Что такое воздушный фильтр, для чего он нужен и где находится?

Есть одна прописная истина: двигателю внутреннего сгорания для работы нужен воздух. Причем воздуха необходимо довольно много: на 1 литр топлива идет 15 килограмм воздуха. Если его будет меньше, бензин или дизтопливо будет сгорать не полностью, нагружая катализатор, сажевый фильтр или легкие окружающих людей.

Но вот откуда берется этот воздух и какого качества он должен быть – об этом задумываются довольно редко. А на самом деле всё просто: воздух можно добыть только из окружающего пространства. И качество этого воздуха напрямую зависит от того, где едет автомобиль: в чистейшем девственном лесу после дождя или по проселочной грунтовой дороге в клубах пыли.

И вот всё, что есть в воздухе, всасывает в себя двигатель: кислород, пыль, пыльцу с деревьев, песок, насекомых, птичьи перья, тополиный пух… Представьте, во что превратится дорогой современный мотор с его микронными зазорами, если в него регулярно будет попадать песок и пыль. Вот для того, чтобы отсеять из воздуха всё лишнее, кроме самого воздуха, и используется воздушный фильтр (ВФ) — устройство, предназначенное для очистки воздуха, который нужен для создания топливной смеси в двигателе автомобиля . От того, как он выполняет свою работу, зависит и срок службы ДВС.

Итак, воздушный фильтр – это очищающее устройство, предназначенное для отсеивания примесей из воздуха, идущего в двигатель. Ставится он абсолютно на всех бензиновых, дизельных и газовых автомобилях, поскольку ДВС без него долго не «живет».

Существует несколько типов конструкции ВФ (об этом дальше), но все они имеют одинаковый принцип — фильтрующий элемент (в большинстве случаев это специальная бумага) сложен гофрой для увеличения полезной площади. И всё это закреплено в корпусе — цилиндрическом, панельном или кольцеобразном. ВФ устанавливается на посадочное место таким образом, чтобы весь входящий воздух проходил только через него, без щелей и зазоров по периметру.

Место установки фильтра – между воздухозаборником и впускным коллектором. Как правило, это специальный корпус, к которому есть легкий доступ для технического обслуживания, расположенный рядом с двигателем. В зависимости от того, как конструкторы расположили воздухозаборник, ВФ может работать в сравнительно комфортных условиях, а может страдать от попадания влаги или загрязнения выхлопными газами.

В пользу воздушного фильтра остается только добавить, что в обычных городских условиях он продлевает срок службы двигателя примерно на 20%. А если выехать из чистенького города на проселочные дороги, то фильтр способен продлить «жизнь» мотора уже на 200%. Согласитесь, ради этого можно время от времени тратиться на новый фильтр.

Воздушные фильтры

Воздушные фильтры — это устройства, используемые для сведения к минимуму или удаления нежелательных частиц из воздуха. Это может быть воздух, протекающий в системе вентиляции, или воздух, движущийся через открытое внутреннее пространство. Промышленные системы фильтрации воздуха улучшают качество воздуха в помещениях и продлевают срок службы машин, двигателей и оборудования.

Воздушные фильтры можно использовать везде, где требуется очистка воздуха. Поскольку загрязнение воздуха можно найти практически повсюду, воздушные фильтры пользуются довольно большим спросом. Фильтры применяются на самых разных производствах: при очистке сточных вод, производстве нефти и газа, бумаги и пластика, удобрений, в авиакосмической промышленности, фармацевтическом производстве и многом другом.

В этих отраслях производители полагаются на воздушные фильтры. Однако воздушные фильтры также важны для использования в доме и вокруг него, например, в печах, пылесосах, кондиционерах и увлажнителях.

Особенно полезно использование воздушных фильтров в домашних условиях, в которых есть домашние животные или чрезмерное количество плесени, грибка и пыли, вызывающих аллергические симптомы. Воздушные фильтры помогают очищать воздух и удалять эти вызывающие аллергию частицы, позволяя домовладельцам и их семьям легче дышать.

Включение фильтров в систему кровообращения особенно важно для людей, склонных к астме или людей с затрудненным дыханием. Кроме того, в медицине фильтры могут использоваться для удаления бактериальных и вирусных микробов и инфекций, которые переносятся через молекулы воздуха.

История появления воздушных фильтров

Концепция воздушных фильтров зародилась в 16 веке, когда рабочие начали носить защитные воздушные респираторы над носом и ртом, чтобы предотвратить вдыхание вредных паров, паров, газов или частиц пыли. На протяжении 1700-1918 годов такие инженеры, как Александр фон Гумбольдт и Льюис П. Хаслетт, работали над респираторами с очисткой воздуха. Изобретение Хаслетта, названное «Легочным протектором», фильтрует пыль с помощью увлажненной шерсти и одностороннего клапана с заслонкой.

В конце 1940-х годов Химическая корпорация армии США и Комиссия по атомной энергии США вместе разработали первый фильтр HEPA (высокоэффективный воздушный фильтр для твердых частиц). Сначала его назвали «коллективные защитные фильтры», они разработали фильтры HEPA для защиты от радиоактивных химических агентов.

После окончания Второй мировой войны правительство США рассекретило технологию фильтрации HEPA и производители начали производить ее для бытового и коммерческого использования. В то время как первые фильтры HEPA были сделаны из компонентов асбеста, к концу 50-х годов от этого ингредиента отказались, поскольку он опасен для здоровья.

В 1960-х годах, получив жалобы на дефектные фильтры, Комиссия по атомной энергии ввела проверку качества. В 1963 году немецкий инженер-механик Клаус Хаммес вместе со своим братом Манфредом разработали первый фильтр чистого воздуха для бытовых духовок.

Фильтры состояли из фильтрующей прокладки и магнитов, которые позволяли пользователям прикреплять ее к выпускному отверстию для воздуха. Он улавливал пыль в холодном воздухе при входе в духовку и нагревании, уменьшая «скопление черной пыли» на стенках печи.

По мере того как потребители начали замечать, что использование фильтров также снижает их аллергию и астму, популярность системы Hammes росла. После этого компания Hammes разработала аналогичные системы фильтрации для другого отопительного оборудования, такого как радиаторы и системы воздушного отопления и охлаждения.

В последующие десятилетия инженеры продолжали находить новые фильтрующие материалы. Чем больше исследователи узнают о вредных частицах и веществах, которые существуют в воздухе, тем больше воздушных фильтров играет важную роль в долгосрочном здоровье общества. Сегодня воздушные фильтры предлагают широкий диапазон уровней фильтрации для бесчисленных сред.

Состав и назначение воздушных фильтров

Производители воздушных фильтров производят свою продукцию из самых разных материалов. К ним относятся ткани, бумага, металл, пластик и альтернативы, такие как древесный уголь.

Выбор того, какие они используются, полностью зависит от предназначения воздушного фильтра. Например, ткани выбираются для использования с твердыми частицами, проходящими через газ. Часто тканевые фильтры, такие как фильтровальные мешки, используются снова и снова.

Бумага, с другой стороны, выбирается, когда клиентам требуется вариант одноразового фильтра. Между тем, такие металлы, как нержавеющая сталь, могут использоваться в качестве фильтрующих сеток для более тяжелых условий фильтрации.

Пластмассы используются в электростатических фильтрах для создания естественного статического заряда от трения, которое притягивает частицы пыли.

Наконец, производители выбирают фильтрующие материалы, такие как активированный уголь или древесный уголь, для работы с водой. Углеродный элемент вызывает химические реакции внутри самого фильтра, притягивая и удаляя вредные элементы из воздуха.

При определении наиболее подходящего типа фильтра для любого конкретного применения производители учитывают ряд факторов, связанных с применением.

К ним относятся: требуемая эффективность фильтрации (определяется размером волокон фильтра, плотностью волокон в фильтре и скоростью воздуха, проходящего через фильтр), размером и плотностью улавливаемых частиц, возможно клей, а также доступное пространство и ограничения мощности.

Обратите внимание, что плотные фильтры улавливают больше частиц и, следовательно, обеспечивают более высокий уровень очистки воздуха, но также требуют большей мощности, чтобы пропускать воздух через фильтр.

Большинство производителей предлагают вам индивидуальные параметры, в том числе связанные с длиной фильтра, толщиной фильтра, шириной фильтра и формой рамки.

Какие бывают?

Поскольку фантазия автоконструкторов границ не имеет, появилось довольно много разновидностей воздушных фильтров. Они различаются и по форм-фактору, и по структуре фильтрующего элемента, и по количеству степеней фильтрации.

Итак, какие бывают формы ВФ?

1. Кольцевые — самая старая конструкция, которая сегодня используется в карбюраторных двигателях. Представляет собой широкое и низкое кольцо (цилиндр), внешняя часть которого состоит из фильтрующего материала, как правило, усиленного сеткой. Такой фильтр не подходит для современных автомобилей: слишком низкая пропускная способность.

   Устройство кольцевого воздушного фильтра

2. Панельные — отличное решение для легковых автомобилей: гофрированный фильтрующий материал выложен в виде ровной поверхности. Площадь фильтрации больше, чем у кольцевых. Для прочности может использоваться каркас (в каркасных фильтрах. В бескаркасных только уплотнитель). А чтобы ВФ не страдал от вибрации, его поддерживает металлическая или пластиковая сетка.

   Устройство панельного воздушного фильтра

3. Цилиндрические — на легковые автомобили ставятся достаточно редко (но иногда всё-таки ставятся), а в основном идут на коммерческий транспорт. Представляют собой высокий узкий цилиндр из фильтрующего материала, армированный сеткой и закрепленный в уплотнителях.

   Цилиндрический воздушный фильтр

4. Нулевого сопротивления («нулевик») — особый тип, который масово практически не используется. Он предназначен, скорее для гоночных машин, так как за счет меньшего сопротивления потоку воздуха, способствует увеличению мощности двигателя. Но качество фильтрации при этом, под большим вопросом.

   Фильтр нулевого сопротивления

Классификация по типу фильтрующего материала.

Изготовлением материала для фильтров занимаются специализированные производители. А те компании, которые выпускают ВФ под своими брендами, покупают готовое сырье и только «собирают паззл» – гофрируют материал, режут, склеивают, устанавливают в корпус или резиновый уплотнитель.

Чтобы обогнать конкурентов, производители предлагают новые и новые варианты фильтрующих материалов, так что сегодня на рынке их уже более 400 видов.

1. Бумага — это специальный, плотный материал, имеющий микропоры, через которые проходит воздух, но не проходят твердые частички. Бумажные фильтры сегодня на рынке получили самое большое распространение: цена низкая, эффективность высокая. Чтобы такой ВФ не боялся воды, он может быть пропитан маслом или другим специальным составом.
2. Синтетика — это нетканый пористый синтетический материал, который только в последние годы начал активно использоваться в производстве. По некоторым параметрам он превосходит бумагу — меньше страдает от влаги и более качественно фильтрует. Однако цена такого фильтра намного выше, чем простого бумажного, а срок службы такой же.
3. Ткань — материал, пропитанный специальным маслом, из которого делают фильтры нулевого сопротивления. На обычных автомобилях такие девайсы не ставят, это атрибут или спортивных гоночных авто, или тюнингованных. «Нулевик» действительно меньше тормозит поток воздуха, чем обычный ВФ, что позволяет прибавить к мощности мотора аж 2-5 л.с. Что хорошо для спорта, где на счету сотые доли секунды, но бесполезно в городских пробках.

Таблица характеристик разных материалов

Таблица эффективности работы фильтрующих элементов, в зависимости от материала производства

Дополнительным преимуществом фильтров из нетканых материалов является то, что, будучи намоченными (например, при езде автомобиля в дождливую погоду), они обеспечивают значительно меньшее сопротивление проходящему через них воздуху. Поэтому, исходя из перечисленных характеристик, можно утверждать, что фильтры из нетканых материалов являются лучшим решением для любого автомобиля. Из недостатков у них можно отметить лишь более высокую цену по сравнению с бумажными аналогами.

Кстати, бумага для ВФ не так проста, как кажется. В хороших моделях она имеет неоднородную пористую структуру: размер пор больше на внешней стороне, откуда заходит воздух, и уменьшается по мере углубления в бумажный слой. Таким образом, крупные частички остаются на поверхности, более мелкие – в середине бумажного слоя, самые мелкие – в глубоких слоях. Такой фильтр не забивается сразу даже при езде в очень запыленной или песчаной местности.

Количество степеней фильтрации.

Всё хорошее можно улучшить, если постараться. Это относится и к воздушным фильтрам. Можно добавить фильтрующие элементы, и качество очистки воздуха повысится. Конструкторы создали несколько степеней фильтрации.

1. Одна – это тот самый простой ВФ, состоящий из бумажного или синтетического гофрированного слоя. «Дешево и сердито».
2. Две – поверх основного фильтрующего слоя расположен так называемый предочиститель. Это пористый синтетический материал, который принимает на себя воздушный поток и задерживает самые крупные частицы. За счет структуры материал долго сохраняет пропускную способность и помогает основному фильтру дольше оставаться в рабочем состоянии.
3. Три – это самый «продвинутый» вариант, когда перед основным фильтрующим элементом и предочистителем, установлена специальная циклонная камера, в которой воздух проходит по спирали. В результате отсеивается часть пыли. Внешне их можно узнать по насадке-крыльчатке или по внутреннему рельефу корпуса. Циклонные ВФ всегда цилиндрической формы, так что встретить их на обычных легковых автомобилях практически невозможно.

Можно добавить еще последнюю градацию — воздушные фильтры бывают плохие и хорошие. И это зависит не только от материала, степеней фильтрации и даже формы. Их качество определяется еще и тем, как он собран и какие технологии использованы при его производстве.

Какие бывают типы воздушных фильтров?

Помимо классификации по материалу изготовления воздушные фильтры делятся на следующие типы:

1. Корпус выполнен в виде цилиндра. Эта конструкция зависит от типа воздухозаборника. Чаще всего подобные детали устанавливаются в дизельном транспорте (иногда встречаются в легковых авто с дизельным ДВС, а в основном – на грузовиках). Подобную конструкцию могут иметь фильтры нулевого сопротивления.
2. Корпус выполнен в форме панели, в которой закреплен фильтрующий элемент. Чаще всего подобные модификации стоят дешево, и используются по умолчанию. Фильтрующий элемент в нем – бумага со специальной пропиткой, предотвращающей деформацию контактной поверхности при контакте с влагой.
3. Фильтрующий элемент не имеет каркаса. Подобный тип устанавливается в большинстве современных автомобилей, как и предыдущий аналог. Единственное отличие – конструкция модуля, где устанавливается подобный фильтр. Эти две модификации имеют большую контактную площадь фильтрации. В них для предотвращения деформации может использоваться армирующая проволока (или пластиковая решетка).
4. Фильтр, выполненный в форме кольца. Такие элементы используются в моторах с карбюратором. Основной недостаток таких фильтров в том, что они занимают большую площадь, хотя очистка воздуха в них осуществляется по большей степени в одной части. Так как при всасывании воздуха на материал оказывается давление, достаточное для его деформации, в конструкции данного типа деталей используется металлическая сетка. Она увеличивает прочность материала.