CN112228256A - 背负式空气滤清器及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及背负式空气滤清器及工作方法,位于机动车高位进气道顶部,代替原有的粗滤器,包括并列布置的储气筒和壳体,壳体顶部具有进气口,底部具有出气口;壳体中部安装滤芯,滤芯外部的空间连通进气口,与壳体形成进气腔室;滤芯内部的空间连通出气口,与壳体形成清洁空气腔室;滤芯的内部布置反吹喷头。控制器通过气压传感器采集整车气路气压信号并进行判断,当整车气路压力低于起步气压值时,关闭进气控制电磁阀,只有在高于起步气压值一定范围时,才给反吹系统的储气筒充气。从而确保反吹功能不会影响车辆的安全性能。

Description

背负式空气滤清器及工作方法
技术领域
本发明涉及汽车辅助部件技术领域,具体为背负式空气滤清器及工作方法。
背景技术
现代汽车发动机使用纸芯空气滤清器越来越普遍,维护时只能使用振动法、软刷刷除法(要顺着其皱折刷)或压缩空气反吹法清除附着在纸滤芯表面的灰尘、污物。
最常见的压缩空气反吹方案,把滤芯拆解出来后,先进行轻轻敲打然后利用空压机或者车辆的压缩空气在滤芯内部进行反吹,以达到将滤芯的外表面清洁透气的效果。纸质滤芯自身为了确保通气性往往很脆弱,稍不注意就会将纸质滤芯破坏,而且利用压缩空气来反吹浪费能源,会对周边环境二次粉尘污染,不利于环保,如果损伤了滤芯的滤纸,需直接换新,造成很大的浪费;即使经过维护纸滤芯也不能完全恢复原来的性能,其进气阻力会随着使用时间逐步增高,因此,通常当纸滤芯需要进行第4次维护时,就应更换新滤芯了。若纸滤芯出现破裂、穿孔或者滤纸与端盖脱胶等问题,应立即更换。
使用由多旋流管式粗滤器和纸质滤芯组成的双级干式空滤器-沙漠空滤器,因增加了气流流道的长度,优点是特别适合雨雪天气工作,缺点是进气阻力大,外形尺寸大,机动车发动机工作转速500-2000转,过大的转速范围导致对空气需求量的变化较大,导致旋流管的过滤效率适应性无法满足,导致低效率,大尺寸,对滤芯的维护无法形成有效的改善。
高位进气道顶部增加过滤器:商用车行驶过程中,因为车轮的旋转和发动机冷却风扇的抽风作用,导致车辆底部灰尘大,尤其是低等级公路和施工现场,扬尘现象更为严重,因此为了减少空滤器的负荷和大颗粒灰尘进入普遍采用高位进气道,通常位于驾驶室顶部或驾驶室后侧,并且在进气道顶部增加多旋流管式过滤器。但此方式进气阻力大,外形尺寸大和低效率无法满足灰尘较严重地区的客户需求。
机动车气路设计都要符合GB7258的要求,市场上很多带反吹功能的空滤器加装时仅考虑利用车载高压气路反吹滤芯,不考虑加装后对整车气路的影响,在整车启动和紧急行车时,因对加装的储气筒进行充气而影响行车,出现紧急行车延迟并导致整车不符合国家标准的现象发生,出现行车和制动的安全隐患。
以上几种形式的过滤器反吹结构无论使用哪一种,故障、维修费用和成本也相应的增加,对维护时利用原车压缩空气来吹空气滤清器的方式浪费能源。即使具有自动除尘效果,但是集成度太差,自动吹尘效果不佳,而且增加后期运行成本和维修成本,对原有车辆或设备的进气阻力,发动机等关键设备仍然具有造成进气影响的隐患,降低发动机动力有效发挥。而且一旦出现紧急情况,导致行车和制动安全出现问题,会影响驾驶员、行人和机动车的安全事故发生。出现恶劣影响。
发明内容
一个或多个实施例提供了如下技术方案:
背负式空气滤清器,包括并列布置的储气筒和壳体,位于机动车高位进气道顶部,代替原有的粗滤器;壳体顶部具有进气口,底部具有出气口;壳体中部安装滤芯,滤芯外部的空间连通进气口,与壳体形成进气腔室;滤芯内部的空间连通出气口,与壳体形成清洁空气腔室;滤芯的内部空间布置反吹喷头;进气腔室的底部具有排尘口。
反吹喷头通过气管与电磁阀连接,电磁阀受到控制器的控制执行开启或关闭,控制反吹喷头喷出高压气体。
储气筒与壳体并列布置,储气筒通过气管与电磁阀连接,反吹的动力来源于储气筒内预先充入的高压气体。
储气筒中部具有进气管,进气管依次连接进气电磁阀和气压传感器,在气压传感器监测到高压气源的进气压力处于设定值时,控制进气电磁阀开启,使储气筒充入高压气体。
储气筒底部具有排水阀,排水阀开启,泄放储气筒内积存的水。
排尘口倾斜布置,排尘口连接排尘阀。
进气口覆盖防雨帽。
反吹喷头的数量与滤芯的数量一一对应。
控制器内部含有电源控制、输出、输入、CPU和逻辑控制等模块电路功能。
背负式空气滤清器的工作方法,控制器被配置为:
每次关闭发动机时,控制器控制电磁阀按设定工况导通,高压空气经电磁阀和连接气管,从反吹喷头吹出对滤芯进行反吹;
控制器通过气压传感器采集整车气路气压信号,当整车气路压力低于起步气压值时,关闭进气电磁阀;当整车气路压力高于起步气压值4一定范围时,开启进气电磁阀给反吹系统储气筒充气。
气压传感器选取开关式传感器或非开关式传感器;开关式传感器设置压力为A~A+0.55MPa之间,A为起步气压;非开关式传感器设置压力为设定数值。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果:
1、控制器自动检测发动机工作工况,保持每次关闭发动机时都对滤清器滤芯过滤出来的空气中的颗粒杂质进行反吹,不用需要人为的操作和干预,操作者或司机无需经常维护滤芯,也不用时刻开启除尘装置。
2、代替高位进气道顶部的过滤器总成安装,通过调整反吹喷头反吹的动作周期,使过滤效果在10%-99.8%之间随意调整,并且在替换后能够降低粗滤器的负荷,排尘阀的引入使收集下来的灰尘和颗粒变得可控,不再二次污染环境改善除尘效果。并且在进行加装时,不必对原车进行结构调整。
3、控制器通过气压传感器采集整车气路气压信号并进行判断,当整车气路压力低于起步气压值时,关闭进气控制电磁阀,只有在高于起步气压值一定范围时,才给反吹系统的储气筒充气,确保反吹功能中储气筒的充气不会影响整车的安全行驶。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明一个或多个实施例提供的小排量单滤芯结构示意图;
图2是本发明一个或多个实施例提供的大排量多滤芯结构示意图;
图中:1-进气口;2-空滤器壳体;3-滤芯;4-进气腔室;5-排尘阀;6-出气口;7-清洁空气腔室;8-排水阀;9-储气筒;10-高压进气管;11-连接气管和接头;12-电磁阀;13-反吹喷头;14-控制器;15-防雨帽;16-进气电磁阀;17-气压传感器。
具体实施方式
以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术中所描述的,在空滤器中加装利用整车原有高压气路的反吹功能时,除了要考虑滤芯和反吹装置的相对位置,还需要考虑反吹装置使用的高压气体对整车原有气路的影响。
机动车的运行过程中发动机要吸入空气进行燃料的燃烧,要对吸入的空气进行过滤,从而确保发动机的工作状态,机动车行驶过程中,因为车轮的旋转和发动机冷却风扇的抽风作用,导致车辆底部的灰尘较大,尤其是低等级公路和施工现场,扬尘现象更为严重,因此为了减少空滤器的负荷和大颗粒灰尘进入普遍采用高位进气道,高位进气道通常位于整车相对位置较高的驾驶室附近。
例如:重型卡车在驾驶室后方安装旋流管粗滤器,选择高位进气道顶部安装粗滤器,这个位置位于整个相对较高的位置,进气口能够进入的灰尘总量相对更少,能够更好的保护发动机;而选用旋流管粗滤器,正如背景技术中所描述的以增加气流流道的长度的方式进一步减少灰尘对发动机的损害。
关于旋流管粗滤器:旋流管的工作过程包括三个部分:首先,含有灰尘的气体切向输入产生旋转运动,其次,在该旋转运动中完成待分离物料的空间规律性的分别,最后,经特殊结构设计完成分离。气体与灰尘混合物从入口沿切向流进入口段后,产生高速旋转。由于混合物中的轻重组分的密度不同,在离心力的作用下,重组分的灰尘沿旋流器回转壁面处运动,并在壁面附近浓集,在旋转过程中,逐渐向底流出口运动,最终排出旋流器。与此同时,轻组分将向旋流器的中心轴运动,形成中心核,并向入口方向流动,从溢流口排出,这样就实现了轻重组分的分离。
现有的机动车辆,在高位进气道顶部安装旋流管粗滤器,空气从进气道进气口进入旋流管,经过旋流管的粗滤,大部分灰尘由于离心作用被滤出,被分离的灰尘经过锥形管道被导入到储灰盘中,过滤后的气体经过旋流管内管进入主滤芯后被进一步过滤(细滤)。因为其储灰盘与粗滤器是隔离的,并且管道是锥形的,即使灰尘被扬起也只有极少一部分进入主滤芯,所以滤芯负荷低、保养周期及寿命长。
旋流管粗滤器由于利用旋转的气流分离灰尘的特点,进气道的长度较长,因而进气阻力大,相应的外形尺寸大。而且旋流管必须是旋转气流,必须进气流速要达到设计速度才可以达到相应的效果。在机动车发动机工作区间从怠速约500转/min-2500转/min,行车时速度5-120km/h的实际使用方面,导致吸气量变化极大,因此此种粗滤器无法达到设计的除尘效果。
实施例1:
如图1所示,背负式空气滤清器,包括,位于机动车高位进气道顶部,且并列设置的储气筒9和壳体2,替换原有的旋流管粗滤器;壳体2顶部具有进气口1,进气口1覆盖防雨帽15;壳体2底部具有出气口6;壳体2中部安装滤芯3,滤芯3外部的空间与壳体2形成进气腔室4,滤芯3内部的空间与壳体2形成清洁空气腔室7,该腔室连通出气口6;进气腔室4的底部具有倾斜布置的排尘口,排尘口连接排尘阀5。
滤芯3的内部空间布置反吹喷头3,反吹喷头3通过连接气管和接头11与电磁阀12连接,电磁阀12受到控制器14的控制开启或关闭,控制反吹喷头3喷出高压气体,将灰尘从滤芯3的内部吹出至外部,实现反吹。反吹出的灰尘经倾斜设置的排尘口落入排尘阀5,定期打开排尘阀5清理进气腔室4的积存的灰尘。
反吹喷头13的数量与滤芯3的数量一一对应,取决于滤清器的排量。
例如图1表示小排量的滤清器,此时的滤清器选用单滤芯3,则反吹喷头13为一组即可;
例如图2表示大排量的滤清器,此时的滤清器选用的滤芯3的数量至少为两组,选用的反吹喷头13与滤芯3的数量对应,也为至少两组,位置关系上,每一组反吹喷头13都位于对应的滤芯3的内部,确保反吹喷头13吹出的高压气体能够从滤芯3的内部将滤芯3表面积存的灰尘吹出至滤芯3的外部空间,即吹出至进气腔室4内,灰尘在重力和倾斜布置的排尘口的作用下,收集至排尘阀5。
储气筒9与壳体2并列布置,储气筒9通过气管与电磁阀12连接,反吹的动力来源于储气筒9内预先充入的高压气体。
储气筒9中部具有高压进气管10,高压进气管10依次连接进气电磁阀16和气压传感器17,在气压传感器17监测到高压气源的进气压力处于设定值时,控制进气电磁阀16开启,使储气筒9充入高压气体。
气压传感器17的输出信号进入控制器14;控制器14输出的两根导线连接到执行反吹功能的电磁阀12并控制它导通和关闭;控制器14输出的两根导线还连接到进气电磁阀16。控制器14通过线束与机动车连接、控制器14内部含有电源控制、输出、输入、CPU和逻辑控制等模块电路功能。
储气筒9底部具有排水阀8,定期开启排水阀8,泄放储气筒9内积存的水。
每次关闭发动机时,控制器14控制电磁阀12按设定工况导通,高压空气经电磁阀12和连接气管11,从反吹喷头13对滤芯3进行反吹。
控制器14通过气压传感器17采集整车气路气压信号并进行判断,当整车气路压力低于起步气压值时,关闭进气电磁阀16,只有在高于起步气压值一定范围时,才给反吹系统的储气筒9充气,确保储气筒9的充气过程不影响整车安全行驶。
上述结构的背负式空气滤清器位于机动车高位进气道顶部,替换现有的旋流管粗滤器,由于引入了反吹功能和倾斜设置的排尘口,使得滤芯不需要拆除即可执行维护工作,在不改变滤芯材质的前提下,能够依靠调节反吹喷头的动作周期,使过滤效果在10%-99.8%之间随意调整,并且在替换后能够降低粗滤器的负荷,倾斜设置的排尘口和配套排尘阀的引入使收集下来的灰尘和颗粒变得可控,不再二次污染环境,从而改善除尘效果。并且在进行整车改制和加装时,不必对原车进行结构调整。
实施例2:
空滤器反吹功能的高压气源来自于整车原有的气路,因此反吹功能在充气的过程中,不能影响到整车的性能,由于整车采用气路制动,整车启动和紧急行车时,如果出现因对加装的储气筒进行充气而影响行车,出现紧急行车延迟,则会导致危险发生。
机动车的气路设计要符合GB7258的要求,在该标准中要求采用气压制动的机动车,发动机在75%的额定转速下,4min内(汽车列车为6min,铰接客车和铰接式无轨电车为8min)气压表的指示气压应从零开始升至起步气压。
关于气路制动,机动车辆在气压不足的情况下起步,在遇到需要刹车的情况时,会由于气压不足导致刹车力度不够,导致车辆无法刹车,这是非常危险的情况。目前的大型货车大多数采用断气刹的方式进行制动,如果起步气压不足,那么刹车片会回到原始的“刹车”状态,导致无法起步;如果是行驶中的气压不足,则会刹车失灵,这将是重大事故的隐患。
背负式空气滤清器的工作方法,控制器14被配置为:
每次关闭发动机时,控制器17控制电磁阀12按设定工况导通,高压空气经电磁阀12和连接气管11,从反吹喷头吹出对滤芯进行反吹;
控制器14通过气压传感器17采集整车气路气压信号,当整车气路压力低于起步气压值A时,关闭进气电磁阀16;当整车气路压力高于起步气压值4一定范围时,开启进气电磁阀16给反吹系统储气筒9充气。
气压传感器17选取开关式传感器或非开关式传感器;开关式传感器设置压力为A~A+0.55MPa之间,A为起步气压;非开关式传感器设置压力为某一个设定数值。
A、开关式传感器设置压力为起步气压-起步气压+0.55MPa之间,例如:某型号车辆标明起步气压为0.65MPa,那么开关值可以设定为0.65MPa-1.15MPa之间的某一个设定数值。假设为0.7MPa(实验设定数值或者协定数值),气压高于设定值0.7MPa时传感器开关给出导通或者断开的电路信号,控制器14平时切断进气电磁阀16,整车气路不会给反吹储气筒9充气。当检测到传感器17的发出电路信号后,控制器14控制进气电磁阀16导通给储气筒9充气。
B、非开关式传感器(例如电阻应变式压力传感器、压阻式压力传感器、压电式压力传感器和电感式压力传感器等等种类)设置压力为某一个设定数值例如0.7MPa(实验设定数值或者协定数值),气压高于设定值0.7MPa时传感器17给出设定的(电阻,电压、电感等种类)的电路信号,控制器14平时切断进气电磁阀16,整车气路不会给反吹储气筒9充气。当检测到传感器17发出的电路信号后,控制器控制进气电磁阀16导通给储气筒9充气。
必须在满足行车需要的条件下给反吹储气筒9补充气体:因为停车时已经完成了反吹动作,此时的储气筒9内是没有空气的,如果发动机启动时,出现因为火灾、化学气体泄漏,紧急避让道路等特殊情况需要紧急行车时,因为所有气体都给反吹储气筒9充气了,这会导致无法完成紧急行车,导致重大事故的出现,那样加装反吹系统就会出现事故隐患。因此必须在满足行车需要的条件下给反吹储气筒9补充气体。
图中:1-进气口;2-空滤器壳体;3-滤芯;4-进气腔室;5-排尘阀;6-出气口;7-清洁空气腔室;8-排水阀;9-储气筒;10-高压进气管;11-连接气管和接头;12-电磁阀;13-反吹喷头;14-控制器;15-防雨帽;16-进气电磁阀;17-气压传感器
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.背负式空气滤清器,其特征在于:位于机动车高位进气道顶部,包括并列布置的储气筒和壳体,壳体顶部具有进气口,底部具有出气口;壳体中部安装滤芯,滤芯外部的空间连通进气口,与壳体形成进气腔室;滤芯内部的空间连通出气口,与壳体形成清洁空气腔室;滤芯的内部布置反吹喷头。
2.如权利要求1所述的背负式空气滤清器,其特征在于:所述反吹喷头通过气管与电磁阀连接,电磁阀受到控制器的控制执行开启或关闭,控制反吹喷头喷出高压气体。
3.如权利要求1所述的背负式空气滤清器,其特征在于:所述储气筒通过气管与电磁阀连接。
4.如权利要求1所述的背负式空气滤清器,其特征在于:所述储气筒具有进气管,进气管依次连接进气电磁阀和气压传感器。
5.如权利要求1所述的背负式空气滤清器,其特征在于:所述储气筒底部具有排水阀。
6.如权利要求1所述的背负式空气滤清器,其特征在于:所述进气腔室的底部具有倾斜布置的排尘口,排尘口连接排尘阀。
7.如权利要求1所述的背负式空气滤清器,其特征在于:所述进气口覆盖防雨帽。
8.如权利要求1所述的背负式空气滤清器,其特征在于:所述反吹喷头的数量与滤芯的数量一一对应。
9.如权利要求4所述的背负式空气滤清器,其特征在于:所述气压传感器为开关式传感器或非开关式传感器。
10.如权利要求1所述的背负式空气滤清器的工作方法,其特征在于:控制器被配置为:
关闭发动机时,控制器控制电磁阀按设定工况导通,高压空气经电磁阀和连接气管,从反吹喷头吹出对滤芯进行反吹;
控制器通过气压传感器采集整车气路气压信号并进行判断,具体为:
当整车气路压力低于起步气压值时,关闭进气电磁阀;
当整车气路压力高于起步气压值一定范围时,开启进气电磁阀给储气筒充气。
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