船用柴油机空气滤清器滤芯结构的改进

摘要：本文首先阐述了柴油机空气滤清器的分类、工作原理和作用；然后结合我们的工作实际，分析了在船舶中，柴油机上的空气滤清器在使用中存在的问题；针对这些问题对空气滤清器的核心部件滤芯结构进行改进，由原来的固定结构改进为可拆卸结构，解决了传统涂胶密封圈粘贴不准、不牢、不能更换的问题。同时避免传统涂胶密封圈工艺中胶水对密封圈的腐蚀，延长密封圈的使用寿命。该方案经企业采用，效果非常好。

关键词：空气滤清器 滤芯 上端盖密封装置

柴油机具有热效率高、经济性好、起动容易的优点，因此对各类船舶有很大适应性，问世以后很快就被用作船舶推进动力和电力供给。现在新建造的船舶中，柴油机几乎完全取代了蒸汽机。船用柴油机已是民用船舶、中小型舰艇和常规潜艇的主要动力。船用柴油机一般分为高速、中速和低速柴油机。空气滤清器位于发动机进气系统中，它是由一个或几个清洁空气的过滤器部件组成的总成，是发动机上最重要的部件之一。

1 滤清器的分类和工作原理

按照滤清器的工作原理，空气滤清器可分为过干式和湿式两种。我们研究的对象主要是干式空气滤清器。

干式空气滤清器是通过一个干式滤芯，将空气中的杂质分离出来的滤清器。轻型车（含轿车、微型车）所用的空气滤清器一般为单级。它的形状有扁圆或椭圆及平板式。过滤材料为滤纸或非织造布。滤芯端盖有金属或聚氨脂的，外壳材料为金属或塑料。在额定空气体积流量下，滤芯的原始滤清效率应不低于99.5%。重型车由于工作环境恶劣，它的空气滤清器必须是多数的。第一级为旋流式预滤器（如叶片环、旋流管等），用于滤除粗大颗粒杂质，过滤效率在80%以上，第二级细滤是微孔纸滤芯（一般称作主滤芯），其过滤效率达99.5%以上。它的滤芯采用经过树脂处理的微孔滤纸制成，滤纸多孔、疏松、折叠，有一定的机械强度和抗水性，具有滤清效率高、结构简单、重量轻、成本低、保养方便等优点，是目前应用最广泛的发动机空气滤清器。

2 空气滤清器的作用

空气滤清器是柴油机重要部件之一，是对空气进行净化的装置，它由壳体和滤芯组成，滤芯布置在壳体内。大气中有各种异物，例如灰尘、砂粒等，它们将加速发动机的磨损，从而降低发动机的使用寿命。有时轮胎会带起飞石，一旦进入柴油机，就能使柴油机严重损坏。空气滤清器能防止出现这种情况。目前车船上用的空气滤清器是个易耗品，一年或半年就要更换掉，为了节约成本，方便折装和使用，通过大量的实践，对传统的空气滤清器的最重要的部件：滤芯结构进行了改进，从固定结构转变为可拆卸结构。

3 船用柴油机空气滤清器存在的问题

在船舶中，柴油机应用广泛，由于船在水上或海上行驶作业，条件比较恶劣，因此它上面使用的空气滤清器损坏的概率非常大，几个月就要更换一个，经过实践总结，发现目前在用的空滤存在以下问题。

①空滤器外壳部件焊接处以点焊替代缝焊，无法保证密封性，形成短路。②机油滤清器中滤芯容易破损堵塞油路，致使发动机不足；或咬口处可靠性差，使用过程中咬口处拉开，致使机油在短时间内大量泄漏，因而造成烧瓦，抱轴。③滤芯端盖、中心管、外壳等金属部件，没进行防锈处理，致使金属锈蚀产生杂质，使滤清器变成了污染源。④空气滤清器上端盖密封装置的固定不可拆卸的，一旦密封圈老化整个滤清器就报废了，造成了能源和材料的浪费，同时还带来了一定的污染。

4 空气滤清器滤芯结构的改进设计

根据以上的问题，本文对现有的空气滤清器结构进行了改进设计，将绿色设计的理念和方法应用于空气滤清器的设计中，采用面向可拆卸的结构设计，滤清器上端盖与密封圈相嵌，相当于一个整体，实现密封圈的快速拆卸和安装，密封圈若老化可方便更换，解决了传统涂胶密封圈粘贴不准、不牢、不能更换的问题，能有效的防止橡胶老化变形带来的影响。同时避免传统涂胶密封圈工艺中胶水对密封圈的腐蚀，延长密封圈的使用寿命。

图1为传统的滤清器滤芯结构，其上端盖的密封圈是用胶水粘贴在外护管上，这种结构当密封圈老化后不能更换，粘胶的质量也会对密封圈造成一定的腐蚀影响，加速密封圈的老化，从而降低滤清器的使用寿命。

滤清器安全滤芯上端盖密封装置结构如图2所示，它包括安全滤芯密封圈1，上端盖2，内护管3，滤材4，外护管5，下端盖6。安全滤芯密封圈1内侧有圆周沟槽，与上端盖2相嵌，上端盖2与内护管3、外护管5固定，下端盖6与内护管3，外护管5固定，滤材贴在内护管与外护管之间。该装置不但工艺简单、生产成本低、易于实施和应用，而且上端盖与密封圈相嵌，相当于一个整体，能有效的防止橡胶老化变形带来的影响，并且解决了涂胶密封圈粘贴不准、不牢，粘结胶腐蚀橡胶圈的缺陷。上端盖与密封圈的可拆卸设计也利于更换老化的橡胶圈，能广泛用于各种滤清器安全滤芯上端盖密封系统。上端盖可拆卸，方便更换密封圈，如果提高滤纸的寿命，可以延长空气滤清器的使用寿命，从而可以节约资源，降低柴油机的使用成本。

5 总结

现在船舶上的柴油机应用广泛，由于工作条件比较恶劣，所以空气滤清器非常容易失效，必须经常更换，本文从工作实际出发，总结了空气滤清器在使用中存在的问题；针对这些问题对空气滤清器的核心部件滤芯结构进行改进，由原来的固定结构改进为可拆卸结构，解决了传统涂胶密封圈粘贴不准、不牢、不能更换的问题。同时避免传统涂胶密封圈工艺中胶水对密封圈的腐蚀，延长密封圈的使用寿命。该方案经企业采用，效果非常好，得到了市场的认可。

参考文献：

[1]霍玉荣.空气滤清器的设计与计算[J].内燃机与配件2011（7）.

[2]梁延民.如何正确保养干式空气滤清器[J].工程机械2004（5）.

[3]杜丹丰，马岩.发动机空气滤清器的应用现状及过滤效果分析交通标准化，2010（9）.

[4]天翼.过滤器设计、制造和使用[M].北京：化学工业出版社，2009：1-350.

[5]冯建永，张建春，张华等.汽车机油过滤用材料的研究现状[J].产业用纺织品，2011（9）：5-10.

[6]冯建永，张建春，张华，杨大祥.汽车空气滤清器过滤用材料的结构与性能及其新产品研发[J].纺织学报，2013，34（6）：62-66.

作者简介：王金法（1967-），男，浙江台州人，工程师，一等轮机长，浙江省海运集团台州海运有限公司。