文 /卞朝暉 王志斌

一、空氣濾清器額定流量的概念

空氣濾清器（以下簡稱“空濾器”）是摩托車、汽車、內燃機以及空壓機等工程機械不可缺少的部件，其指標的優(yōu)劣直接影響整個系統(tǒng)的性能。就摩托車而言，因其車輛本身結構和工作環(huán)境的關系，空濾器不僅是為發(fā)動機燃燒提供干凈清潔的空氣，對發(fā)動機有重要的保護作用，而且由于電噴技術在摩托車上的廣泛應用，車輛電子控制單元（ECU）的空燃比標定中涉及空氣流量與歧管壓力等方面，更是與空濾器的性能息息相關。所以，良好的空濾器對于摩托車發(fā)動機的高效運作和車輛的排放環(huán)保都具有重要的意義。

在空濾器產(chǎn)品的各項參數(shù)中，額定流量是最重要最基本的參數(shù)。它一般由用戶或者制造商確定，以在標準大氣狀況下流過空濾器的出氣口的空氣體積流量作為空濾器的額定流量，標準中一般采用m3/h作為計量單位。在實際試驗中，也有根據(jù)用戶的要求，采用質量流量（計量單位kg/h或者g/s）進行測試。

對用于發(fā)動機的空濾器而言，額定流量可用相應的發(fā)動機臺架測定，也可以根據(jù)以下方法進行推算：

qve=0.06×n×Vh×ηv×ε（適用于二沖程發(fā)動機）…………………………………………… （1）

qve=0.03×n×Vh×ηv×ε（適用于四沖程發(fā)動機）…………………………………………… （2）

式中：

qve——額定空氣體積流量，m3/h；

n ——發(fā)動機轉速，r/min；

Vh——發(fā)動機排量，L；

ηv——發(fā)動機充氣系數(shù)，其數(shù)值推薦如下：二沖程，ηv=0.45；四沖程，ηv=0.71，

ε ——脈沖系數(shù)（見表1）。

表1 脈沖系數(shù)（ε）

充氣系數(shù)ηv是按照QC/T 793-2007《摩托車和輕便摩托車空氣濾清器技術條件與試驗方法》而確定的，對用于汽車、柴油機等較大流量的空濾器，公式中推薦的充氣系數(shù)有所不同（0.70～0.85都有），具體可以參考QC/T 32-2007《汽車用空氣濾清器試驗方法》附錄A中所示。本文主要討論小流量空濾器，更多帶預濾器、增壓的柴油機的空濾器額定流量計算，本文不展開討論。

從上述公式可以看出，因為摩托車發(fā)動機的排量相對于汽車和工程機械較小，所以空濾器的額定流量也較小，加以實際測試中依據(jù)QC/T 793-2007和ISO 5011:2014《內燃機和空壓機空氣濾清器 性能試驗》的要求，需要測量50%的額定流量工況點的壓力降。因其流量偏小，故在實際測試中普通空濾器試驗臺有可能遇到流量低于量程的問題。

二、小流量空濾器額定流量的概念與探討

在目前的檢測實踐和標準修訂中，并沒有明確小流量空濾器這一概念。對于試驗空濾器流量的差異，只有在進行容灰和效率測試時，選擇噴射器的形制有所區(qū)別（參見ISO 5011:2014 6.2.3）。相關的標準中針對大流量和小流量的空濾器有不同要求，并規(guī)定當流量足夠大，需要更大的噴灰量時，可以增加噴射器。這顯然是為柴油機等重型機械的大流量空濾器而做的專門要求，不在我們討論的范圍內。隨著新能源技術在機動車上的發(fā)展和環(huán)保要求的日益提高，出現(xiàn)了許多新型的空濾器。

1.油箱通風系統(tǒng)空濾器

此空濾器在油箱通風系統(tǒng)中有著較小的空氣流量，碳罐的吸附管路、脫附管路以及通大氣管路的額定空氣流量均在 22.7 L/min～70 L/min 之間。同時，碳罐的通大氣管路在與外界空氣接口處，有空氣過濾器以保護油箱通風系統(tǒng)避免灰塵污染。在實施汽車國六排放標準以后，新增加的CVS/DMTL等泄露檢測閥更是對此處的空氣過濾器有了明確的性能要求。有關主機廠對碳罐通風管路與脫附空氣過濾器標準的要求，不僅規(guī)定了此類空濾器試驗額定流量的范圍在12 L/min～70 L/min之間，并且還按照碳罐在吸附狀態(tài)下有對空濾器進行反吹的氣流，這就是典型的小流量空濾器。

2.曲軸箱通風系統(tǒng)空濾器

曲軸箱通風系統(tǒng)負責平衡竄氣導致的曲軸箱壓力升高，同時還要將汽油與機油分離，以減少機油的過量消耗和大氣污染，因此需要小流量空濾器。

3.車載空氣凈化器的空濾器

近年來，車載空氣凈化器也成為市場的熱點，因使用空間和電源功率小，制約了其空氣流量，故小流量空濾器可發(fā)揮作用。

以上產(chǎn)品的共同特點是流量偏小，額定流量普遍都小于 20 m3/h ～30 m3/h，對微小流量空濾器的檢測就其自身特點而言，有著現(xiàn)實的意義。

4.小排量摩托車空濾器

摩托車空濾器有其特殊性。對于大排量的摩托車而言，它們的空濾器檢測類似于汽車內燃機空濾器等檢測，而對于小排量的摩托車而言，其空濾器的流量就偏于小流量空濾器的類型。

5.其他設備

與摩托車空濾器類似，廣泛應用于小型通用內燃機的空濾器，如果發(fā)動機是小排量，其空濾器也有不少屬于小流量空濾器。

即便是在汽車空濾器試驗中，有時也會遇到較小空濾器流量的情況。例如：主機廠對進氣系統(tǒng)的最新測試標準有測量空濾器最小5%額定流量工況點處壓力損失的要求，這樣小的流量測量要求實際上已經(jīng)很接近小流量的概念。

三、小流量空濾器檢測的特點

小流量空濾器的檢測與傳統(tǒng)空濾器的檢測有共通之處，但是各自也有一些特點。

1.對于試驗環(huán)境的要求更加嚴格

因為測試流量較小，環(huán)境溫度濕度的微小變化都會對測試結果產(chǎn)生相當顯著的影響。故小流量空濾器對樣件測試用灰和絕對濾芯環(huán)境的恒溫恒濕要求，要比一般的空濾器試驗更嚴格。其中濕度的影響比較顯著，因為絕對濾芯吸收空氣中的濕氣，其重量的變化會影響小流量空濾器濾清效率測試的準確性。

2.測試管路對試驗結果的影響

對于普通的汽車摩托車用空濾器檢測而言，測壓管路段的壓力降與整個進氣系統(tǒng)的壓力降相比較，是可以忽略不計的。但對于小流量空濾器而言，由于其壓力降相對較?。〝?shù)量級一般為幾十到幾百帕），故管路的影響不可忽略。實際測試中往往預先要測量一下管路阻力，以便在測試以后減去其影響。

3.進氣口阻力的影響

這是一個相對復雜的問題。因為，進口阻力影響主要是動壓的損失，對于一般的帶有進氣端（臟管段）的空濾器總成而言，壓力降測試一般是不用考慮管口阻力的影響（參見QC/T 32-2006和ISO 5011:2014）。因為空濾器在臺架上進行測量，本身的工作狀態(tài)就類似于實際車載的設置，這樣測試就已經(jīng)全面考慮了進口阻力的影響。在摩托車空濾器的測試中，根據(jù)QC/T 793-2007和JB/T 9755.5-2013 《內燃機 空氣濾清器 第 5部分：性能試驗方法》的要求，以靜壓差作為壓力損失，更不必考慮進口阻力的影響。因此，如果小流量空濾器本身就是類似車輛空濾器那樣的結構，或者測試的總成有著完整的進氣管道，則進口阻力可以不予考慮。

但，有不少小流量空濾器的工作位置是處在整個完整的管路中，或者只是需要測試單個空濾器本體的壓力損失，測試結果用全壓降表示，則要用動壓進行修正，需考慮進口阻力的影響。

管口進氣流動復雜，通過計算方法得到管口進氣阻力的大小，可以流體有限元法進行分析，更多的是采用HG/T 20570.9-2017 《工藝系統(tǒng)工程設計技術規(guī)定 設備進出管口壓力損失計算》和經(jīng)驗公式計算[1]：

式中：

Δp ——管路進氣阻力，Pa；

r ——空氣密度，kg/m3。標準狀態(tài)（溫度為20 ℃；大氣壓為101.3 kPa）下數(shù)值為1.200 5 kg/m3；

v ——進氣速度，m/s；

K ——阻力損失系數(shù)。

對于常用的空濾器銳緣管口進氣端K，可參照 0.78[1]、0.85[2]。

流線型管口的K則要小得多，可參照0.06～0.005[1]、0.04、0.03[2]。

如果在實際小流量空濾器測試中要考慮管口進氣阻力的影響，本文提出實際測量中可以做如下考慮：

① 可以采用測量上下游壓力降的方法解決，可參照QC/T 32-2006和ISO 5011:2014中推薦的方法。

② 根據(jù)公式（3）可知，加裝流線形管口可以大大減少管口進氣阻力的影響。有關計算可以參照公式（3），JB/T 9755.5-2013中有關理想噴嘴的阻力計算做類似處理，當然也可以直接通過公式（3）計算管口進氣阻力，然后進行修正。

4.小流量空濾器試驗的其他要求

在小流量空濾器的實際檢測中，因為測試流量較小，噴灰口到空濾器進氣口的距離遠近相當重要，距離太遠不足以保證測試噴灰的有效全部吸入；而距離太近，噴灰氣流會干擾正常的空濾器進氣，所以在實際操作中要仔細調整這段距離。

小流量空濾器對于加灰要求進行更精確的計量。在實踐中多采用氣溶膠發(fā)生器進行控制，既可以采用直接稱量法，也可以采用絕對濾清器法測量。一般測試時加灰機/氣溶膠發(fā)生器的噴灰器空氣流量，通常在2 m3/hr左右。當測試樣件的試驗流量小于噴灰器的空氣流量時，會出現(xiàn)灰塵從試樣樣件進氣口倒灌的現(xiàn)象。如遇此類情況，建議采用多個試件并聯(lián)安裝，并通過歧管分別連接取氣口和試驗臺架，對歧管的設計要考慮阻力的影響，以保證測試樣件的差異最小化，通常可以用計算流體動力學（CFD）仿真先行模擬一次。

從目前的發(fā)展態(tài)勢來看，粒子計數(shù)器直接測量過濾效率是以后測試發(fā)展的大趨勢，它可以消除絕對濾芯處理和稱量誤差對測試的影響，并有利于數(shù)據(jù)采集和試驗過程的精確可控。目前，燃油箱泄漏診斷模塊（DMTL）的泄漏檢測閥對空濾器的粒子計數(shù)過濾效率提出了明確的指標，而且作為去除PM2.5的車載凈化器測試也應納入粒子計數(shù)器的測試內容。另外，對于分級濾清效率的測試，粒子計數(shù)器也是必要的測試工具。

四、小流量空濾器有關測試標準與發(fā)展趨勢

從上所述得知，小流量空濾器有著自身的一些特點，針對它們的測試應該有相應的標準。然而，目前小流量空濾器的測試標準極不完善。如：對于油箱通風過濾器，有QC/T 1008-2015《油箱通風用過濾器技術條件》可以作為測試參考標準，但是其適用范圍較小，測試要求和相關規(guī)定也較原則，不能滿足目前小流量空濾器產(chǎn)品多樣化和測試要求的日益發(fā)展。零部件廠和主機廠采用ISO 5011:2014作為測試標準居多，摩托車空濾器依舊采用QC/T 793-2007，其他空濾器還有采用用戶或者制造商制定的內部標準進行測試的情況。

小流量空濾器測試目前存在一些尚待解決的問題，對小流量空濾器的概念和范圍缺少界定，性能測試方法也需要統(tǒng)一和完善，許多細節(jié)尚待厘清，如：測量壓力降是采用靜壓差還是全壓差，對測量樣件進氣口阻力損失的處理，等等。

目前，正進行試驗室共建項目，其中就包括小流量微顆粒污染物過濾性能試驗臺，并在此基礎上對小流量空濾器的檢測做了有益的探索，如：正在進行相關領域的檢測研究測試工作，研發(fā)測試范圍包括燃油系統(tǒng)通風管路、發(fā)動機曲軸箱通風系統(tǒng)、碳罐、泄漏檢測閥、碳罐濾清器和車載空氣凈化器等方面，對于摩托車空濾器的測試也有所涉及。已經(jīng)修訂完成的QC/T 793-2017在“6.8”中就有針對摩托車空濾器泄漏量試驗的規(guī)定。