Воздушный фильтр с масляной ванной принцип работы
Обновлено: 07.07.2024
Особенности выбора и приобретения воздушного фильтра с масляной ванной
Посредством качественного фильтра осуществляется качественная очистка воздуха, который поступает в карбюратор, от посторонних включений, от инородных тел. Это важно, поскольку именно посторонние включения могут стать причиной стремительного выхода из строя. Если же своевременно не осуществлять очистку расходных материалов, то это может стать причиной попадания в смесь вредных веществ и включений. В результате расход горючего на порядок увеличится. Кроме того, выхлопные газы будут более задымленными.
Преимущества качественных воздушных фильтров с масляной ванной
- Качество. Для изготовления применяют только качественное сырье, которое прошло предварительное тестирование. Поэтому срок использования подготовленных фильтров довольно продолжителен.
- Продолжительное использование. Поскольку фильтр подготовлен в соответствии с действующими требованиями и нормами, использовать их можно несколько месяцев без замены.
- Возможность выбора. Воздушный фильтр с масляной ванной поставляется в обширном ассортименте, поэтому каждый человек сможет подобрать тот расходный материал, который идеально подойдет для комплектации мотоблока.
Как продлить сроки использования фильтров для мотоблока?
Для того чтобы поддерживать фильтры в отличном состоянии, необходимо следить за ними. Для этого нужно пользоваться несколькими простыми правилами. Их чистку можно выполнять собственными силами. Для этого необходимо провести демонтаж, как бумажных, так и поролоновых элементов. Для их чистки можно пользоваться моющими средствами, а также чистой проточной водой. Как только поролоновый фильтр полностью высохнет, его можно вместе с прокладкой установить обратно в корпус.
Фильтруем воздух для мотора. История, технологии, современность
Мы не впервые обращаемся к теме чистого воздуха для двигателя. Сегодня вам предлагается обзор, включающий как предыдущие публикации «АБС-авто», так и технологические решения последнего времени.
Моторная «экология»
Каким воздухом должен «дышать» двигатель внутреннего сгорания? Разумеется, очищенным. Поэтому давайте поговорим о воздушных фильтрах. Но прежде вспомним азы.
Здоровье двигателя зависит не только от чистоты воздуха. Здесь необходимо решение триединой задачи фильтрации – чистое топливо, чистое масло, чистый воздух. Однако абразивные частицы, вызывающие механический износ, попадают в двигатель именно через воздух. Именно воздух, если он плохо очищен, вызывает загрязнение масла, способствующее его старению, и примеры эти можно продолжить.
Для полного сгорания горючей смеси необходимо, чтобы воздуха в ней было по массе в 15–20 раз больше, чем топлива. А теперь представим малолитражный легковой автомобиль с двигателем мощностью 80 «лошадей», потребляющим, скажем, 8 л топлива «на сотню» в смешанном режиме эксплуатации.
На каждый килограмм бензина (это примерно 1,33 л) ему потребуется 14 кг воздуха. Переходя к объему, получаем 10,8 м3. Задавшись годовым пробегом 20 тыс. км, можно подсчитать, что в год наш двигатель проглотит порядка 12 500 м3 воздуха.
Мы уже писали однажды: немецкий исследователь Михаэль Дурст (M. Durst) показал, что за десять лет эксплуатации в двигатель стремятся проникнуть более 6 кг пыли (см. книгу «Фильтрация в автомобилях», оригинальное название Filtration in Fahrzeugen, M. Durst, © 2002 verlab moderne industrie, Augsburg).
Самое страшное загрязнение – это кварцевая пыль. От нее страдают пары трения, что резко увеличивает износ двигателя. Но это еще не все. Грязь оседает на датчике массового расхода воздуха, сбивая с толку блок управления двигателем. И пошло-поехало: нарушается дозировка топлива, возрастает аппетит мотора, увеличивается токсичность отработавших газов.
Поэтому в любом двигателе есть воздухоочиститель. Кроме собственно фильтрации, он выполняет функции глушителя шума при всасывании воздушной массы, а в бензиновых моторах и регулятора температуры горючей смеси.
Прежде чем продолжить, совершим небольшой исторический экскурс.
Инерционно-масляные системы
Когда-то на большинстве автомобилей стояли инерционно-масляные воздухоочистители. И сегодня на наших дорогах можно встретить старенькую «Волгу» ГАЗ‑24 или «Запорожец» с такими узлами.
Напомним принцип работы инерционно-масляной системы. В ее составе есть два обязательных элемента: ванночка с маслом и сам фильтр – пропитанная маслом набивка, выполненная, как правило, из капроновой нити.
Во время работы воздух поступает в кольцевую щель между корпусом и фильтрующим элементом, проходит через нее и при резком повороте ударяется о поверхность масла. При этом он освобождается от наиболее крупных частиц пыли – происходит так называемая первичная очистка воздуха. При значительном расходе воздуха масло забрасывается в фильтрующую набивку, где образуется псевдокипящий пеномасляный слой. В нем происходит вторичная очистка воздуха: частички пыли прилипают к взвешенным частичкам масла. Как только расход воздуха падает, масло из фильтрующего элемента стекает в ванну, увлекая за собой задержанную пыль.
Инерционно-масляные воздухоочистители требуют периодического обслуживания: замены масла с очисткой масляной ванны и промывки фильтра (набивки). Кроме того, при средних, наиболее распространенных нагрузках коэффициент пропуска пыли в этих воздухоочистителях может составлять от 5 до 10%. Для сравнения: норматив для сменных фильтрующих элементов составляет не более 1% пыли для карбюраторных двигателей и 0,6% для впрысковых.
Однако инерционно масляные системы честно отработали свой век и заслужили долю уважения. Поэтому мы посвятили им этот небольшой раздел.
Шесть типов
Наука начинается там, где начинается классификация. Что ж, давайте займемся классификацией. Системы очистки воздуха разделяют, во‑первых, по количеству ступеней очистки (одно-, двух- и трехступенчатые); во‑вторых – по способу улавливания пыли. В последнем случае различают шесть типов систем.
1. Сухие инерционные со сбором отсепарированной пыли в бункер.
2. Сухие инерционные с отсосом пыли посторонним источником.
3. Сухие инерционные с выбросом пыли в атмосферу.
5. Использующие фильтрующие элементы со смоченной маслом набивкой.
6. Использующие сухие фильтрующие элементы.
Первые три типа применяются в основном в двух- или трехступенчатых очистителях на грузовых автомобилях и тракторах. О четвертом типе рассказано в предыдущем разделе – это уже достояние истории. Что касается элементов со смоченной набивкой (пятого типа), то они используются в основном на дорогих или спортивных машинах. А вот шестой тип – самый популярный, самый востребованный. Ему и уделим основное внимание.
Критерий истины
Эффективность работы воздушного фильтра характеризуется коэффициентом пропуска пыли. Суть этого показателя понятна из названия, измеряется он в процентах и зависит от типа системы и режима работы двигателя.
Другой важный показатель – это предельное сопротивление засасываемому воздуху. Он измеряется в единицах давления (чаще всего в килопаскалях). Данная характеристика определяет не качество фильтрации, а эксплуатационные показатели двигателя в условиях недостатка воздуха при смесеобразовании. Поясним это на примере.
По мере засорения фильтрующего элемента его сопротивление воздушному потоку растет. Следовательно, при постоянном угле открытия дроссельной заслонки количество поступающего воздуха уменьшается. И если настройка системы питания останется неизменной, в определенных режимах это может привести к обогащению смеси, а следовательно, и к неполному ее сгоранию. При этом мгновенная мощность двигателя снизится, а расход топлива и концентрация токсичных веществ в отработавших газах увеличатся.
Таким образом, предельное сопротивление воздушного фильтра – это граница, после которой фильтрующий элемент из помощника превращается во врага. Конечно, водителю не нужно знать численных значений предельного сопротивления различных фильтров. Ему достаточно помнить, что в процессе эксплуатации сопротивление воздушного фильтра постоянно растет. Помнить и вовремя менять фильтрующие элементы.
«Пыль чистит пыль»
Этот заголовок давно стал мемом. Но впервые он прозвучал именно в нашем журнале. Его ввел в обиход специалист НАМИ Анатолий Забрянский, ныне покойный. Очень информативное и образное выражение. А суть в следующем.
Интересно, что очищающая способность сменного воздушного фильтра мало зависит от срока службы. Сказанное наглядно иллюстрируется экспериментальными данными, полученными на специальном безмоторном стенде НАМИ.
Посмотрим на график. Из него видно, что коэффициент пропуска пыли, достаточно высокий в самом начале работы (он колеблется в пределах 2,5–4,5%), быстро снижается до значения 1%. Объясняется это тем, что пыль, забивая поры бумаги, сама создает дополнительный фильтрующий слой на ее поверхности: «пыль начинает чистить пыль», и фильтр довольно быстро выходит на режим максимальной эффективности. После этого за весь рабочий цикл коэффициент пропуска пыли не превышает предел в 1%.
Конечно, это всего лишь модель. Но модель, заметим, адекватно отражающая реальные условия эксплуатации. К тому же специальные методики позволяют пересчитать стендовые часы в тысячи километров пробега, после чего результаты экспериментов находят отражение в инструкциях по эксплуатации в виде конкретных рекомендаций «сменить воздушный фильтр через…».
Штора и каркас
Качество автомобильного фильтра основано на трех китах: материалы – раз; оборудование – два; технология – три. Уберите одну из составляющих, и современного фильтра не получится. А главная деталь любого фильтрующего элемента – штора.
По типу фильтроэлементы подразделяются на круглые и панельные. А фильтрующая штора делается из высокопористой, пропитанной специальными смолами бумаги. Пропитка нужна, чтобы предохранить штору от размокания при попадании на нее влаги. В шторе и происходит собственно очистка, после чего воздух продолжает свое движение в двигатель.
Любой воздушный фильтр, будь то круглый или панельный, не имеет корпуса в привычном понимании. Фильтрующая штора в нем заливается полимерным составом, который после застывания выполняет две функции: служит каркасом изделия и обеспечивает уплотнение в воздухоочистителе.
Когда-то каркас делали из пластизоля. Но он быстро терял эластичность, уплотнительный ободок затвердевал и трескался, и фильтроэлемент переставал работать – воздух шел под «скукожившийся» уплотнитель в обход шторы. Бывало и так: проедет водитель 1–2 тыс. км, захочет почистить карбюратор, снимет фильтр, а назад его ставить бессмысленно: зажатый пластизоль принял форму крышки, распрямляться «не хочет» – какая уж тут герметичность…
К счастью, все это в прошлом. Даже аутсайдеры фильтровального производства не применяют пластизоли, не говоря уж о лидерах. На смену пластизолям пришли полиуретаны. Эти современные эластомеры превосходят «коллег» по прочности, износостойкости, устойчивости к воздействию бензина, масла и кислот. Они газонепроницаемы и долго не стареют.
Значит, все хорошо? Покупаем первый попавшийся фильтр и забот не знаем? К сожалению, нет. Полиуретан полиуретану рознь. Если он получен из дешевого вторичного сырья, структура его сродни плохому пенопласту, а эксплуатационные свойства не лучше свойств канувших в Лету пластизолей. Остаточная деформация пояска и трещины на нем, можно сказать, гарантируются.
Как определить качество каркаса и уплотнительного пояска? Ничего сложного тут нет: поясок должен быть мягким, податливым и одновременно – упругим. Нажмем на него большими пальцами, подержим секунд десять, отпустим. Поясок обязан легко деформироваться, а после снятия нагрузки мгновенно вернуться в исходное положение без малейших признаков изменения формы. Поверхность пояска должна быть ровной, без раковин, отслоений и «бахромы».
Но «правильный» полиуретан – это еще не все. Важна технология работы, методы заливки. Никакого ручного труда! На современных предприятиях заливочные операции выполняются на автоматизированном оборудовании. Что это дает? Во-первых, обеспечивается стабильность заливки, а значит, и качество; во‑вторых, операция выполняется за минимальное время; в‑третьих, человеческий фактор практически сводится к нулю; в‑четвертых, автомат, извините за каламбур, «автоматически» вписывается в пооперационный контроль по системам менеджмента качества ISO и IQNet, без которых производство современным никак не назовешь.
Бумага все стерпит
Возвращаемся к фильтрующей шторе. Здесь уместно поинтересоваться: а какую бумагу использует производитель? Сделать это легко, ведь Интернет сегодня доступен любому сервисмену, не говоря уж о покупателях-оптовиках – эти вообще из Сети не вылезают. И вот им еще один совет.
Изучите рекламно-информационные материалы фирмы, выпускающей фильтры. Если производитель пишет об «использовании импортной фильтровальной бумаги от ведущих мировых производителей», это хорошо. Но не останавливайтесь, копайте глубже. Если выяснится, что это бумага от Hollingsworth & Vose или Ahlstrom, вообще замечательно, и вот почему.
Дело в том, что за плечами этих компаний громадный опыт производства материалов для фильтрации топлива, масла и воздуха. Мощные заводы с уникальным и очень дорогим оборудованием. Долгие годы сотрудничества с ведущими автомобильными компаниями и моторостроительными корпорациями. Они выпускают обширнейший ассортимент бумаг с различными характеристиками. Это настоящие «фильтровальные империи», разрабатывающие фильтровальные материалы практически для всех отраслей человеческой деятельности. И если производитель фильтров использует их в своих изделиях, это очень хорошая рекомендация.
Фильтрация воздуха требует определенной плотности, пористости и (очень важно!) особой пропитки фильтровального материала. Пропитки, противостоящей влаге, повышающей механическую прочность и термостойкость бумаги. Пропитки экологичной – все же XXI век на дворе. Смогут ли все это обеспечить молодые неопытные производители фильтровальных материалов – большой вопрос.
И еще. Обратите внимание на соединения концов шторы. Не примитивное вкладывание «зиг в зиг», не крепление металлической скобой, не склеивание – нет, только термическая сварка бумаги! Лишь такое решение обеспечит надлежащую прочность и герметичность и достойно звания современного.
И еще пара секретов
Итак, бумага должна быть «именитой», а концы шторы надлежит сваривать. А внешний вид изделия – можно ли по нему судить о качестве? Оказывается, можно. Рассмотрим хрестоматийный круглый фильтрующий элемент для карбюраторного двигателя.
Не гонитесь за фильтром с белым пояском, так называемым предочистителем – ведущие производители «упразднили» его еще в 90-х годах прошлого века. Бумаги сейчас другие, не то, что 15–20 лет назад, а потому предочиститель современному фильтру не нужен. В лучшем случае он окажется просто бесполезным, вроде Неуловимого Джо, в худшем – снизит ресурс фильтроэлемента. Ведь предочиститель изготавливают из недорогих нетканых материалов, зачастую не предназначенных для фильтрации.
Да, некоторые фирмы его устанавливают. Но это не более чем заигрывание с рынком. Потребитель привык – дадим ему предочиститель. Кстати, поясок поможет скрыть небрежное гофрирование – но это уж так, к слову…
А вот лидеры не боятся продемонстрировать аккуратную, геометрически правильную укладку. И количество гофр тоже. Так, на «жигулевском» карбюраторном фильтроэлементе их насчитывается порядка ста семидесяти.
Гофрирование шторы воздушного панельного фильтра Заливка полиуретана в форму
На что обращать внимание? На аккуратное гофрирование – само собой, но важно знать и следующее. В некоторых фильтроэлементах заливка выполняется полиуретанами двух видов: каркас формируется из жесткого материала, а уплотнение – из мягкого. Поэтому не удивляйтесь, что они по-разному будут реагировать на «пальпацию» – это нормально.
Что касается элементов панельного типа, штора у них особая, так называемая карманная. Важно, чтобы карманы эти не были «бездонными», сквозными, что, к сожалению, встречается у недобросовестных производителей. Проверяется это легко: надо согнуть панельный элемент и посмотреть его на свет – бракованные карманы тут же «заблестят», проявятся.
Иногда приходится слышать или читать о каких-то приоритетных расцветках каркаса: дескать, такой-то цвет хорошо, а такой-то – плохо. Подобные заявления свидетельствуют либо о некомпетентности «эксперта», либо о рекламном подтексте. На самом деле краситель на физические и эксплуатационные характеристики полиуретана не влияет. Цвет может быть «визитной карточкой» производителя, составной частью бренда, средством защиты от подделок – но никак не самостоятельным аргументом в спорах о качестве.
Мы привыкли к сетке на панельном фильтре. Это – усилитель, страховка. Поток воздуха может затянуть слабую штору в недра воздухоочистителя – сетка не позволяет этого сделать.
Но вот беда-то: сетка эта бывает оцинкованной. А нормы Euro неумолимы: никакого оцинкованного металла в системах очистки на входе в двигатель! Но ведущие производители фильтров и здесь нашли выход: они заменили сетку полимерными полосками – иногда одной, иногда несколькими. Получилось «дважды экологично»: во‑первых, выполнены европейские нормативы, частицы цинка уже не летят в камеру сгорания; во‑вторых, – такой фильтр не содержит металла, а значит, легко утилизируется. Таков почерк современного производителя.
Сертифицируем
Как сертифицируется воздушный фильтр? При испытаниях фильтроэлементов согласно требованиям нормативной документации и ТУ заказчика (моторного или автомобильного завода) проверяется четыре параметра:
- сопротивление воздухоочистителя в сборе;
- средний коэффициент пропуска пыли;
- продолжительность работы до достижения предельного сопротивления при определенной запыленности воздуха на входе;
- герметичность фильтрующего элемента.
Норматив по ГОСТ Р 53837–2010 «Двигатели автомобильные. Воздухоочистители. Технические требования» гласит: для легковой техники средний коэффициент пропуска пыли должен быть не более 1%; для грузовой – не более 0,6%. Надо признать, что эти нормы сегодня устарели. Технические условия КамАЗа для современных двигателей Euro выставляют более жесткие требования: не более 0,2%, и это, разумеется, еще не предел.
В Испытательном центре ФГУП НАМИ есть безмоторный стенд, созданный в соответствии с нормативной документацией. Фильтр в сборе устанавливается на мерный трубопровод, через который просасывается воздух. Через специальный патрубок на вход фильтра подается испытательная пыль. Кстати, пыль эта готовится в особых вибромельницах путем помола литейного песка, содержащего 96% кварца – сильнейшего абразива. Испытательная пыль должна иметь определенную удельную поверхность, оцениваемую в квадратных сантиметрах на грамм.
На выходной магистрали после тестируемого элемента, устанавливается абсолютный фильтр, полностью задерживающий прошедшую пыль. По количеству часов наработки фильтра до достижения предельного сопротивления, а также по отношению массы пыли, задержанной контрольным фильтром к массе пыли, поданной в воздухоочиститель, делается заключение о качестве фильтра. Фактически установка моделирует дорожные испытания.
При удовлетворении нормативам изделие получает сертификат. Обычно сертифицируется либо каталог фирмы-изготовителя, либо партия конкретного товара.
Интересная подробность: за рубежом для приготовления испытательной пыли используется песок из пустыни штата Аризона (США). Это оговорено в стандартах ISO, поэтому европейские лаборатории ввозят его из-за океана. Надо сказать, что наш кварцевый песок по абразивным свойствам агрессивнее американского, имеющего «мягкие» примеси.
Тренд фильтровальных материалов
Основная тенденция автомобилестроения – увеличение интервалов обслуживания LSI (Large Service Interval). Что значит «большой интервал обслуживания» в цифрах? Пробег 10–30 тыс. км не является таковым. Значит, фильтры из целлюлозы, обеспечивающие данный интервал, уже нельзя признать современными.
Приемлемый результат – например, 50 тыс. км, обеспечивает комбинация «целлюлоза плюс предварительный фильтр». Но лучшие показатели дает гофрированная синтетика переменной плотности, содержащая материалы с электростатическим зарядом. Она обеспечивает пробег 100 тыс. км. Таким образом, лидерство за синтетикой переменной плотности.
Как работает фильтр переменной плотности? Вот как: внешние слои действуют как фильтр предварительной очистки и увеличивают срок службы изделия в целом. А последующие слои производят тонкую фильтрацию.
Для воздушных фильтров, обеспечивающих пробег 50 тыс. км, разработчики фильтровальных материалов предлагают решения на основе технологии «Нановеб». Это модифицированная целлюлоза с особым покрытием.
А некоторые компании, работающие в дорогом сегменте рынка, предпочитают синтетические фильтровальные материалы, совмещая высокую пылеудерживающую способность и хорошую сопротивляемость влаге. Некоторые подробности можно почерпнуть из приведенных здесь таблиц.
Грузовые тонкости
Продолжая тему очистки воздуха для мотора, поговорим о фильтрах для грузовых дизелей.
В общем и целом всё сказанное о сменных фильтрующих элементах справедливо и для грузового автотранспорта. За исключением ряда важных особенностей.
Начнем с того, что дизель всегда отличался жесткими требованиями к точности изготовления деталей и их чистоте в процессе эксплуатации. А современный многолитровый агрегат с прецизионной топливной аппаратурой и дорогими системами снижения токсичности отработавших газов эти требования приумножил.
Помните нашу классификацию воздухоочистителей? Так вот, на выручку дизелю приходит система фильтрации, состоящая, как правило, из двух ступеней очистки: так называемого моноциклона со сбором отсепарированной пыли в бункер и бумажного фильтрующего элемента. Именно в нем, сменном элементе, и происходит отделение самых опасных загрязняющих частиц.
Как и в случае с легковыми фильтрами, грузовой фильтрующий элемент не имеет корпуса в привычном понимании. Фильтрующая штора по торцам заливается полиуретаном. После застывания он образует каркас изделия и обеспечивает герметичность при установке в воздухоочиститель – для этого формируется особый кольцевой поясок.
Бывает и так: штора по торцам приклеивается к металлическим или пластмассовым крышкам, а уплотнительный поясок крепится уже к ним. Словом, технологий может быть несколько. Что касается полиуретана, он должен обеспечивать отличную агдезию, надежное крепление крышек и стойкость клеевых соединений в широком диапазоне температур.
Поверхность пояска должна быть ровная, без бахромы, раковин и отслоений. А сам поясок обязан быть мягким, податливым и одновременно упругим – все, как мы описали для легковых «собратьев».
Переходим к фильтрующей шторе. Для грузовых фильтров требуются бумаги с определенной плотностью и пористостью. И, как правило, они отличаются от «легковых» фильтровальных материалов. А вот требования к пропиткам совпадают. Они должны противостоять влаге – раз; повышать механическую прочность и термическую стойкость шторы – два; быть экологичными – три. Под экологичностью понимается отсутствие вредных запахов (испарений) и возможность легкой утилизации.
Крышки (если они металлические), внутренние трубки и наружные обечайки фильтроэлементов должны выполняться из стали с гальваническим покрытием.
Покрытие придает изделию коррозионную стойкость во время эксплуатации и позволяет хранить детали на складе даже при повышенной влажности. Кроме того, внутренняя трубка усиливается ребрами жесткости для повышения прочности. Такая трубка не сомнется, не потянет за собой штору и не разгерметизирует систему, даже если в воздухоочиститель попадет изрядное количество воды.
На грузовых автомобилях и тракторах, работающих в условиях большой запыленности воздуха, внутри основного элемента помещают «фильтр безопасности», имеющий меньшую поверхность фильтрации. В случае нарушения герметичности основного фильтрующего элемента он берет на себя защиту двигателя от пыли. При этом удорожание очистки воздуха оправдывается высокой стоимостью дизеля.
К сожалению, некоторые потребители относятся к воздушным фильтрам безответственно. Мол, «расходники» и есть «расходники». Менять их надо часто, покупать много, следовательно, поищем, что подешевле. Вот и выбирает наш потребитель «экономсегмент», благо предложений там видимо-невидимо.
Но мало кто задумывается, что с водой выплескивает и ребенка: дешевые фильтры, влекут ускоренный износ цилиндропоршневой группы, увеличенный расход масла и топлива, резкое снижение экологических характеристик двигателя. А там и до капремонта рукой подать.
Вот простой пример: поток воздуха, проходя через фильтр, вызывает пульсацию шторы. При этом штора касается обечайки, на гофрах могут появиться надрывы. Однако «фирмы», выпускающие ширпотребовскую продукцию, об этом даже не думают. А вот добросовестные производители фильтров успешно борются с этой проблемой – например, применяют клеевую сетку.
Когда следует менять воздушный фильтр на грузовике? Все зависит от типа техники. Ведь один и тот же мотор может быть установлен и на магистральном тягаче, и на карьерном самосвале. Условия их работы, как вы понимаете, абсолютно разные. Нелепо было бы назначать для этих автомобилей некий «средний пробег» до замены фильтра. Именно поэтому на грузовиках устанавливаются персональные индикаторы засоренности, выходной сигнал от которых поступает или на стрелочный прибор или на контрольную лампочку.
Может возникнуть вопрос: почему до сих пор не внедряются индикаторы запыленности на легковых автомобилях? Дело в том, что для массовых моделей это будет неоправданно дорого: дешевле менять фильтрующие элементы, не дожидаясь «критического» пробега.
В начале статьи говорилось о триединой задаче: фильтрация масла, топлива и воздуха. Это справедливо и для грузовиков. Выбирая воздушный фильтр, разумно поинтересоваться: а выпускает ли данный производитель масляные и топливные фильтры? Если да, отлично: значит, он освоил все виды автомобильной фильтрации и его воздушные фильтроэлементы прекрасно впишутся в сложный организм мощного грузового дизеля.
Иллюстрации «АБС-авто», ФГУП «НАМИ», MANN+HUMMEL, «БИГ Фильтр» и «Цитрон»
Эволюция воздушных фильтров: тканевые, проволочные, с маслом и водой
Двигатель внутреннего сгорания любит чистоту и точность. И важным фактором обеспечения высокого ресурса и стабильности работы является чистый воздух для приготовления горючей смеси. Исторически первой машиной с фильтрующим элементом перед карбюратором считается Packard Twin Six 1915 года, но не спешите отдавать ему все лавры. История вопроса куда интереснее.
Пыль крайне нежелательный элемент для мотора. Попадание даже небольшого ее количества приводит к ускоренному износу цилиндро-поршневой группы, клапанов, загрязнению карбюратора и быстрому старению масла. В общем, пыль нужно исключить, и создатели даже первых моторов прекрасно это понимали. Но почему до 1915 года не создавали машин с серийными фильтрами?
Собственно, история фильтра как отдельного элемента действительно начинается с 1915 года, когда он появился как обязательная деталь на передовом Packard Twin Six. Этот люксовый автомобиль с мотором V12 был оснащен передовой системой питания — карбюратором с падающим потоком и жиклерами и системой батарейного зажигания. Собственно, именно новый карбюратор и послужил причиной, по которой машине потребовался воздушный фильтр. На более ранних автомобилях воздушный фильтр был вовсе не обязательной частью конструкции.
Packard Twin Six с двигателем V12 образца 1915 года из-за сложной системы впуска стал первым автомобилем, получившим воздушный фильтр как обязательное оборудование
При умеренном загрязнении воздуха неплохим фильтром выступал сам карбюратор. Тогда в моде были конструкции, крайне далекие от того, что мы видели на «Жигулях» и «Волгах». Очень распространенный и удачный карбюратор F.W. Lanchester с фитильным испарением обладал функцией фильтрации воздуха: пыль задерживалась в смоченных бензином фитилях и попадала в топливный бак, откуда регулярно вымывалась в процессе технического обслуживания. Схоже устроенные конструкции с поверхностным и фитильным испарением также обладали способностями к фильтрации воздуха, которых хватало для двигателей тех времен.
И только с появлением карбюраторов с поплавковой камерой постоянного или переменного сечения диффузора потребовалось применить отдельный воздушный фильтр, чтобы предотвратить загрязнение жиклеров смесительной системы. И даже в этом случае карбюратор зачастую очищал воздух. Тяжелые фракции связывались с топливом и на конструкциях с восходящим потоком удерживались от попадания во впускной трубопровод, а потом стекали в воздушный фильтр или задерживались в масляных отложениях — моторы без сальников клапанов и с маслонаполненными фильтрами имели «мокрый» от масла впуск.
При необходимости работы преимущественно в условиях высокого загрязнения, например в двигателях танков или тракторов, применяли опционные воздушные фильтры. Так, тракторы компании Caterpillar с 1910 года при необходимости могли оснащаться фильтром на заводе. Разнообразие конструкций начала века достаточно велико, но можно выделить несколько основных типов. Во-первых, фильтрация через ткань, проволоку или бечевку с масляной пропиткой. Как видите, предки современных «нулевиков» имеют солидный возраст. Сменные бумажные фильтры «мокрого» и «сухого» типа тоже появились очень давно. Фильтрация воздуха между стальными пластинами и сеткой, смоченными маслом, метод более грубый, но для больших моторов при слабом загрязнении воздуха достаточно действенный. И наконец, инерционная фильтрация в «сухом» и «мокром» вариантах, с водой и маслом.
Большинство конструкций имели в своем составе сразу несколько технологий, так, инерционная фильтрация центробежного типа сочеталась с фильтрацией сменным бумажным элементом, смоченным в масле, как на уже упомянутом Packard. В 1922 году на машинах Rickenbacker впервые применили «сухой» воздушный фильтр с одноразовой бумажной вставкой. Впрочем, одноразовость была довольно условная: каждые 500 миль фильтр рекомендовалось чистить, а ресурс до замены составлял около трех тысяч миль.
Не удивляйтесь, что одноразовые фильтры применяли на таких дорогих машинах. Более дешевые, например Ford Model T, который выпускался до 1927 года, фильтров не имели вообще — они даже не были предусмотрены конструкцией. И только на Ford Model A в качестве опции стали предлагать «сухой» сменный фильтр Air-Maze для карбюратора Zenith. Однако большая часть машин до конца 30-х этой детали конструкции так и не получила. А вот в послевоенные годы доступ к технологиям фильтрации стал массовым и большинство машин в США получили сменные бумажные фильтры в качестве штатного оборудования.
Для грузовой техники в условиях преобладающих грунтовых дорог и при недостаточно развитой инфраструктуре обслуживания популярностью пользовались фильтры инерционного типа, не требующие частой смены специальных фильтрующих элементов. Подобные конструкции получили широкое распространение и в Европе, с ее малыми тиражами техники, умеренным климатом и хорошими дорогами. Для работы большинства подобных конструкций требовались лишь масло, вода или другая жидкость. Иногда второй ступенью фильтрации выступал моющийся фильтр на основе тканевого или бумажного элемента.
Для тракторов и военной техники применялись те же технологии, но в заметно усиленном виде. Так, обычные центробежные фильтры заменялись на более компактные и производительные типа «мультициклон», представляющие собой батарею фильтрующих инерционных фильтров малого размера, а тканевые фильтрационные материалы заменялись на короба с металлической проволокой в масле, которые были намного долговечнее и при большом расходе масла обеспечивали не худшее качество.
Вот как описывается конструкция фильтра типа «мультициклон» на танке Т-44А в книге М. Коломийца «Наследники „тридцатьчетверки“»: «Воздухоочиститель состоял из корпуса с приваренным к нему бункером, кассеты с проволочной набивкой (так называемой «канителью»), лючка для высыпания пыли из бункера и прижимных пластин, крепящих кассету».
Такая конструкция требовала очистки кассеты каждые 10–12 часов работы двигателя. Для столь тяжелых условий эксплуатации на дизельном моторе — результат вполне приемлемый. На грузовых автомобилях, предназначенных для движения по асфальтовым и усовершенствованным покрытиям, интервалы обслуживания составляли 15–30 часов, а в привычных большинству из вас единицах измерения — от 500 до 1000 километров.
Постепенно конструктив фильтра пришел к виду, вполне привычному для тех, кто застал автопром 70-х годов. В цилиндрический корпус воздух поступает через щели или патрубок на внешней части, внутри поток разворачивается на 180 градусов над зеркалом масляной емкости и проходит через короб с металлической проволокой или синтетическим шнуром, который пропитан маслом, масло за счет капиллярного эффекта поднимается снизу фильтра.
Потоки воздуха организованы так, что воздух закручивается вокруг центральной оси цилиндра, а забор осуществляется в центре. Такая схема срабатывает как еще одна ступень фильтрации, на этот раз инерционно-центробежная. Эффективность достаточно высокая, особенно на тяжелых и плотных частицах. Обслуживание несложное: промыть бензином в тазике, залить пол-литра масла и снова ездить. Повторять каждые 300–500 моточасов, а при движении по грунтовым дорогам — в два-три раза чаще. Например, для ГАЗ-21 интервал обслуживания составлял 3000 километров, где-то раз в 100 часов. Для машин 60–70-х годов — вполне приемлемые сроки технического обслуживания.
Вытеснение масляно-инерционных фильтров сменными бумажными элементами произошло в первую очередь на легковых автомобилях, производимых в США. Такие преимущества бумажных фильтров, как отсутствие обслуживания в процессе работы, независимость качества фильтрации от положения относительно горизонта, простота замены и малая стоимость изготовления, подкрепляемые малым сопротивлением потоку, позволили сделать так, что мощные моторы оказались востребованы. А единственный недостаток заключался в необходимости регулярной замены фильтров.
Сетчатый воздушный фильтр
В Европе, где уровень жизни был ниже, а торговые сети не столь хороши, масляная фильтрация продержалась дольше. А в СССР, который старался делать машины, способные ездить веками при наличии рядом небольшой мастерской и с постоянным дефицитом какой-нибудь мелочи, от инерционной фильтрации стали отказываться только после демонстрации успешного массового использования сменных элементов на «Жигулях».
Впрочем, инерционная фильтрация сдаваться не собирается. Мультициклоны и просто лабиринтные фильтры применяют не только на тяжелой технике, но и в обычных легковушках. Присмотритесь к конструкции корпуса воздушного фильтра на вашей машине — вполне возможно, что вы обнаружите и элементы инерционной фильтрации воздуха, что позволяет увеличить ресурс сменного бумажного элемента.
Воздушные фильтры
Воздушные фильтры очищают поступающий в карбюратор воздух от пыли, что имеет существенное значение для уменьшения износа деталей двигателя.
В системе питания автомобильных двигателей устанавливают инерционно-масляные (ЗИЛ-130, ГАЗ-53А, ГАЗ-51А) и сухие («Москвич-412») фильтры.
Инерционно-масляный воздушный фильтр
Инерционно-масляный воздушный фильтр:
1 — барашковый винт;
2 — барашковая гайка;
3 и 9 — входной и выходной патрубки;
4 — патрубок отбора очищенного воздуха для компрессора пневматического привода тормозов;
5 — фильтрующий элемент;
6 — корпус;
7 — направляющее кольцо;
8 — масляная ванна.
Воздух, поступающий в фильтр, движется вниз между корпусом и фильтрующим элементом. Дойдя до направляющего кольца 7, поток воздуха резко меняет направление и устремляется вверх. При этом воздух очищается от крупных частиц пыли, которые, продолжая по инерции двигаться вниз, оседают в масле. Проходя далее через смоченную маслом набивку фильтрующего элемента, воздух очищается от мелких частиц пыли и через выходной патрубок фильтра направляется в карбюратор.
Воздушный фильтр с сухим фильтрующим элементом
Воздушный фильтр с сухим фильтрующим элементом:
1 — корпус;
2 — сменный бумажный фильтрующий элемент;
3 — крышка;
4 — барашковая шпилька;
5 — входной патрубок;
6 — патрубок системы вентиляции картера.
В сухом фильтре воздух очищается от пыли, проходя через фильтрующий элемент, состоящий из сетчатого металлического каркаса, в котором помещен рулон свернутой в несколько слоев специальной пористой бумаги.
Впускной и выпускной трубопроводы, глушитель
Впускной трубопровод двигателей 3M3-53, A3ЛK-412 и ЗИЛ-130 отлит из алюминиевого сплава и имеет двойные стенки. Пространство между ними образует рубашку подогрева, через которую проходит из рубашки охлаждения головки цилиндров в радиатор жидкость, циркулирующая в системе охлаждения двигателя. Благодаря такому подогреву горючей смеси, движущейся по впускному трубопроводу, хорошо испаряется содержащееся в ней топливо и улучшается процесс сгорания смеси в цилиндрах двигателя.
У всех указанных моделей двигателей впускной трубопровод крепят к боковой поверхности головки цилиндров, где расположены окна каналов, ведущих к впускным клапанам (у V-образных двигателей этот трубопровод находится между рядами цилиндров — в «развале» блока цилиндров).
Выпускной трубопровод отливают из чугуна. Его крепят к головке цилиндров со стороны, противоположной впускному трубопроводу. К выходному патрубку выпускного трубопровода присоединена приемная труба глушителя. У V-образных двигателей каждый ряд цилиндров имеет отдельный выпускной трубопровод 15 (смотрите рисунок Схема системы питания карбюраторного двигателя).
Устройство для подогрева горючей смеси двигателя ГАЗ-51
Устройство для подогрева горючей смеси двигателя ГАЗ-51:
а — устройство трубопроводов; б и в — схемы действия заслонки, регулирующей интенсивность подогрева смеси;
1 и 4 — прокладки; 2 и 6 — впускной и выпускной трубопроводы; 3 — направляющая втулка; 5 — шпилька; 7 — окно; 8 — заслонка; 9 — сектор.
У двигателя ГАЗ-51, имеющего нижнее расположение клапанов, впускной и выпускной трубопроводы укреплены совместно на одной стороне блока цилиндров, причем горючая смесь подогревается во впускном трубопроводе не жидкостью, а теплотой отработавших газов, движущихся по выпускному трубопроводу.
Тонкая стенка участка впускного трубопровода 2 под патрубком, к которому крепят карбюратор, нагревается снизу отработавшими газами, поступающими к стенке через окно 7 выпускного трубопровода 6. Сверху на нее направляется поток горючей смеси из карбюратора через втулку 3.
Интенсивность подогрева смеси у двигателя ГАЗ-51 регулируют вручную поворотом заслонки 8. При вертикальном ее положении поток отработавших газов отклоняется в сторону тонкой стенки впускного трубопровода, сильно подогревая ее. Если заслонка установлена горизонтально, основная часть потока отработавших газов направляется мимо тонкой стенки и интенсивность подогрева смеси уменьшается.
На наружном конце валика заслонки установлен штампованный сектор 9 с надписями «Зима» и «Лето», закрепляемый в нужном положении шпилькой с гайкой. Наибольшая интенсивность подогрева получается при установке против шпильки надписи «Зима», наименьшая — при установке против шпильки надписи «Лето».
При жидкостном подогреве горючей смеси его интенсивность изменяется автоматически в зависимости от температуры воды в системе охлаждения двигателя.
Глушитель шума выпуска отработавших газов (смотрите рисунок Схема системы питания карбюраторного двигателя) представляет собой коробку из листовой стали, в которой помещена труба (у V-образных двигателей — две трубы) с отверстиями и перегородками, делящими пространство вокруг трубы на несколько полостей. Действие глушителя основано на постепенном расширении, уменьшении скорости и ослаблении пульсации струй отработавших газов, удаляемых в атмосферу.
Как работает воздушный сапун в масляной ванне
Воздушный сапун, или более известный как воздухоочиститель, представляет собой устройство, обычно устанавливаемое на верхней части двигателя и предназначенное для подачи чистого, фильтрованного воздуха во впускную систему транспортного средства. Воздухоочистители в большинстве современных автомобилей используют сухой бумажный картридж, который необходимо периодически менять. Воздухоочистители с масляной ванной использовались в основном на ранних грузовиках и легковых автомобилях, но по большей части были сняты с производства в 1960-х. В настоящее время воздухоочистители с масляной ванной используются главным образом на больших сельскохозяйственных тракторах, где могут существовать чрезвычайно пыльные условия.
Как работает очиститель воздуха в масляной ванне
Обслуживание воздухоочистителя с масляной ванной
Накопление грязи, конденсата и воды при движении в дождливых условиях приведет к повышению уровня масла в резервуаре. Это требует регулярного обслуживания воздушного фильтра, чтобы обеспечить эффективную работу двигателя. В обычных условиях вождения интервал обслуживания может составлять от 2000 до 3000 миль. Но в очень запыленных условиях воздухоочиститель в масляной ванне может потребовать обслуживания так же регулярно, как раз в день. Воздушный фильтр необходимо разобрать для обслуживания, сняв его с двигателя. Грязь и шлам обычно вымываются из чашки растворителем, таким как керосин. Для завершения обслуживания чашку заправляют свежим маслом, а затем собирают воздухоочиститель.
Читайте также: