Problems of intake air filtration for combustion engines of vehicles

Abstract

Досліджено проблему фільтрації повітря, що надходить у двигуни внутрішнього згоряння транспортних засобів. Основним забруднювачем є мінеральний пил, зокрема діоксид кремнію (SiO2) та оксид алюмінію (Al2O3), які спричиняють інтенсивне абразивне зношування деталей двигуна. Фільтрація повітря здійснюється за допомогою повітряних фільтрів, найпоширенішим типом яких є одноступінчасті фільтри з гофрованим фільтрувальним папером. Однак такі фільтри мають низьку ефективність затримання пилу менше 5 мкм, що є критичним для збереження ресурсу двигуна. Проаналізовано характеристики традиційних матеріалів (целюлозних, поліестерових), а також сучасні композитні рішення з використанням нанофібр. Показано, що застосування нанофібр, виготовлених методом електроспінінгу, значно підвищує ефективність фільтрації дрібнодисперсного пилу. Окрему увагу приділено інноваційним фільтрам PowerCore з аксіальним потоком повітря, що дозволяють зменшити габарити фільтра, знизити втрати тиску та підвищити ресурс. Фільтри з нанофібрами скорочують початковий період низької ефективності, підвищуючи загальний ступінь очищення. Представлено результати експериментів, які демонструють вищу ефективність фільтрів із нанофібрами порівняно з традиційними. Найбільшу шкоду завдають частки пилу діаметром 5–20 мкм, тому фільтрація часток розміром понад 1 мкм є критично важливою. Також розглянуто механізми утримання пилу в пористих середовищах – інерційний, дифузійний, гравітаційний та сита. Комплексна дія цих механізмів забезпечує очищення повітря в двигуні. Показано, що вибір фільтра має враховувати допустиму швидкість фільтрації, геометрію вставки, параметри матеріалу й умови експлуатації. Наголошено на важливості дослідження нових матеріалів для зменшення зношування та продовження терміну служби двигунів

he air intake to the engine are air filters. Passenger cars will be equipped with single-stage filters with a filter insert (porous partition) in the form of a panel made of pleated filter paper. Filter papers show insufficient filtration accuracy of dust grains below 5 µm. The principles of shaping traditional filter partitions made of pleated filter paper and the principles of selecting a filter insert for a car engine using the criterion of permissible filtration speed are presented. The principle of operation and construction as well as the properties of filters with axial air flow, which are made in the modern PowerCore technology, are shown, which reduces the filter dimensions, at the same time resulting in lower pressure drop and greater dust absorption, and therefore a longer period of operation. The article pays special attention to the properties of nanofibers, which are produced from polymers using the «electrospinning» technology, and their filtration properties enable the improvement of the efficiency and accuracy of engine intake air filtration. The results of experimental tests of the efficiency and accuracy of filtration and pressure drop performed for several filter beds differing in structure parameters are presented. It has been shown that the nanofiber layer significantly increases the efficiency and accuracy of filtration of dust grains below 5 µm. Low filtration parameters of the filter beds in the initial filtration period have been demonstrated, which negatively affects engine wear