防伪环保机油滤芯的设计

姚强

摘要： 介绍防伪环保机油滤芯的设计原理，用CATIA做出了防伪环保机油滤芯的三维模型。并通过实验对其设计进行验证。防伪技术主要通过以下3个方面实现，第一采用独特的结构设计，第二采用高性能的全合成纤维滤材，第三采用特殊的工艺焊接方法。

关键词： 机油滤芯;防伪;全合成纤维滤材

【中图分类号】V228.2+3【文献标识码】A【文章编号】1674-3733（2020）12-0212-02

1引言

近年来，国家不断升级柴油机的排放标准，对节能减排、环保提出了更高更严苛的要求，推动了机油滤的技术变革，越来越多的机油滤由传统的旋装机油滤发展为机油滤模块。机油滤模块不仅具有过滤功能，还可以集成其它功能件，例如：冷却器、回油系统、机油转子滤、油气分离器、压力管理、传感器等。在减排方面，主要采用了满足结构强度要求的低密度材料，大幅度降低整体重量，使得消耗发动机输出动能减少，相对于原铁制为主的机油滤，机油滤模块采用铝合金、塑料等材料。

机油滤模块与普通的旋装滤清器的区别主要体现在客户保养时，普通的选装滤清器在保养时必须整体更换，由于其含有大量金属材料，例如金属壳体、螺纹盖板、支撑弹簧、金属夹条、金属阀座等，造成了资源上的浪费。机油滤模块在保养时仅需更换滤芯，更换成本低，更重要的是有利于环境保护。本文重点介绍环保滤芯的防伪设计及其验证。

2防伪环保机油滤芯的结构

防伪环保机油滤芯的由塑料上端盖、塑料卡环、塑料下端盖、塑料中心管及全合成过滤滤纸组成，并带有3个与总成装配用的O型密封圈。滤纸采用星形折叠的方式均匀分布，纸芯首尾折通过胶水粘结的方式进行固定。其结构示意图如1所示。

3防伪环保机油滤芯的设计

机油滤清器的工作温度范圍一般在-40℃到150℃，工作压力一般在8bar左右。为保证端盖的强度性能，本滤芯塑料材料全部采用30%或35%玻璃纤维增强的聚酰胺材料（PA6+GF30，PA6+GF35）。聚酰胺材料具有比重低、抗拉强度高、加工性能好、耐磨等优点，加入玻璃纤维后可进一步提升其结构强度，常被作为机油滤塑料材料的首选。防伪环保机油滤芯的设计主要从以下几个方面着手：

（1）设计防伪塑料端盖：滤芯的上下端盖是跟模块总成直接产生装配的零件，需跟模块的安装面同步设计。选用PA6+GF35材料，确保其机械强度性能及耐高低温稳定性。本滤芯上端面采用半月形卡扣结构，均匀分布，卡扣形状的设计在保证自身强度的前提下避免了用料过多而导致的端盖平面度问题。该半月形的卡扣跟机油滤模块的端盖总成配合。在滤芯装配时，通过滤芯端盖的卡扣和端盖总成结构的配合，将滤芯平稳固定至正确位置;在做滤芯更换拆卸时，通过这种半月形卡扣和端盖总成的配合，端盖总成旋转拆卸的同时可以将滤芯顺带出来，减少拆装步骤，提高效率。该设计已申请专利保护。

下端面带有两个O型密封圈槽，并通过加强筋对其结构进行加强，内外密封面具有一定的高度差，更换滤芯时脏油可先从回油口排出。为保证红外焊接工艺的可行性，在设计时，要求上下端盖的焊接面平面度满足0.2mm要求。

（2）设计防伪中心管：为达到防伪的目的，本滤芯将机油滤模块的中心管集成在环保滤芯上。选用PA6+GF35材料，确保其抗坍塌强度性能。由于机油滤模块没有单独的止回阀，机油滤模块的储油功能要通过滤芯来实现，为此专门设计出带有内管的中心管结构，内管与外管一体成形，该一体成形结构在保证中心管强度的前提下减少了零件数量，为确保中心管生产过程中脱模顺利，内外壁都设计增加了相应的拔模斜度，中心内管高度为中心支撑管的2/3，内径为中心支撑管的1/2，厚度仅为1.5mm，为中心支撑管的1/2。该内管的功能与止回阀一致，确保发动机停机状态时，机油滤模块中仍储备部分机油。为确保滤芯的初始压差在一个较低的水平，该中心管的开孔率高达65%。该中心管设计已申请专利保护。

（3）设计密封圈定位卡环：该滤清器采用卡环的形式固定上端盖密封圈，内嵌式的密封圈卡槽需用专门配合的卡环来固定O型密封圈，该设计形式可以有效控制零部件尺寸，确保密封效果，从设计上进一步加强防伪。

（4）采用先进的全合成纤维滤纸材料：为了在有限设计空间内达到客户的高容尘要求，本滤芯选用了具有高容尘的全合成纤维机油滤滤纸。合成纤维是以小分子的有机化合物为原料，经加聚反应或缩聚反应合成的线性高分子化合物材料。使用全合成纤维滤材一方面可延长产品的使用寿命，另一方面也是从材料的角度提升了产品的性能防伪性。本滤芯选用100%聚酯纤维（PET）为原材料的过滤滤纸。聚酯纤维用于机油滤滤纸最大的优点是形状稳定性好，吸湿性小，具有较高的强度和抗热油老化性能，可长时间在高温机油中使用。

本设计选用深层过滤的全合成纤维滤材，包含2层结构。第一层滤纸（脏侧）为核心过滤材料，成分为PET;第二层为塑料网格，起支撑作用，帮助改善滤纸的加工工艺性，成分为PET。其颗粒捕捉机理包含以下三种：（1）扩散（布朗运动），微小污染物由于做布朗运动碰撞到纤维上被截留，本机理主要针对小于0.5微米的颗粒;（2）拦截，颗粒污染物在随流线运动的过程中，由于颗粒尺寸大于流线与纤维之间的距离而碰撞到纤维上被截留，本机理主要针对0.1到5微米的颗粒;（3）惯性，重质颗粒污染物在惯性作用下偏离流线碰撞到纤维上而被截留，本机理主要针对大于1微米的颗粒。

（5）采用特殊的工艺焊接方法：一般机油滤滤芯采用黏胶工艺，将纸芯与塑料端盖连接在一起。本滤芯采用红外焊接工艺，且要求中心管与纸芯同步参与焊接。红外焊接是采用非接触式的加热方法对塑料件进行加热。两个待焊接的零件表面在红外线的映照下可迅速凝聚，经压合冷却后即粘接在一同，并可获得极高的焊接强度。焊接深度要求：纸芯参与焊接深度0.75mm～0.1mm，中心管参与焊接深度0.5mm～0.75mm，保证脏侧机油无法从焊接处旁通到干净测，同时从工艺上进一步加强防伪。下图为本滤芯的3D数模图形。

4防伪环保机油滤芯的性能

（1）全合成纤维滤材的老化性能ISO 2758：

耐Castrol 0W30热油老化，油温150℃，老化时间500小时。老化后滤纸耐破度要求大于1.2bar。

（2）滤芯效率：15μm≥50%，25μm≥90%;容尘量>60g。

（3）振动试验（与总成一起评估）：

在共振频率和加速度下，X，Y，Z方向各振动3000万次

后无泄漏和损坏。

（4）泄漏试验（与总成一起评估）：

分别在125℃，140℃，150℃三种温度下进行2-10 bar压力循環，总循环次数达到108万次无泄漏和损坏。

（5）温度循环试验（与总成一起评估）：

在低温-30°条件下，0-15bar循环50次;然后同一编号测试样件在150°条件下，0-15 bar循环20万次;最后同一样件在低温-30°条件下，0-15 bar再次循环50次后无泄漏和损坏。

（6）压差性能ISO 4548-1：

低粘度下压差：测试油粘度20mm2/s，滤芯压差≤20kpa;高粘度下压差：测试油粘度500mm2/s，滤芯压差≤30kpa;

（7）滤芯中心管焊接泄漏量测试

滤芯在测试壳体中放置，注入2/3高度油面，静止24h，油泄露量≤10ml。

（8）中心管坍塌实验ISO 2941

滤芯在测试壳体中放置，给予压力，新条件下其中心管坍塌压力≥9bar。老化150℃，500小时后，其中心管坍塌压力≥6bar。

（9）滤芯端盖拉拔力实验

新条件下：拉拔力≥0.17N/mm;老化150℃，500小时后，拉拔力≥0.15N/mm;同时滤芯应从滤纸处断裂。

（10）满足客户整车台架实验及路试要求，满足10万公里的更换里程要求。

结束语：对防伪环保滤清器的设计，需要注意每个零部件的设计细节，材料选择以及装配工艺。采用塑料材料为主体，并结合独特的产品设计方案，可实现防伪功能。同时，采用全合成纤维滤纸，可进一步提升产品的过滤性能，达到长寿命设计的目的。