Filtr powietrza zasysanego przez silnik

Nowoczesne silniki samochodów osobowych średniej wielkości (o mocy ok. 60 kW) w trybie pracy zasysają w ciągu minuty ok. 6 m3 powietrza. W zależności od rodzaju i miejsca zastosowania zawartość cząstek w powietrzu może wynosić od poniżej 0,2 do maksymalnie 50 mg/m3. Całkowitą ilość zanieczyszczeń lub cząstek wprowadzonych do pojazdu w całym okresie jego użytkowania można obliczyć w następujący sposób: do całkowitego spalenia l kg paliwa silnik potrzebuje 14 kg lub 10,8 m3 powietrza. Jeśli przyjąć, że samochód przejeżdża w ciągu roku 20 000 km i zużywa 8 l paliwa na 100 km, silnik zasysa 12 400 m3 powietrza rocznie. W ciągu dziesięciu lat do silnika pojazdu wprowadzanych jest od 24,0 g do 6,2 kg pyłu. Drobiny pyłu zawarte w powietrzu zasysanym przez silnik mają średnicę od 0,01 do 2000 mm.
Około 75% (w odniesieniu do masy) cząstek ma średnicę od 5 do 100 mm. Zarówno rozkład ogólny, jak i koncentracja zależą od warunków otoczenia. Ilustracja 1 przedstawia średnią koncentrację masy pyłu w zależności od warunków eksploatacji.



Fot. 1. Stężenie pyłu w różnych warunkach eksploatacji mierzone na wysokości 1 m.

Jeśli powietrze filtrowane jest nieodpowiednio lub niedostatecznie, drobiny pyłu przedostają się do silnika, a tym samym częściowo także do oleju. Wraz z olejem cząstki przedostają się do obszarów krytycznych, np. szczelin między gładzią cylindrów, tłokami, pierścieniami tłoka i łożyskami korbowodów, co powoduje zużycie elementów konstrukcyjnych. Drobiny wprowadzane przez powietrze nie tylko przyczyniają się do zużycia silnika, lecz także odkładają się na wrażliwym przepływomierzu powietrza (HFM), umieszczonym po stronie oczyszczonego powietrza za filtrem powietrza. Przepływomierz powietrza jest odpowiedzialny za dozowanie doprowadzanej ilości paliwa. W przypadku, gdy sygnał odbiega od wartości zadanej, dochodzi do zmniejszenia mocy, a tym samym zwiększonego zużycia paliwa i większej emisji szkodliwych substancji. Nowoczesne filtry powietrza osiągają stopień separacji 99,8% (samochody osobowe) lub 99,95% (samochody użytkowe), co znacznie redukuje wprowadzaną ilość zanieczyszczeń oraz ogranicza niebezpieczeństwo zużycia.

Parametry oceny mediów filtracji powietrza
Od nowoczesnych mediów filtracji powietrza oczekuje się, by niezależnie od warunków eksploatacji spełniały wartości filtracji wyszczególnione w specyfikacji, np. zdolność pochłaniania pyłów i całkowity stopień separacji. Media filtracyjne powinny odznaczać się dużą stabilnością pulsacyjną, nie mogą przepuszczać pyłu nawet w warunkach dynamicznych, tzn. przy pulsacji silnika.
<02 copy.jpg>
Fot. 2. Wkład filtracyjny z wysoko wydajnej włókniny (po lewej) w porównaniu z papierowym wkładem filtracyjnym (po prawej) przy takiej samej zdolności pochłaniania zanieczyszczeń i dokładności filtracji wymaga przestrzeni montażowej mniejszej o 35%

Ponadto typowa struktura falista wkładu filtracyjnego (duża gramatura na możliwie małej przestrzeni montażowej – fot. 2) nie powinna się zmieniać, w przypadku gdy woda przedostanie się do filtra, czego nie można wykluczyć np. podczas jazdy po kałużach lub w czasie deszczu. Dobre medium filtracyjne powietrza powinno być odporne na olej silnikowy, opary paliwa oraz gazy ze skrzyni korbowej, które przedostają się do medium filtracyjnego z zasysanego powietrza lub na skutek dyfuzji (gdy silnik nie pracuje). Wymagana jest także duża stabilność termiczna materiałów, ponieważ temperatura elementu filtracyjnego w czasie jazdy może wzrosnąć do 90°C.

Parametry materiałów
Media filtracji powietrza w pojazdach silnikowych są wykonane z naturalnie (celuloza) lub sztucznie wyprodukowanych włókien (np. poliester) – fot. 3. Media charakteryzowane są przez gramaturę, grubość, przepuszczalność powietrza (DIN 53 887) lub wielkość porów. Innymi parametrami są: wytrzymałość na zginanie (DIN 53 864), wytrzymałość na rozrywanie, odporność na przebijanie (DIN 53 113), klasa odporności ogniowej (DIN 53 438) oraz średnica i długość włókien.



Fot. 3
a.) Standardowy papier filtracyjny
b.) Wielowarstwowypapier filtracyjny
(u góry: widok z góry; na dole: przekrój)

Średnica celulozowych lub syntetycznych włókien ciętych wynosi od 10 do 50 mm, włókna typu meltblown (włókna z tworzywa sztucznego wykonane metodą pneu-motermiczną) są cieńsze. W przypadku grubości papieru 0,45 mm media filtracji powietrza produkowane na bazie celulozy mają gramaturę ok. 100 g/m2. Parametry różnych mediów są zamieszczone w tabeli.

Tab. Parametry różnych mediów filtracyjnych.

Na podstawie książki “Filtracja w pojazdach silnikowych”, Verlag Moderne Industrie, Wydawnictwo MANN+HUMMEL.