Влияние пропускной способности воздушных фильтров на работу автомобильных двигателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

7

ВЛИЯНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ВОЗДУШНЫХ ФИЛЬТРОВ НА РАБОТУ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Пузаков А.В., кандидат технических наук

Оренбургский государственный университет

Многолетний опыт эксплуатации автомобилей в нашей стране и за рубежом подтверждает, что двигатели подвергаются главным образом абразивному износу, который составляет 50-60% от всех видов износа. Вот почему одним из главных условий повышения долговечности, надежности и безотказности работы двигателей является хорошая фильтрация топлива и воздуха, подаваемых в систему питания, а также масла, циркулирующего в системе смазки.

Фильтры очищают материалы, необходимые для надлежащей работы двигателя. Пропущенные сроки замены или недостаточное качество фильтров нередко являются причиной огромных последующих расходов. Сегодня из-за усиления требований к современным двигателям объем фильтрации в автомобилях значительно вырос. Высокие требования заказчиков, а также целенаправленная экологическая политика являются факторами, которые также сильно влияют на развитие технологий производства фильтров.

Фильтры двигателя предназначены для улавливания загрязнений и инородных тел, которые могут проникнуть внутрь двигателя вместе с такими рабочими средами, как воздух, масло и топливо.

В моторостроении для разных рабочих сред используются различные виды фильтров. Они отличаются друг от друга функциями, устройством и сроками техобслуживания.

Возможности фильтров многогранны; частицы грязи могут быть отфильтрованы с помощью:

?мелкосетчатых сит из пластмассы или металла;

?мелкопористой бумаги, войлока и нетканого материала;

?за счет центробежных сил.

В зависимости от условий и места эксплуатации содержание частиц в воздухе, потребляемом легковым автомобилем, колеблется от 0,2 до 50 мг/м³ [1]. Причем первый показатель относится к европейским, вымытым с шампунем дорогам, а второй -- к движению нескольких автомобилей по грунтовой дороге. За 15 тысяч километров (а это обычный пробег от одного до другого технического обслуживания) через двигатель проходит в среднем около 20 000 м³ воздуха. И с собой этот воздух может принести от 4 г до 1 кг пыли. Конечно, максимальное значение относится скорее к экстремальным условиям эксплуатации, но показатели около 100 г на наших дорогах совершенно реальны.

Диаметр частиц пыли в воздухе, поступающем в двигатель, составляет от 0,01 до 2000 мкм. Около 75% от общей массы частиц имеют размер от 5 до 100 мкм. Распределение и концентрация зависят от внешних условий, то есть от того, какое вещество образует большую часть пыли.

При некачественной или недостаточной фильтрации воздуха частицы пыли попадают в двигатель, а часть из них - и в масло. Через масло частицы могут проникать в критически важные зоны, например, в зазор между стенками цилиндров и поршнями, в канавки поршневых колец и в подшипники коленчатого вала. Все это может стать причиной преждевременного износа.

Привносимые с воздухом частицы не только увеличивают износ двигателя. Они могут оседать на датчике массового расхода воздуха, который установлен после воздушного фильтра. Датчик массового расхода воздуха влияет на состав топливно-воздушной смеси. Если сигнал искажен, то это ведет к потере мощности, повышенному расходу топлива и большему выбросу вредных веществ в атмосферу.

Современные воздушные фильтры имеют степень очистки до 99,8% (легковые автомобили) или 99,95% (грузовые автомобили), что позволяет существенно снизить объем грязи, попадающей в двигатель, и предотвратить его быстрый износ.

Косвенными признаками необходимости проведения обслуживания системы очистки воздуха являются (рисунок 1).

Рисунок 1 - Последствия эксплуатации автомобиля с загрязненным воздушным фильтром

Увеличение степени загрязненности воздушного фильтра может вызвать снижение мощности двигателя на 10-15% и увеличение расхода топлива на 20-25% (рисунок 2).

Рисунок 2 - Изменение характеристик двигателя при увеличении степени загрязнения воздушного фильтра

Кроме того, загрязнение воздушного фильтра сопровождается повышением токсичности отработавших газов, в частности, CO и СН (рисунок 3) на 20-25%.

Рисунок 3 - Изменение токсичности отработавших газов при увеличении степени загрязнения воздушного фильтра

В общем случае, ресурс работы воздушного фильтра определяется условиями его эксплуатации (рисунок 4) [4]. Так, эксплуатация автомобиля в карьере или на стройке может снизить ресурс работы фильтра на 40-50% [2].

Рисунок 4 - Зависимость ресурса работы воздушного фильтра от условий его эксплуатации

В процессе эксплуатации воздушного фильтра происходит изменение его структурных параметров, к которым относят пылеёмкость - максимальное количество пыли в граммах, которое может поместиться в порах воздушного фильтра; и гидравлическое сопротивление, оказываемое воздушному потоку, измеряемое в кПа (рисунок 5).

Новый воздушный фильтр характеризуется следующими параметрами:

? Сном - номинальное значение пылеёмкости, г;

? Ro - начальное сопротивление фильтра, кПа.

В процессе эксплуатации происходит уменьшение пылеёмкости и увеличение сопротивления воздушного фильтра.

На период плановой замены воздушный фильтр характеризуется следующими параметрами:

? Сост - остаточное значение пылеёмкости в конце установленного периода эксплуатации, г;

? Rдоп - сопротивление фильтра в конце установленного периода эксплуатации, кПа.

Продолжение эксплуатации воздушного фильтра без замены приводит к значительному увеличению сопротивления и снижению остаточной пылеёмкости до нуля. Дальнейшая же эксплуатации приводит к повышенному риску прорыва фильтра и попаданию частиц пыли в цилиндры двигателя.

Ro - начальное сопротивление фильтра, кПа; Rдоп - сопротивление фильтра в конце установленного периода эксплуатации, кПа; Rпр - предельное сопротивление фильтра, кПа; Сном - номинальное значение пылеёмкости, г; Сост - остаточное значение пылеёмкости в конце установленного периода эксплуатации, г; Тпр - предельная продолжительность фильтрации, о.е.

Рисунок 5 - Изменение параметров воздушного фильтра в процессе эксплуатации

Следовательно, разработка мероприятий по исследованию пропускной способности воздушных фильтров автомобильных двигателей [3, 5] и корректировке периодичности их замены в зависимости от условий эксплуатации является актуальной задачей.

мощность топливо загрязнение воздух фильтр

Список литературы

1. Ряднов, А.И. Стратегии технического обслуживания воздухоочистителя двигателя внутреннего сгорания / А.И. Ряднов, О.А. Федорова, В.А. Кочергин. - Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2017. - №1(45). - С. 226-234.

2. Ганошенко, Е.Н. Ресурсный потенциал отработанных автомобильных фильтров / Е.Н. Ганошенко, Ю.С. Голик, А.Г. Колтунов. - Sciences of europe. - 2016. - №5-2(5). - С. 72-77.

3. Прохорченко, Е.С. Результаты экспериментальных исследований изменения интенсивности засорения масляных (тонкой очистки) и воздушных фильтров автомобилей КАМАЗ в зависимости от сезонных условий эксплуатации / Е.С. Прохорченко // Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин: материалы Международной научно-технической конференции. - Тюмень: ТИУ, 2009. - С. 275-281.

4. Бузин, В.А. Влияние температуры окружающего воздуха на интенсивность загрязнения воздушных фильтров автомобилей / В.А. Бузин // Опыт, актуальные проблемы и перспективы развития нефтегазового комплекса: материалы Международной научно-практической конференции обучающихся, аспирантов и ученых. - Тюмень: ТИУ, 2017. - С. 335-338.

5. Бузин, В.А. Оценка значимости сезонных изменений интенсивности загрязнения воздушных фильтров двигателей автомобилей КАМАЗ / В.А. Бузин // Транспортные и транспортно-технологические системы: материалы международной научно-технической конференции. - Тюмень: 2017. - С. 54-58.

Размещено на Allbest.ru