发动机中空纤维膜空气滤清器滤芯的制作方法

一种用于内燃式发动机输入空气过滤的装置，特别是采用中空纤维膜作为滤材的发动机空气滤清器滤芯，特别是采用聚四氟乙烯中空纤维膜作为滤材的发动机空气滤清器滤芯。

背景技术：

内燃式发动机都需要从大气中吸取空气，而输入的空气必须过滤，否则，大气中的粉尘将会导致气缸很快磨损失效。传统的空气滤清器有干式和湿式两大类以及这两种方式的混合形式。其中主流的干式空气滤清器主要采用纤维制成的过滤网，制成片状、纸状、布状，为扩大面积将其折叠，形成各种样式的空气滤清器滤芯。湿式空气滤清器有的采用油膜粘附，有的采用水洗方法，配合旋转气流实现粉尘处理。

尽管这些技术都已经发展了上百年，但是仍有很多问题有待改善：1、空气滤清器滤芯需要经常更换，特别是工作在恶劣环境中的坦克、装甲车、工程车辆，高浓度的粉尘将导致空气滤清器很快失效，维护工作量和成本奇高。2、传统空气滤清器滤芯+湿式除尘的系统，体积过大，结构复杂，不利于车辆结构的优化。3、传统空气滤清器系统，风阻很大，造成发动机效率下降，有资料表明，某型坦克用于空气滤清的功率占到了总功率的5%。4、传统空气滤清器滤芯多为一次性用品，资源消耗较大，全球5亿台汽车，年消耗滤芯上百亿元，产生垃圾100万吨。

更为理想的空气滤清器滤芯应当具有超强抗尘、容尘能力，可长期使用；风阻较小；体积较小，形状自由；可清洗，免更换；方便回收，环境友好等性能。

影响滤芯性能的主要因素是滤芯的材料，过去，用于空气滤清滤芯的主流材料是玻璃纤维和普通塑料喷丝制成的纸状滤材，折叠成波纹状。材料本身没有拒尘能力，比表面积也不是足够大。

上世纪90年代始，出现了聚四氟乙烯中空纤维膜材料，不仅比表面积更大，且具有拒尘、拒油、不沾灰的优异性能，同时具有耐高温、低温，高强度的优良性能，由于价格高昂，通量较小，大多用在水、油、特种气体处理领域。这种聚四氟乙烯中空纤维膜材料能否用在大通量空气处理，特别是能否用来制作发动机空气滤清器,在专利检索系统中还找不到任何记载，也没有在各种文献中找到记载。还没有人尝试过。

现有聚四氟乙烯中空纤维膜技术都是针对水处理用途的，即便是偶尔用于空气处理，也都是小流量特殊气体的。水和大通量空气的性质有很大不同，特别是，用在水介质时，需要高压力，小流量；用在空气处理时，必须是小压力，大流量，这就需要性能迥异的参数配置，由此导致一套全新的中空纤维膜参数设计、制备、使用技术体系。要将聚四氟乙烯中空纤维膜用于发动机空气滤清器，需要大量开拓性的实验和创新。

本发明人几年来投入巨资研制、测试、实验，表明，用陶瓷、金属中空纤维膜，特别是聚四氟乙烯中空纤维膜制成的发动机空气滤清器，容尘、抗尘能力、空气通量，耐久性，可清洗等各种性能明显优异，在技术上具有新颖、先进、实用的特征。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有更强抗尘、容尘能力，可长期使用；风阻较小；体积较小，形状自由；可清洗，方便回收，环境友好的发动机空气滤清器滤芯。

本发明采用的技术方案是：

包括中空纤维膜集束、膜组封头，密封环，膜组封头上的搭扣、卡扣、螺纹、法兰。中空纤维膜集束的端部被浇筑在膜组封头中，膜组封头的出气端与发动机进气通道连接，连接的方式有搭扣、卡扣、螺纹、法兰四种方式。

本发明所述的中空纤维膜集束，用塑料、金属、陶瓷制成。

本发明所述的中空纤维膜集束是用聚四氟乙烯材料制成的聚四氟乙烯中空纤维膜集束。

本发明所述的聚四氟乙烯中空纤维膜集束，其膜丝直径为1.5----15mm，其长度为0.2----2m，其孔隙率为60%以上，其孔径为0.1---10um；所述聚四氟乙烯中空纤维膜集束的数量为100----15000根。

本发明所述的膜组封头，其截面形状有圆形、矩形，端面积为0.0025mm² ----0.5m²，其封装中空纤维膜的方式有单端和双端两种方式。

本发明所述的膜组封头与发动机进风通道的连接固定方式有四种：搭扣、卡扣、螺纹、法兰。

附图说明

图1是一个发动机中空纤维膜空气滤清器滤芯及其与发动机进气通道之间连接方法的示意图。

图2是一个双端封头的聚四氟乙烯中空纤维膜空气滤清器滤芯实例示意图。

图中1.1是发动机进气通道及其连接部位；1.2是达扣组件；1.3是密封环；1.4是搭扣组件；1.5是模组封头；1.6是聚四氟乙烯中空纤维膜膜丝集束；2.1搭扣组件；2.2是膜组件封头一；2.3是聚四氟乙烯中空纤维膜膜丝集束；2.4是膜组件封头二；2.5是密封环。

具体实施方式

中空纤维膜具有比表面积较大的性能，金属、陶瓷、塑料等材料都可以制成中空纤维膜，制成发动机空气滤清器滤芯。

在塑料材料中最适合制作用于发动机空气滤清器滤芯的材料是聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ），可以适应发动机的恶劣环境。

用聚四氟乙烯材料制成的中空纤维膜膜丝集束，其端部被浇筑封装在膜件组封头中。不同于用于水处理的膜组件，用于空气处理膜组件，由于输出流量较大，压力较低，故尽量增大封头与发动机进气通道连接的截面积。由于压力较低，可以采用搭扣、卡扣之类方便装拆的低压力快捷连接紧固机构。在膜组件封头上装配相应的搭扣组件或加工出卡扣形状。此外，还可以沿用传统的螺纹连接或法兰连接。

膜组封头的截面形状可制成圆形或矩形，端面积为0.0025 mm² ---- 0.5m²，其封装中空纤维膜的方式有单端和双端两种方式。

由于膜丝处理的对象主要是空气中的粉尘，膜丝的参数要与之相应，实验表明，膜丝直径为1.5----25mm，其长度为0.2----2m，其孔隙率为60%以上，其孔径为0.1---20um；所述聚四氟乙烯中空纤维膜集束的膜丝数量为100----15000根。

实例1，膜丝长度0.7米，直径3.5ｍｍ，数量2000根，膜件组封头截面直径300ｍｍ，搭扣连接。

实例2，膜丝长度0.5米，直径1--2ｍｍ，数量500----2000根，膜件组封头截面直径50---300ｍｍ，搭扣连接。数组并联使用。

实例3，膜丝长度1.5米，直径５ｍｍ，数量1000--4000根，膜丝盘起来堆积，双端膜件组封头，截面直径100--300ｍｍ，搭扣连接。数组并联使用。

有益效果

实验结果表明，聚四氟乙烯中空纤维膜制成的空气滤清器滤芯，在纯粉尘污染条件下容尘能力是普通滤清器的５―１０倍，大幅度延长发动机在沙漠环境中的续航时间。可耐受－７０度------１００度高温，体积减少３０％，压力损失降低５０％，这对于很多特殊车辆有重要的意义。由于过滤精度大幅提高，可以有效降低气缸磨损，由于滤芯容尘能力大幅提高，大大延长于普通车辆的维护周期，由于滤材可清洗、可回收，环保效益也有很大提高。