机械车辆空气预滤器的研究现状及其发展趋势

摘要：随着社会经济的发展和科学技术的进步，机械车辆空气预滤器的发展趋势也越来越好，本文主要对机械车辆空气预滤器的研究现状及其发展趋势进行了探究和分析。首先从3个方面分析了国内研究进展及应用现状，主要包括离心式预滤器、油浴式预滤器以及静电-旋风管式预滤器;然后从3个方面分析了国外研究进展及应用现状，主要包括弗列加空气预滤器曼·胡默尔空气预滤器以及Centri Precleaner 空气预滤器;最后对机械车辆空气预滤器的发展趋势进行了展望。

关键词： 机械车辆;空气预滤器;研究现状;发展趋势

1.前言

目前，机械车辆用空气滤清器一般分为预滤和精滤两级，其中由于单级精滤器所处的工作环境比较恶劣，就出现了较大粒径的灰尘颗粒大量粘附在滤网上，造成滤清效能迅速下降，甚至导致滤芯堵塞，有的甚至降低了机械车辆的工作效率和性能。因此，一般情况下，机械车辆单级精滤器之前安装空气预滤器，使得空气中的大部分沙尘颗粒在进入空气精滤器之前即被过滤掉，以便延长滤芯维护保养周期和发动机使用寿命，提高机械车辆的动力性、经济性和安全可靠性。

2.国内研究进展及应用现状

随着发动机技术的发展，空气滤清器也在不断地推陈出新，以满足发动机不同的性能要求。从油浴和油浸式空气滤清器，发展到干净、高效的纸质空气滤清器; 从单级空气滤清器，发展到具有各种形式预滤器的双级空气滤清器。空气预滤器的除尘原理主要是离心分离——含尘空气经过预滤器导流叶片高速旋转把比密度的灰尘抛向四周，但其型式、结构、大小、布置和材质各有不同，各有巧妙，各有特点，适用于不同用途的各种结构配置。

2.1离心式预滤器

离心式预滤器利用沙尘的密度比空气大的特点，使空气在通道中产生旋转或改变方向，在离心力或惯性力的作用下，将沙尘甩到外围而与空气分离，对清除空气中较大颗粒的沙尘特别有效，常用于在多沙尘地区作业的机械车辆。

2.2油浴式预滤器

早在 20 世纪 50 年代，农用机械上就采用油浴式空滤器。它的基本原理是通过把含尘空气引向油池，利用惯性力使一部分灰尘被机油粘附，同时夹带着油雾的含尘空气再通过滤芯时，被进一步过滤，而被滤芯粘附的灰尘又随机油滴回到油池。这种预滤器原始阻力在 1.0～2.0 kPa之间，使用寿命长，可反复清洗并能恢复原始状态，且不易产生二次扬尘，滤清效率达 95%～97%，但由于汽车发动机的转速范围变化很大，导致这种空气滤清器在使用过程中滤清效率变化很大。因其保养麻烦困难，且对环境有污染，其应用受到一定限制。多年来一直被小型农用机械大量使用，如今在重型汽车上也有所应用，尤其是在多风沙的恶劣环境下工作的机械车辆使用时效果更加显著。

2.3静电-旋风管式预滤器

静电除尘是一种公认的最洁净的除尘技术，具备过滤效率高、阻力小的优点。旋风静电空气滤清器是在旋流管式空气滤清器内加入电极以引入高压静电场，实现离心滤清机理 和 静 电滤清机理相结合的多机理空气滤清器。旋风和静电两种滤清方式组合使用，同时在同一空间对尘粒作用，利用旋风作用可以实现对大颗粒灰尘的捕集，并且可以利用其实现滤清器内腔及静电电极的自清洁，延长了空气滤清器的保养周期和寿命.传统的空气滤清器在使用中需要定期清洗或更换滤芯，否则将导致进气阻力过大，必然影响发动机的充气效率，进而对其动力性和经济性产生不良影响。而旋风静电除尘装置的特点是电场力和离心力直接作用在粉尘颗粒上，而不是利用粉尘粒子的重力或纤维的阻隔作用除尘，因此阻力很小，且在使用中不随时间推移而发生变化。采用旋风静电式空气滤清器，可以在保证过滤效率的同时减小发动机进气阻力，提高发动机的动力性和经济性。离心滤清机理和静电滤清机理相结合空气滤清器的滤清方式新颖独特，优势互补，相得益彰，具有很大的研究开发价值及广阔的应用前景。

3.国外研究进展及应用现状

曼·胡默尔、马勒及索菲玛等是国际知名滤清器供应商，具备较强的科研能力和市场开发能力。下面将对它们开发的空气预滤器产品进行详细介绍。

3.1弗列加空气预滤器

康明斯研发的 Fleet guard 预滤器具备单级和双级两种配置，无需维护，自动排尘，能适应及其苛刻的环境条件。其工作原理与唐纳森公司的 Top-spinTM相同，只是材质、结构型式有所区别。不同型号的预滤器可满足 0.28 ～ 39.64 m3/ min 流量范围的发动机需求，出气口直径范围是 51 ～205 mm，可垂直安装也可水平安装。主要应用于在矿山、沙漠、农场、越野和垃圾场等恶劣工况下的机械车辆，在军用车辆中也有应用。

3.2曼·胡默尔空气预滤器

曼·胡默尔是全球知名的滤清器供应商。其开发的ENTARON适用于狭小安装空间和高功率密度，既灵活又经济，预分离效率超过 85%。ENTARON在设计上更为紧凑，主要包括集成在外壳上的安装座和外壳顶端的锁定系统。ENTARON的外壳由外包装、端口和保护层三部分构成。这种设计理念可在有限的安装空间内实现极大的灵活性。

3.3 Centri Precleaner 空气预滤器

基于离心分离原理的 Centri Precleaner是美国Best Used Trators 公司开发的一种空气预滤器产品。它能使空气滤清器的使用寿命延长高达 12 倍，可与所有的空气过滤系统兼容，具备免维护功能，铝质或不锈钢结构能使转子平稳无噪音运行，有 8 种型号涵盖 50 ～ 1600CFM 的进气量范围。预滤器在一定的转速范围内才能够有效工作，因此需要与发动机进行良好的匹配。

4.机械车辆空气预滤器发展趋势

通过总结国内外空气预滤器产的主要特点及应用现状，分析其工作原理及产品性能，并结合国内外在该领域的研究动态，可以发现空气预滤器的研发向着轻量化、模块化、高效能、长寿命及免维护的方向发展。针对目前空气预滤器尚且存在的问题，未来研究工作可以从以下几个方面着手：

4.1进一步提高预滤器的性能

目前应用最为广泛的离心式空气预滤器存在非额定工况下过滤效率低的缺点;最为理想的离心静电式预滤器存在高压供电困难。因此，致力于研发具有较高过滤效能和较低气阻力的空气预滤器产品，提高发动机的性能、寿命和安全可靠性。

4.2将计算流体力学数值分析技术应用于预滤器产品的研发

CFD能够描述空气预滤器内部复杂的三维流动现象，可以在设计的初期快速地评价设计并做出修改，而不需要原型生产和反复测试，大大减少了研发费用、时间及新设计带来的风险，可有效提高产品设计效率和品质。

4.3解决预滤器与发动机匹配问题

选配预滤器时，应根据发动机的额定进气量，在满足发动机最大允许进气阻力的前提下，选择过滤效率高的预滤器; 过滤效率相同时，选择阻力小的预滤器，以达到最大程度地延长空滤的维护保养周期和发动机使用寿命。

5.结束语

综上所述，由于机械工业与内燃机技术的发展的速度飞快，机械车辆装备也逐渐向着高效能、高寿命、节能减排的方向发展，这样就使的对内燃机对进气品质的要求越来越高。空气预滤器是高效空气过滤装置的重要组成部分，该装置延长了滤芯的维护保养周期和发动机使用寿命，同时提高了机械车辆的作业效率。

参考文献：

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[3]王涛，崔岗，刘阳江，等.空气滤清器与空气预滤器的匹配[J].工程机械，2011，（ 42） ： 45-47.

作者简介：

陈林，（1991.11.09-），本科，湖南邵阳学院机械系。