Filtr Mokrego Powietrza: Budowa i Zasada Działania
- Szczegóły
Silnik w trakcie pracy zasysa powietrze, które często jest zanieczyszczone kurzem i innymi drobnymi cząstkami. Stąd też, aby chronić silnik przed szkodliwym działaniem tych zanieczyszczeń, stosuje się filtry powietrza.
Historia i Ewolucja Filtrów Powietrza
Wczesne pojazdy silnikowe nie posiadały filtrów powietrza. Zamiast tego, stosowano filtry siatkowe montowane na rurze ssącej gaźnika, które czasem przysłaniano tkaniną. Jednak wraz ze wzrostem mocy silników i zapotrzebowania na większą ilość powietrza, konieczne stało się opracowanie bardziej efektywnych rozwiązań.
Konstrukcja filtra powietrza zawsze stanowiła kompromis między zdolnością zatrzymywania zanieczyszczeń a jego przepustowością. W zależności od warunków eksploatacji pojazdów, stosowano różne rodzaje filtrów powietrza.
Podział Filtrów Powietrza
Praktycznie od początku lat 20. do późnych lat 60. XX wieku najczęściej stosowanym podziałem filtrów powietrza pod względem konstrukcji było dzielenie ich na tzw. suche i mokre.
Filtry Suche
W filtrach suchych, w bańce umieszczany był wymienny cylindryczny wkład filtrujący wykonany najczęściej z filcu, tkaniny bawełnianej (często nasączanej olejem) lub specjalnego papieru, odpornego na działanie oleju i formowanego dla zwiększenia powierzchni filtrującej w tzw. plisy. Był to filtr dokładnego oczyszczania.
Przeczytaj także: Sędziszów Filtr Powietrza do Astry H - Testy i Opinie
Filtry tego rodzaju miały swoje zalety i wady. Dziś zwykle w silnikach samochodów osobowych nie stosuje się czyszczenia wkładów filtrujących i wymienia je się w całości, ale jeszcze w latach 60. tzw. przedmuchiwanie suchych filtrów powietrza było jak najbardziej zalecane.
Filtry Mokre
Mokry wychwytujący filtr powietrza składał się z wkładu wykonanego z labiryntowo ukształtowanych blach, pomiędzy którymi znajdowały się cienkie wióry metalowe lub pierścienie wypełniające pojemniki z siatki metalowej. Było to dość marne, ale ze względu na niski koszt eksploatacji często stosowane rozwiązanie zwłaszcza w mniejszych samochodach i motocyklach, które nie tylko, że filtrowało powietrze w zaledwie 50%, to jeszcze trzeba było je często czyścić tzn. płukać w benzynie lub nafcie.
Znacznie lepszym i przez to częściej stosowanym mokrym filtrem powietrza był tzw. mokry filtr wypłukujący. Dostające się przez rurę ssącą filtra powietrze kierowane było nad lustro oleju i tam niejako odbijając się od jego powierzchni traciło znaczną część znajdujących się w nim zanieczyszczeń. Następnie strumień oczyszczonego wstępnie powietrza trafiał do labiryntu gdzie następowało dalsze oddzielanie cząstek stałych. Takie filtry stosowano np. w samochodach marki Star.
Nieco uproszczoną formą mokrego filtra wypłukującego był taki, w którym dostające się od góry do filtra powietrze kierowane było za pomocą odpowiednio ukształtowanego labiryntu na lustro znajdującego się w dolnym zbiorniku oleju. Odbijając się od powierzchni oleju ulegało czyszczeniu i takie trafiało do rury ssącej. Takie rozwiązanie znajdziemy np. w silnikach popularnych samochodów VW 1200 z lat 60. i jeszcze 70.
Kolejnym ciekawym rodzajem filtrów powietrza stosowanymi głównie jako filtry zespolone z suchymi filtrami dokładnego oczyszczania lub filtrami mokrymi były tzw. filtry odśrodkowe.
Przeczytaj także: Jak wymienić filtr w Vespa LX 50?
Filtry Cząstek Stałych (DPF/FAP)
Filtr cząstek stałych (DPF, FAP) to urządzenie służące do zatrzymywania i neutralizowania cząstek sadzy. Filtr cząstek stałych, podobnie jak katalizator, ma budowę plastra miodu, z tą różnicą, że średnica jego kanalików jest większa, a ich ścianki są porowate.
Spaliny trafiają do otwartych kanalików, gdzie mniejsze cząsteczki przedostają się przez pory i wylatują z układu wydechowego, a większe (cząstki sadzy) zostają zatrzymane wewnątrz.
Istnieją dwa rodzaje filtrów cząstek stałych: FAP (mokry) i DPF (suchy). Ich ogólna budowa i zasada działania jest podobna (układ FAP jest rozbudowany m.in. o dodatkowy zbiornik na płyn katalityczny EOLYS). FAP również się zapycha, a dodatkowo jego serwisowanie jest droższe, ponieważ należy uzupełniać płyn katalityczny (5L to koszt 400-500zł). Jego przewaga leży natomiast w temperaturze wypalania sadzy. Płyn katalityczny stosowany w filtrach mokrych obniża temperaturę wypalania z ok. 600°C do ok. 400°C.
Przed i za filtrem DPF znajdują się czujniki ciśnienia, które przekazują wyniki do odpowiedniego sterownika. Sterownik oblicza różnicę ciśnienia przed oraz za filtrem i na podstawie tych wyliczeń ustala stopień zapełnienia filtra.
Sygnały zapchanego filtra DPF:
Przeczytaj także: Oczyszczacz Duux: konserwacja filtra
- Świecąca kontrolka DPF.
- Zmniejszenie mocy silnika.
- Przejście silnika w tryb awaryjny.
Regeneracja Filtrów Cząstek Stałych
Pojemność filtra wynosi tylko około 1 litra, dlatego gromadząca się w nim sadza szybko go zapycha. Rozwiązaniem tego problemu jest wypalenie, czyli zamienienie jej w popiół. Istnieją trzy rodzaje wypalenia (pot. regeneracji):
- Regeneracja aktywna to działanie kontrolowane przez sterownik silnika polegające na wytworzeniu odpowiednich warunków, w których możliwe jest wypalenie sadzy w filtrze DPF. Sadza, w której zawarte są szkodliwe cząstki stałe, wypala się w około 600°C. Aby osiągnąć taką temperaturę, sterownik m.in. zwiększa dawki paliwa i podnosi prędkość obrotową silnika. Regeneracja aktywna uruchamia się, gdy zapełnienie filtra przekracza 50% i trwa przez około 10 minut.
- Regeneracja pasywna to działanie przebiegające w sposób naturalny, bez ingerencji sterownika. Wypalanie rozpoczyna się, gdy spaliny utrzymują temperaturę wynoszącą około 400°C lub więcej (np. podczas jazdy autostradą).
- Regeneracja wymuszona to działanie polegające na serwisowym wypalaniu filtra. Samochód na postoju podpina się do komputera i wprowadza silnik w tryb regeneracji wymuszonej, zwiększając drastycznie temperaturę spalin. Podczas regeneracji wymuszonej możliwe jest wypalenie zapchanego filtra nawet w 70%. Jednak ten typ regeneracji nie jest korzystny dla silnika, dlatego wykonuje się go w ostateczności.
Regeneracja pasywna następuje samoczynnie (bez ingerencji ze strony ECU) podczas normalnej eksploatacji pojazdu, gdy temperatura spalin osiąga wartość ok. 400OC. Regeneracja aktywna inicjowana jest poprzez ECU w sytuacji gdy nie zostaną wytworzone w sposób „naturalny” odpowiednie warunki niezbędne do procesu regeneracji filtra. Cała procedura ma za zadanie zwiększyć temperaturę spalin. Uzyskuje się to dzięki dotryskowi dodatkowej dawki paliwa w fazie „wydechu’’, w tym czasie kąt wtrysku zostaje opóźniony a zawór EGR (ang. Exhaust Gas Recirculation) zamknięty. Regeneracja zachodzi bez udziału użytkownika, który poza głośniejszą praca silnika, czy zwiększonym zużyciem paliwa wyświetlanym na komputerze pokładowym nie odczuwa żadnego dyskomfortu.
O rozpoczęciu regeneracji aktywnej decyduje sterownik silnika, który na podstawie odczytów z czujnika różnicy ciśnień rozróżnia w jakimi stopniu zapchany jest filtr. Czujnik mierzy różnice ciśnienia spalin pomiędzy wejściem a wyjściem z filtra, co pozwala oszacować stopień zapełnienia filtra sadzą. Im sadzy jest więcej tym przelot spalin jest utrudniony. To powoduje zwiększenie równicy między ciśnieniami - w wyniku zapchania filtra ciśnienie przed filtrem jest wyższe od ciśnienia za filtrem. W zależności od tego jaka duża jest ta różnica zmienia się rezystancja czujnika.
W niektórych modelach samochodów (np. OPEL 1.9CTDI/1.7CTDI produkowany po 2007r. ) montowany jest czujnik ciśnienia spalin, który mierzy jedynie ciśnienie przed filtrem. Czujnik różnicy ciśnień nie jest jednak jedynym wyznacznikiem aktywującym procedurę wypalania filtra. W większości samochodów nawet przy prawidłowym odczycie z czujnika różnicy ciśnień (świadczy to o niewielkiej ilości sadzy) i tak co pewien czas FAP/DPF zostaje profilaktycznie regenerowany. Decyduje o tym algorytm, który wylicza kiedy ma nastąpić kolejna regeneracja. Bierze on pod uwagę parametry czujnika różnicy ciśnień, czujników temperatur, czy nawet czujników pedału przyspieszenia i pedału sprzęgła. Informacje te wykorzystywane są do określenia w jakich warunkach jeździł pojazd, czy były to krótkie odcinki w ruchu miejskim, czy może pokonywał długie trasy poza miastem, czy jeździł z dużymi prędkościami, czy też „żółwim” tempem.
W zależności od tego jaka jest strategia sterowania pracą silnika (mapy pracy silnika, stopień autokorekcji), rozróżnia się kilka stopni określających zapełnienie filtra (z reguły trzy). Przekroczenie pierwszego stopnia powoduje rozpoczęcie regeneracji aktywnej. Drugi stopień to stan przejściowy pomiędzy regeneracją aktywna a wymuszoną. Ten stopień zapełnienia daje użytkownikowi ostatnią szansę na stworzenie warunków odpowiednich do wypalenia filtra, jeśli tego nie zrobi, a ilość sadzy się zwiększy, to tym samym następuje przejście do stopnia trzeciego. Stopień trzeci blokuje możliwość regeneracji aktywnej, a jedyną możliwością pozbycia się jej nadmiaru jest inicjowanie regeneracji wymuszonej. Regeneracja ta nie może być wykonana samodzielnie przez użytkownika. Do jej przeprowadzenia konieczne jest podłączenie, odpowiedniego dla danej marki, urządzenia diagnostycznego i uruchomienie serwisowej procedury wypalania DPF’a.
W niektórych modelach samochodów jeśli sterownik stwierdzi, że sadzy jest zbyt dużo może „odmówić” inicjowania regeneracji wymuszonej. Powodem tego jest zbyt duże ryzyko niekontrolowanego zapalenia się sadzy, które może wywołać pożar pojazdu.
Czujniki Kontrolujące Pracę Filtrów Cząstek Stałych
Prawidłowa praca filtrów cząstek stałych kontrolowana jest przez kilka niezależnych elementów zwanych czujnikami. Rodzaj zastosowanych czujników oraz ich umiejscowienie w układzie zależy od marki pojazdu.
- Czujnik ciśnienia DPF: Jest to najważniejszy czujnik w całym układzie oczyszczania spalin. Rozróżniamy dwa rodzaje czujników, jedne mierzą tylko ciśnienie przed filtrem, a drugie wykonują pomiar i porównanie ciśnienia przed i za filtrem.
- Przepływomierz powietrza: Umiejscowiony jest w układzie dolotowym, za filtrem powietrza, przed turbiną. Czujnik ten oblicza ilości powietrza zasysanego do silnika.
- Czujniki temperatury spalin: W układach oczyszczania spalin służą do kontroli procesów regeneracji DPF’a. ECU analizuje informacje z czujników i odpowiednio steruje akcją regeneracji filtra, dostosowuje tryb regeneracji, dawkę dotryskowego paliwa ściśle w oparciu o dane z czujników.
Filtry Powietrza w Ciągnikach i Maszynach Rolniczych
Filtr powietrza to element, o którym posiadacze ciągników i maszyn rolniczych często zapominają. Silniki ciągnikowe pierwszych generacji nie stawiały wysokich wymagań co do paliwa i czystości powietrza. Rzecz uległa zmianie wraz z powojennym rozwojem ciągników, ponieważ rosnące wymagania wymusiły na projektantach zupełnie inne podejście do jakości powietrza zasysanego przez silniki.
Budowa i Działanie Mokrego Filtra Powietrza w Ciągniku
Filtr powietrza mokry w ciągniku składa się z obudowy w kształcie walca z doczepianą od spodu miską. Wewnątrz znajdują się dwa lub trzy wkłady filtrujące wykonane z kłębków drutu, plastiku lub gąbki o różnym stopniu gęstości. Przed filtrem znajduje się monocyklon, czyli filtr wstępny. za zadanie wychwycić i zatrzymać grube zanieczyszczenia. Urządzenie posiada łopatki, dzięki którym zasysane przez silnik powietrze wprowadzane jest w ruch wirowy, ułatwiający odrzucanie piachu i cięższych frakcji. Monocyklon ma prostą budowę, jednak wymaga przeprowadzenia co jakiś czas czynności serwisowych. Polegają one na zdjęciu go z rury ssącej, rozebraniu i oczyszczeniu z zebranego piasku.
Filtr powietrza nazywamy mokrym dlatego, że ważną częścią filtracji jest przepuszczenie strumienia powietrza przez mgłę olejową. Do miski znajdującej się na spodzie obudowy wlewamy oznaczoną na podziałce pewną ilość oleju silnikowego. Zasysane przez pracujący silnik powietrze rozbryzguje olej w misce, dzięki czemu topią się w nim mniejsze zanieczyszczenia. Następnie strumień dostaje się do komory z wkładami filtrującymi. Zmiana średnicy sprawia, że masa powietrza zostaje gwałtownie rozprężona.
W zależności od zapotrzebowania silnika na powietrze, czyli jego pojemności skokowej, w filtrze mokrym powietrza znajduje się kilka wkładów, których gęstość i rodzaj wypełnienia zależą od konstrukcji maszyny. Filtry powietrza mokre stosowane były od kilkudziesięciu lat w Zetorach, Ursusach, MTZ, Jumz i T-25 Władymirecach. Utrzymane w odpowiedniej czystości układy zapewniały dość skuteczną filtrację powietrza pod warunkiem dokonywania okresowej wymiany wkładów filtrujących i oleju.
Suche Filtry Powietrza w Ciągnikach
W związku z tym do konstrukcji ciągników wprowadzono suche filtry powietrza, będące wkładami papierowymi o różnym stopniu przepustowości. W porównaniu z systemami znanymi w motoryzacji wprowadzono tu kilka zmian. W plastikowej lub metalowej tubie umieszczono dwa papierowe walce w siatkowej obudowie. Siatka ta i wykończone gumą brzegi zabezpieczają wkłady przed zassaniem i zniszczeniem ich struktury. Wkłady występują zazwyczaj w parach: duży - wstępny i mniejszy - dokładny, zwany powszechnie bezpiecznikiem.
Suche filtry powietrza w ciągnikach i maszynach rolniczych są łatwe w utrzymaniu - wystarczy odpiąć pokrywę obudowy i wyciągnąć oba filtry, które doraźnie można odkurzać.
Czyszczenie i Wymiana Filtrów
Po upływie przewidzianego przez producenta ciągnika czasu wkład filtracyjny w filtrze suchym ulegnie zapchaniu, a olej w filtrze mokrym, podobnie jak separator, będzie zbyt zanieczyszczony, by móc dalej efektywnie pracować. Dla zachowania silnika w dobrym stanie konieczne będzie systematyczne czyszczenie filtrów oraz ich wymiana. W większości maszyn dopuszczalny czas pracy wynosi około kilkuset motogodzin i jest ściśle uzależniony od specyfiki danej konstrukcji.
W przypadku filtrów suchych najlepszym rozwiązaniem jest ich delikatne przedmuchanie sprężonym powietrzem tak, by zgromadzone zanieczyszczenia zostały wyrzucone na zewnątrz. Strumień powietrza powinien być skierowany od strony wylotu filtra, a jego siła dobierana w ten sposób, aby gwałtowny podmuch nie uszkodził powierzchni filtracyjnej. Zabiegi te mogą przedłużyć trwałość filtra, nie eliminują jednak konieczności jego wymiany, która powinna być połączona nie tylko z wyjęciem starego filtra i włożeniem nowego, ale również z dokładnym czyszczeniem obudowy, w jakiej się znajduje.
Producenci Filtrów
Na rynku dostępnych jest wielu producentów filtrów, w tym:
- PZL Sędziszów
- Wix Filters
- Filtron
tags: #filtr #mokry #powietrza #schemat #budowy #i
