Устройство автомобилей

Система питания двигателя

Элементы приготовления и подачи воздуха

Система питания двигателя внутреннего сгорания любого типа включает три подсистемы — приготовления и подачи воздуха, подачи топлива и отвода отработавших газов. Каждой из этих подсистем отводится важная роль в процессах, сопровождающих превращение энергии, получаемой от сгорания топлива в механическую энергию, способную «оживить» автомобиль, трактор, комбайн или другую машину.

Подсистема, отвечающая за приготовление и подачу воздуха, включает несколько составных элементов, позволяющих очистить воздух от пыли, воды и механических загрязнений, подогреть его при необходимости перед подачей в цилиндры, а также воздухоподводящие трубопроводы и патрубки.
Кроме того, воздушный фильтр, являющийся элементом воздухоподающей системы, является своеобразным глушителем шума во впускном тракте, разбивая воздушный поток на мелкие струи.

Подогрев воздуха перед подачей в цилиндры двигателя необходим, преимущественно, в холодное время года для улучшения испаряемости топлива перед воспламенением, повышения качества смесеобразования, и оптимизации процессов сгорания. Чаще всего подогрев осуществляется посредством теплообменников, использующих высокую температуру жидкости системы охлаждения или подводом воздуха через каналы, связанные с выхлопными трубопроводами, которые при работе двигателя сильно разогреваются. При эксплуатации автомобиля в летнее время года подогрев воздуха обычно не используется.

Воздушный фильтр или воздухоочиститель

Одним из наиболее важных элементов воздухоподводящей подсистемы является воздушный фильтр, отвечающий за чистоту подаваемого в цилиндры воздуха. Содержащиеся в атмосферном воздухе пылевидные и механические частицы способны вызвать интенсивный износ деталей двигателя, в первую очередь — деталей цилиндропоршневой группы, действуя как абразив. Достаточно сказать, что использование качественного воздушного фильтра позволяет повысить ресурс двигателя на 30. 40%, а при работе в условиях повышенного загрязнения воздуха детали двигателя изнашиваются еще быстрее.
Современные модели воздушных фильтров способны обеспечить высокое качество очистки, оставляя в своих волокнах до 99,8% загрязнений, в том числе совсем мелких частиц, и пропуская в цилиндры двигателя только чистый воздух.

Для очистки воздуха в системах питания современных автомобильных двигателей наиболее широко используются два типа фильтров: инерционно-масляные, которые можно назвать «мокрыми», и сухие — с бумажными фильтрующими элементами. Конструкция последних может включать элементы инерционной очистки.
На некоторых моделях автомобилей используются угольные воздушные фильтры, но их применение в качестве воздухоочистителей для системы питания двигателей не считается целесообразным из-за высокой цены. Угольные фильтры чаще используются в качестве салонных воздухоочистителей, удаляя из воздуха, поступающего в кузов легкового автомобиля не только пыль, но также вредные частицы и вещества, поскольку уголь является адсорбентом.

Инерционно-масляные воздушные фильтры

Инерционно-масляные воздухоочистители в настоящее время утратили былую популярность из-за повышенной трудоемкости в обслуживании, тем не менее они еще встречаются в системах питания многих двигателей, устанавливаемых на грузовых автомобилях ЗиЛ и ГАЗ и некоторых других марок.

Устройство воздухоочистителя автомобиля ГАЗ-53 показано на рис. 1.
Воздушный фильтр инерционно-масляного типа состоит из корпуса 11 со специально выштампованной масляной ванной и поддоном с патрубком для системы вентиляции, и фильтрующего элемента 1 с крышкой в сборе. В качестве набивки 12 фильтрующего элемента применяются интенсивно закрученные в моток капроновые нити диаметром 0,2. 0,3 мм.

Фильтр работает следующим образом: при повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя стремительный воздушный поток, проходящий через фильтр, ударяется о поверхность масла в масляной ванне, захватывает и уносит капли масла в набивку, увлажняя капроновые нити. Пыль и механические частицы, которым удалось избежать контакта с маслом ванны, прилипают к маслу на поверхности капроновой набивки и, таким образом, отделяются от воздушного потока.
Загрязненное масло постепенно стекает в ванну, где под действием веса тяжелые механические частицы оседают на дно, и при очередном обслуживании фильтра удаляются механическим путем.
Обслуживание инерционно-масляного воздухоочистителя заключается в периодической промывке его деталей и капроновой набивки, а также заправке ванны свежим маслом.

Бумажные воздушные фильтры

Бумажный фильтр состоит из специальной пористой бумаги, которая сложена гофром («гармошкой») для увеличения активной фильтрующей площади. Бумажные фильтры обладают рядом существенных преимуществ перед инерционно-масляными:

• не нуждаются в периодическом обслуживании, что немаловажно для владельцев легковых автомобилей, не являющихся профессиональными водителями — загрязненный фильтр просто заменяется новым;
• имеют простую конструкцию и, соответственно, невысокую стоимость, что позволяет осуществлять его замену без существенных материальных затрат;
• обеспечивают высокую степень очистки воздуха.

На грузовых автомобилях часто применяются бумажные фильтры инерционной конструкции (сухие инерционные фильтры), в которых проходящий поток воздуха закручивается по спирали, оставляя посредством сил инерции тяжелые частицы на стенках фильтрующего элемента. Недостатком такой конструкции является повышение сопротивления воздушного тракта, что приводит к ухудшению наполняемости цилиндров воздухом.
Иногда на автомобилях применяются фильтры с пониженным аэродинамическим сопротивлением, в которых используются хлопчатобумажные или поролоновые фильтрующие элементы, пропитанные специальным маслом.

В зависимости от формы бумажные фильтры могут быть: цилиндрические, круглые (кольцевого типа), панельные, бескаркасные.

Цилиндрические воздушные фильтры (см. на рис. вверху страницы) используются в системе питания двигателей грузовых автомобилей (например, в системе питания двигателей марки «КамАЗ»), а также в системе питания двигателей многих современных автобусов, дорожной и сельскохозяйственной техники. Благодаря большой активной фильтрующей поверхности они способны пропускать значительный поток воздуха, что необходимо для работы двигателей с большим объемом цилиндров (литражом).
Иногда на цилиндрический воздушный фильтр дополнительно надевается тканевый фильтрующий элемент, позволяющий увеличить срок его службы.

Применявшиеся в недалеком прошлом кустарные технологии промывки бумажных фильтров для их последующего использования не дают ожидаемой выгоды — затраты на мойку фильтра сопоставимы с ценой нового фильтра, а качество фильтрации и пропускная способность промытого фильтра значительно хуже. Поэтому в настоящее время такие методы обновления бумажных фильтров применяются редко.

Круглые (кольцевые) воздушные фильтры по устройству мало отличается от цилиндрического, но имеют малую высоту, и, соответственно, меньшую пропускную способность. Такие фильтры применяются в легковых автомобилях с карбюраторной системой питания двигателя. В настоящее время кольцевые фильтры вытеснили более современные и технологичные панельные конструкции, имеющие высокую пропускную способность и качество очистки воздуха.

Воздушные фильтры панельного типа применяются сейчас почти во всех современных системах питания двигателей легковых автомобилях. Они обычно имеют прямоугольную форму, в нижней части фильтра размещается фильтрующий элемент в виде бумажного гофра, прикрытый сверху металлической или пластиковой решеткой. По контуру фильтра панельного типа размещены уплотнительные элементы для герметичного размещения в корпусе. Несмотря на несколько более затратную технологию изготовления, фильтры панельного типа более производительны, т. е. имеют большую пропускную способность по сравнению с круглыми фильтрами (при одинаковых размерах), великолепно очищают воздух, более практичны и долговечны.

Бескаркасные воздушные фильтры отличаются от панельных отсутствием жесткой решетки, и содержат лишь фильтрующий бумажный гофр и резиновые или поролоновые уплотнительные элементы для установки в корпус воздушного фильтра.

11 мифов о воздушных фильтрах: разоблачаем все!

Первые автомобили жили вообще без фильтров. О ресурсе речь тогда не шла — лишь бы ехал. Сейчас без фильтров не обходится ни один автопроизводитель. А так как фильтры надо периодически менять, то неизбежно возникают разговоры о том, надо ли это делать, а если и делать, то зачем так часто. Разбираемся в главных фильтрационных мифах.

1. В двигателе масляный фильтр главнее воздушного

Ничуть не бывало. У каждого из фильтров своя работа — это верно. Разница заключается в том, что масляный фильтр работает в замкнутом пространстве двигателя, куда извне не проникают грязь и абразивные частицы, а воздушный стоит на пути всего того, что может попасть с воздухом в цилиндры и дальше с омывающим стенки цилиндров маслом в систему. В отличие от масляных фильтров, через которые загрязненное масло в процессе очистки может проходить многократно, воздушный фильтр должен безошибочно удалять опасные загрязнения раз и навсегда.

Слово «фильтр» идет из Рима: filtrum — это «войлок» по латыни. Уплотненную овечью шерсть римляне использовали для очистки вина, воды, оливкового масла.

В современных автомобилях ни песчаного, ни войлочного фильтров не найти, главным фильтрующим элементом выступает бумага.

2. Все фильтры делаются из одной и той же фильтровальной бумаги. Зачем тогда покупать дорогой?

Настоящую фильтровальную бумагу делают немногие. Самые известные производители — Ahlstrom и Neenah Gessner. Но каждый изготовитель фильтров вносит в состав фильтрующего элемента свои коррективы в зависимости от особенностей работы того или иного двигателя. Одни добавляют синтетическое волокно, другие — бумагу из особых пород деревьев. Изготовитель волокна не раскрывает технологию другим производителям. Дешевые же фильтры делаются с использованием низкосортных базовых сортов фильтровальной бумаги.

3. Вместо дорогого фильтра можно ставить дешевый, который нужно только почаще менять

Это одно из самых опасных заблуждений: не стоит подменять понятия «срок службы» и «параметры фильтрации». Это — не одно и то же. Дешевые воздушные фильтры как пропускали частицы вдвое или даже втрое более крупные, чем требует автозавод, так и будут их пропускать, сколько фильтры ни меняй! Поэтому установка двух, трех и даже четырех дешевых фильтров на короткие промежутки времени не равноценна установке одного авторизованного фильтра на весь межсервисный период.

4. Все воздушные фильтры одинаковы, нужно только подобрать подходящий по размеру

Да, все фильтры одинаковы по принципу действия, но отличаются один от другого по тому, насколько качественно они выполняют свою работу. Воздушные фильтры создаются под конкретный тип двигателя с учетом его характеристик, периодичности обслуживания и места под капотом. Для каждого двигателя и модели автомобиля делается фильтр в соответствии с техническим заданием производителя, который определяет и взаимозаменяемость фильтров. Так что внешняя схожесть не означает полного равенства.

5. Необходимость замены фильтра можно определить по его внешнему виду

Увы, это не так. Определить порог замены фильтра невозможно ни по внешнему виду, ни по запаху, ни на слух, ни на ощупь. Единственный критерий — установленный заводом-изготовителем автомобиля срок службы в километрах пробега. С поправкой, опять же заводской, на эксплуатацию в тяжелых и пыльных условиях.

6. Воздушный фильтр известной компании стоит дорого, а очищает не лучше дешевого

Утверждение дилетантов. Во-первых, степень очистки самостоятельно, без приборов проверить невозможно. Во-вторых, ни один из автопроизводителей не устанавливает дешевые фильтры безвестных компаний. Никто не хочет рисковать, когда речь идет о такой ответственной и дорогой детали автомобиля как двигатель. В-третьих, только фильтры авторизованных производителей обеспечивают необходимую степень очистки, потому что создавались по заказу автопроизводителей. Наконец, качество не может стоить копейки.

7. Воздушный фильтр можно восстановить путем продувки и продолжить его эксплуатацию на автомобиле

Действительно, при продувке фильтр очищается. Но только как бы. На самом деле удаляются только самые грубые загрязнения на внешней его части. Дело в том, что современные автомобильные фильтры работают по принципу глубинной фильтрации. Там, в глубине фильтрующего материала, и происходит наиболее тонкая очистка. Поэтому никакая продувка не восстановит параметры фильтра, которому подошел срок замены.

8. На топливную экономичность двигателя влияет не воздушный фильтр, а только датчик массового расхода воздуха

Это один из главных мифов о фильтрах. Главный элемент датчика МРВ — проволока из благородных металлов, на которую подается напряжение. Она нагревается и в зависимости от обтекающего её воздуха больше или меньше остывает. Изменение температуры вызывает изменение её сопротивления. В зависимости от этого и формируется управляющий сигнал о количестве поступающего в двигатель воздуха.

Датчику МРВ нужен чистый воздух, который может обеспечить только качественный фильтр. Дешевый фильтр пропускает загрязнения, которые, оседая на проволоке, нарушают теплопередачу, блок управления получает искаженную информацию. По расчетам компании MANN+HUMMEL, ошибка приводит к повышенному на 3–5% расходу топлива.

9. Одни из самых качественных фильтров — это MANN-FILTER. Но они слишком дорогие, потому что изготовляются в Германии, где у рабочих высокая зарплата

Да, фильтры MANN-FILTER дороже, чем дешевые noname, но не потому, что производятся в Германии, а потому, что на сегодня это — одни из лучших и качественных фильтров для автомобиля. Зарплаты немецких рабочих высоки — с этим не поспоришь,- однако фильтры MANN-FILTER изготовляются не вручную. Процесс практически полностью автоматизирован: 80% стоимости фильтра приходится на исходные материалы, и только 20% составляют расходы на рабочую силу. Учитывая объемы производства этих фильтров, получить более дешевый образец можно только применяя низкокачественные материалы и устаревшие технологии сборки. Покупая фильтры MANN-FILTER, вы платите в основном за качественную деталь.

10. Салонные фильтры могут отсеивать только пыль, а более мелкие частицы, типа пыльцы растений, все равно пропускают

Среди всех автомобильных фильтров самой высокой степенью фильтрации обладает салонный фильтр. В среднем он начинает работать от размера частиц в 0,5 мкм (для сравнения толщина человеческого волоса — 70 мкм). Именно такой размер имеет пыльца растений и многие вирусы. Поэтому установка качественного салонного фильтра может поставить заслон аллергическим и другим заболеваниям.

11. В автомобильном фильтре не используется химическая очистка воздуха

На самом деле используются как химические, так и электростатические способы борьбы за чистоту. Качественные салонные фильтры имеют антибактериальную пропитку, предотвращающую размножение на фильтрующем элементе микроорганизмов, грибков, плесени. Срок действия пропитки ограничен, поэтому салонные фильтры требуют ежегодной замены.

Что касается электростатики, то именно таким путем удается задержать частицы фактически на молекулярном уровне. Фильтр притягивает их к себе и не пускает в салон.