Воздушный фильтр двигателя: принцип работы и виды устройства

На заре автомобилестроения двигатели постоянно выходили из строя. Пробег без ремонта в сотню-другую километров считался достижением. Причина подобного положения вещей заключалась не столько в слабости конструкции, а скорее в отсутствии системы очистки топлива, воздуха и масла. Пыль, частицы распада, попадали в двигатель и увеличивали степень абразивного износа.. Ситуация изменилась в 20-х годах прошлого века, когда начали использовать фильтрующие элементы. Первым был масляный фильтр Purolator (Pure Oil Later — чистое масло на выходе). Межремонтный пробег стал исчисляться тысячами километров. Несмотря на то, что автомобилестроение шагнуло далеко вперед, от качества масляного фильтра по-прежнему зависит ресурс и надежность работы двигателя.

Масляный фильтр

Загрязнение масла в работающем двигателе происходит непрерывно. Его интенсивность зависит от многих факторов: конструкция двигателя, качество топлива, режимы эксплуатации и многое другое. Загрязняющие примеси принято делить на две основные группы — органические и неорганические. Органические с основном состоят из продуктов неполного сгорания топлива, соединений серы, а также продуктов термического разложения, окисления, полимеризации масла и топлива. Неорганические же примеси — это пыль, частицы износа, технологические загрязнения и обломки отработавших зольных присадок.

Загрязнение масла в дизелях имеет свои особенности — в отличие от бензиновых и газовых двигателей здесь значительно выше содержание сажи. Ее присутствие подавляет противоизносные свойства масляных присадок и усиливает выпадение отложений.

Вместе с тем было бы неправильно предполагать, что в процессе эксплуатации само масло претерпевает значительные химические изменения, ухудшающие его свойства. Фактически происходит увеличение содержания в масле инородных веществ, которые вызывают его старение и необходимость замены. Вот тут-то и должен сыграть свою роль правильно подобранный масляный фильтр.

Главной задачей фильтра является защита и очистка масляного контура от примесей и продуктов распада. Моторное масло, помимо смазки еще охлаждает и очищает поверхности двигателя от продуктов износа и неполного сгорания топлива. Определенный объем пыли попадает в цилиндры и через воздушный фильтр в зависимости от условий эксплуатации и состояния воздушного фильтра. Масло, захватывает все загрязнения, выносит их в поддон двигателя, где и проходит через фильтрующий элемент. Если очистки не будет, то загрязнения, превратившись в абразив, за короткий срок убьют двигатель. При холодном пуске, пиковых уровнях давления при частых попытках пуска, а также при длительной езде на высоких скоростях масляный фильтр обеспечивает смазку за счет собственного резервуара и системы клапанов двигателя. Перепускной клапан при повышенных нагрузках направляет масляный поток, минуя бумажный фильтрующий элемент. А противодренажный клапан предотвращает вытекание масла в картер двигателя.

Разработки компании Donaldson

Являясь самым крупным в мире инвестором в НИР по фильтрации газов и жидких сред, Donaldson за свою историю разработал большое количество революционных систем и материалов.

На рис. 1 представлена инновационная разработка фирмы Donaldson – новая серия воздухоочистителей Power Core для двигателей. PowerCore™ является революционной технологией, совершенно не похожей на традиционные фильтры. В ее основе лежит структура фильтроэлемента воздушного фильтра (см. рисунок), состоящая из параллельных продольных каналов, разделенных мембраной из фильтроматериала и закрытых полиуретановыми пробками с разных сторон. Таким образом, воздух, подающийся с открытой стороны входного канала, упирается в пробку в его конце и проходит через мембрану в параллельные выходные каналы, закрытые пробкой со стороны входа. При этом материал в отличие от стандартной мембраны располагается многослойно (рулоном).

В результате воздушный фильтр обладает в несколько раз большей поверхностью фильтрации при том же входном сечении. Это кардинально увеличивает пропускную способность и грязеемкость воздушного фильтра, значительно снижает сопротивление воздушного потока или позволяет выполнить фильтр более компактным при тех же характеристиках, так как отсутствуют большие объемы снаружи и внутри фильтроэлемента, необходимые для работы традиционного воздушного фильтра. Дополнительной полезной особенностью нового материала является возможность создавать воздушные фильтры любой формы (не только круглые), что дает конструкторам спецтехники больше возможностей для улучшения эргономики.

Дополнительные преимущества воздушным фильтрам Donaldson приносит применение разработанных концерном синтетических фильтровальных наноматериалов, созданных по технологии Ultra-Web™, разработанной и запатентованной Donaldson в 1995 г. Эти материалы исправляют основной недостаток целлюлозы, относительно крупные и неравномерно распределенные волокна которой диаметром 10…50 мкм плохо задерживают частицы загрязнений меньше 10 мкм. В то же время разработанный Donaldson материал имеет размер волокон от 1 до 5 мкм и в 2…5 раз большую частоту на 1 cм2 при высокой равномерности распределения. На рис. 2 приведено изображение материалов из целлюлозы (слева) и синтетических микроволокон (справа) в масштабе к частицам 2 и 5 мкм.

В воздушных фильтрах слои синтетического микроволокна используются в комбинации с целлюлозой или другими более толстыми синтетическими волокнами, что увеличивает общую прочность фильтроматериала, а также его грязеемкость за счет эшелонированной работы слоев (крупные частицы задерживаются на одном уровне, мелкие – на другом).

По сравнению с фильтровальной бумагой новый материал с диаметром волокна менее 10 мкм, разработанный Donaldson, имеет пылеемкость выше приблизительно в 2,4 раза, габариты меньше, а эффективность очистки у него 99,99% против 99,85% у обычного фильтра. Воздухоочистители серии Power Core изготавливают полностью из пластмассы.

Cерьезной инновационной разработкой Donaldson является фильтр предварительной очистки – моноциклон мод. TOP-SPIN. По данным фирмы, циклон имеет следующие характеристики: эффективность улавливания пыли по SAE ACCТD в зависимости от расхода воздуха колеблется вблизи 85% всей пыли и свыше 99% тяжелой пыли размером 20 мкм и более при оптимальном сопротивлении для таких типов очистителей порядка 200…250 мм. вод. ст.

Другая современная разработка Donaldson – предварительные фильтры-циклоны Strataclone, предназначенные в основном для коммерческого транспорта и обеспечивающие степень очистки до 80%. Работа таких фильтров-циклонов основана на технологии активных циклонных элементов, эффективность которых не зависит от пространственного положения. При этом сами элементы могут собираться в пакеты любого размера, конфигурации и пропускной способности.

Концерн Donaldson проводил с 1993-го по 1999 г. эксплуатационные исследования различных машин с воздухоочистителями из разных фильтрующих материалов: фильтровальной бумаги, целлюлозы, пропитанной специальными смолами, и синтетики. В испытаниях участвовали автомобили разных типов – легковые, а также легкие и среднетоннажные грузовики. Испытания проводили в разных условиях (город, шоссейные дороги, внедорожные трассы, разные погодные условия). Испытания показали, что во всех рассмотренных условиях эксплуатации воздухоочистители с фильтроэлементами из синтетических материалов служат дольше. В нормальных условиях эксплуатации воздухоочиститель может поглощать от 2 до 4 г пыли на 100 км, а при высокой запыленности – в 3…5 раз больше. Условия эксплуатации и даже состав пыли в США отличаются от российских, поэтому результаты испытаний можно рассматривать лишь в общем виде, без конкретных цифр. К сожалению, такие широкомасштабные и длительные испытания воздухоочистителей в России не проводились.

Фильтрующий элемент

Все современные масляные фильтры по конструкции одинаковы. Различаются технологией изготовления и материалами. Основной деталью масляного фильтра является фильтрующий элемент, который изготавливается из специальной бумаги. Практически все мировые автогиганты, а также отечественные автозаводы доверяют фильтрам, сделанным из бумаги всего двух фирм: транснациональной компании Hollingsworth Vose и итальянской «Ahlstrom». По уровню качества с этими компаниями не может соперничать ни один из отечественных производителей, а из зарубежных – только японские. Технологии производства современной фильтровальной бумаги настолько наукоемки и специфичны, что требуют инвестиций в сотни миллионов долларов и десятки лет опыта работы в данной сфере. Вряд ли возможно обеспечить соответствующее качество фильтровальной бумаги, построив завод где-нибудь в российском чистом поле на основе отечественных, пусть даже самых передовых отечественных разработок. Затраты сопоставимы со строительством конвейерного производства автомобилей. Подобная «монополия» качества не случайна – фильтровальная бумага должна обладать целым рядом характеристик: широким температурным диапазоном работы, определенной тонкостью очистки, полнотой отсева, высокой прочностью, пылеудерживающей способностью, стойкостью к старению в агрессивной среде горячего масла и кончено же, высокой степенью очистки. Слишком рыхлая бумага от небольших компаний не очищает должным образом масло, и, в конце концов, ведет к ускоренному износу двигателя. «Левая» бумага к тому же не обладает и требуемой стойкостью к агрессивной среде и не обеспечивает стабильную работу на протяжении заявленного ресурса, т.е. 5000 километров может фильтровать нормально, а потом грязь сквозь порывы устремляется в двигатель. Поэтому позиция большинства автопроизводителей вполне понятна: фильтры из бумаги либо «Hollingsworth & Vose», либо «Ahlstrom» . Другие просто не проходят испытаний.

Конструкция фильтра

Существуют три основных типа конструкции фильтров: разборные, неразборные и модульные.

Классический, так сказать, хрестоматийный неразборный полнопоточный фильтр состоит из металлического корпуса, фильтрующего элемента и двух клапанов: перепускного (его называют иногда предохранительным или обводным) и обратного (другие его названия — антидренажный, противосливной).

Перепускной клапан обеспечивает подачу масла в двигатель в тех случаях, когда его не пропускает фильтрующий элемент. Так бывает, если элемент загрязнен, а также при резком повышении оборотов или загустевании масла на холоде. Назначение обратного клапана — удерживать масло в фильтре при неработающем двигателе с тем, чтобы обеспечить быстрый подъем давления в системе при пуске мотора. Традиционно антидренажный клапан фильтра изготавливают в виде резинового кольца переменного сечения, упругие свойства которого теряются с течением времени. При этом масло из фильтра после остановки двигателя сливается, а это плохо: при последующем пуске давления в системе смазки не будет до тех пор, пока фильтр вновь не заполнится маслом. Такое запаздывание ведет к повышенному износу деталей двигателя.

Некоторые российские и зарубежные фирмы- изготовители фильтров применяют антидренажный клапан, изготовленный в виде тонкого резинового диска. Его плотное прилегание к поверхности крышки обеспечивается витой или штампованной металлической пружиной. Такая конструкция характеризуется повышенной долговечностью.Другое перспективное решение — размещение перепускного клапана в верхней части фильтра рядом со впускными отверстиями, что обеспечивает поступление в двигатель более чистого масла при открытии клапана. Конструкция такого рода используется на некоторых изделиях фирмы Purolator.

Производитель, применяя обычные материалы и технологии, все время старается выбрать оптимальный баланс характеристик: прочности, пылеемкости, тонкости отсева и уровня сопротивления. Чем выше степень очистки масла, тем меньше должна быть тонкость отсева. Однако уменьшение отсева влечет за собой рост сопротивления фильтрующего элемента и, как следствие, — повышение износа. Кардинальным образом решают эту проблему нанотехнологии. Многослойный фильтрующий элемент, который содержит наноструктуры, позволяет удерживать мельчайшие частицы без увеличения сопротивления. Помимо этого возрастает пылеемкость и стойкость фильтра. Более того, идет не просто задержка продуктов износа и минеральных частиц, а процесс их окисления и расщепления. Оказывается положительное влияние на структуру и качества самого масла. В результате получается «умный», интеллектуальный фильтр, который обладает огромным ресурсом и способен работать очень долго без снижения характеристик, для которого пробег 100.000 километров не фантастика. Конечно, пробега в 100 000 км в течение нескольких лет вряд ли кто из российских предприятий достигнет, а вот в производство фильтров из новых материалов, состоящих из композиций целлюлозы и полиэфира, применения различных пропиток и добавок является весьма перспективным направлением. Новые материалы позволяют достичь ресурса от 30 до 50 тыс. км пробега, что соответствует нормам для многих новых европейских легковых автомобилей. Это непростая задача, учитывая тот факт, что большинство из отечественных компаний стремятся удешевить производство и применяют, как правило, одну и ту же так называемую стандартную бумагу, пусть даже произведенную под той же маркой «Hollingsworth & Vose». А ведь под каждый тип двигателя следует использовать определенный сорт бумаги с индивидуальными характеристиками. В результате ресурс фильтров достигает пробега в 15. 000-20.000 км

Очистка воздуха

Современный двигатель внутреннего сгорания расходует примерно от 50 до 4000 м3/ч воздуха. Запыленность воздуха может колебаться от 0,001 г/м3 до 1 г/м3, а в особо сложных условиях эксплуатации, например, при движении гусеничных машин (танков) в колонне, может достигать и 2 г/м3. Почти всю эту пыль должен задержать фильтр. Минеральные частицы пыли в окружающей машину среде могут иметь размеры от 0,1 до 200 мкм. Установлено, что 75% общей массы частиц пыли имеют размеры от 5 до 100 мкм.

Абразивные частицы, попадающие в современный двигатель, вызывают не только повышенный износ деталей, но и отказы вспомогательных устройств, например датчиков, находящихся на впуске воздуха в двигатель, электронного оборудования и др.

Технические требования к воздушным фильтрам отечественной автотракторной техники регламентированы ОСТ 37.001.622–2007, а методы их испытаний – ГОСТ 8002. В зарубежной практике показатели фильтров являются предметом согласования между изготовителем фильтра и потребителем для каждой конкретной модели машины.

Воздухоочистители мобильных машин, используемые для разных уровней запыленности воздуха, имеют различное устройство, например, одноступенчатые – для городских условий работы легковых автомобилей и многоступенчатые – для сельскохозяйственных, землеройных, дорожных машин, работающих в условиях повышенной запыленности.

Срок службы воздушного фильтра зависит от характера и объема загрязнений, поступающих с воздухом. Так, если в воздухе содержится много сажи, она засорит фильтрующий элемент гораздо быстрее, чем песчаная пыль. А большой процент влаги, мелкие капли воды в воздухе вызывают набухание фильтровальной бумаги, что увеличивает ее сопротивление потоку воздуха.

Насколько засорен воздушный фильтр, сложно определить на глаз. Поэтому современные воздушные фильтры часто снабжают указателями засоренности, которые указывают, когда сопротивление на входе в фильтр достигает примерно 635 мм. вод. ст. (напомним, что у нового воздушного фильтра сопротивление на входе обычно составляет примерно 200 мм. вод. ст.). Указатели бывают механическими и электрическими.

Эффективность воздухоочистителей повышают, применяя специальные фильтровальные материалы, а также повышая пылеемкость единицы объема воздухоочистителя и применяя предочистители. При этом решаются две задачи – продляют срок службы и межсервисный период работы фильтра, а также уменьшают его габариты*. Последнее необходимо потому, что постоянное повышение мощности двигателей приводит к увеличению объема воздухоочистителя, который все труднее разместить на машине.

Способствует увеличению срока службы фильтра и установка фильтров-предочистителей циклонного типа, особенно актуальная в тяжелых условиях эксплуатации. Так, в лаборатории концерна Donaldson проведены тесты эффективности различных систем предварительных фильтров циклонов, давшие следующие результаты:

* Следует заметить, что нельзя уменьшать объем воздухоочистителя бесконечно: нарушается волновая настройка впускного тракта двигателя, что снижает его наполнение и мощность.

Эффективность предварительного фильтра циклона, %	Cрок службы основного воздушного фильтра, %
0	100
70	200
85	300
94	400
96	600

Понимая это, многие производители уделяют большое внимание фильтрам-циклонам.

Например, компания Cummins Filtration разработала неподвижную пластмассовую крыльчатку, которая может находиться снаружи или внутри корпуса воздушного фильтра, закручивает поступающий в фильтр воздух, из которого под действием центробежных сил выпадают крупные частицы пыли. Также Cummins Filtration разработала фильтрующий элемент OptiAir с увеличенной грязеемкостью.

Известна простая, но довольно эффективная конструкция «эжектор пыли», представляющая собой насадку на входе в воздухозаборник, состоящую из ряда трубок, внутри которых установлены спиральные пластинки. Воздух закручивается внутри трубок, центробежные силы отбрасывают крупные частицы пыли на стенки трубок, затем пыль высыпается из эжектора а в воздуховод поступает частично очищенный от пыли воздух. Однако эжектор быстро засоряется, и в этом его главный недостаток.

Компания Sy-Klone International разработала ряд одно-, двух- и трехступенчатых предочистителей. Предочистители аналогичной конструкции по лицензии выпускают компании Caterpillar (CAT Turbine PreCleaner) и John Deere (Rotary Ejector). Конструкция представляет собой неподвижную крыльчатку, закручивающую поступающий воздух, из которого под действием центробежной силы выпадает крупная пыль. Затем воздух поступает на подвижную крыльчатку, раскручивает ее до высоких оборотов, и под действием центробежной силы частицы пыли выбрасываются через вертикальную щель в корпусе фильтра.

Компания Champion Laboratories Inc. выпускает различные фильтры под брендом Luber-finer. Для очистки воздуха она разработала инновационную технологию и волоконный материал MicroGold Fiber Technology, который, по утверждению фирмы, имеет грязеемкость на 50% выше, чем фильтры из обычных материалов, а коэффициент очистки β = 99,97%. Фильтрующие элементы Luber-finer имеют увеличенное число гофр, в конструкцию входят специальные укрепляющие гофры детали и приклеенные снаружи ленты.

Как выбрать фильтр

Во-первых, на качество корпуса фильтра. Он должен быть прочным, способным выдержать перепады давления и противостоять коррозии, чтобы в процессе эксплуатации не произошла утечка масла. Такие же качества должны быть свойственны и уплотнителю. Так что перед тем как приобрести масляный фильтр желательно не только ознакомиться с тем, что написано на упаковке, но и внимательно осмотреть само изделие – нет ли коррозии, плотно ли все подогнано и т.п. Значительна и роль клапанов, но их качество визуально не определишь. Стоит также обратить внимание на марку производителя. Компании производящие качественные фильтры, указывают страну происхождения, точный адрес, контактные телефоны. Всевозможные «German quality», «Made for EUROPE», ссылка лишь на торговых представителей из европейских стран, когда в действительности продукция произведена в Китае, является не более чем попыткой введения потребителя в заблуждение. Есть и другая похожая схема отмывания страны происхождения товара: некая компания регистрируют новый «брэнд», например, во Франции или Германии. Она покупает партию китайского ширпотреба, а потом продает ее в Россию, нанося привлекательную «европеизированную» маркировку. Дополнительными гарантиями качества также являются сведения о сертификации, сертифицирующей организацией и применяемой на предприятии системы менеджмента качества. Технологические процессы всех ведущих мировых производителей соответствует международному стандарту качества ISO-9001. А из органов по сертификации автомобильных изделий отлично себя зарекомендовал «НАМИ-Фонд», работающий совместно с Центральным научно-исследовательский автомобильным и автомоторным институтом (НАМИ). В России большинство конвейерных сборщиков автомобилей доверяют испытание и сертификацию поставляемых автокомпонентов именно этому научно-техническому центру.

Воздушный фильтр

Концентрация пыли на наших дорогах в несколько раз выше, чем на европейских — содержание твердых частиц в воздухе колеблется от 2 до 10 мг/куб. метр. За год эксплуатации в воздушный фильтр автомобиля мощностью 100 л/с попадает от 30 до 150 грамм пыли. В случае недостаточной фильтрации пыль оказывается в камере сгорания и в масле. Результатом становится ускоренный износ поршневой группы (до 5-8 раз быстрее установленного ресурса), а также потеря мощности и повышенный расход топлива.

Современный автопром, стремясь сократить расходы на обслуживание новых моделей, требует от производителя расходных запчастей существенного увеличения ресурса — до 50.000 километров и более. Воздушный фильтр должен сохранять свои характеристики при попадании воды, быть устойчивым к воздействию масла, паров топлива, картерных газов, а также высокой (до 90 °С) температуры. Долговечность и надежность воздушного фильтра зависит от материала фильтроэлемента. Сегодня применяются несколько видов материалов – целлюлоза, целлюлоза с пропиткой, композиционные материалы (слои целлюлозы и синтетики), чистая синтетика. Чистая дешевая целлюлоза разлагается быстрее остальных. Добавка 25% полиэфира увеличивает стойкость материала в пять раз. А 100%-ная синтетика в 13 раз устойчивей к неблагоприятной среде, чем целлюлоза. Ресурс также зависит и от площади фильтроэлемента. Квадратный метр самых распространенных фильтровальных материалов (целлюлозы и композита) способен поглотить от 200 до 300 грамм пыли. Недобросовестные производители экономят на качестве и количестве фильтровальных материалов. Или заявляют ресурс из расчета европейских норм запыленности, которые существенно ниже наших, что обусловлено состоянием дорог и природно-климатическими условиями. Это явное введение потребителей в заблуждение.

Важной характеристикой воздушных фильтров является сопротивление воздушному потоку, поступающему в двигатель. Чем выше степень очистки воздуха, тем меньше должна быть пористость бумаги или нетканого материала. Для исправной работы двигателя фильтр должен пропускать не более 1% частиц пыли. Однако, чем меньше поры фильтроэлемента, тем быстрее они забиваются. Ездить на «забитом» воздушном фильтре, все равно, что заниматься членовредительством. Во-первых, вследствие переобогащения рабочей смеси повышается расход топлива и ухудшаются динамические свойства двигателя. Во-вторых, фильтровальный элемент может порваться в любое мгновение, поскольку доступные для прохождения воздуха участки элемента испытывают в несколько раз большую нагрузку, чем обычно. Там где тонко обязательно порвется! И тогда вся пыль устремится прямиком в двигатель. Очевидно, что достичь оптимального сочетания важнейших характеристик фильтровального элемента – пылеемкости, стойкости, пористости и сопротивляемости потоку, весьма непросто. Поэтому при приобретении воздушного фильтра стоит обращать внимание на информацию о фильтровальном материале. Желательно, чтобы он был произведен одной из известных фирм. Производителей по-настоящему качественных фильтровальных материалов можно пересчитать по пальцам одной руки. Самый крупный — транснациональная , являющаяся поставщиком материалов и запасных частей таких автогигантов как Форд и Дженерал Моторс, «Caterpillar», а также их дочерних предприятий. Именно эта компания одна из немногих сумела создать синтетические фильтровальные элементы, позволяющие достичь ресурса в 100 000 километров, как для воздушных фильтров, так и для масляных.

Некачественный воздушный фильтр чем-то напоминает бомбу замедленного действия. Печальные последствия вы обнаружите только спустя некоторое время после его установки. К примеру, если фильтр неплотно прилегает к корпусу или фильтроэлемент изготовлен из материала с большим размером пор, то степень фильтрации вместо требуемых 99% может составить 60-70% и стать смертельным для двигателя. Этим особенно грешат фильтры неизвестных производителей, выполненные из дешевых нетканых материалов. Также как и некачественные опасны и «реанимированные» фильтры. Многие умельцы приспособились прочищать, продувать и промывать воздушники. Но пусть вас не вводит в заблуждение безупречный чистый вид – ресурс фильтра ограничен физическими свойствами фильтроэлемента. Кроме этого, следует учесть, что эксплуатация автомобиля в сложных условиях требует более частой замены фильтра. Определить, что «время пришло» можно по нескольким косвенным признакам, таким как повышенный расход топлива, потеря мощности, затрудненный пуск двигателя, увеличение содержания СО2в выхлопе и т.д. Но до этого лучше не доводить и менять фильтр вовремя.

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.

Топливный фильтры

Топливные фильтры очищают топливо от посторонних примесей, таких как пыль, ржавчина, вода и осадки в топливных баках.

Система фильтрации топлива современного автомобиля состоит из двух-трех, реже четырех степеней очистки. Первые степени – это фильтры грубой очистки топлива, которые устанавливаются в топливном баке или сразу после него. Их задача- задерживать относительно крупные частицы загрязнений – свыше 60 мкм, которые можно разглядеть человеческим глазом. Но самую опасную часть загрязнений составляют частицы от 15 до 50 мкм. Именно с этими загрязнениями и должны справляться фильтры тонкой очистки топлива. Фильтры тонкой очистки бывают разборные и неразборные. Конструкция топливного фильтра зависит от типа двигателя, для которого он предназначен.

Фильтры тонкой очистки для карбюраторных ДВС

Размер частиц, представляющих наибольшую абразивную опасность для карбюраторных моторов, составляет 20 – 40 мкм. Фильтры тонкой очистки топлива для карбюраторных двигателей бывают разборные и неразборные. Первые, использующиеся в настоящее время все меньше, имеют керамический или сетчатый латунный элемент, используемый многократно. Вторые — неразборные, «одноразовые», имеют бумажный, тканный или полимерный фильтрующий элемент. Технические условия предусматривают для подобных фильтров тонкость отсева не менее 15 мкм, но большинство современных фильтров задерживают и более мелкие частицы. Для карбюраторных двигателей считается достаточным, если фильтр тонкой очистки в начале работы задерживает не менее 60% загрязнения. Для бумажных фильтрующих элементов бумага применяется та же, что и для масляных фильтров. Некоторые недобросовестные фирмы производители используют в топливных фильтрах бумагу, предназначенную для воздушных фильтров. Под воздействием бензина она раскисает, и такой фильтр служит, как правило, раза в два-три меньше, чем ему положено. Кроме того, такая бумага не может обеспечить требуемое качество очистки топлива.

Фильтры для инжектора

Инжекторные двигатели более требовательны к чистоте бензина — топливный фильтр для системы впрыска должен улавливать частицы размером 10-15 мкм. Другая особенность инжекторных двигателей — относительно высокое давление в системе питания. Естественно, что установленный после электробензонасоса фильтр должен выдерживать его с запасом. Поэтому корпус топливного фильтра для систем впрыска делается из стали, алюминиевого сплава с применением сварки (либо особого рода завальцовки торцевой части) или же особо прочной пластмассы. Что касается размеров элемента, то они зависят от рабочего объема двигателя. Фильтрующая штора выполняется из бумаги, которая уложена «звездой» или в виде «спирали». Спиральная укладка позволяет разместить в 1.6-1.8 раз больше фильтровального материала и увеличить ресурс. Кроме этого, увеличивается и время контакта топлива с фильтрующим элементом, а значит, обеспечивается более высокая степень номинальной очистки топлива. В фильтрах со спирально-складчатой укладкой может применяется не гладкая, а крепированная бумага, которая способна задерживать большое количество механических примесей. Некоторые водители, прельстившись красивым металлическим корпусом и большим объемом впрысковых топливных фильтров, пытаются ставить их на карбюраторные двигатели. Затея эта бесперспективная, так как слабому диафрагменному насосу не удастся справиться с фильтром, рассчитанным на работу с электрическим бензонасосом высокого давления. Поэтому предельное сопротивление фильтра достигается очень быстро, подача бензина прекращается.

Видео — Замена воздушного фильтра Форд Фокус 2

Замену фильтра может произвести любой автолюбитель, если у него есть в наличии стандартный набор инструмента. Для этого не обязательно обращаться в специализированный сервис и отдавать деньги за то, что можно сделать собственными руками за вполне небольшой промежуток времени. Это позволит сэкономить деньги, на которые можно заправить автомобиль.

В первую очередь, необходимо приготовить инструменты, которые понадобятся при выполнении работ. В их число входят: смазочное вещество WD-40 и длинная отвертка с головкой на конце.

Для замены нулевика заглушите двигатель и дайте ему остыть. Это необходимо, чтобы избежать ожогов. После этого открутите хомут, который соединяет фильтр и переходник, снимите нулевик. Открутите переходной шланг или трубку, который идет от фильтра к карбюратору или инжектору и продуйте его с помощью компрессора.Так вы удалите из него осевшую на стенках пыль. Затем установите на место переходной шланг или трубку, закрутите болты или гайки крепления. Установите новый нулевик и затяните хомут.

Порядок действий:

• Откройте капот автомобиля и отключите клемму аккумулятора. Рекомендуется выполнять эту процедуру каждый раз при проведении ремонтных работ.
• Открутите все болты, которые предназначены для крепления крышки корпуса воздушного фильтра и демонтируйте саму крышку.

• Вытащите старый фильтрующий элемент из корпуса. Старайтесь не трясти его и не допускать попадание любой другой пыли. Протрите место установки для нового фильтра и смажьте его место посадки с помощью, заранее приготовленной, смазочной жидкости.
• Установите новый воздушный фильтр. Будьте осторожны и не повредите фильтрующий элемент нового фильтра.
• Поставьте крышку на место и закрутите все болты крепления.

После этого остается накинуть клемму аккумулятора и продолжить эксплуатацию автомобиля. На этом замена воздушного фильтра закончена.

Топливные фильтры для дизельных ДВС

Дизель тоже весьма требователен к чистоте топлива. Размеры абразивных частиц, приемлемые для карбюраторного двигателя, для него просто недопустимы. Одна из причин такой чувствительности — прецизионные детали топливной аппаратуры. Очистка топлива в дизельном двигателе производится в несколько этапов: предварительная в топливном баке, грубая в фильтрах грубой очистки и окончательная в фильтрах тонкой очистки. Фильтры тонкой очистки могут иметь сменные элементы или же заменяться в сборе с корпусом подобно своим масляным «коллегам». «Дизельные» фильтры значительно отличаются от бензиновых. Во-первых, они должны быть надежным барьером, пресекающий доступ воды в рабочий объем – ведь ее доля в дизельном топливе составляет около 0,2 %. Вторая особенность топливного фильтра для дизельных двигателей обусловлена свойствами дизельного топлива, меняющего свои свойства при понижении температуры. Парафины при низких температурах кристаллизуются и способны забить фильтр, а также вывести из строя всю топливную систему. Для борьбы с этим явлением выпускают фильтрующие элементы с подогревом, например, со шторой, изготовленной из токопроводящей бумаги. В зарубежные конструкции дизельных фильтров иногда включают датчики наличия воды, системы водоотделения, краники для слива отстоя.

Схема расположения фильтров в дизелях, как правило, такая:

• установка сетчатого фильтра в топливном баке;
• установка фильтра-отстойника на линии всасывания;
• установка фильтра грубой очистки и последовательно с ним фильтра тонкой очистки на линии низкого давления.

Когда следует менять фильтр? За рубежом изделие со спирально-складчатой шторой меняется через 70 тыс. км. Для наших условий, с учетом загрязнения топлива, рекомендуются следующие цифры: фильтр со спирально-складчатой укладкой следует менять через 40 тыс. км, а фильтр со шторой, уложенной «звездой» — через 24 тыс. км.