Устройство автомобилей

Воздушный фильтр

В атмосферном воздухе всегда присутствует пыль, количество которой может достигать значительной концентрации – до 0,1 г/м 3 до 2 г/м 3 (нулевая видимость). При попадании в цилиндр пыль, смешиваясь с маслом, образует абразивную пасту, которая резко повышает интенсивность изнашивания трущихся пар (цилиндр-поршень, поршень-кольца, кольца-цилиндр).
Поэтому воздух перед подачей в цилиндры двигателя необходимо тщательно очистить от пыли.

Очистка воздуха может быть осуществлена фильтрацией, инерционным или контактным способом.

При фильтрации загрязненный воздух проходит через специальный фильтрующий элемент, чаще всего выполненный из пористой бумаги или ткани.
При инерционном способе очистки движущийся с большой скоростью под действием разрежения в цилиндрах воздух резко изменяет направление движения. Возникающие при этом инерционные центробежные силы отбрасывают тяжелые механические примеси и частицы пыли к стенкам корпуса фильтра, где улавливаются и отделяются от воздушного потока.
Контактный способ очистки воздуха заключается в улавливании механических частиц липким веществом, покрывающем элементы фильтра, через который прогоняется воздушный поток. В качестве такого липкого вещества чаще всего применяется моторное масло.
Иногда в воздухоочистителях используется комбинированный многоступенчатый способ очистки.

Требования предъявляемые к воздухоочистителям:

• высокая степень очистки воздуха;
• малое сопротивление воздушному потоку, чтобы не снизить качество наполнения цилиндров;
• простота конструкции и технического обслуживания.

Различают «сухие» и «мокрые» воздухоочистители.
«Сухие» воздухоочистители ( Рис. 1, а ) применяются на большинстве современных автомобилей. Их основой является одноразовый фильтрующий элемент 9, в котором между крышками запрессованы края фильтровальной бумаги.
Для лучшей очистки, продолжительного срока службы и уменьшения сопротивления воздушному потоку поверхность фильтровальной бумаги должна быть большой. Чтобы уменьшить размеры фильтра при большой площади фильтрующей поверхности, бумагу укладывают гармошкой.

С наружной стороны фильтрующего элемента иногда устанавливают дополнительный поролоновый фильтр 3. В таком виде фильтрующий элемент устанавливается в корпус 8, закрывается крышкой 10 и стягивается барашковой гайкой 1.
В холодное время года посредством термопереключателя 5 обеспечивается забор подогретого воздуха из зоны выпускного трубопровода.

Ранее имели широкое распространение (применяются и в настоящее время) воздухоочистители «мокрого» типа ( Рис. 1, б ).
При работе двигателя в результате разрежения во впускном трубопроводе загрязненный воздух через воздухозаборник 5 поступает в крышку-переходник 4 и через кольцевую щель 3 направляется вниз к масляной ванне 1 и отражателю 8. У поверхности масла воздушный поток резко изменяет направление, и движется к фильтрующему элементу 2, набивка которого может быть выполнена из капронового волокна или металлической сетки.

При изменении направления воздушного потока крупные частицы пыли, под действием инерционных сил попадают в масляную ванну и оседают в ней, а мелкие извлекаются при прохождении воздушного потока через набивку фильтрующего элемента.
Поверхность набивки всегда покрыта тонким слоем масла, поскольку воздух, ударяясь о поверхность масла в ванне, увлекает за собой масляную пыль, оседающую на набивке и выполняющую в дальнейшем функцию липучего вещества.
Очищенный воздух поступает через переходник 9 в карбюратор, а через патрубок 6 отбора воздуха – к компрессору пневматического привода.

Как уже упоминалось выше, некачественная очистка воздуха, поступающего в систему питания двигателя, значительно снижает срок службы деталей цилиндропоршневой группы из-за интенсивного износа абразивного характера. Поэтому необходимо внимательно следить за состоянием воздухоочистителей и фильтрующих элементов, производить своевременную чистку и замену элементов при необходимости.
Периодичность обслуживания воздухоочистителей и замены воздушных фильтров зависит от условий, в которых эксплуатируется автомобиль. Если автомобиль работает в условиях сильной запыленности воздуха (например, в карьере или на грунтовых дорогах), то периодичность технического обслуживания системы очистки воздуха должна быть значительно сокращена.

Схема воздухоочистителя со сменным фильтром двигателя

ВЫБОР КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ЗИЛ-130

При решении вопроса о конструкции воздухоочистителя для двигателя ЗИЛ-130 были рассмотрены наиболее распространенные типы воздухоочистителей (рис. 65):

— одноступенчатые: смачиваемый (схема I) и сухой (схема IV)’,
— многоступенчатые: инерционно-масляный с фильтрующими набивками (схема II); инерционно-масляный с циклоном (схема V); пеномасляный (схема III).

Наиболее приемлемыми являются инерционные воздухоочистители, в которых воздух очищается вследствие действия на частицы пыли сил инерции, возникающих в воздушном потоке при соответствующей его организации.

В воздухоочистителе, выполненном по схеме II, отделение частиц пыли происходит при изменении направления движения воздуха на 180°, а их улавливание производится маслом, находящимся в масляной ванне. В воздухоочистителе, осуществленном по схеме V, частицы пыли отделяются от воздуха также под действием сил инерции, но в этом случае воздуху при помощи специальной крыльчатки, установленной на входе в циклон, сообщается вращательное движение. Частицы пыли скапливаются на стенке трубы и постепенно (под действием веса) перемещаются вниз, а затем отсасываются эжекторным устройством.

В воздухоочистителях, выполненных по схемам II и V, окончательно воздух очищается от пыли в фильтрующем элементе.

Воздухоочиститель ВМ-16, устанавливаемый на двигателе автомобиля ЗИЛ-130, выполнен по схеме II. Он крепится к карбюратору болтами и дополнительно к двигателю при помощи кронштейна.

Фильтрующий элемент в виде металлической сетки, применяемый ранее в воздухоочистителях, не обеспечивает требуемой степени очистки и, кроме того, в этом элементе не вся его поверхность участвует в очистке воздуха. Поэтому в воздухоочистителе ВМ-16 используется фильтрующий элемент из капроновой щетины.
Воздухоочиститель ВМ-16 имеет отводной патрубок для подачи чистого воздуха к компрессору.

Для облегчения обслуживания конструкция воздухоочистителя сделана частично разборной: детали, соединяются при помощи патрубка с приваренной шпилькой и гайки-барашка.

Рис. 65. Схемы воздухоочистителей различных типов

Схема воздухоочистителя со сменным фильтром двигателя

Из химии известно, что воздух представляет собой смесь большого количества газов: кислорода, азота, водорода и др. В воздухе содержится около 23% по массе кислорода, необходимого для горения топлива.

Воздух, окружающий автомобиль во время движения порой, содержит некоторое количество пыли. В состав дорожной пыли входят окиси кальция, железа, кремния и др. Поверхностная твердость пылинок окиси кремния (кварца), которая является основной составной частью пыли, в два раза превышает твердость высококачественных сталей. Твердые ее частицы вызывают ускоренный износ цилиндров, поршней и других трущихся деталей. Работа автомобиля без очистки воздуха, поступающего в цилиндры, недопустима.

На современных автомобилях в основном применяют комбинированные воздухоочистители, представляющие собой сочетание инерционного и фильтрующего способов очистки воздуха. Различают двух- и трехступенчатые комбинированные воздухоочистители.

На рис. 1 показан наиболее часто применяемый на двигателях трехступенчатый воздухоочиститель. Первая ступень очистки воздуха обеспечивается в нем инерционным очистителем, вторая ступень — контактная, с масляной ванной, третья — тоже контактная, но с фильтрующими элементами.

Рис 1. Трехступенчатый воздухоочиститель двигателя Д-240:
1 – поддон, 2 – фильтрующие элементы (из капроновой путанки), 3 – корпус, 4 – выходной патрубок,
5 – завихритель, 6 – инерционный очиститель, 7 – окно для удаления пыли, 8 – сетка, 9 – трубка,
10 – опорная обойма, 11 – головка, 12 – масляная ванна для направления потока воздуха и масла.

Воздухоочиститель вместе с патрубком выхода очищенного воздуха установлен на головке цилиндров с помощью кронштейна и хомутов. Он состоит из корпуса 3, головки 11 и приваренной к ней заборной трубы 9. Сверху на заборной трубе хомутом закреплен инерционный очиститель 6. В головку воздухоочистителя вложены три фильтрующих элемента 2 из капроновой путанки. Снизу к головке стяжными болтами крепят поддон 1 с масляной ванной.

Воздухоочиститель работает следующим образом. При такте впуска воздух под действием разрежения через отверстия сетки 8 попадает внутрь инерционного очистителя и, ударяясь о наклонные лопасти завихрителя 5, осуществляет вращательное движение. Крупные частицы пыли, попавшие с воздухом в очиститель, под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам и через два окна 7 в колпаке выпадают наружу. В инерционном очистителе отделяется 2/3 пыли, содержащейся в воздухе. Поток воздуха с мелкими частицами пыли на большой скорости движется вниз по заборной трубе, соприкасается с поверхностью масла в поддоне и резко меняет направление и скорость. При этом мелкие частицы пыли остаются в масле, а воздух проходит через фильтрующие элементы в выходной патрубок 4 к цилиндрам двигателя. Фильтрующие элементы 2 улавливают мельчайшие механические примеси воздуха.

Кроме такой конструкции на автомобилях применяют воздухоочистители с циклонной очисткой (рис. 2, а). Они имеют две ступени очистки: инерционный (циклонный очиститель с эжекционным отсосом пыли) и фильтрующий.

Циклонный очиститель состоит из пластмассовых циклонов 3, запрессованных в верхний и нижний поддоны 9. стянутые болтами. К нижнему поддону плотно прикреплен пылесборный бункер 2 с отсосным патрубком, которым он соединяется с эжекционной трубкой 10. Через центральную часть поддонов и пылесборного бункера проходит труба 1, направляющая очищенный воздух к цилиндрам. Центральная труба, пылесборный бункер, кожух 4 и блок цилиндров представляют собой жесткий неразборный узел. Между центральной трубой и верхним поддоном установлено уплотнительное войлочное кольцо.

Рис. 2 Двухступенчатый воздухоочиститель:
а — тракторный циклонный (Г-150К), б — схема удаления пыли, в – автомобильный (ГАЗ-53А);
1 — заборная труба, 2- пылесборный бункер, 3 — циклон, 4 — кожух, 5 — рефлектор, 6 — кассета,
7 — защитная сетка, 8 — крышка, 9 — поддон, 10 – трубка, 11 — трубка для удаления пыли,
12 – направляющая втулка, 13 — входной патрубок, 14 — корпус фильтра,
15 – фильтрующий элемент, 16 — крышка.

Сверху на центральной трубе находится крышка 8. Между крышкой и кожухом установлена сетка 7, которая задерживает крупные растительные частицы, содержащиеся в воздухе. Под крышкой расположен фильтрующий элемент из полиурегана.

Каждый циклон 3 представляет собой трубу с направляющей втулкой 12. К верхней части трубы приварен входной патрубок 13, направленный по касательной к ее внутренней поверхности.

Воздух, прежде чем попасть в цилиндры двигателя, проходит через защитную сетку 7, поступает в циклоны 3 через входные патрубки и завихряется. Под действием центробежных сил пыль, находящаяся в воздухе, отбрасывается к стенкам циклона и попадает в пылесборный бункер.

Затем пыль отсасывается и уносится в атмосферу вместе с выхлопными газами благодаря разрежению, создаваемому эжекторным устройством.

Очищенный воздух, находящийся в циклоне, направляется по втулке вверх, во вторую ступень очистки. Пройдя через фильтроэлемент, смоченный маслом, воздух еще раз очищается от мельчайших частиц пыли и поступает через заборную трубу 1 в цилиндры двигателя.

Воздухоочиститель автомобильного двигателя (рис. 2, 6), называемый обычно воздушным фильтром, состоит из корпуса 14 фильтра и фильтрующего элемента 15.

Фильтрующий элемент в сборе с крышкой представляет собой неразборную конструкцию. В качестве набивки фильтрующего элемента применена капроновая щетина с диаметром нитей 0,2-0,3 мм. Корпус воздушного фильтра имеет в нижней части специальную выштамповку — масляную ванну, в которую заправляется моторное масло.

Корпус фильтрующего элемента и корпус фильтра уплотнены резиновой прокладкой.

При работе двигателя воздух входит в кольцевую щель между корпусами 14 фильтра и фильтрующего элемента 15. Пройдя вертикальный кольцевой канал, образованный этими корпусами, воздушный поток поворачивает на 180° над масляной ванной. При этом крупные частички пыли, продолжая двигаться по инерции вниз, попадают в масло и оседают на дне масляной ванны. Затем воздух входит в фильтрующий элемент, очищается в нем и направляется в цилиндры.

Турбокомпрессор.

Мощность двигателя, имеющего определенный литраж, можно повысить, подавая в цилиндр воздух, предварительно сжатый в компрессоре (наддув). Если в цилиндры подано больше воздуха, то можно подать больше топлива, которое полностью сгорит и выделит больше энергии. Турбокомпрессор (рис. 3) используется для нагнетания воздуха под давлением в цилиндры двигателя.

Турбокомпрессор состоит из центробежного компрессора и газовой турбины, колес 5 и 9, которые жестко закреплены на общем валу 4.

Рис. 3. Турбокомпрессор:
1 — средний корпус, 2 – втулка, 3-корпус компрессора, 4 – вал, 5 — колесо компрессора,
6 — канал подвода масла, 7 — корпус турбины, 8 — вставка турбины,
9 — колесо турбины, 10 — водяная рубашка.

Отработавшие газы по выпускному трубопроводу попадают в камеру газовой турбины и направляются на лопатки рабочего колеса 9 турбины, заставляя его вращаться вместе с валом 4. Далее обработавшие газы выбрасываются в атмосферу через выхлопную трубу. Закрепленное на валу колесо 5 компрессора засасывает воздух из атмосферы через воздухоочиститель и под избыточным давлением 0,05-0,06 МПа нагнетает по впускному трубопроводу в цилиндры двигателя, увеличивая наполнение их воздухом.

Колеса турбины и компрессора вращаются с большой частотой вращения (около 40 тыс. об/мин), незначительная их несбалансированность может вызвать сильную вибрацию. Поэтому опорой валу служит бронзовый подшипник типа «качающейся» втулки 2.

Через специальный щелевой ленточный фильтр масло нагнетается к втулке и по сверлению в ней оно поступает во внутреннюю полость для смазывания трущейся поверхности вала. По наружной проточке втулки масло нагнетается в зазор между втулкой и корпусом, образуя масляную подушку, которая гасит вибрацию, возникающую при вращении вала. Из турбокомпрессора масло сливается в картер. Для контроля давления масла, поступающего в турбокомпрессор, на среднем корпусе установлен штуцер для манометра. Нормальное давление масла после фильтра турбокомпрессора должно быть 0,2-0,4 МПа.

Детали турбокомпрессора охлаждаются водой, поступающей из системы охлаждения двигателя в водяную рубашку 10 среднего корпуса.