Filtracja powietrza w pojazdach o dużej mocy i zmodyfikowanych: dogłębna analiza techniczna

Pomiar efektywności i zdolności ochronnych filtry powietrza jest niezbędne do porównywania różnych stylów i zagwarantowania, że spełniają one wymagania aplikacji o wysokiej wydajności. Obejmuje to standardowe metody określania ruchu powietrza i skuteczności oczyszczania.

Pomiar przepływu powietrza: 

Ruch powietrza jest powszechnie określany w stopach sześciennych na minutę (CFM) lub metrach sześciennych na godzinę (m TWO/h). Niemniej jednak samo określenie wartości CFM dla filtra nie definiuje spadku ciśnienia, przy którym osiągnięto tę szybkość przepływu. Bardziej interesującą metryką jest związek między przepływem powietrza a spadkiem ciśnienia w całym elemencie filtra i całym układzie dolotowym. Spadek ciśnienia, zwykle mierzony w calach wody (IN H ₂ O) lub paskalach (Pa), reprezentuje opór przepływu powietrza. Niższy spadek naprężenia przy podanej szybkości ruchu powietrza sugeruje znacznie bardziej efektywny, znacznie mniej ograniczający filtr lub układ dolotowy.

Spadek ciśnienia w układzie dolotu powietrza nie jest wyłącznie wynikiem aspektu filtra. Obejmuje on również wkłady z wlotu powietrza, obudowy filtra i jednostki czujnika przepływu masowego. Eksperymenty wykazały, że przy nominalnych cenach przepływu silnika, normalna obudowa filtra może dodać około 1,75 kPa spadku naprężenia, a czujnik przepływu masowego około 1,50 kPa. Czysty element filtrujący typu panelowego może dodać tylko 0,22 kPa, podczas gdy filtry stożkowe mogą mieć nawet zmniejszone spadki naprężenia. Jednak w miarę jak filtr jest zanieczyszczony podczas procedury, element filtrujący staje się głównym źródłem utraty naprężenia, przy czym końcowy spadek naprężenia dla komponentów obciążonych pyłem zwykle mieści się w zakresie od 2,5 do 5,0 kPa.

Normy filtracji: 

Podstawowym wymogiem testowania filtrów powietrza do silników spalinowych i sprężarek jest norma ISO 5011 (dawniej SAE J726). Norma ta podaje dokładny protokół badania wydajności filtracji, ograniczenia przepływu powietrza przy obciążeniu brudem i całkowitej zdolności zatrzymywania pyłu w przypadku problemów regulowanych.

Pomiary tajne w ramach normy ISO 5011 obejmują:

Ograniczenie przepływu powietrza/spadek ciśnienia: mierzone w IN H ₂ O lub kPa w stosunku do ruchu powietrza w CFM lub m FOUR/h. Jest to mierzone przy różnych szybkościach cyrkulacji, zwykle około 50%, 75%, 100%, 125% i 150% uporządkowanego przepływu powietrza. Pierwsze ograniczenie czystego filtra i ograniczenie końcowe (współczynnik, przy którym kończy się badanie, często definiowane jako wzrost o 10 IN H ₂ O ponad ograniczenie wstępne) są kluczowymi czynnikami informacyjnymi.

Efektywność odpylania: 

Oceniane poprzez wprowadzenie do filtra określonej ilości standardowego brudu testowego (takiego jak ISO Coarse Test Dust lub ISO Fine Test Dust) przy stałej cenie i przepływie powietrza] Filtr absolutny umieszczony w dół wychwytuje wszelkie zanieczyszczenia, które przez niego przechodzą. Wzrost ciężaru filtra absolutnego jest używany do określenia wydajności elementu filtra. Całkowita wydajność jest określana na podstawie całkowitej ilości zatrzymanego brudu. Całkowita wydajność, zazwyczaj jedyna liczba podawana w zastosowaniach samochodowych, obejmuje każdy rodzaj obciążenia i infiltracji brudu mierzone podczas pierwszego testu wydajności.

Wydajność określa się korzystając ze wzoru:

gdzie A jest zwiększeniem masy górnego filtru całkowitego, a B jest zwiększeniem masy dolnego filtru absolutnego.

Pojemność zatrzymywania pyłu: 

Mierzone różnicą między wagą filtra przed i po badaniu. Pokazuje, ile brudu filtr może utrzymać przed osiągnięciem ograniczenia końcowego.

Norma ISO 5011 ma na celu powtarzalność, umożliwiając kontrast testów filtrów wykonywanych w różnych lokalizacjach. Niemniej jednak ma ograniczenia w prognozowaniu rzeczywistej wydajności. Procedura nie została ustanowiona w celu rozpoznania, jak filtr powietrza będzie działał w samochodzie podczas eksploatacji. Wykorzystuje ona przepływ powietrza i jest często przeprowadzana z filtrem w „nieruchomości testowej”, która różni się od rzeczywistego użytkowania pojazdu, w którym warunki pracy, przepływ powietrza i szybkość podawania brudu są zmienne. Orientacja instalacji i geometria układu dolotowego mogą dodatkowo wpływać na wydajność w porównaniu z testami na stanowisku badawczym.

Istnieją różne inne istotne wymagania i techniki przesiewowe. Wynik MERV (Minimalna wartość raportowania wydajności), ustalony przez ASHRAE, jest zazwyczaj wykorzystywany w przypadku filtrów HVAC, ale czasami jest powoływany w przypadku filtrów samochodowych. Pokazuje skuteczność filtra w eliminowaniu cząstek o wielkości od 0,3 do 10 mikronów. Wyższe oceny MERV oznaczają znacznie lepsze wychwytywanie mniejszych cząstek, ale mogą zmniejszyć przepływ powietrza. W przypadku filtrów o wysokiej wydajności, współczynnik beta (określony przez ISO 16889) porównuje różnorodność fragmentów w górę strumienia z cząstkami w dół strumienia o podanym wymiarze. Różne podejścia badawcze obejmują test przepływu powietrza absolutnego, przesiewanie DOP i PAO (dla filtrów HEPA/ULPA), test płomienia sodowego i test szczelności gwintu olejowego.

Należy pamiętać, że pomiary filtrowania są istotne tylko wtedy, gdy zostaną ujawnione zmienne badania (stopień zapylenia, szybkość przepływu powietrza, ciśnienie badania końcowego). Niektórzy producenci mogą oceniać przy naprawdę obniżonych CFM, aby sztucznie zawyżać liczby wydajności. Wiarygodni producenci filtrów wydajności, tacy jak K&N i S&B Filters, przeprowadzają kompleksowe wewnętrzne badania przesiewowe, często wykorzystując zarówno standardowe komponenty testowe, jak i rzeczywiste skrzynki powietrzne OEM, aby lepiej naśladować rzeczywiste warunki.