18 lipca 2019


Podobnie jak układy wydechowe, elementy układu zasilania, a szczególnie filtry powietrza, wymagają szczególnej uwagi. Wystarczy zdać sobie sprawę, że podczas spalania 1 l paliwa silnik spalinowy zużywa około 15 kg powietrza. W zależności od jakości nawierzchni i zanieczyszczenia powietrza szacuje się, że spalając 10 l paliwa na 100 km wraz z powietrzem zasysa 0,15 g pyłu, a na drogach gruntowych nawet 30 g.

Ryszard Romanowski

Przeprowadzone w latach siedemdziesiątych badania silnika samochodu ciężarowego dowiodły, że 1 g pyłu o wielkości ziaren poniżej 50 mikrometrów powoduje ubytek materiału pierścieni tłokowych o około 0,267 g, a tulei cylindra o 0,293 g. Powoduje to zwiększenie średnicy o 0,00164 mm. Pył powoduje również przyśpieszone zużycie łożysk, krzywek wałka rozrządu itp.
Jak to często w technice motoryzacyjnej bywa element filtracyjny i jego obudowa muszą spełnić kilka funkcji. Jedną z nich jest jak najdokładniejsze oczyszczenie zasysanego powietrza przy jak najmniejszych oporach przepływu. Ważna jest tzw. pojemność pyłowa, czyli ilość pyłu, który może zaabsorbować filtr bez spadku jego zdolności oczyszczania i bez nadmiernego wzrostu oporów przepływu. Orientacyjną wartością określającą jakość filtru jest tzw. stopień oczyszczania lub sprawność, wyrażająca się różnicą zawartości pyłu przed oczyszczeniem (m1) i zawartości pyłu po oczyszczeniu (m2) podzieloną przez zawartość pyłu przed oczyszczeniem (m1). Przyjętą jednostką miary są g/m3.

wz

Istnieje wiele rozwiązań w postaci gęstych nasączonych olejem siatek, czy też konstruowaniu kanałów wypełnionych olejem, w którym pod wpływem bezwładności osadza się pył z wprawionej w wirowy ruch strugi powietrza. To rozwiązanie stosowane jest dotąd w silnikach pojazdów i maszyn pracujących w warunkach bardzo silnego zapylenia. Budowane są filtry wielostopniowe, często poważnie ograniczające przepływ powietrza. Łączą one właściwości filtrów pochłaniających i oddzielających. W takich warunkach bowiem osiągi silnika muszą ustąpić jego trwałości. Drugorzędna jest również estetyka, którą często zakłóca wielkość filtru i miejsce jego zamontowania. Zwolennicy off-roadu mogą mieć odmienne zdanie.
Zupełnie inaczej postępują projektanci silników wyczynowych, gdzie trwałość nie jest zbyt istotna. Bywa, że dolot powietrza to krótki, odpowiednio wyprofilowany „lejek”, osłonięty jedynie rzadką siatką.
W znakomitej większości silników stosowane są filtry, a raczej ich wkłady wykonane z plisowanej celulozy, czyli tzw. papierowe. W niewielkich silnikach dużej mocy występują czasem filtry z przestrzennie tkanej włókniny lub materiału przypominającego gąbkę, nasączane olejem.

filtry
Układ dolotowy z filtrem K&N dla Forda F-150

Zgodnie z opisanymi wyżej zasadami najkorzystniej byłoby zastosować jak największy wkład papierowy, którego sprawność wynosi ponad 95%, a bardzo duża powierzchnia odpowiednio ułożonego papieru filtracyjnego gwarantuje długowieczność. Niestety, zwykle na przeszkodzie stoi architektura silnika i ilość miejsca do jego zabudowy. Dużym wyzwaniem dla projektanta jest zaprojektowanie odpowiedniej obudowy filtra tzw. airboxu. Nawet najsprawniejszy filtr w obudowie ograniczającej przepływ powietrza nie spełni założeń, obniżając parametry silnika. Układ powinien również wytłumić szmery ssania, których hałaśliwość, w zależności od konstrukcji silnika, ustępuje jedynie układowi wydechowemu.

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 6 (141) czerwiec 2019