Filtr powietrza

W tym odcinku opowiemy, w jaki sposób dociera ono do silnika.Zanim powietrze zostanie dopuszczone do udziału w procesie spalania, musi zostać oczyszczone i... uspokojone. Największym problemem - jak i dla ludzkich płuc - jest kurz. A to dlatego, że nie tylko na Saharze czy na placu budowy - gdzie kłęby pyłu widać gołym okiem - ale w normalnym, tzw. czystym powietrzu, znajdziemy go zawsze około jednego miligrama na metr sześcienny. Oczywiście, są wyjątki - w górach, z dala od cywilizacji czy na przykład w Skandynawii, gdzie niemal nie występuje piach. Ale przecież i skały ulegają wietrzeniu, więc zamianie w pył. Tak więc kurz jest wszędzie.Ów wymieniony jeden miligram może się wydawać ilością śladową. Z punktu widzenia normalnie oddychającego człowieka mającego zdrowy układ oddechowy i właściwie pracujący system odfiltrowywania (czyli błony śluzowe nosa, krtani i tchawicy) jest to ilość niewielka. Ale już pracujące jak miechy płuca sprintera czy pływaka miałyby nam do opowiedzenia wiele ciekawostek o kurzu. A przecież silniki pracują cały czas jak sportowcy wyczynowi, pochłaniając niewiarygodnie wielkie ilości powietrza. W dodatku silniki wysokoprężne potrzebują go jeszcze więcej, prawie dwa razy więcej od benzynowych. Dzieje się tak dlatego, że w silnikach wysokoprężnych nie ma regulacji dopływu powietrza za pomocą pedału gazu, diesel zawsze "oddycha" pełną piersią, a czego nie zużyje, wypuszcza przez rurę wydechową. I tak oto dochodzimy do zaskakującego wyniku: przeciętny silnik pochłania mnóstwo kurzu - około 20 gramów na każdy 1000 kilometrów. A tak wielka ilość pyłu potrafiłaby dokonać w silniku strasznych szkód, gdyby nie obecność skutecznego filtra powietrza na drodze kurzu.Otóż kurz składa się z maleńkich kryształków piasku, które są o wiele twardsze od metalu. W połaczeniu z różnymi płynami tworzy on bardzo skuteczną pastę ścierną, która w niesamowity sposób przyśpiesza zużywanie się elementów silnika. I proces ten zaczyna się już przy samym wejściu, na przepustnicy, gdzie błyskawicznie wyrabiają się łożyska.Dalej kurz dochodzi do zaworu ssącego. Ponieważ zawór jest smarowany (przecież się porusza!), kurz miesza się z olejem. Z kolei grzybek zaworowy "zwilżany" jest doprowadzanym paliwem (nie dotyczy tzw. wtrysku bezpośredniego, wprodt do cylindra), także i tu kurz się ptzykleja, niszcząc gniazdo zaworowe.Najgorzej jednak - gdyby nie powstrzymywano pyłu skutecznym filtrem - byłoby dalej: tłoki, pierścienie tłokowe i gładzie cylindryczne w następstwie ogromnej szybkości poruszeń i wysokiej temperatury zużywałyby się dziesięciokrotnie wcześniej (albo i jeszcze szybciej).Jak stąd jasno wynika, długowieczność nowoczesnych silników zawdzięczamy nie tylko wciąż lepszym technologiom i materiałom, ale również wzrastającej skuteczności filtrów - zarówno powietrza, jak i oleju.W czasach raczkowania motoryzacji samochody nie miały w ogóle filtrów. Jeśli więc mucha podleciała zbyt blisko silnika, została przezeń wessana, sprężona wraz z powietrzem, poddana zapłonowi i spalaniu wybuchowemu, po czym usunięta przez układ wydechowy. Potem przynajmniej największe zanieczyszczenia były wychwytywane przez drucianą siatkę, ale dopiero przed drugą wojną światową podjęto poważniejsze wysiłki zmierzające do rzeczywistego oczyszczenia powietrza zasysanego przez silniki.Używano do tego puszki blaszanej wypełnionej tzw. watą metalową (kłebowiskiem drobniutkich ścinków, podobnym do stosowanych w czyszczeniu parkietów wiórków lub do skrobaczków używanych do doszorowania przypalonych naczyń kuchennych). Wszystko to zwilżane było olejem, aby kurz i inne szkodliwe cząsteczki przyklejały się do drucików. Patent ten jest stosowany do dziś w silnikach kosiarek do trawy - tyle że zamiast kłębów metalowych wkłada się do puszek najczęściej syntetyczne, piankowe gąbki.Ale dopiero filtr powietrza oparty na kąpieli olejowej zdołał osiągnąć stopień oczyszczania sięgający ponad 90 proc.. Zasada jego działania jest bardzo prosta: olej silnikowy jest wlewany do pojemnika podobnego do garnka, w którego wnętrze wpuszczona jest rura doprowadzająca powietrze. Rura ta posiada kilkadziesiąt otworów, przez które powietrze jest przepompowywane poprzez olej, a w trakcie tego procesu bąble powietrza pozostawiają w oleju zanieczyszczenia. Dopiero potem droga wiedzie do silnika. Wadą tego skądinąd bardzo skutecznego rozwiązania jest bardzo szybkie zanieczyszczanie sie oleju, wymagające wymiany "ładunku" filtra co 2 500 km.Ale ten olejowy filtr powietrza (bezwładnościowy) także daje się nieco "podrasować", a to za pomocą centryfugalnego, tzw. cyklonowego doprowadzenia powietrza. Chodzi tu o sytuację, w której przewody doprowadzające powietrze do filtra są tak poprowadzone, że powietrze ulega ogromnie silnemu zawirowaniu, dzięki czemu siła odśrodkowa wyrzuca zeń co większe i cięższe zanieczyszczenia. W efekcie skuteczność - a przede wszystkim trwałość - olejowego filtra powietrza rośnie co najmniej dwukrotnie.Tak dopracowana konstrukcja filtra powietrza jest stosowana z powodzeniem równiż dziś, i to nawet w bardzo zaawansowanych technicznie konstrukcjach, przede wszystkim w pojazdach użytkowych.W latach 60. pojawił się jednak pierwszy raz filtr suchy, taki, jakim go znamy dziś, a więc gdzie silnik zasysa powietrze przez papierową masę. Gęstość owej masy ustala się na zasadzie kompromisu: ma być tak gęsta, by wyłapała maksimum kurzu, ale nie za gęsta, by zminimalizować opory ssania. Obecnie dla samochodów osobowych za optymalną uważa się przepuszczalność filtra powietrza sięgającą dwóch mikrometrów (0,002 mm). Mniejsze cząstki pyłowe mogą się przedostawać, większe zatrzymują się w filtrze. Trwałość takiego filtra sięga dziś 30 tys. km, co oznacza wyzbieranie ok. 600 g kurzu. Dlatego też technicy starają się doprowadzić do sytuacji, w której powietrze przed wejściem w warstwę filtrującą zostanie wstępnie oczyszczone. Polega to na tym, że nie doprowadza się go bezpośrednio do wkładu filtra, lecz po przejściu przez kilka obejść, po czym dopiero dociera od dołu do wkładu. Jednocześnie prędkość wpadającego do filtra strumienia powietrza zostaje wyhamowana, a co większe drobiny zanieczyszczeń opadają na dno obudowy.Efektem ubocznym takiego poprowadzenia dopływu powietrza jest "uspokojenie" powietrza, co dobrze robi osiągom silnika, jednocześnie zaś obniża hałaśliwość - a przecież poziom hałasu wywoływany zasysaniem powietrza jest (podobnie jak głośność wydechu) przedmiotem zainteresowania instytucji homologujących i podlega ograniczeniom ustawowym.Tłum. Maciej Pertyński