Абразивные частицы, вызывающие механический износ, попадают в двигатель через воздух. Именно воздух, если он плохо очищен, вызывает загрязнение масла и способствует его старению. Вот о том, из каких компонентов состоит система фильтрации воздуха в двигателе внутреннего сгорания, мы и поговорим в этой статье.

 

 

Загрязняющие воздух примеси

 

Воздушные фильтры автомобильных двигате­лей, также называемые воздухоочистителями, служат для снижения содержания частиц и иных загрязняющих элементов в поступаю­щем в двигатель воздухе. К типичным загряз­нителям воздуха относятся масляный туман, аэрозоли, сажа, газообразные промышленные отходы, растительная пыльца и пыль. Раз­меры этих частиц могут варьироваться в очень больших пределах. Частицы пыли, всасывае­мые вместе с воздухом, могут иметь диаметр от 0,01 мкм (в основном, частицы сажи) до 2 мм (зерна песка). Приблизительно 75 % ча­стиц (по весу) имеют размер от 5 до 100 мкм.

Массовое содержание загрязнений в воз­духе зависит от условий эксплуатации авто­мобиля. Так, за десять лет эксплуатации ко­личество пыли, скопившейся в автомобиле, может составить от нескольких грамм до не­скольких килограмм.

 

Воздушные фильтры (воздухоочистители)

 

Воздушный фильтр предотвращает всасыва­ние в двигатель пыли и частиц и загрязнение моторного масла. Это снижает износ под­шипников, поршневых колец, стенок цилин­дров и т.д.

 

Материалы и конструкция воздушных фильтров

 

Воздушные фильтры в основном представ­ляют собой фильтры глубокого слоя, кото­рые, в отличие от поверхностных фильтров, задерживают частицы в структуре фильтрую­щего материала. Фильтры глубокого слоя с высокой пылепоглощающей способностью используются всегда, когда требуется эконо­мичная фильтрация больших объемов воз­духа с низкой концентрацией частиц.

Воздушные фильтры, разработанные с применением последних достижений, обе­спечивают степень фильтрации по массе до 99,8 % на легковых автомобилях и до 99,95 % на коммерческих автомобилях. Эти значения Должны обеспечиваться при всех преоблада­ющих условиях в воздухозаборной системе Двигателя, в том числе в условиях пульсаций Давления воздуха. Фильтры низкого качества пропускают большее количество частиц пыли или демонстрируют склонность к разрыву. Фильтрующие элементы разрабатываются в со­ответствии с требованиями, имеющими место для двигателей различных типов. Это обеспечи­вает минимальные потери давления и высокую эффективность фильтрации независимо от ин­тенсивности воздушного потока. Фильтрующий материал в плоских или цилиндрических филь­трах — складчатый или гофрированный, что позволяет получить максимальную площадь поверхности в пределах доступного объема. Материал в основном состоит из целлюлозного волокна, подвергнутого специальному тисне­нию и пропитанного смолой для обеспечения достаточной механической прочности, водо­стойкости и химической стойкости.

Периодичность замены фильтрующих эле­ментов указывается изготовителями автомо­билей и может составлять от двух до четырех, а в некоторых случаях даже до шести лет или через каждые 40,60 или 90 тысяч километров пробега, или при увеличении перепада давле­ния на фильтре до 20 мбар.

Потребность в компактных, высокоэффек­тивных воздушных фильтрах с длительным сроком службы вызвала необходимость в разработке инновационных фильтрующих ма­териалов. Уже налажено серийное производ­ство воздушных фильтров на основе синтети­ческого волокна, отличающихся значительно более высокими рабочими характеристиками. На рис. «Структура синтетического волоконного материала для фильтрующих элементов» представлена фотография структуры синтетического фильтрующего материала (фетра) с непрерывно увеличивающейся плотностью и уменьшающимся диаметром волокон в направлении от впускной стороны фильтра к выпускной.

Лучшие результаты, по сравнению с чисто цел­люлозными материалами, могут быть достиг­нуты за счет использования композитных мате­риалов (например, бумаги с оплавленным слоем) и специальных нановолоконных мате­риалов. Эти материалы состоят из относительно грубой целлюлозной подложки, на которую на­несен волоконный материал со сверхтонкими волокнами диаметром от 30 до 40 нм.

Скоро ожидается выпуск на рынок новых сажевых фильтров для дизельных двига­телей, в которых применены новые гофри­рованные или складчатые структуры мате­риалов с попеременно перекрывающимися и открывающимися каналами.

В дополнение к стандартным конструкциям, в целях оптимального использования свободного пространства в моторном отсеке, которое ста­новится все более ограниченным, разрабатыва­ются воздушные фильтры конической, оваль­ной, ступенчатой или трапецеидальной формы.

 

Глушители шума

 

Раньше кожухи воздухоочистителей разра­батывались практически исключительно как глушители шума. В целях поглощения шума использовался большой объем этих кожухов. В настоящее время имеет место тенденция к разделению функций «фильтрации» и «снижения уровня шума» и оптимизации от­дельных источников шума (резонаторов). Это позволяет уменьшить размеры корпуса филь­тра и создать очень миниатюрные фильтры, которые можно встроить в панели обшивки двигателя, в то время как глушители устанав­ливаются в менее доступных местах мотор­ного отсека.

 

Воздухоочистители для легковых автомобилей

 

В дополнение к кожуху с цилиндрическим фильтрующим элементом воздухозаборный модуль легкового автомобиля (см. рис. «Воздухозаборный модуль для легкового автомобиля» ) включает всю систему воздуховодов и впуск­ной трубопровод. Между ними располага­ются резонаторы Гельмгольца и четвертьвол­новые трубки, служащие для оптимизации акустических характеристик системы (см. «Глушители системы выпуска отработавших газов»). Оптимизация всей системы позволит более эффективно согласовать отдельные компоненты в целях соблюдения все более строгих требований к ограничению уровня шума.

 

 

Следует отметить увеличение потребности в водоотделительных компонентах, встраивае­мых в систему воздухозабора. Их основным назначением служит защита датчика массо­вого расхода воздуха (HFM). Капли воды, вса­сываемые через неоптимально расположен­ные впускные фитинги, во время сильного дождя, снега или проезда по лужам, могут достигать датчика, что приведет к неправиль­ному измерению массового расхода воздуха.

Для отделения капель воды в линию воздухозабора встраиваются дефлекторы или филь­тры циклонного типа. Чем меньше расстояние между точкой воздухозабора и фильтрующим элементом, тем ниже эффективность системы водоотделения, поскольку при такой компо­новке имеют место очень низкие потери дав­ления. Однако могут быть разработаны специ­альные конструкции фильтрующих элементов для сбора (коалесцирования) капель воды и отвода водяной пленки наружу до достижения собственно фильтрации твердых частиц. Вся система размещается в едином корпусе, спе­циально предназначенном для совмещения этих функций. Эта компоновка может быть с успехом использована даже в случае очень коротких впускных воздуховодов.

Еще одним новым компонентом, который, вероятно, станет стандартным на воздухоза­борных системах всех легковых автомобилей является «углеводородная ловушка», предна­значенная для отделения (адсорбирования) углеводородов, которые могут диффундиро­вать после остановки двигателя из впускного трубопровода (впуска двигателя) и системы вентиляции картера в направлении впуска не­фильтрованного воздуха. Потребность в таком устройстве была вызвана чрезвычайно стро­гими требованиями законодательства штата Калифорния SULEV (Автомобили со сверхниз­кими выбросами). В течение определенного периода времени такие автомобили могут вы­брасывать в окружающую среду чрезвычайно малое количество углеводородов. Источник таких выбросов представляет собой открытая система впуска. Какой-либо конкретной схемы не принято. Встраивание углеводородной ло­вушки в корпус воздухоочистителя сразу же после сажевого фильтра столь же возможно, как ее установка в линии фильтрованного или чистого воздуха перед датчиком массового расхода воздуха или после него. Система включает компоненты, имеющие покрытие из активированного угля, и при относительно большой площади поверхности создающие очень малые потери давления. В соответствии с требованиями действующего законодатель­ства, эти углеводородные ловушки должны по­стоянно обдуваться воздушным потоком, т.е. не должны быть активны, когда двигатель не работает. Как только двигатель начинает рабо­тать, воздушный поток вызывает десорбцию углеводородов, что, в свою очередь, вызывает регенерацию или реактивацию сепаратора.

 

Воздухоочистители для грузовых автомобилей

 

На рис. «Бумажный воздушный фильтр для коммерческих автомобилей» показан легкообслуживаемый и оптимизированный по весу пластмассовый воздушный фильтр для коммерческих авто­мобилей. Его фильтрующие элементы отли­чаются очень высокой степенью фильтрации и рассчитаны на интервалы замены свыше 100 000 км пробега, что значительно превы­шает интервалы замены, предусмотренные для фильтров легковых автомобилей.

Для эксплуатации в условиях очень высо­кой запыленности воздуха и на строительных и сельскохозяйственных машинах перед основным воздухоочистителем устанавли­вается предварительный фильтр. Предва­рительный фильтр задерживает крупные, тяжелые частицы, что значительно увеличи­вает срок службы фильтра тонкой очистки. В своей простейшей форме этот сепаратор представляет собой кольцо из дефлекторных пластин или лопастей, вызывающих круго­ворот воздушного потока. Под действием возникающих при этом центробежных сил происходит отделение крупных частиц. Од­нако, потенциал центробежных сепараторов для коммерческих автомобилей может быть реализован надлежащим образом только при помощи батарей миниатюрных циклон­ных предварительных фильтров, оптимизи­рованных для работы совместно с основным фильтром.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ: