Воздушный фильтр двигателя: принцип работы и виды устройства

В современном автомобиле нет ничего лишнего и малозначащего. Даже такой недорогой и простой с виду элемент, как воздушный фильтр, имеет важное значение, так как от него во многом зависит стабильная работа и общий технический ресурс двигателя. Как устроен воздушный фильтр, и почему требования технического регламента о сроках его периодической замены нужно неукоснительно выполнять?

Назначение

Воздушный фильтр предназначен для очистки поступающего в двигатель воздуха от пыли, песчинок и любых других мелких и твердых частиц, поступающих в двигатель.. Атмосферный воздух необходим для приготовления топливной смеси. При сжигании 1 литра бензина расходуется до 13 м² воздуха. Весь этот объём проходит через важнейшие системы двигателя, включая впускные и выпускные коллекторы, систему клапанов и рабочее пространство цилиндров.

Если поступающий в мотор воздух не очищать, резко возрастёт износ трущихся деталей, в результате чего двигатель даже после сравнительно небольшого пробега может полностью выйти из строя. Кроме обладающей абразивными свойствами пыли, «забортный» воздух содержит еще одну вредную для деталей мотора составляющую – водяные пары. Попадая на металл, влага провоцирует образование микроскопических очагов коррозии. Частицы ржавчины являются мощным абразивом, поэтому их присутствие в двигателе недопустимо.

Задача очистки необходимого для работы мотора воздуха от пыли и влаги полностью возложена на воздушный фильтр. Этот узел успешно выполняет и некоторые другие функции: частично гасит шум, создаваемый работающим двигателем, а в карбюраторных системах участвует в поддержании оптимальной температуры подготовленной топливной смеси. В процессе эксплуатации автомобиля воздушный фильтр постепенно засоряется, поэтому его необходимо периодически менять.

Устройство, принцип работы

Воздушным фильтром принято называть весь узел очистки поступающего воздуха в сборе. Он представляет собой корпус со съемной крышкой, под которой находится определенной формы и конструкции фильтрующий элемент. Место установки воздушного фильтра в подкапотном пространстве зависит от типа двигателя. Так, в карбюраторных бензиновых моторах этот узел имеет округлый вид и устанавливается над карбюратором. В инжекторных системах применяются более производительные фильтры прямоугольной формы.

Чтобы удалить пыль и другие микроскопические твердые частицы из засасываемого в двигатель воздуха, его пропускают через пористый материал воздушного фильтра. Его конструкция выполнена таким образом, чтобы поступающий на вход воздух мог пройти на выход только через фильтрующий элемент. Если установка сменного фильтра выполнена неаккуратно, и винты крышки должным образом не затянуты, воздушный поток сможет беспрепятственно проходить через образовавшиеся щели.

Виды и состав фильтрующих элементов

В процессе эволюции автомобильного транспорта для очистки поступающего в двигатель воздуха применялись следующие различные материалы:

• Хлопчатобумажная ткань.
• Сетки из конского волоса.
• Поролон.
• Мелкий насыпной уголь.
• Бумага и картон.
• Подушки из капроновой лески.
• Емкости с машинным маслом.

На современном этапе многие из них практически не применяются и были заменены на более совершенные пористые композиции бумаги и картона, способные лучше осекать вредные примеси.

В зависимости от времени года и местности, в которой эксплуатируется автомобиль, фильтр должен эффективно справляться со всеми нежелательными составляющими воздушной среды:

• Дорожной пылью и песком.
• Парами и каплями влаги.
• Частицами цемента и строительной пылью.
• Цветочной пыльцой.
• Составляющими городского смога.
• Мелкими насекомыми.

Основой воздушных фильтров для легковых автомобилей являются различной конфигурации элементы, изготовленные из бумаги, картона или микропористых полимерных материалов. Для того, чтобы такие фильтры не промокали и препятствовали проникновению влаги в мотор, их пропитывают смолистыми веществами. Данный способ обработки позволяет фильтрующему материалу задерживать даже мельчайшие взвеси частиц моторного масла, антифриза и других веществ, которые могут присутствовать в моторном отсеке.

Практика показала, что однослойные и однокомпонентные фильтры быстро засоряются. Для повышения эффективности работы и увеличения срока службы фильтрующих элементов разработаны новые технологии задержки пыли и примесей.

В первую очередь, это «глубинный» способ фильтрации. Он заключается в использовании трех слоев бумаги с порами различного размера. Поверхностный слой задерживает самые крупные частицы, средний – более мелкие, а третий уже завершает очистку, пропуская в двигатель абсолютно чистый воздух, немного подогретый в результате трения о поры бумаги. Заменяемые элементы фильтрации могут изготавливаться в любом размерном и пространственном решении, зависящем от типа двигателя и конструкции корпуса фильтра.

Конструктивные особенности

На конструкцию и геометрию современных воздушных фильтров существенно влияет тип, особенности устройства и функционирования двигателя, а также место установки узла в моторном отсеке и скорость поступающего в него воздушного потока. В автомобилях устанавливаются фильтры следующих видов:

• Круглый фильтр в виде кольца, применяемый в авто с карбюраторным мотором. Кроме многослойной бумажной начинки, эти изделия обычно оснащаются сетчатым каркасом из алюминия, значительно увеличивающим их механическую прочность. Это необходимо, чтобы защитить фильтр от деформации потоком воздуха. Сверху и снизу фильтрующего кольца приклеены упругие резиновые или полимерные уплотнения.
• Панельный фильтрующий элемент, применяемый в большинстве дизельных ТС и для инжекторных двигателей. Выпускается в каркасном и бескаркасном исполнении. Отличается большей площадью фильтрации воздуха и общей эффективностью. Панельные фильтры занимают меньше места, быстро и точно устанавливаются в корпус. Для защиты от деформаций могут содержать в себе армирующие элементы из металлической сетки или пластика.
• Фильтры цилиндрической формы. Конструктивно напоминают кольцевые элементы, но значительно выше их и меньше в диаметре. Такое решение позволило сделать изделия более компактными и одновременно увеличить рабочую площадь цилиндрического фильтрующего элемента. Применяются на грузовом автотранспорте и ряде моделей легковых автомобилей с дизельными моторами.

В целях улучшения эксплуатационных характеристик основные фильтрующие элементы могут быть дополнены внешними деталями предварительной очистки. В зависимости от этого фактора различают:

• Изделия с одной степенью фильтрации, выполненные в виде плотной гармошки из специальной бумаги и картона. Такие фильтры быстро засоряются и не защищены от деформации, поэтому на практике применяются редко.
• Модели с двойной фильтрацией, рабочая поверхность которых защищена слоем пористого синтетического материала, выполняющего функцию предварительной очистки воздуха от самых крупных частичек примесей. Фильтры подобной конструкции рекомендованы для внедорожников и грузовых автомобилей, работающих в условиях большого скопления пыли (на стройках, в поле, карьерах и т. п.).
• Системы тройной очистки, отличающиеся наличием циклонного блока. На начальном этапе воздух поступает в первое отделение корпуса, где поток принудительно закручивается. Под действием сил инерции из него выводится большая часть примесей, которая отправляется в накопительный контейнер. Движение воздуха по спирали может быть организовано за счет формы корпуса фильтра, либо при помощи крыльчатки с приводом от одного из шкивов.

В настоящее время многие производители освоили выпуск фильтров с так называемым «нулевым сопротивлением». Эти изделия содержат в себе многослойный элемент, состоящий из пропитанной маслом ткани. Такие фильтры эффективно задерживают примеси и практически не препятствуют интенсивному поступлению воздуха. Их недостатком является необходимость регулярной очистки и обслуживания, поэтому большинство автомобилистов предпочитают применять одноразовые фильтры стандартной конструкции.

Вопросы эксплуатации

Если автомобилист применяет только рекомендованный производителем тип воздушных фильтров и выполняет их замену так часто, как того требуют правила технического регламента, о качестве поступающего в двигатель воздуха можно не переживать. Исключения составляют случаи, когда автомобили систематически эксплуатируются на стройках, для вывоза сельхозпродукции с полей или добытых карьерным способом ископаемых. При работе в сложных условиях фильтры нужно менять вдвое чаще.

Рекомендованные специалистами сроки замены фильтрующих элементов равны периоду замены масла. Именно в этот момент принято менять как топливный, так и воздушный фильтр. Подобная привязка во времени позволяет не ориентироваться на сервисную книжку, тем более, что далеко не все автомобилисты её и ведут.

Нарушение рекомендованных сроков установки новых фильтрующих элементов чреваты следующими последствиями:

• Повышенным износом трущихся деталей двигателя.
• Проблемами с топливными форсунками.
• Заметным падением мощности.
• Увеличенным расходом топлива.
• Снижением срока эксплуатации двигателя.
• Значительным увеличением расходов на ремонт.

Медлить с заменой воздушного фильтра нельзя. Это простая операция, для которой не обязательно посещать СТО. Действия по смене фильтрующего элемента выполняются в следующем порядке:

• Открутите фиксирующие винты и аккуратно снимите крышку воздушного фильтра.
• Соблюдая осторожность, чтобы во впускной коллектор не осыпалась скопившаяся грязь и пыль, снимите и отложите в сторону старый фильтрующий элемент.
• Очистите и протрите тканевой салфеткой дно корпуса.
• Выньте из упаковки и аккуратно уложите на место новый фильтр.
• Устанавливая крышку, убедитесь, что она правильно сориентирована. В некоторых моделях моторов возможно два направления установки, которые соответствуют рискам «Зима» или «Лето». Так регулируется подача в фильтр холодного «забортного» или подогретого теплого воздуха с поверхности двигателя.
• Закрутите винты, фиксирующие крышку. Не прилагайте излишних усилий, чтобы не сорвать резьбу.

Внимание: особенно аккуратными при выполнении всех операций по замене фильтрующего элемента должны быть владельцы автомобилей с бензиновым мотором, оснащенным карбюратором. Этот узел находится непосредственно под фильтром. Специалисты рекомендуют после снятия крышки временно прикрыть карбюратор чистой ветошью. Поскольку в случае попадания в камеру частиц пыли или грязи придется снимать, разбирать и промывать весь узел.

Соблюдая сроки и правила замены воздушного фильтра, можно избежать многих проблем, связанных с необходимостью досрочного и достаточно затратного капитального ремонта двигателя.

Элемент фильтрующий воздушный: «легкие» поршневого мотора

Каждое транспортное средство с ДВС оснащается системой очистки и подготовки поступающего в цилиндры воздуха. Основной компонент данной системы — сменный фильтрующий элемент. О том, что такое элемент фильтрующий воздушный, каких типов он бывает, как устроен и функционирует — рассказано в этой статье.

Что такое воздушный фильтрующий элемент и зачем он нужен

Воздушный фильтрующий элемент — компонент воздухоочистителя (который, в свою очередь, входит в состав системы питания) двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающий очистку поступающего в цилиндры воздуха от твердых включений (пыли, песка, мусора). Фильтрующий элемент является сменной деталью, которая устанавливается в воздухоочиститель и по мере загрязнения или по иной причине может быть заменена.

В общем случае фильтрующий элемент решает несколько задач:

• Защита двигателя от твердых частиц, которые могут нанести вред трущимся деталям и вывести из строя силовой агрегат;
• Защита от пыли и песка отдельных элементов системы питания и управления двигателем (дросселя, карбюратора) и датчиков;
• Снижение риска попадания в двигатель воды, поступающей через воздухозаборник;
• Оптимизация воздушных потоков в системе питания (как для улучшения работы системы, так и для снижения уровня шума).

Воздушный фильтр играет крайне важную роль в работе любого двигателя внутреннего сгорания. Мотору для нормального функционирования необходим довольно большой объем воздуха — в пределах 10-20 кубических метров воздуха на литр сжигаемого топлива. При этом в каждом кубометре самого чистого городского воздуха может содержаться 0,15-0,4 мг пыли, а над грунтовой дорогой за автомобилем — до 1,5 г и более. За год даже в самом чистом городе в двигатель может попасть 5-10 г пыли, а при постоянной работе на запыленной дороге, в карьере или на строительной площадке счет идет уже на сотни граммов и килограммы.

Пыль бывает разная, и она оказывает неодинаковый эффект на детали двигателя. Наиболее опасна обычная неорганическая пыль (дорожная, песчаная), которая содержит кварц и корунд — твердые минералы, обладающие высокими абразивными свойствами. Такая пыль составляет до 90% всей попадающей в двигатель пыли, и может нанести ему существенный вред — буквально 25-40 г пыли могут вывести мотор из строя всего за несколько дней эксплуатации!

Из этого понятно, что поступающий в мотор воздух нуждается в качественной очистке, иначе он в городских условиях не мог бы проходить более года, а двигатели строительных машин и автомобилей, эксплуатируемых по запыленным дорогам, выходили бы из строя в считанные месяцы и даже недели. И именно эту задачу решают фильтрующие элементы, установленные в автомобильных воздухоочистителях.

Основные характеристики фильтрующих воздушных фильтров

Сразу следует заметить, что в России нет отдельного стандарта на фильтрующие элементы для транспортных средств, однако действует стандарт на воздухоочистители поршневых двигателей внутреннего сгорания автомобилей, тракторов и сельхозмашин (ГОСТ Р 53837-2010). Данным документом регламентируются некоторые основные характеристики фильтрующих элементов:

• Сопротивление воздушному потоку при номинальном расходе воздуха — не более 2,5 кПа для бензиновых двигателей, не более 3,5 кПа для дизельных двигателей и не более 4 кПа для дизелей с турбокомпрессором;
• Степень очистки воздуха от примесей и пыли — не менее 99% для бензиновых двигателей, не менее 99,4% для всех дизельных двигателей;
• Предельное сопротивление воздушному потоку — не менее 5-7,5 кПа для различных двигателей;
• Номинальный расход воздуха — не менее 160 кубометров в час.

Указанные цифры являются минимальными, и часто производители превосходят их. Например, на рынке представлены фильтры со степенью очистки 99,9% и выше для различных фракций, со значительно сниженным сопротивлением воздушному потоку (в том числе и с «нулевым»), с более высоким расходом воздуха и т.д.

С другой стороны, снижение характеристик недопустимо, так как в этом случае воздухоочиститель будет работать недостаточно эффективно, значительно снижая характеристики двигателя и сокращая его ресурс.

Типы воздушных фильтрующих элементов

Фильтрующие элементы делятся на несколько типов по применимости и конструкции.

По применимости фильтрующие воздушные элементы делятся на три основных группы:

• Основные элементы для одноступенчатых и двухступенчатых сухих воздухоочистителей;
• Основные элементы для двух- и трехступенчатых воздухоочистителей;
• Вспомогательные элементы (элементы безопасности) для двух- и трехступенчатых воздухоочистителей;
• Фильтрующие элементы для воздухоочистителей с масляной ванной.

Элементы первого типа применяются в воздухоочистителях большинства легковых и коммерческих автомобилей. Элементы второго типа находят применение в воздухоочистителях грузовых автомобилей, тракторов, специальной, сельскохозяйственной и другой техники, которая работает в условиях повышенной запыленности. Элементы третьего типа используются совместно с элементами второго типа, они обеспечивают защиту от крупных включений и обычно используются с двигателями высоких экологических классов. Элементы четвертого типа также используются в грузовых автомобилях и тракторах, однако они постепенно выходят из употребления.

По конструкции фильтрующие элементы делятся на два типа:

• Цилиндрические;
• Панельные (коробчатые).

Цилиндрические воздушные элементы, в свою очередь, делятся на несколько видов:

• Цилиндрические высокие — представляют собой высокий цилиндр с внутренней полостью (в том числе и для установки элемента безопасности);
• Кольцевые — представляют собой кольцо малой высоты, обычно применятся на карбюраторных двигателях;
• Цилиндрические с отсекателем (инерционной решеткой) — обычные цилиндрические фильтры, обернутые бумажной или пластиковой лентой, задерживающей (отсекающей) часть поступающей с воздухом пыли и крупных включений.

Наконец, все фильтры делятся на группы по своим рабочим характеристикам и применимости. В последние годы популярность стали приобретать фильтрующие элементы «нулевого» сопротивления — они оказывают пониженное сопротивление воздушному потоку, а в остальном аналогичны обычным элементам.

Конструкция воздушных фильтрующих элементов

Как уже было сказано, конструктивно фильтрующие элементы делятся на панельные и цилиндрические. Они имеют неодинаковое устройство.

Цилиндрический фильтрующий элемент. Его основу составляет сложенная в гармошку бумажная лента, которая называется сухой перегородкой. Лента изготавливается из фильтровальной бумаги на основе целлюлозных волокон со специальной пропиткой, повышающей способность задерживать пыль и загрязнения. В последние годы применяются и синтетические нетканые материалы, а в фильтрах «нулевого сопротивления» используется особая хлопчатобумажная ткань с пропиткой. Гармошка свернута в цилиндр, с торцов закрыта уплотняющими крышками и может снаружи и внутри оборачиваться обечайкой (кожухом) — металлической сеткой или перфорированным картоном. Вся конструкция является неразборной.

Дополнительно цилиндрический элемент может иметь ребра жесткости, уплотнители, а также отсекатель (до половины высоты) и другие детали.

Панельный фильтрующий элемент. Его основу также составляет сухая перегородка в виде сложенной в гармошку фильтровальной бумаги или нетканого синтетического материала. Однако она уложена в корпус квадратной или прямоугольной формы — панель. Для дополнительной защиты гармошка с одной или обеих сторон может закрываться металлической или пластиковой сеткой. А для более качественной очистки воздуха может использоваться дополнительный фильтрующий слой из нетканого материала.

Панельный элемент может иметь ребра жесткости, уплотнения, рукоятки для удобной установки и демонтажа и т.д.

Принцип работы воздушного фильтрующего элемента

Работа воздухоочистителей и установленных в них фильтрующих элементов проста. При запуске мотора во впускном коллекторе и соединенным с ним воздухоочистителем создается разрежение. Вследствие падения давления воздух из атмосферы поступает в воздухозаборник и подается на воздушный фильтр. Поток воздуха направляется на внешнюю поверхность фильтрующего элемента — здесь пыль и другие загрязняющие частицы задерживаются порами фильтровальной бумаги, а очищенный воздух поступает дальше в систему.

Если фильтр оснащен отсекателем, то часть пылевых частиц ударяются о него, теряют импульс и оседают на дне корпуса фильтра. В двух- и трехступенчатых воздухоочистителях эта пыль в дальнейшем удаляется в атмосферу.

В процессе работы фильтрующий элемент засоряется, при этом его способность задерживать пыль улучшается (так как поры в фильтровальной бумаге засоряются и перестают пропускать пыль), однако одновременно с этим повышается и сопротивление воздушному потоку. С ростом засорения фильтрующий элемент уже не может удовлетворить потребности двигателя в воздухе, и требует замены. Периодичность замены зависит от условий эксплуатации, менять элемент можно при срабатывании индикатора, при пробеге 10-20 тысяч км или при сезонном ТО.

Применение рекомендованного для автомобиля фильтрующего элемента и при его регулярной замене двигатель всегда будет получать необходимый для его работы чистый воздух.