港口机械内燃机纸质空气滤芯的技术要求与合理使用
1问题的提出第四港埠公司是天津港主要装卸公司之一，共有各类港口流动机械140余台，其中既有进口机械又有国产机械，生产厂家不同，车型各异，内燃机空气滤清器纸质滤芯尺寸大小、过滤精度、备件数量都各不相同。公司主要装卸货类是化肥、矿粉、煤炭及钢杂等。港口机械在含尘量高的环境中作业，空气中的粉尘是引起内燃机活塞、活塞环、汽缸套、气门及气门导管等零件磨损的主要根源，进入内燃机燃烧室中的粉尘越多，内燃机活塞组件磨损越大。我国空气滤芯的生产厂家，既有国营大厂、中外合资企业，同时还有集体、乡镇企业，这些厂家生产的空气滤芯质量不尽相同。因此，正确选用及合理保养空气滤芯，对延长内燃机寿命非常重要。
2空气滤芯的参考技术指标
对空气滤清器的总体要求是滤清效率高，进气阻力小，保养周期及使用寿命长。
2.1滤清效率高
空气滤清器总成的滤清效率是指单位时间内，被空气滤清器阻挡住的尘土量与随空气进入空气滤清器的尘土量的比值。
根据有关资料介绍，空气滤清器滤清效率一般取η=99.5%以上。为保证空气滤清器有足够的滤清效率，一是空气滤清器密封要严；二是空气滤芯过滤精度高，过滤精度越高，其滤清效率越高。
2.1.1空气滤清器的密封
首先滤纸与端盖、端盖与密封圈等粘接牢靠，在使用期内不应出现开裂、脱胶现象；二是滤纸不破裂；三是滤芯在滤清器上装配要紧固，不应发生气流短路现象。
2.1.2空气滤芯过滤精度
确定空气滤清器的精度，首先要了解不同尺寸颗粒对摩擦副的影响，在对发动机拆检中发现，发动机缸套、活塞环是磨料磨损危害最严重的部位，图1所示为固体颗粒对活塞环磨损的影响。
飘浮的尘土颗粒大约在1～50um左右，从图1中可以看出小颗粒对活塞环不会产生很大的影响，如1um以下颗粒可以含在摩擦面的油膜中自由浮动不会产生影响，但随着颗粒尺寸的增加磨损也在加剧，当颗粒尺
寸达到20～30um时，磨损已达到峰值。表1列举了几种柴油机活塞组件配合间隙，一般在20～30um之间，恰与图1相吻合。这进一步说明当颗粒尺寸接近摩擦副间隙时磨损最大。当颗粒尺寸再增加，这时由于颗粒直径大于间隙量而难以进入摩擦副，其磨损量反而会减小。
理想的空滤精度应小于油膜厚度。发动机中各部件运动形式不一，变化复杂，轴承油膜的形成条件不同，轴承油膜厚度最小可达5um，而凸轮轴油膜不足1um，活塞做往复运动仍有边界润滑条件不易建立油膜。1um以下的空滤精度虽能有效地防止磨料磨损产生，但这种高精度的过滤器透气性差，空易堵塞，会使滤芯的使用寿命缩短，增加清洁滤芯频率，成本高。而过滤精度数值过大，又会把有害直径的固体颗粒直接放进发动机，因此空滤精度的选择应取空滤造价与磨损经济曲线综合的最佳点，一般为4～7um。
2.2进气阻力小
进气阻力越大，发动机的功率损失也越大。随着空气滤清器污染程度的增加，进气阻力也逐渐增大。因此对空气滤清器的阻力值有一定要求。一般空气滤清器总成在额定进气量下原始阻力值低于2500Pa。
为提高滤清器的滤清效率，就需要缩小滤纸孔径，保证过滤精度，这样会使进气阻力增加，导致进气量不足，只有进气量充足，燃烧充分，内燃机才能输出足够的功率。
2.2.1内燃机额定进气量的确定
1)根据燃油消耗率确定额定进气量Le
Le=Ge×Pe×i÷(1000×60)m3/min
式中:Ge—燃油消耗率，g/kW.h
Pe—额定功率，kW
i—空燃比，对增压柴油机i取20.2～24.7m3/kg
对一般高速柴油机i取13.5～20.2m3/kg
2)根据内燃机排气量确定额定进气量Le
Le=V×Ne×i÷(1000×2)m3/min
式中:V—内燃机排气量，l
Ne—额定转速n/min
I-充气系数，对增压柴油机I取1.8～2.2
对非增压柴油机I取1.2～1.6
2.2.2空气滤芯的有效过滤面积S
当滤纸孔径和孔密度一定时，为了降低进气阻力，同时又要保证足够的进气量，只能增加滤芯有效过滤面积。通过对公司8种进口车型的空气滤芯的实际测绘，得出以下算式:
增压式内燃机:S≈0.053×Pem2
非增压式内燃机:S≈0.036×Pem2
式中Pe—额定功率，kW
3空气滤芯的保养周期与使用寿命
3.1空气滤芯的保养周期与容尘量
随着积聚在滤清器中的灰尘逐渐增多，空气流经空气滤芯的阻力逐渐增大，压降逐渐升高，当压降达到规定的极限压降，即滤芯堵塞时，积聚在滤芯中灰尘的最大值，称为容尘量，它是滤芯保养周期的客观依据。进口机械的内燃机都装有灰尘指示器，以显示滤芯的阻塞情况，依此确定滤芯的保养周期。
合理地增加滤芯的折数与折宽，会使滤芯的有效过滤面积增加，从而会增加容尘量，达到延长滤芯保养周期的目的。
3.2滤芯的使用寿命
合理增加滤芯的折数，会使滤芯的强度增加，在使用和清洁保养中，不易被气流吹瘪、吹塌，此外合理提高滤纸的抗破裂能力，二者都可延长滤芯的使用寿命。
增加滤芯的清洁保养次数，无疑会增加滤纸破裂和端盖开胶的概率，因此在空气滤清器的灰尘指示器没有显示堵塞时，尽可能减少空气滤芯的清洁保养次数，这样随着滤芯表面灰尘的增加，滤纸的孔径逐渐缩小，对提高滤芯的自滤性和延长滤芯的寿命都有益处。
4结束语
作为港口机械使用者，我们深刻体会到空气滤清器纸质滤芯的质量及合理的清洁保养与内燃机的寿命密切相关，现将我们在此方面的作法简要介绍如下。
1)进口机械优先选用与该类车型相配套的进口原装空气滤芯；国产机械及性能老旧进口机械首选国内获ISO9000系列认证厂家生产的空气滤芯，并向厂家提出质量要求。
2)凡内燃机进气系统装有灰尘指示器的机械，当灰尘指示器显示极限压降时，需要用0.5～0.7Mpa的压缩空气清洁保养空气滤芯，否则视机械作业环境并参考机械保养说明书规定的保养周期进行清洁保养，一般规定空气滤芯清洁保养5至6次后更换。
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