的千千萬萬 個零部件中， 空氣濾清器是一個及不起眼的部件， 因為它不直接關系到汽車的技 術性能，但在汽車的實際使用中，空氣濾清器卻對汽車特別是發(fā)動機的使

48、用壽命 有極大的影響。一方面， 如果沒有空氣濾清器的過濾作用， 發(fā)動機就會吸入大量 含有塵埃、顆粒的空氣，導致發(fā)動機氣缸磨損嚴重。另一方面，如果在使用過程 中，長時間不給維護保養(yǎng)， 空氣濾清器的濾芯就會沾滿空氣中的灰塵， 這不但是 過濾能力下降， 而且還會妨礙空氣的流通， 導致混合器過濃而是發(fā)動機工作不正 常?？諝鉃V清器的作用是濾清進入氣缸空氣中的雜質， 以減輕壓縮系統(tǒng)相關零件 的磨損。如果汽車行駛中使用過臟的空氣濾清器， 會使發(fā)動機進氣不足， 使燃油 燃燒不完全， 導致發(fā)動機工作不穩(wěn)定，動力下降、耗油量增加的現(xiàn)象發(fā)生。 因此， 汽車必須保持空氣濾清器的清潔，按期維護保養(yǎng)空氣濾清器是至關重要的

49、15。干式紙質空氣濾清裝置由紙質濾芯及密封墊圈等組成，使用中應注意：1、定期檢查，正確保潔。清除紙濾芯上的灰塵時，應用軟毛刷沿折縫方向 刷去濾芯表面灰塵土， 并輕輕敲擊端面使塵土脫落。 進行上述操作時， 應用干凈 的棉布或橡皮塞堵 住 濾芯兩 端 ，以壓 縮 空氣機或 打氣筒 （氣壓不得 超過 0.2-0.3MPA，以防損壞濾紙）從濾芯內向外吹氣，以吹去粘附在濾芯外表面上的 灰塵。2、 不要用水或柴油、汽油清洗紙質濾芯，否則濾芯孔隙被堵塞，增加空氣 阻力；同時柴油易吸入氣缸，造成裝后超支“飛車” 。3、 安裝時，要注意各結合部位的墊片或密封圈不得漏裝或錯裝，以免空氣 短路。濾芯蝶形螺母不要擰得過緊，以防壓壞濾芯。4、 即使每次都能精心維護，紙濾芯也不能完全恢復原來的性能，其進氣阻 力會增高，因此，一般當紙濾芯需要進行第 4 次維護保養(yǎng)時， 就應更換新濾芯了。 若紙濾芯出現(xiàn)破裂、破損，或濾芯上、下端面翹不平