Элемент фильтрующий воздушный: "легкие" поршневого мотора

Каждое транспортное средство с ДВС оснащается системой очистки и подготовки поступающего в цилиндры воздуха. Основной компонент данной системы — сменный фильтрующий элемент. О том, что такое элемент фильтрующий воздушный, каких типов он бывает, как устроен и функционирует — рассказано в этой статье.

Что такое воздушный фильтрующий элемент и зачем он нужен

Воздушный фильтрующий элемент — компонент воздухоочистителя (который, в свою очередь, входит в состав системы питания) двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающий очистку поступающего в цилиндры воздуха от твердых включений (пыли, песка, мусора). Фильтрующий элемент является сменной деталью, которая устанавливается в воздухоочиститель и по мере загрязнения или по иной причине может быть заменена.

В общем случае фильтрующий элемент решает несколько задач:

• Защита двигателя от твердых частиц, которые могут нанести вред трущимся деталям и вывести из строя силовой агрегат;
• Защита от пыли и песка отдельных элементов системы питания и управления двигателем (дросселя, карбюратора) и датчиков;
• Снижение риска попадания в двигатель воды, поступающей через воздухозаборник;
• Оптимизация воздушных потоков в системе питания (как для улучшения работы системы, так и для снижения уровня шума).

Воздушный фильтр играет крайне важную роль в работе любого двигателя внутреннего сгорания. Мотору для нормального функционирования необходим довольно большой объем воздуха — в пределах 10-20 кубических метров воздуха на литр сжигаемого топлива. При этом в каждом кубометре самого чистого городского воздуха может содержаться 0,15-0,4 мг пыли, а над грунтовой дорогой за автомобилем — до 1,5 г и более. За год даже в самом чистом городе в двигатель может попасть 5-10 г пыли, а при постоянной работе на запыленной дороге, в карьере или на строительной площадке счет идет уже на сотни граммов и килограммы.

Пыль бывает разная, и она оказывает неодинаковый эффект на детали двигателя. Наиболее опасна обычная неорганическая пыль (дорожная, песчаная), которая содержит кварц и корунд — твердые минералы, обладающие высокими абразивными свойствами. Такая пыль составляет до 90% всей попадающей в двигатель пыли, и может нанести ему существенный вред — буквально 25-40 г пыли могут вывести мотор из строя всего за несколько дней эксплуатации!

Из этого понятно, что поступающий в мотор воздух нуждается в качественной очистке, иначе он в городских условиях не мог бы проходить более года, а двигатели строительных машин и автомобилей, эксплуатируемых по запыленным дорогам, выходили бы из строя в считанные месяцы и даже недели. И именно эту задачу решают фильтрующие элементы, установленные в автомобильных воздухоочистителях.

Основные характеристики фильтрующих воздушных фильтров

Сразу следует заметить, что в России нет отдельного стандарта на фильтрующие элементы для транспортных средств, однако действует стандарт на воздухоочистители поршневых двигателей внутреннего сгорания автомобилей, тракторов и сельхозмашин (ГОСТ Р 53837-2010). Данным документом регламентируются некоторые основные характеристики фильтрующих элементов:

• Сопротивление воздушному потоку при номинальном расходе воздуха — не более 2,5 кПа для бензиновых двигателей, не более 3,5 кПа для дизельных двигателей и не более 4 кПа для дизелей с турбокомпрессором;
• Степень очистки воздуха от примесей и пыли — не менее 99% для бензиновых двигателей, не менее 99,4% для всех дизельных двигателей;
• Предельное сопротивление воздушному потоку — не менее 5-7,5 кПа для различных двигателей;
• Номинальный расход воздуха — не менее 160 кубометров в час.

Указанные цифры являются минимальными, и часто производители превосходят их. Например, на рынке представлены фильтры со степенью очистки 99,9% и выше для различных фракций, со значительно сниженным сопротивлением воздушному потоку (в том числе и с "нулевым"), с более высоким расходом воздуха и т.д.

С другой стороны, снижение характеристик недопустимо, так как в этом случае воздухоочиститель будет работать недостаточно эффективно, значительно снижая характеристики двигателя и сокращая его ресурс.

Типы воздушных фильтрующих элементов

Фильтрующие элементы делятся на несколько типов по применимости и конструкции.

По применимости фильтрующие воздушные элементы делятся на три основных группы:

• Основные элементы для одноступенчатых и двухступенчатых сухих воздухоочистителей;
• Основные элементы для двух- и трехступенчатых воздухоочистителей;
• Вспомогательные элементы (элементы безопасности) для двух- и трехступенчатых воздухоочистителей;
• Фильтрующие элементы для воздухоочистителей с масляной ванной.

Элементы первого типа применяются в воздухоочистителях большинства легковых и коммерческих автомобилей. Элементы второго типа находят применение в воздухоочистителях грузовых автомобилей, тракторов, специальной, сельскохозяйственной и другой техники, которая работает в условиях повышенной запыленности. Элементы третьего типа используются совместно с элементами второго типа, они обеспечивают защиту от крупных включений и обычно используются с двигателями высоких экологических классов. Элементы четвертого типа также используются в грузовых автомобилях и тракторах, однако они постепенно выходят из употребления.

По конструкции фильтрующие элементы делятся на два типа:

• Цилиндрические;
• Панельные (коробчатые).

Конструкция цилиндрического воздушного фильтрующего элемента

Конструкция панельного воздушного фильтруюющего элемента

Цилиндрические воздушные элементы, в свою очередь, делятся на несколько видов:

• Цилиндрические высокие — представляют собой высокий цилиндр с внутренней полостью (в том числе и для установки элемента безопасности);
• Кольцевые — представляют собой кольцо малой высоты, обычно применятся на карбюраторных двигателях;
• Цилиндрические с отсекателем (инерционной решеткой) — обычные цилиндрические фильтры, обернутые бумажной или пластиковой лентой, задерживающей (отсекающей) часть поступающей с воздухом пыли и крупных включений.

Наконец, все фильтры делятся на группы по своим рабочим характеристикам и применимости. В последние годы популярность стали приобретать фильтрующие элементы "нулевого" сопротивления — они оказывают пониженное сопротивление воздушному потоку, а в остальном аналогичны обычным элементам.

Конструкция воздушных фильтрующих элементов

Как уже было сказано, конструктивно фильтрующие элементы делятся на панельные и цилиндрические. Они имеют неодинаковое устройство.

Цилиндрический фильтрующий элемент. Его основу составляет сложенная в гармошку бумажная лента, которая называется сухой перегородкой. Лента изготавливается из фильтровальной бумаги на основе целлюлозных волокон со специальной пропиткой, повышающей способность задерживать пыль и загрязнения. В последние годы применяются и синтетические нетканые материалы, а в фильтрах "нулевого сопротивления" используется особая хлопчатобумажная ткань с пропиткой. Гармошка свернута в цилиндр, с торцов закрыта уплотняющими крышками и может снаружи и внутри оборачиваться обечайкой (кожухом) — металлической сеткой или перфорированным картоном. Вся конструкция является неразборной.

Дополнительно цилиндрический элемент может иметь ребра жесткости, уплотнители, а также отсекатель (до половины высоты) и другие детали.

Панельный фильтрующий элемент. Его основу также составляет сухая перегородка в виде сложенной в гармошку фильтровальной бумаги или нетканого синтетического материала. Однако она уложена в корпус квадратной или прямоугольной формы — панель. Для дополнительной защиты гармошка с одной или обеих сторон может закрываться металлической или пластиковой сеткой. А для более качественной очистки воздуха может использоваться дополнительный фильтрующий слой из нетканого материала.

Панельный элемент может иметь ребра жесткости, уплотнения, рукоятки для удобной установки и демонтажа и т.д.

Принцип работы воздушного фильтрующего элемента

Работа воздухоочистителей и установленных в них фильтрующих элементов проста. При запуске мотора во впускном коллекторе и соединенным с ним воздухоочистителем создается разрежение. Вследствие падения давления воздух из атмосферы поступает в воздухозаборник и подается на воздушный фильтр. Поток воздуха направляется на внешнюю поверхность фильтрующего элемента — здесь пыль и другие загрязняющие частицы задерживаются порами фильтровальной бумаги, а очищенный воздух поступает дальше в систему.

Если фильтр оснащен отсекателем, то часть пылевых частиц ударяются о него, теряют импульс и оседают на дне корпуса фильтра. В двух- и трехступенчатых воздухоочистителях эта пыль в дальнейшем удаляется в атмосферу.

В процессе работы фильтрующий элемент засоряется, при этом его способность задерживать пыль улучшается (так как поры в фильтровальной бумаге засоряются и перестают пропускать пыль), однако одновременно с этим повышается и сопротивление воздушному потоку. С ростом засорения фильтрующий элемент уже не может удовлетворить потребности двигателя в воздухе, и требует замены. Периодичность замены зависит от условий эксплуатации, менять элемент можно при срабатывании индикатора, при пробеге 10-20 тысяч км или при сезонном ТО.

Применение рекомендованного для автомобиля фильтрующего элемента и при его регулярной замене двигатель всегда будет получать необходимый для его работы чистый воздух.