发动机空气过滤系统的选型

工程机械工作环境比较恶劣，对发动机空气过滤系统的要求很高。如果发动机空气过滤系统配置不当，将加速发动机活塞、缸筒磨损，降低发动机功率，缩短发动机使用寿命。发动机空气过滤系统一般由空气滤清器、空气预滤器（选装）和进气管道组成，在选型时须综合考虑各方面因素。

1.对空气过滤系统的指标要求

发动机对空气过滤系统有3个基本指标：一是滤芯洁净时的最大允许进气阻力，二是滤芯肮脏时的最大允许进气阻力，三是使用重型空气滤清器最小污垢拦截能力（最小容灰量）。一般要求所选空气过滤系统总的进气阻力不能超过滤芯洁净时的最大允许进气阻力，且在滤芯肮脏时空气滤清器的容灰量必须大于或等于使用重型空气滤清器时的最小容灰量。

2. 选型准备

(1) 确定进气方案

在为发动机选择空气过滤系统之前，应首先考虑工程机械的主要应用范围及其周边环境。一般来说，拖泵、沥青摊铺机、胶轮压路机等工程机械施工时灰尘浓度较低，仅安装空气滤清器即可。而推土机、平地机、单钢轮压路机、挖掘机等工程机械工作时空气中灰尘浓度较高，应安装空气滤清器和空气预滤器，以提高发动机进气质量，降低发动机维修保养费用。

干式空气滤清器脉冲系数

目前只有2级干式空气滤清器获准用于工程机械、矿山机械、工业机械和农业机械的发动机上。其第1级空气滤清器，采用离心方式将较大的灰尘颗粒分离，使其落入1个灰尘容纳器中(或从系统中排掉)；而第2级空气滤清器有1个经过处理的纸质滤芯，能过滤掉空气中余下的尘土。

某品牌空滤进气流量-阻力-寿命曲线

(2) 确定进气流量

空气滤清器及空气预滤器的尺寸，主要取决于发动机所要求的最大进气流量。这可从发动机制造商处咨询获得，也可根据发动机标牌上的数据来确定，即根据发动机的排量（L）、额定转速（r/min）、汽缸数和容积效率等确定，其中四冲程发动机进气流量（m3/min）计算公式如下：

四冲程自然吸气式柴油机容积效率为0.9，四冲程涡轮增压式柴油机容积效率为1.5～3.0。以上容积效率为经验值，具体值最好能从发动机制造商处获得。

(3) 确定气流脉冲系数

汽缸数较少的发动机，其进气系统会出现气流脉冲现象，因此在确定空气滤清器尺寸时，必须考虑相应的脉冲系数，具体数值见附表。

(4) 确定设计流量

对于1～4个汽缸的发动机来说，其设计流量必须将发动机进气量与相应的脉冲系数结合考虑，以确定空气滤清器尺寸，计算公式如下：

对于5个或5个以上汽缸的自然吸气和涡轮增压式发动机，其设计流量与发动机进气量相对应，不需要调整设计流量。

3.选择空气滤清器

在完成上述选型准备工作之后，可依据厂家提供的产品样本对空气滤清器初步选择。首先应保证设计流量必须在其适用流量范围内；然后再根据厂家提供的滤芯肮脏时最大允许进气阻力下和空气滤清器流量-阻力-寿命曲线，计算所选空气滤清器在设计流量下的进气阻力及实际容灰量。

附图为某品牌空气滤清器在进气阻力6.25 KPa时的实验室进气流量－阻力－寿命曲线。计算时在横坐标中找到相应的设计流量值，而后由左侧纵坐标读取相应的进气阻力，由右侧纵坐标读取相应的实验室寿命时间。此曲线是按照美国汽车工程师协会的SAE标准测定（灰尘浓度1g/m3），其实际容灰量（g）计算如下：

根据以上确定的容灰量，可对初步选择的空气滤清器进行筛选，达不到发动机最小容灰量要求的空气滤清器即可排除。对于符合流量及容灰量要求的空气滤清器，应优选进气阻力较小的型号，再对安装要求、材质、价格等进行进一步筛选，确定最终规格型号。

4.选择空气预滤器

选择空气预滤器时，应重点考虑其在设计流量下的进气阻力及过滤效率。多数空气预滤器是通过其固定的导流叶片和可旋转叶片，使进气高速旋转，将密度大的灰尘抛向四周的排尘通道；而干净空气则经过位于中心的进气管道，流向空气滤清器。进气流量越大，进气阻力越大，过滤效率越高；反之进气流量越小，进气阻力越小，过滤效率越低。

若需加装空气预滤器，应首先根据设计流量进行选择。在选择时应注意，为保证较高的过滤效率，空气预滤器的设计流量必须在所选空气预滤器的适用范围内。在空气预滤器选型时，若选型的尺寸过大，虽然进气阻力小，但过滤效率将显著下降。在保证过滤效率的前提下，应优先选择进气阻力较小的空气预滤器，以提高空气滤芯的使用寿命。

对于整个空气过滤系统，选型时应保证空气滤清器、空气预滤器（选装）及进气管道的进气总阻力不大于滤芯洁净时的最大允许进气阻力；空气滤清器的容灰量必须满足发动机的要求，若加装空气预滤器，应保证足够的过滤效率；布置进气管道时，应尽量减少管道弯头和长度，若必须使用弯头应尽量平滑。

在空气过滤系统选型工作完成后，还应在整机调试时，对发动机进气系统进气阻力进行测试，以检验选型是否合适。

(黄运明 曹君 史艳立 徐雅洁 作者地址：湖南省长沙县星沙镇 三一重工泵送研究本院泵车总体所 410100)

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