一种汽车空滤器进气道结构的制作方法

本发明涉及汽车配件领域，尤其涉及一种汽车空滤器进气道结构。

背景技术：

汽车空滤器是汽车进气系统的一个重要部分，汽车空滤器主要用于过滤空气中的杂质颗粒，减少汽缸、活塞和活塞环等零件的磨损，起到延长发动机的使用寿命、降低发动机进气噪声的功能。空滤器进气一般是通过一段进气道实现进气的，进气道的进气口端尽可能向前伸，这样可以防止舱内的高温气体进入空滤器，同时可以有效的降低进气温度，增加新鲜空气的进气量。进气道的末端和空滤器壳体直接固连或通过一段进气管和空滤器壳体连接。

通常进气道进气口端布置在汽车大灯后面或者进气格栅上方的水箱上横梁上或者侧面翼子板处，这样做会有一个风险就是进气道口比较接近大气，空滤器进水风险加大。当下雨或者洗车时，水滴容易进入通过进气道进入空滤器中，这样对导致空滤器腔内积水，甚至直接打湿滤芯，影响滤芯使用寿命，增加进气阻力等，严重时甚至会导致发动机限扭、增压器轴断裂等性能缺陷，影响发动机的可靠性。

中国专利申请号为201210176045.5的发明专利中介绍了一种汽车空滤器进气结构，其通过进气口外形的设计和在最低点布置排水孔的方式将雨水排出。但是，这种空滤器进气结构仅是单纯 依靠外形使得空气中水滴分离，这种分离不够彻底，并且，该结构进气道功能单一，仅具有排水功能。

基于上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何有效地将空气中的水分和大颗粒灰尘在汽车空滤器的进气道中予以分离出来并排出，使得进入到空滤器的空气得到初步净化，进而可以有效提升空滤器的保养里程，降低维护、保养费用。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种汽车空滤器进气道结构，带有水分和大颗粒灰尘的空气进入该进气道后，能够有效地将空气中的水分和大颗粒灰尘予以分离并从进气道中排出，进而有效提升空滤器的保养里程，降低维护、保养费用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种空滤器进气道结构，主要由三部分组成，分别为进气道管、旋流部件和排尘阀，旋流部件安装于进气道管内，在气体通过所述旋流部件后的进气道管内壁上设置有水分和灰尘沉降区，在所述沉降区处的进气道管外壁上设置有排尘阀。

所述沉降区为从所述进气道管的侧壁内表面向下垂直延伸距离T之后再沿着空气流入的反方向延伸距离L2的一个半包围区域，所述沉降区的气体进入口为开放结构，而所述沉降区末端为封闭结构。

为了将旋流部件固定于进气道管上，在所述进气道管的侧壁上设置有至少两个缺口，所述旋流部件上设置有至少两个卡扣，所述卡扣分别卡接到所述缺口中。为了进一步限制旋流部件在进气道管中的轴向移动，在所述进气道管的侧壁上还设置有凸台结 构，通过所述凸台结构使所述进气道管的初始内径缩小，所述凸台结构抵接所述旋流部件的末端。

所述进气道管为圆柱体结构，设定L1为所述进气道管外侧从空气进入口到所述凸台结构的长度，D为所述进气道管的进气口端管道内径，尺寸L1≥1.5D，尺寸0.5D≤L2≤0.8D，5mm≤T≤10mm。

设定L3为所述进气道管外侧从所述凸台结构到所述沉降区末端的管长，L3的长度约为D-1.2D。

所述旋流部件主要由三部分组成：外筒、叶片、内筒，所述外筒为薄壁圆筒结构，所述内筒为圆柱结构，所述内筒前端设计成圆锥结构。

其中，设定所述外筒外径为d1，所述内筒外径为d2，1/3d1≤d2≤1/2d1。

所述叶片数量可以根据需要选择，例如选择为8组，叶片均布在内筒和外筒之间。其中，所述叶片分为前段和后段两个部分，所述前段内侧和外侧的初始偏转角度都为α0＝β0＝90°，所述后段叶片内侧入口偏转角度为α1，外侧入口偏转角度为β1，内侧出口偏转角度为α2，外侧出口偏转角度为β2，其中，入口偏转角为20°-35°，出口偏转角为30°-50°。优选α1＝72°，β1＝60°，α2＝35°，β2＝26°。

所述排尘阀一端开口、一端封口，开口端和所述沉降区处的排尘接口连接，封口端有一条缝隙，贯通所述排尘阀的整个底部和部分侧面。所述排尘阀的内径为所述进气道管内径D的1/3左右。所述排尘阀的布置角度40°≤θ≤90°，θ为所述排尘阀的轴线与所述进气道管的轴线之间的夹角，优选布置角度θ为45°-60°。其中，所述排尘阀(3)的材质使用材料为三元乙丙橡胶， 所述缝隙宽度在0.2mm-1.6mm之间。

本发明的空滤器进气道结构工作时，首先，气流从进气道管进口进入，经过一段距离到达旋流部件；当气流经过旋流部件后，气流改变流向，向四周旋转扩散，此时流速加快，空气中的水滴和较大颗粒灰尘在离心力作用下向进气道管壁扩散，大部分水滴和颗粒终撞向管壁，并沿着管壁向前流动，最终到达半包围空间区域；还有一部分直接随着气流到达半包围空间区域。由于区域是一个半包围结构，气流在此不能完全流通，速度会很快降低下来，空气中的水滴和灰尘会在此区域内沉降下来，最终汇聚到最低处的排尘阀内，汇集到一定程度后，排尘阀会自动打开，排出水滴和灰尘。主气流会继续向前流动，从进气道管出口出去，直接进入到空滤器或空滤器进气管中。这样经过除水、除尘后的空气会进入到空滤器，再经过滤芯过滤后进入发动机。

本发明中的这种空滤器进气道结构，能够很好的去除掉空气中的水分，进而可以避免空滤器腔内积水，甚至直接打湿滤芯，影响滤芯使用寿命，增加进气阻力等，以及严重时甚至会导致发动机限扭、增压器轴断裂等性能缺陷，影响发动机的可靠性等问题。另外，本发明的空滤器进气道结构还可以将多数较大颗粒的灰尘过滤掉，实现空滤器的初级过滤，有效提升空滤器的保养里程，降低维护、保养成本；本发明的空滤器进气道结构结构紧凑，适合大部分车型布置。

附图说明

图1为本发明的空滤器进气道结构的立体图；

图2a为本发明的空滤器进气道结构的结构示意图；

图2b为本发明的空滤器进气道结构的侧视图；

图2c为进气道管的结构示意图；

图3为沿图2c中A-A线的空滤器进气道结构的剖面图；

图4为图3中B处的局部放大视图；

图5a为旋流部件立体图；

图5b为旋流部件的主视图；

图5c为旋流部件的俯视图；

图5d为旋流部件的叶片布置示意图；

图6a为排尘阀的主视图；

图6b为排尘阀的侧视图；

图6c为排尘阀的俯视图；

图6d为图6b中排尘阀在F处的局部放大视图；

图6e为排尘阀的立体图。

附图标记说明：

进气道管1，缺口101，旋流部件2，卡扣结构201，外筒210，叶片220，叶片前段221，叶片后段222，内筒230，沉降区C，进气道管外侧从空气进入口到凸台结构的长度L1，进气道管的进气口端管道内径D，沉降区长度L2，沉降区高度T，进气道管外侧从凸台结构到沉降区末端的管长L3，外筒外径d1，内筒外径d2，叶片前段内侧的初始偏转角度α0，前段外侧的初始偏转角度β0，叶片后段内侧入口偏转角度α1，叶片后段外侧入口偏转角度β1， 内侧出口偏转角度α2，外侧出口偏转角度β2，排尘阀的轴线与进气道管的轴线之间的夹角θ。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

图1显示了本发明的过滤器进气道结构的立体图，图2显示了该进气道结构的主视图，侧视图以及排气道管的主视图，图3显示了该进气道结构的剖面图以及空气在该进气道中的流动情况。参考图1-3，本实施例中的空滤器进气道结构主要由三大部分组成，分别为进气道管1、旋流部件2和排尘阀3。旋流部件2安装于进气道管1内，在气体通过旋流部件2后的进气道管1上设置有水分和灰尘沉降区，在该沉降区域处的进气道管1外壁上设置有排尘阀3。下面将具体介绍各部件的结构组成，连接关系以及除尘原理。

为了保证更好的除水、除尘效果，保证必要的空气状态，外形尽可能为圆柱体结构，参见图1-4，在进气道管1的侧壁上设置有两个缺口101，用于和旋流部件2上的固定部件相配合，将旋流部件2固定于进气道管1上。在进气道管1的侧壁上还设置有凸台结构，通过该凸台结构使进气道管1的初始内径缩小，以利用该凸台结构限制旋流部件2的末端，进而起到进一步限制旋流部件2随着空气流动而产生的轴向位移。在气体通过旋流部件2后的进气道管1上设置有水分和灰尘沉降区C，该沉降区C的具体结 构为从进气道管1的侧壁内表面向下垂直延伸距离T之后再沿着空气流入的反方向延伸距离L2的一个半包围区域，即，T为沉降区高度，L2位沉降区长度，气流在该沉降区不能完全流通，气流进入口为开放结构，而该沉降区C末端则为封闭结构。该沉降区C主要是保证空气中的水滴和灰尘在此沉降的。

这里，进气道管1各部位的尺寸对于水分和灰尘的分离起着重要地作用，下面将对进气道管各部位的尺寸关系做进一步介绍。

这里设定L1为进气道管1外侧从空气进入口到凸台结构的长，即进气道管1带旋流部件2的管道长度，D是进气道管1进气口端管道内径，尺寸L1≥1.5D，L1的尺寸尽可能取长一点，保证空气在进气道处于稳流状态。

进气道管1上的沉降区C，主要是保证水滴和灰尘在此沉降的。为了保证大部分水滴和灰尘有必要的空间进行沉降，其尺寸0.5D≤L2≤0.8D，5mm≤T≤10mm。L2过小，会导致沉降区不足，易产生涡流，降低沉降效率；L2过大，会导致沉降区过长，水滴和灰尘不能及时有效的收集到排尘阀区域，时间长了可能会导致局部堵塞。高度T过大，会导致沉降区C太大了会产生涡流，造成水滴和灰尘沉降效果降低；高度T过小，会导致沉降区域太小的话，部分水滴和灰尘会不进入沉降区而直接从中心管道区域通过，导致除水、除尘效果大为降低。

设定L3为进气道管1外侧从凸台结构到沉降区C末端的管长，为了确保旋流后的水滴和灰尘能够顺利的进入沉降区C，L3的长度不应该太长，通常约D-1.2D。若L3太短，会导致部分水滴和灰尘还未来得及离心运动到管壁区域就从中心区通过，直接进入空滤器；若L3太长，部分旋流起来的水滴和灰尘在离心力作用下撞 击到管壁后又返回到气流中心区域，随着气流进入空滤器。

参见图3和图4，旋流部件2上设计有两个卡扣结构201，安装时将卡扣201卡接到进气道管1的缺口101，这样可以将旋流部件2自由度完全限制住，保证在工作过程中旋流部件不会窜动，影响旋流效果。进一步说，若旋流部件2没有完全定位，当气流经过旋流部件2的旋流片结构时，旋流片在改变气流方向的同时，自身也受到一个反作用力，该作用力会有两个方向的分力，一个是沿进气管道轴向的力，方向和空气流向同，在该分力的作用下，旋流部件会沿着进气道管轴线向出气口方向移动，时间长了会导致旋流部件和区域C的距离减小，导致除水、除尘效果大大降低，本实例中除了采用卡扣限位外，还通过进气道管1管壁上的凸台结构进行机械式限位，这样限位更加可靠。另外一个分力是沿着进气道管1管道周向的力，其方向和气流旋转的方向相反，在该力作用下，旋流部件会绕其轴线做旋转运动，方向和改变后气流的方向相反，这样导致空气旋流速度降低，除水、除尘效果也会大受影响。

参见图5a-5d，旋流部件2主要由三部分组成：外筒210、叶片220、内筒230。外筒210为薄壁圆筒结构，主要起支撑和固定作用；内筒230为圆柱结构，前端设计成圆锥结构，能很好的引导中心区域的气流向叶片平稳扩散，防止产生涡流；叶片220是整个旋流部件2的关键部分，其设计成类似风扇扇叶的形状，根据不同的应用环境和使用情况，如外形大小，等效风速等参数，我们确定叶片数量和外形规格。由于空滤器进气道气流的速度不高、外形尺寸相对较小，因此本实例中叶片数量选择为8组，形状及布置尺寸如图5c所示。

这里设定外筒210外径为d1，内筒230外径为d2，为了使空气充分的旋流起来，要求直径1/3d1≤d2≤1/2d1。其中若d2太小，势必导致中心区域气流无法充分旋流，进而直接通过旋流片进入空滤器中，达不到除水、除尘效果；若d2太大，会导致扇叶面积不足，旋流不充分，同时进气阻力也会加大。

为了脱模方便，降低成本，本实例中的叶片220分为两个部分，即前段221和后段222。详细参数说明见图5d，图中以一个叶片布置进行说明，其他叶片完全一致，均布在内筒230和外筒210之间。前段221内侧和外侧的初始偏转角度都为α0＝β0＝90°，方便脱模，初始角度若和入口偏转角度类似，则会导致G边和H边重叠，难脱模。后段222叶片内侧入口偏转角度α1，外侧入口偏转角度β1，内侧出口偏转角度α2，外侧出口偏转角度β2。一般叶片要求入口偏转角20°-35°，出口偏转角30°-50°。本实例主要是为了保证气流能够尽可能的被旋流起来，同时考虑风阻的因素(进气阻力也是我们设计过程中要考虑的一个因素)，因此我们采用的数值为：α1＝72°，β1＝60°，α2＝35°，β2＝26°。

排尘阀3的作用是收集沉降的水滴和灰尘并将它们有效排出。参考图3，排尘阀3布置在沉降区C处的进气道管1外壁上，内径一般为进气道管1管径D的1/3左右。布置角度40°≤θ≤90°，通常取45°-60°，θ为排尘阀的轴线与进气道管1轴线之间的夹角。

在图6a-6e中详细展示了排尘阀的具体结构，排尘阀3结构类似一个口袋，一端开口、一端封口。开口端和沉降区C处的排尘接口连接，封口端有一条很窄的缝隙，贯通排尘阀的整个底部和部分侧面。排尘阀的大小根据车辆的适用环境、发动机的排量 等因素确定，一般环境恶劣，如灰尘较大、雨水较多的地区，建议排尘阀可以做的大一些；发动机排量大的车排尘阀也需要做的大一些。排尘阀的材质一般使用材料为三元乙丙橡胶，硬度较低。当发动机工作时，整个管路处于负压状态(发动机吸气)，此时排尘阀缝隙处在外界大气压的作用下闭合，当发动机停止工作时，排尘阀缝隙处于自然开启状态。

通常当水分和灰尘积累量不多的情况下，排尘阀下端虽然存在缝隙，但由于粘滞作用，基本是不漏水和灰尘，或者只有少部分流出来；只有当水分和灰尘积累到一定程度后，在重力的作用下缝隙会张开的比较大，多余的水分和灰尘会从此流出。缝隙的大小一般和排尘阀大小相匹配，大的排尘阀缝隙适当加大，小的排尘阀尽量间隙小一点。通常建议缝隙宽度在0.2mm-1.6mm之间。

本实施例的汽车空滤器进气道结构的具体工作原理：首先，气流从进气道管1进口进入，经过一段距离到达旋流部件2，此段距离气流处于稳态状态流动；当气流经过旋流部件2后，气流改变流向，向四周旋转扩散，此时流速加快，空气中的水滴和较大颗粒灰尘在离心力作用下向进气道管壁扩散，大部分水滴和颗粒终撞向管壁，并沿着管壁向前流动，最终到达半包围空间区域C；还有一部分直接随着气流到达半包围空间区域C。由于区域C是一个半包围结构，气流在此不能完全流通，速度会很快降低下来，空气中的水滴和灰尘会在此区域内沉降下来，最终汇聚到最低处的排尘阀3内，汇集到一定程度后，排尘阀会自动打开，排出水滴和灰尘。主气流会继续向前流动，从进气道管1出口出去，直接进入到空滤器或空滤器进气管中。这样经过除水、除尘后的空气会进入到空滤器，再经过滤芯过滤后进入发动机。

本发明中的这种空滤器进气道结构，能够有效地将空气中的水分和大颗粒灰尘在汽车空滤器的进气道中予以分离出来并排出，使得进入到空滤器的空气得到初步净化，进而可以有效提升空滤器的保养里程，降低维护、保养费用。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。