فیلتراسیون هوا در خودروهای با عملکرد بالا و اصلاح‌شده: نگاهی عمیق و فنی

اندازه‌گیری کارایی و توانایی‌های حفاظتی فیلترهای هوا برای مقایسه سبک‌های مختلف و تضمین برآورده شدن نیازهای کاربردهای با کارایی بالا، حیاتی است. این شامل روش‌های استاندارد برای تعیین حرکت هوا و اثربخشی تصفیه می‌شود.

اندازه‌گیری جریان هوا: 

جابجایی هوا معمولاً بر حسب فوت مکعب در دقیقه (CFM) یا متر مکعب در ساعت (m2/h) تعیین می‌شود. با این وجود، صرفاً تعیین مقدار CFM برای یک فیلتر، بدون تعریف افت فشاری که در آن نرخ جریان حاصل شده است، ضروری است. یک معیار جالب‌تر، ارتباط بین جریان هوا و کاهش فشار در سراسر عنصر فیلتر و کل سیستم ورودی است. افت فشار، که معمولاً بر حسب اینچ آب (INH₂O) یا پاسکال (Pa) اندازه‌گیری می‌شود، نشان دهنده مقاومت در برابر جریان هوا است. افت تنش کمتر در نرخ جابجایی هوای مشخص، نشان دهنده یک فیلتر یا سیستم ورودی بسیار مؤثرتر و با محدودیت کمتر است.

افت فشار در سیستم مکش هوا کاملاً ناشی از فیلتر نیست. این افت فشار شامل ورودی هوا، محفظه فیلتر و واحد حسگر جریان جرمی نیز می‌شود. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که با قیمت‌های اسمی جریان موتور، یک محفظه فیلتر معمولی می‌تواند حدود ۱.۷۵ کیلوپاسکال و یک حسگر جریان جرمی حدود ۱.۵۰ کیلوپاسکال افت فشار ایجاد کند. یک فیلتر پنلی تمیز ممکن است فقط ۰.۲۲ کیلوپاسکال افت فشار ایجاد کند، در حالی که فیلترهای مخروطی شکل حتی می‌توانند افت فشار کمتری داشته باشند. با این حال، از آنجایی که فیلتر در طول فرآیند با گرد و غبار پر می‌شود، فیلتر به منبع اصلی افت فشار تبدیل می‌شود و افت فشار نهایی برای اجزای پر از گرد و غبار معمولاً از ۲.۵ تا ۵.۰ کیلوپاسکال متغیر است.

استانداردهای فیلتراسیون: 

الزام اصلی برای آزمایش فیلترهای هوا برای موتورهای احتراق داخلی و کمپرسورها، استاندارد ISO 5011 (که قبلاً SAE J726 نام داشت) است. این استاندارد، پروتکل دقیقی برای بررسی راندمان فیلتراسیون، محدودیت جریان هوا در هنگام بارگیری گرد و غبار و توانایی کلی در نگهداری گرد و غبار تحت شرایط کنترل شده ارائه می‌دهد.

اندازه‌گیری‌های محرمانه تحت استاندارد ISO 5011 شامل موارد زیر است:

محدودیت جریان هوا/افت فشار: بر حسب اینچ مکعب آب یا کیلوپاسکال در مقابل جریان هوا بر حسب فوت مکعب هوا یا متر مکعب در ساعت اندازه‌گیری می‌شود. این مقدار در نرخ‌های گردش مختلف، معمولاً در حدود ۵۰۱TP3T، ۷۵۱TP3T، ۱۰۰۱TP3T، ۱۲۵۱TP3T و ۱۵۰۱TP3T از جریان هوای رتبه‌بندی شده، اندازه‌گیری می‌شود. اولین محدودیت یک فیلتر تمیز و محدودیت پایانی (فاکتوری که در آن بررسی پایان می‌یابد و اغلب به عنوان افزایش ۱۰ اینچ مکعب آب نسبت به محدودیت اولیه تعریف می‌شود) عوامل اطلاعاتی حیاتی هستند.

راندمان جمع‌آوری گرد و غبار: 

با تزریق مقدار مشخصی از گرد و غبار استاندارد (مانند گرد و غبار تست درشت ISO یا گرد و غبار تست ریز ISO) به فیلتر با سرعت و جریان هوای ثابت، ارزیابی می‌شود. یک فیلتر مطلق که در پایین دست قرار می‌گیرد، هرگونه گرد و غباری را که از آن عبور می‌کند، جذب می‌کند. افزایش وزن فیلتر مطلق برای تعیین عملکرد جزء فیلتر استفاده می‌شود. عملکرد کل از کل گرد و غبار نگه داشته شده تعیین می‌شود. عملکرد جمعی، که معمولاً تنها عددی است که در کاربردهای خودرو تبلیغ می‌شود، شامل هر نوع بارگذاری و نفوذ گرد و غبار است که در طول اولین آزمایش عملکرد اندازه‌گیری می‌شود.

راندمان با استفاده از فرمول تعیین می‌شود:

که در آن A افزایش جرم فیلتر مستقیم بالادست و B افزایش جرم فیلتر مطلق پایین‌دست است.

ظرفیت نگهداری گرد و غبار: 

با اختلاف وزن فیلتر قبل و بعد از آزمایش اندازه‌گیری می‌شود. این نشان می‌دهد که فیلتر قبل از رسیدن به محدودیت نهایی چقدر می‌تواند آلودگی را در خود نگه دارد.

هدف استاندارد ISO 5011 تکرارپذیری است و امکان مقایسه آزمایش‌های فیلتر انجام شده در مکان‌های مختلف را فراهم می‌کند. با این وجود، محدودیت‌هایی در پیش‌بینی عملکرد دنیای واقعی دارد. این روش برای تشخیص نحوه عملکرد فیلتر هوا در خودرو در طول عملیات طراحی نشده است. این روش از جریان هوای کنترل‌شده استفاده می‌کند و اغلب با فیلتر در یک "منطقه آزمایشی" انجام می‌شود که با استفاده واقعی از خودرو که در آن شرایط عملیاتی، جریان هوا و نرخ تغذیه گرد و غبار متغیر است، متفاوت است. جهت نصب و هندسه سیستم ورودی نیز می‌تواند بر عملکرد در مقایسه با آزمایش‌های آزمایشگاهی تأثیر بگذارد.

الزامات و تکنیک‌های غربالگری مرتبط دیگری نیز وجود دارد. امتیاز MERV (حداقل مقدار گزارش کارایی) که توسط ASHRAE تعیین شده است، معمولاً برای فیلترهای HVAC استفاده می‌شود، اما گاهی اوقات برای فیلترهای خودرو نیز به آن ارجاع داده می‌شود. این امتیاز، اثربخشی فیلتر را در حذف ذرات بین 0.3 تا 10 میکرون نشان می‌دهد. رتبه‌بندی‌های بالاتر MERV به معنای جذب بهتر ذرات با اندازه کوچک‌تر است، اما می‌تواند جریان هوا را کاهش دهد. برای فیلترهای با کارایی بالا، نسبت بتا (که توسط ISO 16889 مشخص می‌شود) تعداد ذرات بالادست را با ذرات پایین‌دست با اندازه مشخص مقایسه می‌کند. رویکردهای مختلف آزمایش شامل آزمایش جریان هوای مطلق، آزمایش DOP و PAO (برای فیلترهای HEPA/ULPA)، آزمایش شعله سدیم و آزمایش نشتی روغن است.

لازم به ذکر است که اندازه‌گیری‌های فیلتراسیون تنها در صورتی معنادار هستند که متغیرهای آزمایش (میزان گرد و غبار، سرعت حرکت هوا، فشار آزمایش نهایی) فاش شوند. برخی از تولیدکنندگان ممکن است CFM بسیار کاهش‌یافته را ارزیابی کنند تا به طور مصنوعی اعداد راندمان را افزایش دهند. تولیدکنندگان معتبر فیلترهای راندمان، مانند فیلترهای K&N و S&B، غربالگری جامع داخلی انجام می‌دهند و اغلب از اجزای آزمایش استاندارد و جعبه‌های هوای OEM واقعی برای شبیه‌سازی بهتر شرایط دنیای واقعی استفاده می‌کنند.