Как устроены воздушные фильтры и как их правильно выбирать

«Всегда быть в маске – судьба моя!» В свете нынешней пандемии будем надеяться, что слова из «Арии мистера Икс» не окажутся пророческими для всего человечества. Однако мог ли себе представить создатель «Принцессы цирка» И.Кальман, что «аранжировку» его произведения будут исполнять на разные голоса выхлопные трубы миллионов двигателей внутреннего сгорания. Ведь им без «масок», или воздушных фильтров никак не жить…

Естественно, условия заснеженных Антарктиды или Крайнего Севера в расчет брать не будем, хотя и там идеально чистого воздуха быть не может. Во всех остальных местах нашей планеты атмосфера запылена в большей или меньшей степени. И если человеческие бронхи — орган самоочищающийся, то двигатель внутреннего сгорания таким не похвастается. Воздух ему требуется только очищенный: для создания идеальной топливно-воздушной смеси 14,7 кг воздуха на 1 кг бензина. А в случае с дизтопливом, примерно в два раза больше.

Казалось бы, чем могут навредить ДВС невидимые пылинки? В микроскопических объемах — практически ничем. Но моторы работают часами и годами, сжигая тонны воздуха. Если его не очищать, твердые фракции любого размера, смешиваясь с маслом, образуют высокоагрессивную смесь. Не случайно профессиональные точильщики ножей увлажняют абразивные камни водой или маслом. Несколько движений лезвием, и с самой прочной стали легко снимается слой за слоем…

Для ДВС существует шесть основных типов фильтрующих систем, но в случае с легковыми автомобилями сегодня используется, как правило, одноступенчатая, с сухим сменным фильтрующим элементом. То есть с бумажным фильтром, имеющим давно привычный для нас вид сложенной гармошки.

Вместо бумаги в конструкции фильтровальной шторы может использоваться хлопчатобумажная ткань или современные композитные наноматериалы, но это особый случай, так как такие фильтры дороже и чаще всего применяются в автомобилях премиального сегмента.

Производителей бумажных фильтров — бесчисленное множество, производителей непосредственно бумаги для фильтров – поменьше. Не так много и тех, кто выпускает качественные полиуретаны для фильтрующих штор, которые одновременно являются и силовыми каркасами фильтров. Да, из них же, но более мягких, делается и рамка фильтра, которая прижимается крышкой корпуса и не позволяет входящему воздуха попадать в «чистую зону» обходным путем.

Кстати, такая рамка или окружность, в зависимости от формы фильтра, должна быть упругой и не дубеть от времени или перепадов температур. Это один из показателей качества фильтра, хотя главное, конечно же, в том, из чего и по каким технологиям сделан сам фильтрующий элемент.

У фильтров с ресурсом до 30 тысяч км в основе целлюлоза с набором калиброванных отверстий-пор различного диаметра. Если говорить об их размерах, речь идет о микронах. Более долгоживущие варианты – целлюлоза плюс предварительный фильтр — выхаживают до 50 тысяч километров.

Тем не менее, большинство фильтров панельной конструкции не имеют дополнительного фильтрующего элемента. По всей видимости, производители фильтров масс-сегмента считают, что качественная целлюлоза и так отлично справляется со своей задачей.

Самые продвинутые фильтры, как уже писали выше, из гофрированной синтетики, выхаживающие под 100 тысяч километров. В них применен принцип послойной или многоступенчатой очистки. Сначала отсекаются самые крупные частицы, затем меньшие по размеру, оседающие на самом фильтре и так до самых мелких. Но это некий общий принцип работы, на практике же все гораздо сложнее.

Есть еще и конические бескорпусные фильтры, или как их еще иногда называют «Фильтры с нулевым сопротивлением». Они эффективны, но дороги и как правило используются в автоспорте.

Всегда стоит помнить, что качественное автоматизированное оборудование для производства воздушных фильтров, равно как и комплектующие, стоит дорого. Потому «копеечный» воздушный фильтр в рознице, скорее всего, не выдержит никакой критики при инструментальной оценке его характеристик.

Дело в том, что расчет фильтра производится только вместе с корпусом. Равно как и эффективность фильтрации в процентах, опять же, нельзя оценивать без корпуса (или его имитации), под который фильтрующий элемент сконструирован. Вся система проектируется еще и с учетом уменьшения шума при прохождении подаваемого воздуха, снижения турбулентности и скорости поступающего потока.

Именно для этого площадь поперечного сечения впускного фланца в корпусе меньше площади поперечного сечения самого фильтра. В результате датчик массового расхода воздуха на входе наиболее корректно определяет его количество для получения оптимального состава топливной смеси.

Мало кто из автолюбителей знает, что датчик массового расхода воздуха может загрязниться. Как из-за разрыва воздушного фильтра, так и от длительной эксплуатации без очистки. В этом случае он будет давать неверные показания в ЭБУ, которые приведут к нарушению состава топливной смеси. Такой датчик требует очистки и промывки.

Чаще всего «независимые» тесты воздушных фильтров для ДВС имеют весьма далекие от истины результаты. Дело в том, что на самодельном или простеньком стенде поток воздуха с калиброванными мелкими пылевыми частицами не показывает реальной картины работы фильтра.

Впрочем и на глаз определить качество работы воздушного фильтра практически невозможно. Разве что, по каким-то грубым недочетам: визуально малому количеству гофр в гармошке, тонкой бумаге, облою в полиуретановых уплотнениях, их выраженных деформациях, откровенно дешевой и некачественной упаковке.

Потому стоит доверять испытаниям, проведенным по методике ISO 5011: 2014: c дополнением номер 1. Этот тест является «золотым стандартом» тестирования воздушных фильтров. Он используется всеми крупными производителями автомобилей, двигателей и фильтров в мире для проектирования и оценки своих воздушных фильтров.

Не меньшей авторитетностью пользуется и одобрение продукта SAE – Обществом автомобильных инженеров. Оба этих значка на коробке с фильтром говорят о том, что продукт в ваших руках — надлежащего качества. Оговоримся, что присутствие этих маркировок на упаковках далеко не обязательное, даже если продукт и испытывался по упомянутым стандартам.

ISO 5011 или более ранний стандарт SAE J726 подразумевают серию гравиметрических испытаний. В первую очередь, это тестирование «Эффективности фильтра». Оценка в 100% означает, что пыль в двигатель не попала вообще. Фильтр эффективностью 98% будет пропускать примерно в два раза больше пыли, чем фильтр с эффективностью 99%. Кажущаяся небольшая разница в степени фильтрации, на самом деле, довольно приличная. Что же касается самой пыли, то она соответствует ISO 12103-A2 (мелкая) и -A4 (обычная или курсовая), имеет размер частиц от 2,5 микрон до 80 и более микрон и подается в количестве до 9,8 г/мин.

Сделаем оговорку, что фильтр, который проходил некоторое время, оказывается эффективнее нового. Дело в том, что на нем образуется пылевой слой, который уменьшает сечение более крупных пор, и фильтрация мелких частиц становится лучше.

Второй параметр тестирования — это «Накопительная емкость». Иначе говоря, это мера пылеулавливающей способности фильтра до того, как он начнет ограничивать поток воздуха и потребует замены. Чем она выше, тем лучше.

Расхожее мнение о том, что забитый пылью воздушный фильтр резко повышает расход топлива не совсем верно. Специалисты EPA, Агентства по охране окружающей среды США пришли к выводу, что грязный воздушный фильтр на 12-14% снижает мощность двигателя и ухудшает динамику автомобиля.

Третий параметр – «Накопительный прирост» или общее количество пыли в граммах, прошедшее через фильтр за время теста. Продолжительность теста варьируется для каждого фильтра в зависимости от того, сколько времени потребовалось для достижения предела «Накопительной емкости». Соответственно, минимальные цифры говорят о лучшем качестве фильтра.

Еще один немаловажный показатель — «Первоначальное сопротивление». Он показывает сопротивление чистого фильтра воздушному потоку при прохождении 350 кубических футов в минуту (CFM). Опять же, минимальная цифра будет наилучшей.

Ну, и такой параметр, как «Количество пропущенной пыли за общее временем испытания», говорит сам за себя. Например при тесте фильтр ACDelco модели А1618С для 6,2-литрового мотора, устанавливаемого на Chevrolet Tahoe, за 60 минут собрал 574 г пыли, а пропустил 0.4 г. В то же время фильтр «ноунейм» выдержал лишь 36 минут испытаний до предела «рабочего состояния», и пропустил за это время 2,4 г пыли. Кстати, по данной методике проходят тестирование все фильтры компании ACDelco.

Экономия на фильтрах, равно как и на остальных запчастях и расходниках часто выходит боком. Но это не означает, что ДВС будет куда лучше работать, если вы установите воздушный фильтр, способный улавливать все, вплоть до вирусов. Да и от сделавшего подобное предложение продавца стоит бежать без оглядки. Почему — расскажем в следующем материале про салонные фильтры.

В любом случае, принцип «разумной достаточности», если он не перекликается с экономией на грани скупости, еще никого не подводил.

Теперь вам слово, уважаемые читатели! Как вы выбираете воздушные фильтры, как часто их меняете? Будем рады вашим комментариям и дополнениям!