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.

Воздушный фильтр дизельного двигателя схема

Аналогичная система питания воздухом применяется на дизелях СМД-23/24.

Система очистки воздуха. Для очистки всасываемого в цилиндры воздуха на дизелях СМД-31 и СМД-23/24 предусмотрена трехступенчатая система. Исключение составляют дизели СМД-23.02 и СМД-24.02 корнеуборочных машин, где применена двухступенчатая система очистки воздуха.

В трехступенчатую систему очистки входят вращающийся воздухозаборник, инерционный предочиститель и воздухоочиститель.

Вращающийся воздухозаборник установлен на входном патрубке инерционного предочистителя и крепится стяжным хомутом. Он представляет собой цилиндрическую сетку, к одному краю которой приварена крышка, в другой завальцована крыльчатка, предохраняющая от попадания пожнивных масс через зазор между сеткой и поддоном. К фланцу болтами прикреплена крышка с сеткой. Фланец установлен на оси, вращающейся в подшипниках. На нижней части оси закреплена турбина. Для смазывания подшипников применяется тугоплавкая смазка.

Инерционный предочиститель закреплен на капоте комбайна и соединяется с входным патрубком воздухоочистителя с помощью резинового компенсатора и стяжных хомутов. Инерционный предочиститель с эжекционным удалением отсепарированной пыли состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого приварены завихрительб и отражатель.

Клапан эжектора закреплен на капоте комбайна и с помощью шлангов и стяжных хомутов подсоединен к отсосной трубке эжектора и отсосной трубке инерционного предочистителя. Клапан эжектора состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого находится клапан. На неработающем дизеле клапан закрыт. При работе дизеля в результате разрежения со стороны эжектора и давления воздуха со стороны инерционного предочистителя клапан открыт. В случае снижения давления на всасывании клапан закрывается, предохраняя воздухоочиститель от загрязнения выпускными газами.

Воздухоочиститель закреплен на капоте комбайна и соединен с турбокомпрессором через впускную трубу с помощью компенсатора, шланга и стяжных хомутов. Воздухоочиститель представляет собой сварной корпус, в котором на шпильках установлены и закреплены гайками-барашками 8 две секции фильтров-патронов. На дизелях СМД-23/24 одна секция. Каждая секция состоит из основного и предохранительного фильтров-патронов.

Основной фильтр-патрон состоит из наружной и внутренней сеток, бумажной фильтрующей шторы, находящейся внутри сеток, и донышек, скрепленных герметично эпоксидной смолой. Конструкция предохранительного патрона аналогична.

Очистка воздуха происходит следующим образом.

Воздух под действием разрежения, создаваемого турбокомпрессором, через сетку воздухозаборника направляется в трубу поступая на лопатки воздушной турбины, приводит во вращение вал. Через фланец вращение передается сетке. С поверхности заборной сетки частицы пожнивной массы и пыли сбрасываются центробежной силой. Сетка самоочищается.

Из воздухозаборника воздух по входному патрубку попадает внутрь корпуса инерционного предочистителя. Пройдя через завихритель, воздух приобретает вращательное движение. Частицы пыли под действием центробежной силы сбрасываются к стенке корпуса предочистителя и через зазор между стенкой корпуса и отражателем опускаются на дно корпуса. Из корпуса пыль по отсосной трубке (см. рис. 37), соединенной через обратный клапан с трубкой эжектора, уносится вместе с отработавшими газами в атмосферу. Предварительно очищенный воздух через патрубок поступает в воздухоочиститель. Проходя последовательно через фильтры-патроны (основной и предохранительный), воздух окончательно очищается от пыли. По выходному патрубку и впускной трубеон поступает в турбокомпрессор.

На дизелях СМД-23.02 и СМД-24.02 предусмотрена двухступенчатая очистка воздуха – моноциклон с удалением пыли через выбросные щели и воздухоочиститель.

Воздухоочиститель этих дизелей состоит из корпуса, внутри которого с помощью шпильки и гаек с шайбами закреплены два фильтра-патрона: основной и предохранительный.

Фильтры-патроны V-типоразмера или всех дизелей типов СМД-31 и СМД-23, СМД-24 унифицированы: основной – 60-12029.00, предохранительный – 60-12028.00.

Турбокомпрессор. На дизелях СМД-31 и СМД-23/24 установлен турбокомпрессор, использующий энергию выпускных газов для наддува воздуха в цилиндры. Различные модификации этих турбокомпрессоров имеют разные габариты, отличаются конструкцией отдельных элементов и поэтому не взаимозаменяемы.

На рисунке 45 приведена конструкция турбокомпрессора ТКР8,5С-1. Конструкция других модификаций аналогична. Принцип действия турбокомпрессора следующий. Горячие газы из цилиндров под давлением поступают по выпускному коллектору в камеру газовой турбины, а оттуда направляются на лопатки колеса турбины. Расширяясь, газы вращают колеса турбины с валом, на другом конце которого находится колесо турбокомпрессора. Из турбины отработавшие газы выходят в атмосферу.

Центробежный компрессор засасывает воздух через воздухоочис титель, сжимает его и подает под давлением через воздухо-воздушный радиатор и впускной коллектор в цилиндры дизеля.

Техническое обслуживание системы питания воздухом. Для обеспечения надежной работы системы питания воздухом в процессе эксплуатации необходимо соблюдать следующие правила:
– не допускать попадания воды в воздухоочиститель при мойке дизеля;
– для предохранения фильтров-патронов от загрязнения продуктами сгорания работа дизеля в закрытом помещении запрещается;
– не допускать работу дизеля с загрязненными выше нормы фильтрами-патронами из-за увеличения расхода картерного масла и выхода из строя масляного уплотнения турбокомпрессора;
– при проведении сварочных работ на деталях воздухоочистителя удалять из корпуса фильтры-патроны, так как искры и раскаленные капли металла могут привести к их возгоранию;
– не допускать вращения коленчатого вала дизеля в противоположную сторону, так как это приводит к замасливанию и засорению продуктами сгорания фильтров-патронов;
– не допускать разгерметизации системы питания воздухом до турбокомпрессора и после него, так как это может привести в первом случае к подсосу неочищенного воздуха, во втором – к снижению мощности дизеля, обильному дымлению из-за утечки воздуха;
– своевременно проводить техническое обслуживание составных частей системы питания воздухом.

Техническое обслуживание трех- и двухступенчатой систем питания воздухом дизелей СМД-31 и СМД-23/24 заключается в следующем:
– через каждые 60 моточасов (при ТО-1) очистить щели колпака и защитной сетки моноциклона, обдуть сжатым воздухом или промыть основной фильтр-патрон воздухоочистителя;
– через каждые 240 моточасов обдуть или промыть предохранительный фильтр-патрон воздухоочистителя и смазать подшипники вращающегося воздухозаборника (дозаправить 8…10 г смазки Литол-24);
– через каждые 480 моточасов заменить основной фильтр-патрон воздухоочистителя. Проведение этой работы рекомендуется при подготовке к уборочному сезону.

Последовательность операции по обслуживанию воздухоочистителя (на примере дизеля СМД-31) следующая:
– отверните гайки-барашки и снимите крышки обеих секций;
– отверните гайки-барашки и выньте из корпуса основные фильтры-патроны;
– продуйте основные фильтры-патроны сжатым воздухом сначала внутри, а затем снаружи до полного удаления пыли.

Во избежание прорыва бумажной шторы давление воздуха должно быть не более 0,2…0,3 МПа (2…3 кгс/см2). При этом струю воздуха следует направлять под углом к боковой поверхности фильтра-патрона и регулировать давление воздуха изменением расстояния от наконечника шланга до поверхности фильтра-патрона. При отсутствии сжатого воздуха, а также в случае замасливания или загрязнения продуктами сгорания основные фильтры-патроны необходимо погрузить на 2 ч в моющий раствор, после чего интенсивно прополоскать в воде (температура 35…45 °С) и просушить в течение 24 ч. Промывать фильтры-патроны следует также в том случае, когда продувкой сжатым воздухом они не восстанавливаются. Моющий раствор приготавливают из мыльной пасты ОП-7 или ОП-Ю (ГОСТ 8433-81) и воды, нагретой до 40…45°С (20 г пасты на 1 л воды). Допускается использовать для промывки фильтров-патронов стиральный порошок или пасту, а также хозяйственное мыло, измельченное и растворенное в теплой воде (100 г мыла на 10 л воды).

Мыльный раствор необходимо отфильтровать. Запрещается продувать основные фильтры-патроны выпускными газами или промывать в дизельном топливе;
отверните гайки-барашки и выньте из корпуса предохранительные фильтры-патроны.

Обслуживание фильтров-патронов следует проводить осторожно, чтобы не повредить их.

Обслуживание предохранительных фильтров-патронов с бумажной фильтрующей шторой аналогично основным фильтрам-патронам.

Воздухоочиститель собирают в последовательности, обратной разборке. При этом проверяют состояние уплотнительных колец. Основные фильтры-патроны и фильтрующие элементы предохранительных фильтров-патронов в случае повреждения заменяют из комплекта ЗИП.

Убедитесь в правильности установки фильтров-патронов в корпусе и надежно затяните гайки-барашки. Во избежание повреждения фильтров-патронов не производите чрезмерную затяжку гаек.

В случае повышения расхода картерного масла из-за износа или залегания уплотнительных колец турбокомпрессора последний необходимо снять с дизеля для полной разборки.

Турбокомпрессор разбирают в следующем порядке:
– отверните две гайки и отсоедините от турбокомпрессора трубку слива масла;
-отверните гайки, снимите шайбы и отсоедините корпус компрессора от среднего корпуса;
– отогните буртики замковых шайб, отверните гайки, снимите замковые шайбы, планки и отсоедините корпус турбины от среднего корпуса. Во избежание повреждения лопаток при разборке и сборке турбокомпрессора не ставьте средний корпус в сборе с ротором на колесо турбины или компрессора;
– отверните специальную гайку, придерживая вал ключом за грани на хвостовике колеса турбины, и снимите колесо компрессора;
– выньте из среднего корпуса колесо турбины с валом, осторожно постукивая деревянным молотком через проставку по торцу вала со стороны компрессора;
– выньте маслоотражатель из диска уплотнения компрессора; выньте уплотнительные кольца из канавок маслоотражателя и втулки уплотнения.

Турбокомпрессор собирают в такой последовательности:
– очистите деревянным скребком от нагара, промойте в чистом дизельном топливе и продуйте сжатым воздухом все детали турбокомпрессора;
– установите новые уплотнительные кольца в канавки втулки уплотнения, после чего проверните кольца в канавках так, чтобы замки колец были обращены в противоположные стороны;
– смажьте вал ротора чистым моторным маслом и установите ротор в средний корпус турбокомпрессора;
– установите на маслоотражатель уплотнительное кольцо;
– затем маслоотражатель – в диск уплотнения;
– установите колесо компрессора на вал ротора, совместив метки на валу и колесе компрессора;
– закрепите колесо компрессора на валу ротора специальной гайкой, затянув ее до совпадения меток на гайке и валу ротора.

После сборки среднего корпуса турбокомпрессора проверьте легкость и плавность вращения ротора в подшипнике, а также осевое перемещение ротора, которое должно быть в пределах 0,16…0,25 мм.

Дальнейшую сборку турбокомпрессора производите в порядке, обратном разборке.