Секреты воздушного фильтра

Сейчас к услугам любого автовладельца огромный выбор моторных масел всевозможных типов, сортов и марок. Можно выбирать и дизельное топливо от разных поставщиков, хотя здесь предложений меньше. Но невозможно выбрать воздух, поступающий в двигатель. В зависимости от дорожных условий, погоды и сезона в воздухе присутствуют те или иные загрязнения. Единственной преградой для механических частиц, поступающих вместе с воздухом в двигатель, является воздушный фильтр, и те, кто экономит на воздушном фильтре, очень рискуют: достаточно попасть в двигатель 1 г загрязнений на 1 л.с. мощности, чтобы потребовался его ремонт.

К выбору воздушного фильтра нужно относиться осмотрительно, поскольку легко попасть на подделку, ведь изготовить фальшивый воздушный фильтр просто. Для этого с оригинала снимают размеры, делают аналогичный корпус и вставляют в него соответствующую бумагу, но чаще – несоответствующую.

Мало кто знает, что видов бумаги, используемой в фильтрах, более четырехсот! Да и количество этой бумаги у подделок, как правило, меньше, а стыки между бумагой и посадочными местами фильтроэлемента в подобных изделиях не всегда должным образом проклеены.

Иногда для экономии вместо требуемого типоразмера используют фильтрующие элементы меньшей высоты, устанавливая под них какие-то проставки. Подобная конструкция не отличается надежностью, так как обычно остаются неплотности между фильтром и проставкой, через которые проникает неочищенный воздух, и, кроме того, емкость такого фильтра меньше, а значит, раньше потребуется его замена.

Вывод: покупка дешевого фильтра в большинстве случаев вовсе не означает экономию.

Фильтрующие элементы с радиальным уплотнением, надеваемые на трубу, имеют эластичную контактную поверхность, еще при изготовлении покрываемую силиконовой смазкой

Место установки

Двигатель на одном топливе без воздуха работать не будет. Для сгорания топлива обязательно нужен воздух, причем не только очищенный, но и поступающий в определенном количестве и не в объемном соотношении с топливом, а в весовом. Так что немалое значение имеет и место установки фильтра.

Плотность горячего воздуха меньше, а значит, в том же его объеме содержится меньше кислорода. Поэтому очень плохо, когда воздухозаборник расположен вблизи выхлопной трубы: в этом случае в двигатель может попадать не только подогретый воздух, но и отработавшие газы. А ведь отработавшие газы не просто горячие – в них намного меньше кислорода и присутствует сажа. Мало того, что в этом случае двигатель будет работать в режиме кислородного голодания, его воздушный фильтр начнет интенсивно забиваться несгоревшими частицами или сажей.

Качество фильтрации

Существует достаточно много типоразмеров фильтров, предназначенных для одного и того же двигателя, что объясняется прежде всего желанием производителей защитить свою конструкцию. Подготовка формы под производство фильтра процесс достаточно трудоемкий. Особенно сложна его разработка, поскольку место для размещения фильтра обычно ограничено и нередко имеет весьма специфическую форму.

В то же время существует всего два основных типа фильтров. В первом из них фильтрующий элемент зажимается крышкой вдоль его продольной оси. Обычно в этом случае к моменту замены фильтра на грузовике, который обычно наступает после пробега около 50 тыс. км, фильтр «прикипает» к посадочной поверхности, и, чтобы его сорвать, приходится дергать. При этом часть пыли, находящейся между гофрами, обычно просыпается внутрь корпуса и может попасть во впускной коллектор, а затем и в двигатель. Поэтому снимать фильтроэлемент надо осторожно, лишь покачивая его из стороны в сторону.

Для двигателя особенно опасны частицы кварца, из которых состоит песок. Кварц очень твердый, с высокими абразивными свойствами и сильно царапает отшлифованные поверхности деталей цилиндропоршневой группы. В результате в картер начинают прорываться отработавшие газы с частицами сажи, что приводит к быстрому ухудшению характеристик масла. Это в свою очередь вызывает перегрев двигателя и ускоренный износ других его деталей. А перевозчик грешит, как правило, на масло и масляный фильтр, хотя первопричиной является воздушный фильтр.

Поскольку самым слабым звеном в технике в целом и в воздушных фильтрах в частности является человеческий фактор, была придумана принципиально иная конструкция воздушного фильтра – с радиальным уплотнением. В этом случае фильтр со смазанной силиконом посадочной поверхностью надевают на трубу, что исключает его «прикипание», негерметичность уплотнения и попадание грязи во впускной коллектор.

Может ли хорошее стоить дешево?

Теоретически недорогие фильтры приемлемого качества время от времени появляться в продаже могут, ведь при вхождении в рынок некоторые компании, особенно малоизвестные, основное внимание уделяют снижению конечной цены своей продукции. Однако подобное случается не часто, да и длится недолго, так что низкой цене обычно сопутствует невысокое качество. Дешевизна воздушного фильтра подразумевает прежде всего его невысокую себестоимость, а ее можно снизить, используя более дешевую бумагу либо уменьшая ее количество, закрыв при этом глаза на качество изготовления или воспользовавшись неквалифицированной рабочей силой.

Визуально определить качество фильтра сложно, но все же есть моменты, на которые стоит обратить внимание, если возникают сомнения.

Все загрязнения, которые задерживаются воздушным фильтром, остаются на поверхности бумаги. Чтобы повысить количество задерживаемых фильтром загрязнений, т. е. его емкость, увеличивают количество бумаги. А чтобы максимально увеличить площадь фильтрующей поверхности, бумагу обычно гофрируют, и чем реже гофры, тем меньше емкость фильтра.

На гофрах через определенные промежутки делают специальные вмятины, чтобы удержать плисы гармошки на более-менее равномерном расстоянии и тем более предотвратить их слипание. На наружной поверхности бумаги многих фильтров наносят спиральные клеевые дорожки, предотвращающие вибрацию гофров, которая вызывается пульсацией всасываемого двигателем воздуха. Вибрация в свою очередь опасна тем, что бумага при этом может прикасаться к наружной сетке и быстро протрется, а значит, фильтр станет неработоспособным.

Возможности воздушного фильтра

Эффективность так называемых «мокрых» фильтров, очищающих жидкости – топливо, масло, охлаждающую жидкость и др., обычно измеряется в микронах, что соответствует минимальному размеру задерживаемых частиц. Этот же параметр у воздушных фильтров измеряется в процентах, определяющих, какую весовую долю загрязнений, находящихся в воздухе, этот фильтр может задержать.

Некоторые производители декларируют, что степень очистки их фильтров составляет 99%, а кто-то, например Cummins Filtration, гарантирует, что у его воздушных фильтров средняя эффективность очистки 99,96%. При этом слово «средняя» означает, что в процессе работы степень очистки фильтров изменяется. Когда устанавливают новый чистый фильтр, у него работает вся поверхность, но со временем часть отверстий забивается, а эффективность при этом растет и на определенном этапе достигает максимума. Теоретически идеальным был бы 100-процентный фильтр, но он, по всей видимости, вообще не пропускал бы воздух или имел слишком большое сопротивление.

Что означает процентный показатель для конкретного потребителя, несложно оценить, рассчитав, сколько грязи попадет в двигатель при его работе с каким-то конкретным фильтром. Так, эффективность 99% означает, что если на фильтр попадает 1000 г пыли, то 10 г из этого количества попадет в двигатель. А при эффективности 99,96% в двигатель попадет всего лишь 0,4 г пыли. Поэтому если кто-то предлагает «хороший» фильтр с эффективностью 99%, следует усомниться, действительно ли он хорош.

Ресурс

Впрочем, в реальной жизни владельцев транспортных средств больше заботит то, сколько воздушный фильтр может прослужить без замены, и поэтому они меняют его через 70 тыс. км, говоря при этом, что он мог бы еще и работать. Здесь надо помнить, что по мере засорения пор качество фильтрации повышается, но пропускная способность фильтра при этом уменьшается, и воздуха начинает не хватать. Кстати, это несложно почувствовать по потере мощности двигателя.

Ресурс воздушных фильтров во многом зависит от условий эксплуатации техники и определяется их емкостью. В зависимости от запыленности воздуха фильтры могут иметь различный интервал между заменами, поэтому однозначный ответ на вопрос, как долго может работать хороший воздушный фильтр, дать в принципе невозможно.

Есть много теорий относительно того, сколько загрязнений в граммах содержится в кубометре воздуха в тех или иных условиях. Исходя из этого, зная мощность двигателя и вычислив количество потребляемого им воздуха, теоретически несложно рассчитать, сколько конкретный фильтр проработает в данных условиях. Но на практике грузовик сегодня может колесить по чистым дорогам Германии, а завтра заехать на склад, расположенный на грунтовой площадке, и потому практически невозможно оценить реальный «вклад» пыли с разных участков дороги в загрязнение фильтра.

Впрочем, пылевая емкость фильтра очень высока, зато сажа может «убить» его быстро. Поэтому, повторимся, воздухозаборник ни в коем случае нельзя размещать вблизи выхлопной трубы.

Нежелательно также располагать воздухозаборник и корпус воздушного фильтра в местах, где вероятен выброс пыли, грязи и воды из-под колес транспортного средства: в этом случае помимо прочего в корпус фильтра может попасть влага, вызывающая набухание бумаги и увеличение ее сопротивления воздуху. Кстати, именно по этой причине некоторые жалуются, что в дождливую погоду двигатель начинает плохо работать.

Впрочем, определить работоспособность фильтра на глаз практически невозможно. Полностью забитый фильтр может выглядеть вполне работоспособным, тогда как рабочий может показаться абсолютно непригодным.

Существуют разработки, позволяющие продлить срок службы фильтра благодаря наличию систем предварительной очистки. Одной из таких систем (разработка компании Cummins Filtration) является неподвижная пластмассовая крыльчатка, которая, в зависимости от исполнения, может находиться как на самом фильтрующем элементе, так и внутри корпуса фильтра. Благодаря завихрениям всасываемого воздуха, создаваемым крыльчаткой, бо'льшая часть тяжелых частиц под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса и собирается на дне. Таким образом, через фильтрующий элемент проходит уже предварительно очищенный воздух.

Твердые частицы, собравшиеся на дне фильтра, можно удалить, не открывая корпус фильтра, а лишь сняв в его нижней части резиновый конус, в котором скапливается грязь. Удалив грязь, очень важно правильно установить конус на место, чтобы в корпусе фильтра не нарушилась циркуляция воздуха.

Фильтры подобной конструкции поставляют как на конвейер в стандартную комплектацию, так и на вторичный рынок.

Как часто надо заменять фильтр?

В настоящее время в системе впуска тяжелых машин устанавливают, как правило, два воздушных фильтра – основной и вторичный, который правильнее называть предохранительным. Многие ошибочно считают, что первичный фильтр с бумажным фильтрующим элементом является фильтром грубой очистки, тогда как вторичный (войлочный) – основным. На самом деле если эффективность обычного бумажного фильтра более 99,9%, то у вторичного она составляет всего 80…90%, и этот фильтр в принципе не может задержать загрязнение, пропущенное первичным. Поэтому вторичный фильтр рекомендуют менять в два раза реже, чем основной. Задача вторичного фильтра – временно задержать загрязнение, накопившееся на основном фильтрующем элементе, в случае его повреждения.

Большинство компаний делают предохранительный фильтр из бумаги. Характеристики более дешевой бумаги, используемой во вторичных фильтрах, существенно хуже, а потому их эффективность в любом случае меньше, чем основных.

Итак, определить на глаз, когда надо менять фильтр, в принципе невозможно. Для этого существуют специальные датчики, которые показывают сопротивление, создаваемое этим фильтром. Такие датчики устанавливают на выходе фильтра. Сейчас на нашем рынке представлено несколько типов механических датчиков со шкалой в миллиметрах и дюймах водного столба (сказывается американское происхождение).

Обычно считается, что воздушный фильтр следует менять, когда его сопротивление во впускном тракте достигает уровня 25 дюймов (635 мм) вод. ст. В то же время многие датчики имеют шкалу лишь до 20 дюймов. Это вызвано тем, что сопротивление создается не только на фильтре, но и по всему впускному тракту.

Существует два типа подобных датчиков – более простые механические и более дорогие электромеханические. В зависимости от подключения и от того, где будет производиться контроль за давлением, сам показывающий прибор может быть установлен как непосредственно на корпусе фильтра, так и на панели приборов или в другом удобном месте, поскольку к воздушному фильтру зачастую добраться достаточно тяжело.

Человеческий фактор

Как уже говорилось, серьезной проблемой является человеческий фактор. С одной стороны, это подбор самого фильтра, а с другой – правильный подход к его замене. Многие пластмассовые и металлические корпуса выполнены с защелками. Верхняя защелка легкодоступна, а к нижней подобраться тяжело, и после замены фильтра некоторые механики, особенно если они не в настроении, дальнюю защелку ленятся закрыть, и тогда в этом месте подсасывается воздух, который в неочищенном виде попадает в двигатель.

Естественно, производители не оставили это без внимания и провели очередную эволюцию воздушных фильтров. Так, для уменьшения влияния человеческого фактора вместо защелок был придуман новый механизм фиксации крышки корпуса – так называемый «твист», когда крышка фильтра прикручивается и автоматически фиксируется защелкой. В этом случае по щелчку всегда легко убедиться, что крышка воздушного фильтра закрыта правильно, а снять ее легко. Новая разработка позволила изменить и конструкцию самого фильтрующего элемента. Правда, в настоящее время эта разработка поступает преимущественно на сборочные предприятия, а на вторичном рынке подобные фильтры присутствуют пока в ограниченном количестве.

Чтобы увеличить ресурс

Итак, при достижении сопротивления в 25 дюймов вод. ст. фильтр надо заменить, но и у нового фильтра начальное сопротивление около 8 дюймов, или 200 мм вод. ст. А рабочий диапазон составляет соответственно 17 дюймов, или 430 мм вод. ст. Поэтому для увеличения срока службы фильтров была проведена работа по уменьшению их начального сопротивления на 25% (до 6 дюймов, или 150 мм вод.  ст.) при сохранении той же эффективности очистки воздуха.

В радиальном фильтре количество бумаги ограничивается его наружным диаметром. Увеличить площадь поверхности бумаги можно только путем увеличения площади поперечного сечения фильтроэлемента, что можно сделать, лишь уменьшив его посадочный диаметр. Однако если уменьшить проходное сечение, то сократится количество воздуха, подаваемого к двигателю. Поэтому компания Cummins Filtration увеличила посадочный диаметр, одновременно увеличив глубину фриз, склеив их с посадочного торца. Эта технология запатентована под названием OptiAir и в настоящее время применяется несколькими компаниями, в том числе в Восточной Европе. Корпус такой конструкции полностью пластмассовый, что отвечает современным тенденциям на рынке фильтров: несмотря на то, что подготовка производства пластмассовых корпусов обходится намного дороже, чем металлических, конечный продукт получается дешевле.

Большим достоинством разработки OptiAir является то, что благодаря увеличенному сечению можно уменьшить габаритные размеры фильтрующего элемента, полностью сохранив при этом технические характеристики стандартного фильтра. То есть на транспортные средства с небольшим моторным отсеком, прежде всего на те же погрузчики, можно устанавливать уменьшенную модификацию данного фильтра. При этом корпус изначально снабжен крыльчаткой, обеспечивающей первичную циклонную очистку воздуха.

Кроме того, для работы в условиях повышенной запыленности воздуха разработаны специальные предочистители, позволяющие существенно уменьшить количество пыли и других загрязнений, поступающих к основному фильтрующему элементу, и тем самым продлить его ресурс.