沙漠车越野车辆进气系统设计要点

李志强

(东风新疆汽车有限公司沙漠车研究所，新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆沙漠地形复杂，有沙丘，隔壁，沼泽、浮土地带等，浮土地带是沙漠车发动机磨损的重灾区，因此，进气系统的设计合理与否显得尤为重要。

1 进气系统磨损物质采样分析

在浮土区域对于地面和空中尘土、发动机空滤器后积土、油底壳中润滑油沉积物等进行了系统的采样和分析。

1.1 磨损物质的分布

不同高度处空中灰尘浓度和粒度分布均不同，距地面越高，含尘浓度越低，但含细尘百分比越大，用提高空滤器进气口的方法不能根本改善滤清效果，行车过程中在距地面2.5米高度处(相当于沙漠车进气口)采样的粒度分别为：5μm以下占25%，10以下占50%，30以下占90%，而10至30μm的灰粒将造成严重的磨粒磨损。

1.2 磨损物质的浓度

浮土地带车辆行驶中周围的含尘浓度极大，在最恶劣的情况下，有时发动机空滤器进口处的含尘浓度高达0.26～0.37g/m3。据一台装有6.0升排量的沙漠车使用8天行驶1000公里的统计，吸入空滤器的灰尘约为760g，约合每天吸入100g。如按空滤滤清效率99%计算，相当于发动机每天吸入灰尘1g。

1.3 磨损物质的成分

浮土的主要化学成份是SiO2和Al2O3。物相中主要是硬度高的石英。浮土为中性土，不至于引起零件腐蚀，只是硬颗粒引起磨粒磨损。

1.4 磨损物质的性质

用280目标准筛将地面浮土过筛，筛下的浮土(以下简称280目浮土)，具有多棱角不规则形状，其粒度分布接近于2.5米高度处空中灰尘粒度，而其粘性指数1P=7.4，属于重粉质壤土，容易堵塞滤芯和粘附在管壁上，因此必须提高空滤器的第一级粗滤效率和自动排尘能力。

2 普通车辆进气系统失效分析

对多种使用普通空滤器的沙漠车进行研究后，得到的主要结论是在用空滤器都不能满足浮土地带车辆的使用要求：(1)普通采用叶片环式粗滤器，经分析认定，它对30μm以下尘粒的过滤能力＜70%，这就增加了细滤器的负担，使其保养期寿命短，而频繁地清扫常会使空滤器破损失效;(2)细滤芯滤纸的孔径为130μm，对30μm以下的细灰过滤能力差;(3)国产车空滤系各部分的连接处密封不可靠。

3 沙漠车辆进气系统设计要点

3.1 理论依据

一般沙漠车空气滤清器的结构由外壳、旋风除尘导向罩、粗滤、细滤芯、积尘室盖、积尘器等组成。当空气流经旋风除尘室在导向叶片的作用下将形成有一定升程的螺旋气流，根据离心力：

(ω为气流旋转的角速度，r为旋风除尘室半径，最大为滤清器外壳，两者在特定的车上都为常数)。

质量M较大的沙粒将受到较大的离心力的作用，迫使其紧贴其滤清器外壳作螺旋运动，积尘器安装在滤清器壳的端口上，用积尘盖与滤清室分开，积尘室盖上开有积尘孔，积尘孔方向正对空气旋转的方向，较大质量的尘粒通过积尘孔后，由于速度下降被导入积尘器下部，经过旋风除尘的较清洁空气再经过粗细滤芯上的预定孔眼，进入进气道，达到滤清的目的。

3.2 设计要点

根据以上分析，我们提出沙漠车空滤器产品的设计原则方案为：(1)采用旋流管式粗滤器提高粗滤效率，减轻纸滤芯负担，以延长纸滤芯保养期;(2)采用孔径小的细密滤纸，减少滤后灰尘粒度，提高总成的滤清效率，能自动排尘或有较大的储灰能力;(3)针对不同车型，空滤器可以是粗滤和纸滤在结构上连成一体的总成，也可以是把粗滤和纸滤在结构上分开各成一件。因此，沙漠车空滤器除要求将进气口安装在较高的位置以避免高含尘的气体进入外，空气滤清器的设计也有特殊要求。因沙漠空气含尘高，为防止含油尘土堵塞滤清器，沙漠车都采用干式纸滤芯。

3.3 滤清器的安装及使用方法

滤清器的安装时，滤芯与滤清器壳的密封，除尘室盖与滤清器等密封面必须正确可靠，保证气流按设计的路线流动，滤清器粗滤器必须在每日出车前用高压空气从内向外清除上面的积尘，同时每日清除尘器中的积尘，粗滤器每月更换一次，每换两次粗滤器，更换一次细滤器，细滤器不能用清洗粗滤器的办法清洗。

3.4 配置参考

以下是国外沙漠车进气系统的几种配置形式：

(1)多管旋流管十纸滤芯：多管旋流管一级初滤滤清效率高达90% ～95%，但阻力大。

(2)叶片环十纸滤芯：如德国UNIMOG、美国HUMNER，叶片环一级初滤，过滤效率在80～85%。

(3)叶片环十纸滤芯、安全滤芯，如比利时MOL系列车，安全滤芯过滤效率不如纸滤芯好，当纸滤芯破裂时，只对发动机起保护作用。

(4)单筒旋风管+纸滤芯：如Benz1222沙漠车。

(5)单筒旋风管+纸滤芯+安全滤芯，如日本ISUZU。

4 结束语

通过对沙漠车辆进气系统的合理设计和正确的安装使用方法，对车辆性能的提高起到了积极的作用，同时也保证了野外车辆使用的可靠性。

[1]陈家瑞.《汽车构造》，人民交通出版社，2003