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.

Конструкция и принцип работы масляного фильтра

Масляный фильтр представляет собой компонент двигателя, предназначенный для фильтрации загрязнений из смазывающей жидкости, поступающую и циркулирующую в моторе. В автомобильной промышленности фильтра различаются по принципу действия, назначению и объёму проходящего масла. Последние, в свою очередь, делятся на 3 вида: полнопоточные, частичнопоточные и комбинированные.

Назначение масляного фильтра

В смазочной системе двигателя масло циркулирует через узлы и механические компоненты двигателя, омывая их. Таким образом, ликвидируется нагар, осадки и прочие загрязнения, предупреждая ускоренный износ элементов двигателя.

Весь мусор и излишки смазки, в зависимости от системы картера, попадают в поддон или бак. Для того что бы масло могло далее использоваться в работе мотора и полноценно выполнять свои функции, требуется предотвратить попадание собранных отходов в систему циркуляции смазки. Именно эту задачу и выполняет масляный фильтр, расположенный, как правило, в нижней части корпуса двигателя автомобиля.

Фильтрующий элемент решает сразу несколько проблем:

• снижение вязкости масла, которое может быть вызвано переизбытком загрязняющих веществ;
• очистка жидкости от загрязнений любого происхождения (сажа, ржавчина, продукты износа и т.д.);
• сохранение химических и физических характеристик масла на протяжении всего периода использования;
• уменьшение износа компонентов двигателя посредством удаления из смазочной жидкости металлических включений.

Наличие маслофильтра обеспечивает стабильную работу силовому агрегату в целом.

Конструкция мембранного маслофильтра

Конструкция элемента достаточно проста:

1. Корпус в виде цилиндра с крышкой, на котором расположено несколько входных отверстий и одно выходное с резьбой для крепления.
2. Фильтрующая мембрана. Именно она задерживает весь мусор, а в двигатель подаёт уже очищенное масло. Производится мембрана, как правило, из специализированного картона, который выкладывается в корпусе гармошкой или рулоном. Для увеличения срока службы прокладочный материал дополнительно пропитывают веществами, устойчивыми к воздействию моторных масел.
3. Перепускной клапан. Используется в не штатных ситуациях и предназначен для перенаправления масла в мотор, в обход мембраны. Такая ситуация может возникнуть, на пример, при пониженных температурах или при сильном загрязнении фильтра. Повышенная вязкость масла или забитый фильтрующий элемент не позволяют пройти смазочной жидкости через фильтр к узлам двигателя. В этом случае двигатель будет работать на не очищенном масле, но это лучше чем он останется вовсе без смазки.
4. Обратный или противодренажный клапан не даёт маслу сливаться обратно в фильтр из мотора. Способствует быстрому поступления смазки к деталям двигателя при запуске.
5. Прижимная пружина фиксирует обратный клапан во время выключенного двигателя.
6. Уплотнитель в виде резиновой прокладки — предназначен для герметизации в месте соединения с корпусом двигателя.

С практической точки зрения работа фильтра выглядит таким образом: во время старта двигателя насос засасывает из поддона или бака масло, которое поступает в отверстия маслофильтра, очищается и далее попадает в основную магистраль системы смазки. Все примеси и осадки остаются в мембране фильтра.

Виды фильтра по объёму пропускаемого масла

При выборе масляного фильтра руководствуются несколькими параметрами, один из которых пропускная способность (количество за единицу времени). Эта характеристика позволяет определить эффективность очистки при помощи того или иного фильтрующего элемента. Выделяют три вида устройств:

1. Полнопоточный. Самый популярный и простой вариант, который устанавливается последовательно с другими компонентами системы. Всё масло, всасываемое насосом, проходит через него, что соответствует максимально быстрой очистке всего объема жидкости. Как только фильтр засоряется, происходит сработка перепускного клапана, и весь объем смазки в неочищенном виде поступает в магистраль системы.
2. Частичнопоточный. Конструкция устанавливается в систему таким образом, чтобы моторное масло проходило сквозь него частично. Значительным преимуществом такого фильтра является – качественная очистка, однако в этом случае теряется скорость прохождения смазочной жидкости через систему.
3. Комбинированный. Принцип фильтрации в основном применяется для дизельных двигателей. Сразу используются полно- и частичнопоточный фильтры. Первый берёт на себя 90% очищения масла, а второй соответственно 10%. Комбинированная схема позволяет получить преимущества от обоих видов фильтров: качество и скорость очистки.

Также, исходя из конструкции, различают:

• одноразовые, неразборные конструкции;
• разборные, со сменным фильтрующим элементом.

Принципиально эти фильтры не отличаются между собой, однако у второго на крышке расположена гайка. Она позволяет разбирать конструкцию для замены отработанной мембраны и промывки внутренней части фильтра.

Центробежный маслофильтр

Центробежные фильтры чаще всего используются в двигателях тракторов, внедорожников, строительной техники и других тяжелых машин. Они состоят из корпуса, в котором на статичной полой оси расположен ротор с соплами. Ротор представляет собой корпус и стакан, нижняя или боковая часть которого оснащена жиклерами, установленными под углом к оси.

На практике центробежный масляный фильтр работает так, что под давлением масло подаётся на ось, оттуда сквозь отверстия попадает в стакан и к соплам. Последние обладают небольшим диаметром, поэтому смазка вытекает из них струйками и на высокой скорости, чем создаёт реактивный момент. Так сам ротор начинает активное вращение до 5-6 тысяч оборотов в минуту. В процессе вращения возникает центробежная сила, которая выталкивает из жидкости все загрязнения на стенки роторного стакана, где они и остаются. Чистое масло, выходящее из форсунок, поступает в корпус и далее в магистраль двигателя.

Чаще всего центробежные фильтры являются частичнопоточными.

Ресурс работы и замена маслофильтра

Меняется масляный фильтр в процессе замены масла. Производители рекомендуют это делать через каждые 10-15 тысяч км. На практике этот интервал лучше уменьшить до 7-ми тысяч км, а при применении низкокачественного топлива и масла – ещё на треть.

Для определения более точных сроков эксплуатации фильтра, необходимо учитывать его качество. Реплики служат в разы меньше оригиналов – обязательна замена через каждые 2-3 тысячи километров.

Для легковых автомобилей нормальной фильтрацией считается удержание 50% твердых фракций размером свыше 45 мкм или 0,05 мм.

Чтобы точно определить сроки эксплуатации, нужно учитывать тип масляного фильтра, а также его марку. Неоригинальные комплектующие прослужат значительно меньше, а иногда потребуется осуществлять замену поддельного масляного фильтра каждые 2-3 тысячи километров. Проблема кроется в качестве, а также в количестве фильтрующего элемента, на которых стараются экономить нелегальные производители. Конечно, оригинальный масляный фильтр стоит дороже, но и служит он намного дольше.

Проблема кроется в экономии изготовителя на фильтрующей мембране, оригинал отслужит в разы больше.

Замена фильтра производится при помощи ключей, так как нередко его уплотнительное кольцо приплавляется к корпусу. Для извлечения маслофильтра можно воспользоваться следующими инструментами:

• Специальная накидная головка (имеет определенный размер) – наиболее правильный способ.
• Накидной ключ – имеет подвижный округлый захват с зубьями.
• Ключ в размер – представляет собой округлый хомут с зазубринами фиксированного размера. Такой ключ подбирается под конкретную модель фильтра.
• Ключ-краб – универсальный вариант, имеющий три ножки, обхватывающие и зажимающие корпус.

Помимо вышеперечисленного инвентаря для демонтажа применимы съёмники цепного и ленточного типа. Их устанавливают на корпус фильтра и плотно затягивают. Если же под рукой не оказалось специнструмента, то можно воспользоваться следующими способами:

1. Производится обмотка фильтра верёвкой, к ней же привязывается рычаг (гаечный ключ или отвёртка).
2. При помощи молотка и отвёртки можно пробить корпус и последняя используется как рычаг для отвинчивания, однако данный метод применим только для одноразовых фильтров.

От нормальной работы фильтра во многом зависит и стабильная работа мотора, а также срок эксплуатации его механических элементов. Так что, не стоит пренебрегать своевременной заменой масляного фильтра, ведь от этого может зависеть долголетие двигателя автомобиля.