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.

Тест восьми воздушных фильтров: «Дыши, мотор, дыши!»

В отношении фильтров — больше чем в отношении любых других компонентов — потребитель не в состоянии на глаз или на ощупь дать оценку их качеству. Поэтому во многом понятие качества подменяется внешним видом и узнаваемостью бренда. Мы решили взять на лабораторный ресурсный тест воздушные фильтры восьми известных производителей и выяснить, кто и как справляется со своими обязанностями.

У нас в руках одни из самых известных и распространенных воздушных фильтров для популярной модели автомобиля Volkswagen, среди которых продукция BIG Filter, Champion, Mann-Filter, Bosch, Fram, Mahle, Filtron и Sakura.

Так фильтровали моторное масло: от железных сеток до сменных катриджей

Разброс в ценах получился ощутимый, поэтому при первоначальном осмотре мы разместим их по стоимости в порядке возрастания. Но сначала смотрим, кто и как подошел к вопросу упаковки и производства.

Единой концепции упаковки у производителей нет — каждый сам решает, какой она будет. Основных аспектов два: имиджевый и функциональный. Первый главным образом влияет на узнаваемость. Есть варианты ограниченного цветового решения, есть полноцветные варианты оформления, есть варианты типа ОЕМ (заводской поставки) — просто картонная или белая упаковка, без брендовой «раскраски».

Последний вариант, без применения краски, становится все более популярным благодаря экологическому тренду. Плюс, конечно, экономия: любая цветная коробка — это типографское изделие, требующее дополнительных расходов. Поэтому скромно оформленная упаковка не является недостатком продукции, это лишь осознанный выбор, который все чаще делают и гранды рынка в том числе.

Функциональный параметр — главное, на что ориентируются и потребители, и дистрибьюторы, и розничные продавцы. Применяемость, номер фильтра, аналоги, штрих-код для работы на складе — все это должно быть в обязательном порядке. Причем информация может быть как напечатанной как на самой коробке, так и в виде стикера — последний вариант более распространен.

Два важных требования: плотность картона и подгонка под размер. Очень часто скромная внешне упаковка сделана из куда более качественного картона, который лучше уберегает содержимое, в частности, поддающийся внешним воздействиям воздушный фильтр.

Подгонка упаковки в размер фильтра обеспечивает всей конструкции дополнительную жесткость. Если есть зазор, особенно при неплотном картоне, могут возникнуть проблемы при транспортировке. Правда, при больших масштабах производства вынужденно делается некий усредненный размер упаковки, которую используют сразу для нескольких типов фильтров. Такой вариант экономии имеет право на существование, правда, желательно использование качественного плотного картона.

Поскольку на складах воздушные фильтры чаще всего стоят как книги, стандартное место нанесения информации расположено на торце. Любой другой выбор места ее расположения вызывает сложности в идентификации

Метод испытания

Испытательный стенд для воздушных фильтров построен по стандарту ISO 5011, применяемому для проверки данных компонентов, — и использует все методики проверки.

Проверяемый фильтр устанавливается в родном корпусе (идеальный вариант для испытания). Далее с помощью вентилятора имитируется нагнетание разреженного воздуха, как при обычном движении. Расход воздуха должен быть таким, какой двигатель использует при номинальной мощности.

Первый параметр — начальное сопротивление. (вспомогательный, напрямую участвует в определение пылеемкости) Он демонстрирует, какое сопротивление оказывает фильтр воздушному потоку, насколько «легко дышать» двигателю, оборудованному таким фильтром. Его величина напрямую определяет ресурс фильтрующего элемента. Чем выше это значение, тем ниже ресурс. Зависит начальное сопротивление исключительно от конструкции, оформляющей воздушный тракт двигателя, размеров окна, перекрытого фильтрующим элементом, материала, использованного для изготовления шторы, и ее параметров (размера гофр и их количества). Поскольку при сравнительных испытаниях использовались один и тот же корпус, переходники и устройство подачи, то факторами, определяющими начальное сопротивление, стали материал шторы, размеры гофр и качество изготовления.

Второй параметр — пылеемкость. Это, собственно, ресурс как таковой. Нижней границы у этого параметра нет. Верхней, в принципе, тоже нет, но чем этот показатель больше — тем лучше. Изготовитель автомобиля регламентирует его требованием «не менее. ». Ключевым фактором, определяющим этот параметр, является площадь фильтрующей поверхности шторы. Как интегральный показатель он оценивает ее форму, геометрию и размеры. Вторым по значимости фактором являются свойства материала шторы (воздухопроницаемость, средний и максимальный размер пор). Разделение на «первый» и «второй» факторы по значимости очень условное, поскольку они в значительной степени влияют один на другой. Геометрия определяется при проектировании раньше чисто хронологически, поэтому в данном описании этот фактор и объявлен первым.

Третий параметр — эффективность фильтрации. Он показывает, какое количество пыли, поданной на вход, задержал фильтр. Чем выше этот параметр, тем лучше. По значимости он важнее, чем два предыдущих, при сравнении фильтрующих элементов оценивается первым, и только при равных величинах эффективности эти элементы можно сравнивать по остальным параметрам.

BIG Filter — 297 рублей

Самый доступный по цене фильтр петербургского производителя. Уплотнение корпуса сделано из вспененного полиуретана, правда отлито оно неровно. Последний параметр допускается официально, поскольку никак не влияет на работу фильтра. К проклейке никаких претензий нет, на пластинах присутствуют ребра жесткости. Бумага плотная, с фенольной пропиткой. За исключением не самой аккуратной обрезки, никакой экономии не видно.

Filtron — 354 рубля

Фильтр выполнен не самым аккуратным образом, с наплывами облоя, хотя бортик каркаса наиболее приближен к оригинальной конструкции. Присутствуют ребра жесткости. Проклейка качественная, полная. Бумага темнее, чем у других фильтров, что может говорить о термообработке.

Fram — 477 рублей

Конструкция типовая, гофрированная бумага не подвержена слипанию, качество проклейки идеальное, полиуретановый уплотнитель и пластина сделаны как на оригинале. Небольшой облой по краям рабочей поверхности на функциональность фильтра не влияет. Пластиковый каркас чуть проще, чем на оригинале.

Champion — 510 рублей

Качественно и аккуратно изготовленный фильтр. Полная копия оригинала и по уплотнению, и по пластине. Первое, что бросается в глаза, — белая бумага (это исходный цвет сырья с акриловой пропиткой, любой цветовой оттенок говорит о применении фенольной пропитки или термофиксации).

Пропитка бумаги бывает акриловая (белый цвет) и фенольная (желтый). Темный цвет означает, что фильтр подвергся термофиксации, чтобы держал форму. Правда, последний параметр больше актуален для топливных и масляных фильтров, где рабочая поверхность напрямую взаимодействует с плотной жидкостью.

Bosch — 591 рубль

Изготовление в целом качественное. Так же как и в случае с Fram, присутствует небольшой облой. Применена тонкая бумага, благодаря чему увеличено количество гофр. Опять-таки, это выбор технологии конкретной компании, не влияющий на качество. Однако по опыту можно сказать, что применение тонкой бумаги уменьшает пылеемкость. Проклейка сплошная, но гофрирование неровное, неравномерный шаг — при потоке воздуха рабочая поверхность может схлопываться.

Mahle — 648 рублей

Фильтр сделан неаккуратно, с самым большим количеством облоя. Отсутствуют ребра жесткости на каркасе — это влияет на акустический комфорт, в реальных условиях такой фильтр может «гудеть». При этом сама пластина — полиамидная, а не полипропиленовая, то есть сделана из более дорогого пластика. К шторе претензий нет, все качественно проклеено.

Mann-Filter — 653 рубля

По геометрии фильтрующего слоя заметно отличается от оригинала: больше сечение с полукруглыми краями — фирменная черта Mann-Filter. Это говорит о способе применяемой технологии изготовления в конкретной компании и не влияет на качество или функциональность фильтра. Продольные полосы на бумаге говорят о внутренней/наружной стороне при изготовлении. Штора идеальная, проклейка полная, без каких-либо зазоров.

Sakura — 710 рублей

Самый дорогой из тестируемых фильтров и единственный, который был дополнительно завернут в целлофан. Пластиковый каркас без ребер жесткости, так же как и Mahle. Как и в случае с Bosch, применена тонкая бумага, однако сделано все аккуратно, с минимальным облоем и полной проклейкой.

Результаты испытаний

По результатам эффективности лучшие результаты показал фильтрующий элемент LX 2010 (Mahle). Это можно объяснить высокими фильтрующими свойствами материала, использованного при изготовлении. А в совокупности с другими параметрами этот фильтр может быть признан лучшим во всей группе испытанных образцов.

На втором месте, но только по величине эффективности фильтрации, стоит Fram. Несмотря на разницу всего в 0,01%, этот экземпляр очень далек от первого. Пылеемкость он показал самую низкую (107,6 граммов). Объяснить это можно использованием слишком плотного материала для шторы данного размера. При таком высоком начальном сопротивлении, как у этого образца, результат не мог быть другим.

Хорошую эффективность — на уровне 99,2% — показал фильтр Sakura. Но, как видно из величины пылеемкости (111 граммов), достигнут этот параметр за счет значительного снижения эффективности ресурса. Возможно, в данном случае такой результат получен не по параметрам материала шторы, а из-за низкой площади фильтрации. У данного образца он минимальный.

Следом по эффективности идет BIG Filter со значением 99,18%. От третьего места он отстал на 0,02%, но с массой набранной пыли 181,5 грамма. В целом достойный результат по совокупности параметров.

На пятом месте — Bosch с эффективностью 99,12% и пылеемкостью 135 граммов. Столь посредственные результаты можно объяснить неудачной конструкцией фильтрующей шторы. У данного образца максимальная площадь фильтрации из всех представленных. Достигнута она за счет большого количества гофр, что при установке приводит к значительному уплотнению «карманов» и, как следствие, высокому начальному сопротивлению и снижению ресурса.

Результат Filtron — 99,11%. Но пылеемкость у него значительно больше — 144,3 грамма. Низкую пылеемкость по сравнению с предыдущими образцами можно объяснить малой площадью фильтрации шторы и материалом со средними параметрами.

На седьмом месте — Champion со значением эффективности 98,61. Данная величина находится на грани допустимого значения конечной эффективности автомобильного фильтра (99%). Такой результат, при учете пылеемкости в 191,1 грамма, можно объяснить использованием посредственного материала для изготовления шторы — слишком большие поры в бумаге для такого размера и конструкции.

Самую низкую эффективность, к огромному удивлению, показал Mann-Filter — 96,73%. Чем вызваны такие неважные результаты столь известного бренда, сказать затруднительно. По всем остальным параметрам образец выглядит вполне достойно. Пылеемкость у него просто оглушительная — 234,6 грамма! Возможно, в образце имел место дефект, не выявленный при внешнем осмотре, поэтому для установления всех причин необходимо детальное исследование. Но предпочтительнее провести испытания нового образца, а еще лучше — трех образцов, и уже тогда сделать заключение о данной модели.

Каков итог?

Как неоднократно показывали наши испытания, стоимость компонента и раскрученность бренда не являются определяющими показателями его качества и эффективности работы, однако могут гарантировать необходимый показатель надежности.

Если брать в общем, то лучшим в этом тесте мы признаем воздушный фильтр Mahle. По двум важнейшим параметрам (пылеемкость и эффективность) он занял первое и четвертое места, что при цене чуть выше среднего делает его оптимальным по всем характеристикам.

Второе место делит целая группа фильтров, параметры которых достойны хорошего отзыва, хотя каждый из них и не является лидером в отдельных испытаниях. Это продукция BIG Filter, Mann-Filter и Champion. Отметим, что BIG Filter при хороших результатах имеет самую низкую цену. А если бы не досадный проигрыш Mann-Filter по эффективности, возможно, и лидер этого теста был бы другим.

В аутсайдерах — фильтры Bosch, Filtron, Sakura и Fram. Однако, отставание этих брендов можно назвать относительно условным – на 1-2 балла от второй группы. Выделяется только фильтр Sakura, который при невысоких параметрах оказывается самым дорогим в тесте.