Час читання: ~7 хв

Як улаштовані автомобільні фільтри: повітряні, оливні і паливні фільтри та фільтрувальні матеріали

Повітряний, оливний і паливний фільтри захищають двигун від абразивних частинок, продуктів зносу, води і відкладень. Кожен з них має свої вимоги: повітряний фільтр повинен затримувати пил за мінімального опору потоку, оливний - очищати оливу, витримуючи високу температуру і агресивні продукти її розкладання, паливний - затримувати найдрібніші частинки і воду, бо від чистоти палива залежить ресурс паливної апаратури. Нижче розглянуто, як улаштовані ці фільтри і з яких матеріалів їх виготовляють.

Повітряні фільтри

Повітряний фільтр затримує тверді частинки, завислі в повітрі, яке всмоктує двигун: мінеральний пил, сажу та органічні залишки. За даними джерела, сучасні повітряні фільтри досягають ефективності фільтрування близько 99,8 % для частинок розміром кілька мікрометрів.

Двигун внутрішнього згоряння споживає дуже багато повітря - за оцінкою джерела, у середньому близько 10 м³ на 1 л палива. Тому за високої ефективності фільтр повинен мати низький опір потоку і високу пилоємність, тобто здатність накопичувати забруднення. Від цього залежить і інтервал між замінами. Повітряний фільтр, як правило, складається з розбірного корпусу і змінного фільтрувального елемента.

Фільтрувальні матеріали

Для повітряних фільтрів переважно використовують фільтрувальний папір на основі целюлозних волокон, просочених фенольними, епоксидними або акриловими смолами. Просочення захищає волокна від води, оливи і парів палива. У сучасних матеріалах часто додають синтетичні волокна, які підвищують ефективність фільтрування і пилоємність.

Круглі фільтри для легкових автомобілів

Круглі повітряні фільтри з елементом у формі кільця або циліндра - традиційна конструкція, яку застосовували переважно на легкових автомобілях з карбюраторними двигунами, де під капотом було достатньо місця для великого корпусу. Повітря проходить через такий елемент, як правило, ззовні всередину, тому під час роботи двигуна на нього діють сили стискання. Якщо елемент високий або двигун великого об'єму споживає багато повітря, ці сили значні, тож для захисту від деформації застосовують підсилювальні сітки з металу з антикорозійним покриттям.

У деяких круглих фільтрах є передочищувач - додатковий шар з нетканого матеріалу. Його встановлюють для роботи в умовах особливо сильної запиленості або для подовження інтервалу заміни. Передочищувач затримує великі частинки, тому основна фільтрувальна перегородка забивається повільніше, а фільтр накопичує більше забруднень, перш ніж опір потоку досягне граничного значення.

Панельні фільтри

На сучасних легкових автомобілях з інжекторними двигунами місця під капотом менше через додаткові системи, наприклад кондиціонер. Тому тут застосовують панельні (плоскі) повітряні фільтри, які мають вигідніше співвідношення площі фільтрування і об'єму корпусу. Вони майже повністю витіснили круглі фільтри. Виготовлення панельних фільтрів складніше через форму перегородки і потребу в елементах жорсткості.

Жорсткість панельному фільтру надають спеціальні клейові шви, металеві або пластмасові сітки. Вони особливо потрібні, коли двигун великого об'єму або з турбонаддувом споживає багато повітря і на елемент діють значні згинальні сили. Найнебезпечніший цей стан наприкінці строку служби фільтра: забруднення забивають пори, опір потоку і перепад тиску зростають. Характерні ознаки - помітне зниження потужності і зростання витрати палива. Тому фільтр треба міняти вчасно, враховуючи не лише пробіг, а й умови експлуатації, зокрема запиленість повітря.

Повітряні фільтри вантажних автомобілів і спецтехніки

Дизелі вантажівок, дорожньої, будівельної і сільськогосподарської техніки споживають значно більше повітря, ніж двигуни легкових автомобілів, а їхнє річне напрацювання в кілометрах або мотогодинах у кілька разів більше. Тому вимоги до повітряних фільтрів тут вищі: за даними джерела, потрібна ефективність фільтрування сягає 99,8 %, а пилоємність має бути дуже високою через довгі інтервали заміни. Такі фільтри мають великі розміри, а площа фільтрувальної перегородки, за даними джерела, у багатьох випадках сягає 10 м².

У традиційних конструкціях елементи масивні: міцні металеві кришки, підсилювальні трубки і зовнішні обичайки із сітки, а герметичність у корпусі забезпечують ущільнення на кришках. Сучасні елементи часто мають поліуретанові кришки замість металевих: за збереження надійності це спрощує утилізацію відпрацьованого елемента.

Для важкої і сільськогосподарської техніки передбачено запобіжний (внутрішній) елемент - такий самий фільтрувальний елемент меншого діаметра, який вставляють усередину основного. Він додатково очищає повітря за сильної запиленості і захищає двигун, якщо основний елемент несподівано пошкодиться.

Оливні фільтри

Система змащення двигуна замкнена: олива змащує й охолоджує рухомі деталі, а також вимиває і переносить забруднення, що потрапляють з камери згоряння або утворюються під час зношування деталей. Ці забруднення затримує оливний фільтр. Залежно від типу двигуна фільтри суттєво різняться і будовою, і принципом дії.

Фільтрувальні матеріали

Стандартно для оливних фільтрів використовують фільтрувальний папір на основі целюлозних волокон, просочених фенольними або епоксидними смолами, які захищають матеріал від високої температури і агресивних хімічних сполук, що є в оливі і утворюються під час її розкладання. У сучасних матеріалах, особливо для синтетичних олив, додають штучні волокна або застосовують повністю синтетичні фільтрувальні матеріали, бо навантаження на перегородку вище.

Накручувані фільтри і змінні елементи

Накручувані нерозбірні оливні фільтри (spin-on) широко застосовують на легкових і вантажних автомобілях. Водночас у багатьох двигунах, зокрема сучасних, використовують розбірний корпус зі змінним фільтрувальним елементом (картриджем). Перевага такого рішення в тому, що утилізувати відпрацьований елемент простіше і менш шкідливо для довкілля, ніж цілий фільтр. Корпус, як правило, містить усі потрібні для роботи фільтра клапани, а також деталі, які фіксують елемент і забезпечують його герметичність.

Традиційні елементи мають міцну конструкцію: металеві кришки і внутрішня трубка з перфорованого листа або навитої стрічки забезпечують високу міцність на стискання і стійкість до перепадів температури. Перегородку з целюлозного паперу часто захищає зовні оболонка з перфорованого паперу або металевої сітки: вона оберігає кути складок від пошкоджень і не дає сусіднім складкам деформуватися і злипатися.

У сучасних елементах застосовують спеціальні синтетичні матеріали, які, за даними джерела, краще очищають оливу, мають менший гідравлічний опір і довший строк служби. В одному з описаних джерелом рішень на каркас елемента навита пружина квадратного перерізу, щільно обгорнута фільтрувальним матеріалом, що збільшує його робочу площу, а торцеві кришки встановлюють без клею.

Паливні фільтри

Паливні фільтри затримують забруднення бензину або дизельного палива і захищають прецизійні деталі паливної системи від швидкого зносу. Пил, іржа зі стінок бака, вода і мікроорганізми, що в ній живуть, можуть спричинити швидкий знос форсунок, насосів і клапанів регуляторів тиску. Тому паливну систему оснащують фільтрами, підібраними під вимоги двигуна, якість палива і умови експлуатації.

За даними джерела, сучасні двигуни вимагають затримувати частинки розміром близько 5 мкм з ефективністю понад 90 %, тому в паливній системі часто встановлюють кілька фільтрів. На відміну від оливних, паливні фільтри не мають перепускного (байпасного) клапана, який пропускав би паливо повз забитий елемент: у двигун має надходити лише чисте паливо. Краще, щоб двигун зупинився через забитий фільтр, ніж працював на неочищеному паливі.

Змінні елементи паливних фільтрів

Змінні елементи в розбірних корпусах широко застосовують на великих двигунах вантажівок і спецтехніки. Традиційні елементи, як і оливні, мають міцну конструкцію: кришки і внутрішня трубка з перфорованого листа або навитої стрічки захищають перегородку від деформацій, а зовнішня оболонка з перфорованого паперу оберігає складки і розділяє їх.

У сучасних елементах застосовують синтетичні матеріали. За даними джерела, вони затримують 96-98 % забруднень, практично всю воду, що надходить у фільтр, і подовжують строк служби елемента в 1,5-2 рази.