Эволюция воздушных фильтров: тканевые, проволочные, с маслом и водой

Двигатель внутреннего сгорания любит чистоту и точность. И важным фактором обеспечения высокого ресурса и стабильности работы является чистый воздух для приготовления горючей смеси. Исторически первой машиной с фильтрующим элементом перед карбюратором считается Packard Twin Six 1915 года, но не спешите отдавать ему все лавры. История вопроса куда интереснее.

Пыль крайне нежелательный элемент для мотора. Попадание даже небольшого ее количества приводит к ускоренному износу цилиндро-поршневой группы, клапанов, загрязнению карбюратора и быстрому старению масла. В общем, пыль нужно исключить, и создатели даже первых моторов прекрасно это понимали. Но почему до 1915 года не создавали машин с серийными фильтрами?

Собственно, история фильтра как отдельного элемента действительно начинается с 1915 года, когда он появился как обязательная деталь на передовом Packard Twin Six. Этот люксовый автомобиль с мотором V12 был оснащен передовой системой питания — карбюратором с падающим потоком и жиклерами и системой батарейного зажигания. Собственно, именно новый карбюратор и послужил причиной, по которой машине потребовался воздушный фильтр. На более ранних автомобилях воздушный фильтр был вовсе не обязательной частью конструкции.

Packard Twin Six с двигателем V12 образца 1915 года из-за сложной системы впуска стал первым автомобилем, получившим воздушный фильтр как обязательное оборудование

При умеренном загрязнении воздуха неплохим фильтром выступал сам карбюратор. Тогда в моде были конструкции, крайне далекие от того, что мы видели на «Жигулях» и «Волгах». Очень распространенный и удачный карбюратор F.W. Lanchester с фитильным испарением обладал функцией фильтрации воздуха: пыль задерживалась в смоченных бензином фитилях и попадала в топливный бак, откуда регулярно вымывалась в процессе технического обслуживания. Схоже устроенные конструкции с поверхностным и фитильным испарением также обладали способностями к фильтрации воздуха, которых хватало для двигателей тех времен.

И только с появлением карбюраторов с поплавковой камерой постоянного или переменного сечения диффузора потребовалось применить отдельный воздушный фильтр, чтобы предотвратить загрязнение жиклеров смесительной системы. И даже в этом случае карбюратор зачастую очищал воздух. Тяжелые фракции связывались с топливом и на конструкциях с восходящим потоком удерживались от попадания во впускной трубопровод, а потом стекали в воздушный фильтр или задерживались в масляных отложениях — моторы без сальников клапанов и с маслонаполненными фильтрами имели «мокрый» от масла впуск.

При необходимости работы преимущественно в условиях высокого загрязнения, например в двигателях танков или тракторов, применяли опционные воздушные фильтры. Так, тракторы компании Caterpillar с 1910 года при необходимости могли оснащаться фильтром на заводе. Разнообразие конструкций начала века достаточно велико, но можно выделить несколько основных типов. Во-первых, фильтрация через ткань, проволоку или бечевку с масляной пропиткой. Как видите, предки современных «нулевиков» имеют солидный возраст. Сменные бумажные фильтры «мокрого» и «сухого» типа тоже появились очень давно. Фильтрация воздуха между стальными пластинами и сеткой, смоченными маслом, метод более грубый, но для больших моторов при слабом загрязнении воздуха достаточно действенный. И наконец, инерционная фильтрация в «сухом» и «мокром» вариантах, с водой и маслом.

Большинство конструкций имели в своем составе сразу несколько технологий, так, инерционная фильтрация центробежного типа сочеталась с фильтрацией сменным бумажным элементом, смоченным в масле, как на уже упомянутом Packard. В 1922 году на машинах Rickenbacker впервые применили «сухой» воздушный фильтр с одноразовой бумажной вставкой. Впрочем, одноразовость была довольно условная: каждые 500 миль фильтр рекомендовалось чистить, а ресурс до замены составлял около трех тысяч миль.

Не удивляйтесь, что одноразовые фильтры применяли на таких дорогих машинах. Более дешевые, например Ford Model T, который выпускался до 1927 года, фильтров не имели вообще — они даже не были предусмотрены конструкцией. И только на Ford Model A в качестве опции стали предлагать «сухой» сменный фильтр Air-Maze для карбюратора Zenith. Однако большая часть машин до конца 30-х этой детали конструкции так и не получила. А вот в послевоенные годы доступ к технологиям фильтрации стал массовым и большинство машин в США получили сменные бумажные фильтры в качестве штатного оборудования.

Для грузовой техники в условиях преобладающих грунтовых дорог и при недостаточно развитой инфраструктуре обслуживания популярностью пользовались фильтры инерционного типа, не требующие частой смены специальных фильтрующих элементов. Подобные конструкции получили широкое распространение и в Европе, с ее малыми тиражами техники, умеренным климатом и хорошими дорогами. Для работы большинства подобных конструкций требовались лишь масло, вода или другая жидкость. Иногда второй ступенью фильтрации выступал моющийся фильтр на основе тканевого или бумажного элемента.

Для тракторов и военной техники применялись те же технологии, но в заметно усиленном виде. Так, обычные центробежные фильтры заменялись на более компактные и производительные типа «мультициклон», представляющие собой батарею фильтрующих инерционных фильтров малого размера, а тканевые фильтрационные материалы заменялись на короба с металлической проволокой в масле, которые были намного долговечнее и при большом расходе масла обеспечивали не худшее качество.

Вот как описывается конструкция фильтра типа «мультициклон» на танке Т-44А в книге М. Коломийца «Наследники „тридцатьчетверки“»: «Воздухоочиститель состоял из корпуса с приваренным к нему бункером, кассеты с проволочной набивкой (так называемой «канителью»), лючка для высыпания пыли из бункера и прижимных пластин, крепящих кассету».

Такая конструкция требовала очистки кассеты каждые 10–12 часов работы двигателя. Для столь тяжелых условий эксплуатации на дизельном моторе — результат вполне приемлемый. На грузовых автомобилях, предназначенных для движения по асфальтовым и усовершенствованным покрытиям, интервалы обслуживания составляли 15–30 часов, а в привычных большинству из вас единицах измерения — от 500 до 1000 километров.

Постепенно конструктив фильтра пришел к виду, вполне привычному для тех, кто застал автопром 70-х годов. В цилиндрический корпус воздух поступает через щели или патрубок на внешней части, внутри поток разворачивается на 180 градусов над зеркалом масляной емкости и проходит через короб с металлической проволокой или синтетическим шнуром, который пропитан маслом, масло за счет капиллярного эффекта поднимается снизу фильтра.

Потоки воздуха организованы так, что воздух закручивается вокруг центральной оси цилиндра, а забор осуществляется в центре. Такая схема срабатывает как еще одна ступень фильтрации, на этот раз инерционно-центробежная. Эффективность достаточно высокая, особенно на тяжелых и плотных частицах. Обслуживание несложное: промыть бензином в тазике, залить пол-литра масла и снова ездить. Повторять каждые 300–500 моточасов, а при движении по грунтовым дорогам — в два-три раза чаще. Например, для ГАЗ-21 интервал обслуживания составлял 3000 километров, где-то раз в 100 часов. Для машин 60–70-х годов — вполне приемлемые сроки технического обслуживания.

Вытеснение масляно-инерционных фильтров сменными бумажными элементами произошло в первую очередь на легковых автомобилях, производимых в США. Такие преимущества бумажных фильтров, как отсутствие обслуживания в процессе работы, независимость качества фильтрации от положения относительно горизонта, простота замены и малая стоимость изготовления, подкрепляемые малым сопротивлением потоку, позволили сделать так, что мощные моторы оказались востребованы. А единственный недостаток заключался в необходимости регулярной замены фильтров.

Сетчатый воздушный фильтр

В Европе, где уровень жизни был ниже, а торговые сети не столь хороши, масляная фильтрация продержалась дольше. А в СССР, который старался делать машины, способные ездить веками при наличии рядом небольшой мастерской и с постоянным дефицитом какой-нибудь мелочи, от инерционной фильтрации стали отказываться только после демонстрации успешного массового использования сменных элементов на «Жигулях».

Впрочем, инерционная фильтрация сдаваться не собирается. Мультициклоны и просто лабиринтные фильтры применяют не только на тяжелой технике, но и в обычных легковушках. Присмотритесь к конструкции корпуса воздушного фильтра на вашей машине — вполне возможно, что вы обнаружите и элементы инерционной фильтрации воздуха, что позволяет увеличить ресурс сменного бумажного элемента.