锥褶式发动机燃油过滤滤芯结构

　　做动力系统配套结构设计快十二年，经手的过滤类零部件少说也有上百套，这类锥褶结构的发动机滤芯，是小型通用动力、农用机械、小型发电机组润滑与燃油回路里最常见的过滤元件，很多刚入行的建模新手容易把它的结构做的过于理想化，忽略实际安装与工况的边界约束，最后出的模型拿去做装配干涉检查全是问题。先从实际应用场景说，这类滤芯大多布置在发动机进油管路或者机油泵入口端，上游是燃油箱或者油底壳，下游是高压油泵或者曲轴润滑油道，核心作用是拦截油液里携带的金属磨屑、胶质杂质、灰尘颗粒，避免这些硬质颗粒进入精密配合副，比如柱塞偶件、曲轴轴瓦、气门挺柱这些配合间隙只有几微米的部位，一旦杂质进入很容易造成拉缸、卡滞、磨损超限，直接缩短发动机大修周期。从结构设计思路上拆解，这个模型采用的是锥形折叠滤层结构，相比同安装长度的圆柱滤芯，锥面结构的有效过滤面积能提升30%左右，而且锥度设计是顺着油液流动方向布置，进油端直径小，出油端直径大，油液穿过滤层的时候流速会逐步降低，更利于杂质在滤层表面的沉积，不会因为局部流速过高把已经拦截的杂质冲脱到下游油路里。滤层的褶皱是等间距排布的，褶皱的折高、折数都要根据额定流量来算，每道折之间的间隙不能太小，不然油液通过的时候阻力会快速上升，冷启动的时候油液粘度大，很容易出现供油不足的问题；间隙也不能太大，不然会浪费滤材空间，达不到额定的纳污容量要求。两端的金属端盖是卷边压合结构，不是简单的胶粘，端盖的内侧有环形密封槽，

　　安装的时候要配合O型密封圈完成端面密封，避免未经过滤的油液从端盖和滤座的配合间隙短路流向下游，很多新手建模的时候容易漏掉密封槽的结构，或者把端盖的厚度做的太薄，实际压装的时候端盖变形，密封面翘曲就会出现内漏。再说到安装边界，这个滤芯的安装是插入式结构，大端的外圆是定位基准，和滤座的安装孔采用间隙配合，配合公差一般选H8/f7，既方便拆装更换，又不会因为间隙过大造成滤芯在工作的时候因为油液冲击产生振动，长时间振动会导致端盖和滤层的结合处开裂。小端的中心有定位凸台，安装的时候要对准滤座里的定位凹槽，保证滤芯在壳体内居中，不会出现偏斜导致滤层和壳体内壁贴死，损失有效过滤面积。外形尺寸上，锥面的锥度一般控制在1:5到1:8之间，

　　这个锥度范围既能保证足够的过滤面积，又不会让大端直径过大，超出滤座壳体的内部容纳空间，滤层的折叠圆角不能做的太尖锐，实际生产的时候滤材是折叠后定型，圆角太小会造成滤材纤维断裂，使用过程中容易出现破损漏点。实际建模的时候要注意，滤层的褶皱不能做的完全规整，实际生产中滤材是有厚度的，折叠后每道折的根部会有轻微的挤压变形，完全等半径的圆角反而不符合真实工艺状态，端盖的卷边位置要留出压合余量，把滤层的端部完全包裹在卷边内部，不能出现滤材外露的情况，不然油液长期冲刷会导致滤层脱层。另外还要考虑维护更换的便利性，滤芯的整体长度要和滤壳的内部深度匹配，安装后端盖要和滤壳的密封面完全贴合，手拧安装的时候不需要额外工具就能到位，

　　更换的时候只要打开滤壳端盖就能直接抽出滤芯，不会和壳体内的其他结构产生卡滞。这类滤芯的额定过滤精度一般在10到30微米之间，对应不同的发动机功率等级，流量越大的机型，滤芯的锥度越大、褶皱数量越多，纳污容量也要匹配保养周期，一般要求在额定流量下，初始阻力不超过20kPa，当阻力上升到100kPa的时候就需要更换滤芯，所以建模的时候滤层的有效通流面积要按照这个阻力要求反推，不能只看外观相似就随便定尺寸。很多人做这类模型的时候只做外观曲面，忽略内部的中心支撑网，实际上滤层内侧是有冲孔金属支撑网的，不然油液压差作用下滤层会被压溃变形，褶皱贴到一起就会堵死油路，支撑网的网孔直径、开孔率也要和滤层的承压能力匹配，网孔太密会增加通流阻力，太稀起不到支撑作用。