Фильтровальная бумага для воздушных фильтров двигателей

Принципиальное отличие парового двигателя и двигателя внутреннего сгорания

двигатель внутреннего сгоранияБез всякого преувеличения весь век двадцатый, да и нынешний век, двадцать первый, можно назвать веками двигателей внутреннего сгорания. Компактные и мощные, удобные и обладающие значительно большим коэффициентом полезного действия, нежели их паровые предшественники, двигатели Отто (а также Ленуара и Дизеля, Ванкеля и других инженеров-двигателестроителей) произвели революцию не только в сфере энергетических установок, но и в жизненном укладе вообще.

Современные города и промышленные объекты, способ расселения людей, методы торговли и обеспечения поставок – все это продиктовано двигателями внутреннего сгорания, основой наших автомобилей, тракторов, комбайнов, строительной техники, морских и речных судов, железнодорожных локомотивов. А если считать двигателями внутреннего сгорания и газовые турбины (по сути так и есть, ведь топливо здесь используется схожим образом) – то и всех самолетов и вертолетов, и многих электроэнергетических агрегатов (особенно для локального электроснабжения).

Однако, у двигателей внутреннего сгорания имеются и свои особые потребности, которые сложно сравнить с запросами неприхотливых паровичков.

паровой двигательРабочим телом паровой машины, как следует из определения, является пар, чаще всего водяной (хотя встречались инженерные изыски на основе жидкого аммиака, эфира или ртутных испарений). Пламя топки нагревает замкнутый котел и пар поступает в цилиндры или на лопатки турбины, после чего вновь конденсируется в специальном охладителе (в современных установках, например, на атомных и угольных электростанциях), либо выбрасывается в атмосферу (как делали в «золотой век пара»). Как видим, здесь поступающее рабочее тело принципиально не содержит пыли, злейшего врага всякого движущегося механизма.

В двигателе внутреннего сгорания рабочим телом является атмосферный воздух (что, кстати, и позволяет не тягать с собой тонны воды), поэтому для работы двигателя и нужны все новые и новые объемы воздуха. В сущности своей двигатель внутреннего сгорания – это настоящий пылесос, который прогоняет через себя сумасшедшие объемы воздуха. В это непросто поверить, но обычный легковой автомобиль на сто километров пробега пропускает через свое нутро 85000 литров воздуха, а тепловоз ТЭ3, работающий на полную нагрузку, за час «вдыхает» целых семь с половиной миллионов литров. И если ничего не предпринимать, то очень быстро пыль сделает свое черное дело и двигатель выйдет из строя. Чистый воздух, который был совершенно не важен паровым агрегатам, необходим для двигателей внутреннего сгорания. Как же решить эту задачу?

История создания фильтровальной бумаги

промокашкаЗдесь на помощь приходит обычная, привычная нам с детства пористая бумага, из которой в советские времена делали забытую ныне вещь – промокашку. Непроклееная, легкая бумага обладает замечательным свойством хорошей газопроводимости при том, что размеры пор в ней достаточно малы, чтобы не пропускать даже мельчайшие пылинки. Кроме того, такая бумага достаточно дешева и удобна в обращении.

История фильтровальной бумаги началась с ошибки. В 1836 году один из техников бумажного производства по забывчивости не добавил в подготовленную к формовке бумажную массу клей, в результате чего на сетке бумагоделательной машины вместо глянцевого хрустящего листа явилось нечто рыхлое и пористое.

Хозяин предприятия, увидев подобное безобразие, пришел в ярость и потребовал, чтобы мастер возместил полную стоимость всех затраченных материалов, а также выплатил деньги за утилизацию полученного брака. Пытаясь хоть как-то оправдаться и уменьшить сумму выплат, мастер принялся доказывать, что на полученной бумаге все равно можно писать. Однако чернила были полностью и почти без следа впитаны, а с обратной стороны пролилась чистая, лишенная всякой чернильной окраски вода.

Увидев фильтрующие способности нового сорта бумаги, хозяин задумался о новом направлении производства, и вскоре все предприятие начало выпускать именно такую, рыхлую и пористую бумагу, которую в больших количествах покупали аптекари и виноделы, пивовары и химики.

История использования бумажных воздушных фильтров в двигателях внутреннего сгорания

В двигателестроение идея сухого фильтра с бумажным элементом пришла далеко не сразу. Двигатели первых поколений чаще имели воздушный фильтр в виде клубка тонкой металлической проволоки, обильно смазанной густым машинным маслом. Такой фильтр требовал регулярного сложного обслуживания, заключающегося в полной разборке, замене масла и промывке проволоки от пыли, налипшей на масло, в керосине или другом органическом растворителе.

Помимо этого, такие фильтры не слишком хорошо справлялись со своими обязанностями, и гильзы двигателей вместе с поршнями быстро стирались (поэтому, тогда и не существовало цельнолитых блоков, а лишь разборные, с отдельными гильзами цилиндров). Все это удорожало как сам агрегат, так и его обслуживание. Двигатели старались делать как можно большими по объему, толстостенными и как можно более низкооборотистыми, чтобы как-то уменьшить износ. Платой за такой подход были низкие скорости при очень значительной массе (а значит и расходе топлива). Неудивительно, что ДВС первого поколения использовались в качестве стационарных фабричных установок, а также, изредка, для приведения в движение речных судов.

Бумажные воздушные фильтры открыли возможности для очень компактных высокооборотистых двигателей, которые, несмотря на свои скромные размеры, развивают очень значительную мощность. Они пустили автомобили и тепловозы, а также трактора «в массы».

Фильтровальная бумага – настоящее и будущее автомобилестроения

Современная фильтровальная бумага – это высокотехнологичный специфический продукт. Её заданием является обеспечение минимального сопротивления движущемуся с высокой скоростью воздушному потоку (скорость которого для сегодняшних двигателей, особенно оснащенных турбонаддувом, на порядок выше, нежели ранее) с максимальной внутренней поверхностью и способностью к удержанию пылевых частиц размером порядка нанометра.

Получить такую бумагу можно лишь подвергнув подготовленную к формовке массу особому режиму химической обработки. Помимо особенностей самой бумаги, при изготовлении фильтров прибегают к различным техническим ухищрениям, в частности, к динамическому гофрированию, которое обеспечивает значительную площадь поверхности при незначительных геометрических размерах.

Бумажные фильтрующие элементы, как техническое явление, непрерывно развиваются и в наше время. На спортивные автомобили, а также для любителей тюнинга в продаже появились воздушные фильтры низкого сопротивления, которые значительно оптимизируют работу двигателя. Они также изготовлены из бумаги, но уже нового поколения.

ГАЗ-ААЕсли мы проанализируем тенденции развития современного двигателестроения, то неминуемо придем к выводу, что технология бумажных фильтрующих элементов будет развиваться и дальше. Чем совершеннее двигатель внутреннего сгорания, тем более чувствителен он к проникновению пыли.

Двигатель легендарной полуторки ГАЗ-АА, которую мы часто видим на экранах в фильмах о Великой Отечественной войне, имел степень сжатия всего 4,5 и раскручивал коленчатый вал лишь до 2000 оборотов в минуту (правда, давая с чудовищных 3,5 литров рабочего объема мощность меньше крошечного «Матиза», всего 40 л.с.). Естественно, что допускался куда больший микроизнос зеркала цилиндров и поршневых колец, обусловленный попаданием пыли, да и из-за относительной скорости движения поршней он происходил значительно медленнее.

Chrysler 300 CЕсли мы возьмем современный двигатель объемом 3,5 литра, то он выдает двести пятьдесят лошадок, то есть на пятьдесят лошадиных сил больше, чем «КАМАЗ» в стандартной комплектации. Достигается это за счет высокой компрессии и оборотов, что, в свою очередь, выдвигает очень высокие требование к чистоте воздуха, поступающего во впускной тракт. Одна и та же пылинка, которая в двигателе полуторки просто «будет включена в новую внутреннюю парадигму» (налипнет и будет спокойно висеть на какой-нибудь поверхности), в двигателе Chrysler 300 C c таким же рабочим объемом просто уничтожит двигатель.

В последнее время наряду с бумажными фильтрами для дорогих моделей все чаще используются синтетические материалы в качестве фильтрующих элементов. Однако, по мнению многих специалистов, бумага еще не сказала своего последнего слова в данной сфере применения. Технологии изготовления фильтрационной бумаги для воздушных фильтров развиваются достаточно динамично, и она не собирается уступать пальму первенства. Кроме того, нельзя забывать, что и наиболее совершенные фильтры на основе углеволоконных нанокомпозитов в качестве сырья используют…  бумагу.