Введение

В 1927 году, в своем вводном труде "Воздушные топливные и масляные очистители в автомобилях", Ханс Катц писал: "Некоторые люди думают, что фильтры - это проходящая прихоть или аксессуар, как электрическая зажигалка для сигары или освещенный электричеством рекламный щит…" Это отношение давно уступило место объективному взгляду на фильтры, эффективно, но незаметно помогающие нормальному функционированию двигателя. Цель моторных фильтров - по основному определению - беречь двигатель от загрязнений, содержащихся в воздухе, топливе и масле.

Износ двигателя

Двигатели внутреннего сгорания - наряду с оборудованием, работающим за счет силы пара или воды, приводами, компрессорами, системами, работающими на жидкостях, промышленным оборудованием - имеют общую проблему: где бы движущие части не соприкасались или сцеплялись друг с другом, возникает трение. Это трение должно быть уменьшено. С этой целью используется приемлемый смазочный материал, обычно минеральное или синтетическое масло, для создания скользящей пленки между движущими частями машины. Это, конечно, возможно, если только смазочное масло остается чистым; если никакие чужеродные частицы, какими бы микроскопическими по размеру они не были, не транспортируются вместе с маслом. Такие частицы могут достичь двигателя в виде песка или пыли с входящим топливом или воздухом.

Где бы ни происходило трение, обнаруживаются металлические абразивы, создающие еще больше металлических частиц, попадающих в масло. Критические области в двигателе - цилиндрические втулки, поршни и поршневые кольца, клапаны, сальники, подшипники коленчатого вала, шатуны (соединительные штоки). Кроме этого, при сгорании возникают продукты сгорания. Если они не отфильтрованы, то чужеродные частицы действуют как абразивная масса, что приводить к значительно ускоренному износу движущихся частей двигателя.

Рис. 1: Поршневое кольцо, разрушенное пылью.

Косвенно частицы грязи могут послужить причиной увеличенного износа двигателя, а в худшем случае, быть причиной поломок, например, когда волокна, частички резины или синтетики закупоривают систему снабжения маслом или топливом.

Что такое фильтр?

Несмотря на различные функции фильтров и применения, одно общее определение может быть дано всем моторным фильтрам, на основании описанных проблем износа: моторный фильтр должен отсортировывать частицы, приводящие к износу, находящиеся в воздухе, топливе и смазочном масле. Под термином "частицы" специалисты по фильтрам понимают определенный ряд в рамках шкалы размеров крупинок. Фильтр должен быть в состоянии задерживать частицы определенного размера. Основная цель - сократить износ до состояния, эквивалентного тому, что было бы достигнуто, если бы использовались абсолютно чистые средства.

Для этих целей в двигателях используются различные виды фильтров; они отличаются по функции, конструкции и техническому обслуживанию. Вследствие различного использования, различия между воздушными и масляными фильтрами видно особенно четко.
В настоящее время топливные фильтры идентичны масляным фильтрационным системам.

Они отличаются от масляных фильтров следующим:

• Требования относительно стабильности давления менее строги, так как действующее давление ниже, чем в масляной системе.
• Тончайший фильтрующий материал, используемый в них, отличается, так как части в системе питания имеют близкие допуски.
• И, наконец, топливные фильтры не должны быть оборудованы обводными клапанами.

Топливные фильтры могут быть скомбинированы с приспособлениями для отделения воды и для обогрева дизельного топлива.

Рис. 2: Моторные фильтры:
1.Топливный фильтр
2.Масляный фильтр
3.Воздушный фильтр

Важнейшими критериями при производстве фильтра являются требования, которым он должен соответствовать. Тем не менее, требования, определяющие форму моторного фильтра, в последние годы стали более важными. В то время, как Ханс Катц делал замечания относительно "определенного нарушения общей картины" двигателя, нынешние дизайнеры фильтров должны сделать больше, нежели соответствовать эстетическим взглядам:

• Аэродинамика современного автомобиля, с резко наклоненными передними секциями и более низкими камерами двигателя ограничивает доступное для использования пространство, и оставляет меньше места для двигателя.
• Тем не менее, требования к моторным фильтрам относительно доступности и более легкого технического обслуживания поднялись.
• Тенденция к более длинным интервалам между техосмотрами автомобиля требует более долгого срока эксплуатации фильтра.
• Меньшие допуски у подшипников в двигателях и тенденция к более мощным двигателям означает использование еще более тонкой фильтрации частичек грязи, чем раньше.
• Наконец, являясь частями, подлежащими частой замене, моторные фильтры испытывают постоянный прессинг по стоимости.

Критерии, предъявляемые к фильтрам.

Существует много способов описания действия фильтров для двигателя. Для инженера важно иметь надежные критерии для тестирования фильтрующих материалов. Только с измерениями, которые можно репродуцировать, он может предвидеть, как поведет себя новый продукт на практике.

КПД отделения (сепарации) - один из наиболее важных факторов, характеризующих фильтр. Он обозначается греческой буквой . КПД отделения показывает, какой процент количества частичек грязи в соответственной среде отделяется путем фильтрации.
При более близком рассмотрении, имеется в виду общее КПД отделения, когда загрязнители смешаны, т.е. их рассматривают вне классификации по размерам крупинок. На практике, тем не менее, обычно интересно знать, крупинки какого размера были отфильтрованы, так же, как и качество. В этом случае, говорят об относительном КПД отделения и относят к специфическому ряду размеров (диаметр вnм).

Аналогом КПД отделения является проход загрязнения. Хотя здесь практически та же информация дана с другой точки зрения, инженеры по фильтрации часто предпочитают использовать этот термин, поскольку он описывает более ясно степень загрязнения, которому подвергается двигатель на практике. Если два типа фильтров имеют КПД отделения 99.9% и 99.6%, кажется, что они почти эквивалентны друг другу. Тем не менее, их степень прохода загрязнения - 0.1% и 0.4% соответственно - представляет их различие более заметно в соотношении 1:4 для двух типов фильтров.

Почти так же важно для оценки качества фильтра его вместимость грязи. На основании этой информации и ожидаемых условий применения, можно определить срок эксплуатации фильтра. Это важно для дизайна фильтров, так как с определенными резервами использования, это должно совпадать с интервалом техобслуживания, определенным производителем машин. Если фильтр постепенно закупоривается при увеличении количества загрязнения в среде, сопротивление потоку очищаемой среды тоже увеличивается. Результатом является увеличивающиеся потери энергии и, в конце концов, ухудшенная смазка.

Сопротивление потоку определяется измерением разницы давлений на входе и выходе фильтра, и обозначается как р. Дифференциальное давление имеет тенденцию увеличиваться с увеличением срока использования фильтра. В каждом конкретном случае производитель двигателей указывает максимальный показатель, которого может достичь сопротивление потоку. Этот показатель определяет лимит вместимости грязи, таким образом, показывая, когда необходимо почистить или поменять - в зависимости от типа фильтра.

Следующим важным критерием для фильтров является размер пор фильтра или разряд. Обычно эти термины используются для бумажных фильтров либо фильтров из похожих материалов, и описывают диаметр частичек, которые проходят через поры фильтрующего материала. Говорят об абсолютном разряде фильтров, когда обнаруживается наибольшая частица спектра размера зерна - независимо от количества. Тем не менее, при изучении эффекта износа, более важную информацию дает средний размер пор фильтра. Этот термин обозначает размер частиц, когда 50% загрязнения среднего размера проходит через фильтр, а 50% задерживается фильтром.

Хотя эти базовые термины хорошо могут описать фильтры, может понадобиться дополнительная детальная информация для определения качества фильтра, например, размер и структура эффективной поверхности фильтра, толщина и плотность фильтрующей среды, и др. Наряду с точными определяющими критериями и лабораторным тестированием, обязательно проводится дополнительное тестирование в условиях реального использования, поскольку только такие тесты могут дать информацию о влиянии условий реальной окружающей среды.

Воздушные очистители.

Входящий воздух

Двигатель внутреннего сгорания требует топлива - "Элементарно", скажете Вы. Тем не менее, в лучшем случае, это только половина правды, поскольку на самом деле двигатель с электрическим зажиганием или дизельный двигатель нуждается для работы также и в воздухе для окисления топлива. Только смесь возгорается. Пропорция топлива к воздуху может варьироваться в сравнительно узком спектре. Например, для двигателя с электрическим зажиганием для полного сжигания одного килограмма топлива надо получить около 14 кг воздуха. Если предположить, что машина компактного размера после этого пройдет около 10 км, то для прохождения 100 км двигатель должен получить около 173.5 куб.м. воздуха. На практике, используется воздух окружающей среды, а он загрязнен неисчислимым количеством частиц грязи. Таким образом, очиститель воздуха необходим.

Вопрос, сколько пыли и в каких размерах частиц будут угрожать двигателю во время его службы - тот самый вопрос, на который должны ответить дизайнер двигателя при помощи расчетов и тестирования. Когда ответ на этот вопрос получен, можно определить, какая вместимость грязи подходит для интервалов техобслуживания, желаемых для производителя двигателя. Используя объем двигателя, скорость двигателя (об/мин), количество цилиндров и количество необходимого топлива, можно вычислить максимальную воздушно-пропускную способность для желаемого фильтра.

Основываясь на опыте производителя фильтров MANN+HUMMEL, существуют приближения точности: для двигателей электрического зажигания воздушно-пропускная способность 0.07 куб.м/мин на киловатт - хорошее приближение, дизельные двигатели требуют 0.08 куб.м/мин на киловатт, а турбодвигатели даже больше.

Рис. 3: 500 г пыли - было найдено в картридже воздушного фильтра автобуса 200-kW после 10000 км пробега.

Концентрация пыли в воздухе.

Еще труднее ответить на вопрос о концентрации пыли и распределении ее по размерам. Соотношение между условиями теста и реальными условиями дороги на практике часто неудовлетворительное. Именно поэтому реальные данные о составе пыли собираются по всему миру и заносятся в каталоги и классификации. Средние показатели концентрации пыли (мг/куб.м)для типичных случаев приведены ниже:

• Грузовой автомобиль в нормальном европейском движении -0,6.
• Грузовой автомобиль в неевропейском движении -3.
• Грузовой автомобиль вне дорог (строительство) -8.
• Автобус с задней подачей воздуха в нормальном европейском движении -5.
• Автобус с задней подачей воздуха в неевропейском движении -30.
• Строительное оборудование (автопогрузчики, тракторы) -35.
• Дорожно-уборочные машины -8.
• Фермерский трактор в Центральной Европе -5.
• Фермерский трактор на неевропейских территориях и уборочные машины, работающие в одиночку -15.
• Уборочные машины, работающие в сопровождении -35.
• Высокоскоростные автомобили -100.

Можно заметить, что концентрация пыли зависит не только от географических и климатических условий, но и от типа применения и размещения фильтра. Эти факторы определяют количество пыли, которое должно быть отфильтровано из воздуха. Погодные условия (влажный или сухой) и дорожные условия (асфальт с твердым покрытием или едва обновленное дорожное покрытие) имеют такое же влияние на содержание пыли в воздухе, как и плотность и частота дорожного движения, влияющие на "смесь" пыли и воздуха.

Поскольку оседающая пыль аккумулируется ближе к земле, отверстия для забора воздуха сгорания всегда располагаются выше на тех автомобилях, которые подвержены забору большего количества пыли, чем другие, например, на фермах или строительстве. Это важно, поскольку КПД отделения фильтра остается тем же самым, независимо от концентрации пыли. При увеличении концентрации пыли общее количество пыли, от которого двигатель должен быть защищен, увеличивается и это сокращает интервал службы фильтра. Поглощение больших количеств выхлопных газов очистителем воздуха вследствие его неправильного размещения также значительно укорачивает срок службы бумажных фильтров.

Как результат своего дизайна, воздухозаборник автобусов с задним положением двигателя располагается в невыгодно грязном месте. Поэтому воздушный фильтр эксплуатируется в плохих условиях. Идеальное расположение воздухозаборника - в верхней передней части автотранспортного средства (грузовые автомобили часто забирают воздух через трубу над кабиной); наименее благоприятное место нижней задней части.

Воздухозаборник должен быть также защищен дефлектором (отражателем) против дождя и водяной пыли. В процессе использования в фильтры воздухозаборника могут попадать частицы различного происхождения.

Сухие воздушные фильтры.

Когда говорят о фильтрах для забираемого воздуха, обычно имеют в виду т.н. "сухой воздушный фильтр". Определение "сухой" отличает их от "влажных" или "инерционно-масляных воздухоочистителей", в которых жидкость принимает участие в отделении частичек пыли от входящего воздуха.

Бумажные фильтры преобладают в фильтрации входящего воздуха, поскольку это гарантирует высокую - и что более важно - равномерную очистку во всех диапазонах загрузки. Поэтому значительно более низкая концентрация пыли и только маленькие частицы проходят через эти фильтры, в отличие от инерционно-масляных воздухоочистителей. Легкое обслуживание, независимо от расположения, и возможность более гибкого приспособления благоприятствует использованию воздушных бумажных фильтров.

Бумага как фильтрующее средство

Фильтрующая бумага - это почти всегда специальная техническая бумага строго определенного состава, структурой волокна и пористостью. Волокнистый материал может варьироваться значительно - от целлюлозы до хлопка или синтетики. Поскольку сырьевой материал для фильтров должен отвечать строго определенным требованиям, связанным с КПД отделения при обозначенных условиях использования, стали обычными несколько тестовых процедур для определения пористости фильтрующей бумаги.

Тест на качество для фильтрующей бумаги

Наиболее часто используемый метод - так называемый тест воздушных пузырьков, определяющий эквивалентные размеры пор. Тем не менее, условия проведения теста являются важным фактором, влияющим на результаты: поэтому их нужно предоставлять совместно с результатами. Проще говоря, тестируемая бумага пропитывается строго определенной жидкостью, и после этого ее подвергают тестированию давлением. Например, большие поры требуют низкое давление при тестировании, для маленьких пор нужно высокое давление. Первый пузырек воздуха, который появляется, является математическим эквивалентом наибольшей существующей поре; равномерное покрытие поверхности тестируемого объекта дает информацию о среднем распределении размеров пор. Хотя этот метод служит только для сравнения одной бумаги с другой, используя дифференциальное давление, его достаточно легко использовать, и он очень точен.

На практике он вполне пригоден для сравнения различных фильтрующих средств. Однако он не может полностью заменить тесты на отделение с использованием частичек, которые все-таки преобладают, например, т.н. прямой метод. Особенно это используется для определения вместимости пыли, которая зависит от структуры фильтрующей бумаги. Структуру, конечно, трудно оценить даже под микроскопом. Воздействие на одну сторону фильтрующей бумаги в отличие от другой привело к ошеломляющему различию в сроке службы фильтра. Это связано с фактом, что "грубая" поверхность позволяет аккумулировать больше пыли, чем сравнительно гладкая.

Пропитка и геометрия складок

Первичный материал становится фильтром только после того, как его подвергли обработке. Для того чтобы фильтрующая бумага могла противостоять механическому, термальному и климатическому воздействию, фильтрующая бумага почти всегда подвергается пропитке. В настоящее время современные синтетические смолы используются в водном, спиртовом или ацетоновом растворе. Смола окутывает волокна фильтрующей бумаги и связывает их друг с другом так, что они переплетаются между собой. При осторожном нагреве смолы могут конденсироваться: окончательные характеристики фильтрующей бумаги устанавливаются таким образом. Наиболее важным фактором в этом процессе является то, что наиболее выдающиеся характеристики правильно пропитанной бумаги (объем пор, размер пор, волокнистая структура) не должны отличаться от тех, которыми обладает бумага в исходном состоянии. Единственной целью пропитки бумаги является ее усиление для использования.

До того, как пропитка смолами полностью схватилась, фильтрующую бумагу подвергают дополнительной обработке: тиснению. До сушки пропитанная фильтрующая бумага имеет термопластичное свойство при температурах от 20 до 100 градусов. Это означает, что она легко повторяет внешнюю форму. Эта форма остается и после сушки. Рабочая поверхность воздушного фильтра грузового автомобиля приблизительно размером с комнату: от 10 до 12 кв. м. И эта поверхность должна размещаться в сравнительно маленьком картридже фильтра, и в то же время таким образом, чтобы вся поверхность фильтра оставалась рабочей. Это достигается умной геометрией изгибов, которые очень легко складываются в форму фильтра.

Для обеспечения эффективного использования всей поверхности фильтрующей бумаги, с одной стороны, и продления времени использования при пульсирующих воздействиях работающего двигателя (предотвращая скомкивание фильтрующей бумаги), с другой стороны, бумага гофрируется специальным образом, чтобы между складками было пространство. Т.н. неравномерности не дают складкам стать острыми углами. Нужно помнить, что максимальная рабочая поверхность - это не единственная цель. Такие параметры, как толщина бумаги, геометрия отдельных складок и скорость входного потока тоже должны отражаться в дизайне. Гофрирование должно производиться таким образом, чтобы оригинальная структура бумаги сохранялась. Повреждение структуры бумаги может привести к уменьшению КПД отделения.

В заключение, необходимо отметить, что фильтрующая бумага используется не только в воздушных фильтрах, но и для фильтрации масла.

Формы воздушных фильтров

Найдя оптимальную геометрию гофрированных складок, дизайнер фильтров должен затем перейти к форме фильтра, оптимально расположенного в пространстве транспортного средства. Форма фильтра, которая кажется приемлемой в конкретном случае, зависит также и от того, насколько хорошо она может адаптироваться к основным правилам воздушного потока и фильтрации. Наиболее распространенными стали две типичные формы для элементов с фильтрующей бумагой: плоские и цилиндрические. Элементы плоского типа часто позволяют размещение больших фильтрующих поверхностей, чем цилиндрического типа. Преимуществом является стабильность и то, что уплотнение по кромке относительно картриджа фильтра менее критично. В легковых автомобилях плоские фильтры становятся более популярными, в то время как кольцевые преобладают в грузовых автомобилях из-за их большей стабильности. Общим для всех кольцевых фильтров является поступление входящего воздуха через внешнее устройство и выход очищенного воздуха из центрального отвода. Цель каждого дизайнера фильтров - создать максимально возможную фильтрующую область в доступном пространстве, не пренебрегая оптимальным пространством между складками. Критерии для оптимального бумажного фильтра могут быть обобщены следующим образом:

• Использование высококачественной фильтрующей бумаги.
• Правильная геометрия складок.
• Оптимальная форма элемента.
• Адекватная стабильность и надежная плотность фильтрующего элемента.

Рис. 6: Используемые сейчас картриджи фильтров - плоские либо цилиндрические.

Одноступенчатый сухой воздушный фильтр

Этот тип фильтра используется как в легковых автомобилях, так и грузовых. В то время как фильтры для легковых автомобилей обычно плоские из-за специфического доступного для установки пространства, фильтры для грузовиков - цилиндрические, из-за больших требований к уровню воздушного потока. Одноступенчатый сухой воздушный фильтр обычно состоит из тонкого бумажного фильтрующего элемента, сложенного внутри картриджа, изготовленного из пластика или листового металла. Производители фильтров предоставляют данные о дизайне фильтра, отмечая номинальный воздушный поток, сопротивление потоку, вместимость пыли. Потребности двигателя в воздухе определяют размер используемого фильтра на основании конкретного сопротивления потоку (например, ?р = 15 м бар). Существуют стандартные группы фильтров, покрывающие практически любые потребности.

Одноступенчатые сухие воздушные фильтры подходят для использования в условиях легкой и средней запыленности для автомобилей, большей частью эксплуатируемых на дорогах с покрытием.

Многоступенчатые воздушные фильтры.

В том классе фильтров, т.н. пре-сепаратор надстраивается в верхнем потоке одноступенчатого фильтра или встраивается с ним в общую оболочку. Такие комбинации продляют срок службы фильтра, они могут быть использованы даже в очень пыльных условиях, например, в грузовиках на строительстве, строительном оборудовании, сельскохозяйственных транспортных средствах. Они известны как фильтры тяжелого режима. Есть разные варианты пре-сепараторов, но почти все они строятся по циклонному принципу.

Сепараторы центробежного типа (циклонный уловитель).

Циклонный принцип проявляется в том факте, что частицы пыли, доносимые вращающимся воздушным потоком, стремятся наружу под влиянием центробежной силы. Чем выше скорость воздушного потока, меньше угол его кривизны и тяжелее частицы пыли, тем сильнее эффект. Используя лопасти направляющего аппарата, воздушный поток в сепараторе центробежного типа может быть установлен в такое вращение, что сдвинутся с места и тяжелые частицы, которые относятся к внешней стороне оболочки аппарата. Циклонный уловитель с таким расположением воздушного потока может увеличить срок службы элемента в 4 раза.

Предварительно отделенная пыль может быть вытряхнута из фильтрующей системы через канавки или инжекторный клапан. В зависимости от типа, задержанная пыль либо вытряхивается наружу, либо собирается в коробочке для пыли. Используемый тип зависит, прежде всего, от пульсации всасываемого воздуха; с сильной пульсацией, например, с четырехцилиндровыми двигателями, лучшим решением оказались типы открытого выброса без коробочек для пыли.

Поскольку сепараторы центробежного типа отделяют более крупные частицы пыли, нельзя использовать только их, они ставятся как предварительные сепараторы в комбинированных фильтрах, т.е. фильтрах тяжелого режима.

Фильтры тяжелого режима.

Безусловно, наиболее распространенный класс воздушных фильтров в грузовых автомобилях - это комбинация сепаратора центробежного типа с фильтром тонкой очистки в одном корпусе. Сепаратор центробежного типа принимает форму циклонного корпуса. Преимуществом является то, что чуть с большим объемом, чуть большим сопротивлением потоку, срок использования фильтра может быть увеличен значительно). Там, где сепаратор расположен внутри корпуса, воздух, поступающий вокруг фильтрующего элемента, направляется лопатками направляющего аппарата; пыль транспортируется воздушным потоком и собирается в коробке в конце корпуса фильтра или вытряхивается через инжекторные клапаны в атмосферу. Сепараторы, помещенные в корпус, достигают КПД предварительного отделения от 80 до 85%. При 90 - 96% КПД, еще более эффективными являются более сложные многоклеточные сепараторы; они состоят из нескольких параллельных мини-сепараторов в специальном корпусе, против течения воздуха в фильтрующем элементе.

Патрон безопасности.

Почти все сухие воздушные фильтры от Mann+Hummel могут быть оборудованы т. н. патронами безопасности. Там, где они используются, защита от пыли надежна даже в момент замены фильтра. Поскольку патрон безопасности увеличивает сопротивление воздушному потоку в системе, возможно, надо установить более мощный фильтр.

Обслуживание воздушного фильтра.

Обычно, производитель автомобилей определяет интервал, когда надо менять фильтрующие патроны. Эти интервалы просчитываются дизайнером фильтров с разумными безопасными резервами для потребности в воздухе и ожидаемой концентрацией пыли.
Кроме того, производитель фильтров предоставляет диаграмму, показывающую, как меняется сопротивление воздушному потоку по мере скапливания пыли. Некоторые элементы фильтра могут также подвергаться очистке в соответствии с инструкцией по обслуживанию; тем не менее, в таких случаях обслуживающий персонал должен строго соблюдать инструкции производителя двигателя.

Переход от календарных интервалов обслуживания к интервалам в зависимости от условий эксплуатации грузовиков, привели к внедрению т.н. сервисных индикаторов, сигнализирующих, что максимально допустимое сопротивление воздушному потоку было достигнуто. Механические сервисные индикаторы работают под воздействием определенного давления пружины и медленно толкают красный маркер в окошечке, когда работает двигатель. В большинстве версий маркер фиксируется при достижении определенной величины и остается видимым даже при остановке двигателя. Дальнейшим развитием являются сервисные индикаторы, которые фиксируются по стадиям, показывая, что постепенно достигается лимит. Альтернативой, позволяющей более гибкое крепление, является индикатор в виде переключателя. Он активизирует предупреждающую лампочку и показывает, что фильтр нуждается в обслуживании.

Заглушающий шум воздушный фильтр.

Очищение воздуха для горения, поступающего в двигатель, является основной задачей воздушного фильтра, но не единственной. Один из важнейших "побочных эффектов" фильтра - ослабление звука всасывания воздуха. Все очистители выполняют эту функцию в разной степени; если в соответствии с намерениями дизайнера фильтр выполняет это оптимально, система называется заглушающим шум воздушным фильтром.

Поскольку в каталоге мер по защите окружающей среды появилось значение допустимого шума, ограничение шума от автомобиля стало более важным в последние годы. Это заметно и в законодательных ограничениях внешнего шума от автомобиля, которые стали строже.

Ограничения шума относятся к уровню акустического давления, измеряемого на расстоянии 7.5 м от источника шума и выражаемого в децибелах. Кроме того, постоянно делаются попытки снизить уровень шума в пассажирском отделении для удобства пассажиров. Для корректировки по характеристикам человеческого слуха, уровень шума измеряется и затем выражается в децибелах dB).
Уровень давления звука индивидуальных источников шума в автомобиле не может быть просто приплюсован друг к другу. Например, если двигатель и шины издают звуки мощностью 75 dB, общий уровень шума только 75 dB. К этому надо прибавить шум от вентилятора радиатора, также как и шум входящего воздуха. Если каждый источник шума дает шум одинаковой мощности, то это добавляет только 3 dB к общему уровню шума. Это обозначает, тем не менее, что звук всасываемого воздуха становится неслышным, если ослаблен на 10 dB. Если не ослаблять его, он может стать доминирующим шумом и даже достичь уровня 100 dB у тяжелого грузовика на расстоянии 7.5 м.

Шум входящего воздуха производится движением воздуха в результате движений поршня. Производимая пульсация может варьироваться в зависимости от типа цилиндра, поглощаемого объема, и типа сгорания (2-х и 4-х тактный, искровое зажигание или дизель). Только воздушный фильтр действует как звукоизолирующий элемент для входящего воздуха. Тем не менее, уже было продемонстрировано, что форма корпуса фильтра и воздухопровода, основанная на акустических принципах, может давать значительные дополнительные улучшения.

Различные акустические принципы могут быть использованы для ослабления шума всасываемого воздуха. Основной класс глушителей основывается на серийном резонаторе вид "Резонатора Хельмхольца": отделение глушителя, к которому присоединен патрубок. В принципе, такой резонатор действует как система пружина-гиря, в которой пружиной является сжатый воздух в отделении, а гирей - колонна воздуха в патрубке. В зависимости от размеров системы, может быть высчитана резонансная частота (fo), на какой резонатор усиливает входящий шум.

Для достижения наибольшего ослабления шума, fo должно быть низким, насколько возможно, т.е. гораздо ниже частот, получающихся при работе. Это можно достичь увеличением объема воздушного фильтра, сокращением поперечного сечения патрубка, или удлинением его.

Для 4-х цилиндровых двигателей, объем воздушного фильтра с глушителем должен быть в 10 раз - еще лучше в 20 раз больше, чем объем одного цилиндра. Конечно, место для установки обычно лимитировано, объем корпуса не может быть увеличен до желаемых размеров. Значительное уменьшение поперечного сечения патрубка для входящего воздуха также производит нежелательные побочные эффекты, поскольку поток входящего воздуха будет ограничен. Потери давления входящего воздуха только на 10 мбар уменьшает мощность двигателя на 1%. На практике, потери давления в патрубке для входящего воздуха держатся в определенных рамках путем придания входящему отверстию формы диффузора, подобного трубе Вентури.

Удлинение патрубка также должно иметь свои ограничения, поскольку такие размеры могут увеличивать опасность возникновения резонанса, который может противодействовать заглушению при определенных частотах. Длинные всасывающие патрубки на грузовиках, или резонансы, усиленные камерой демпфирования, являются причиной уменьшения заглушающего эффекта.

Так, оптимальный компромисс между стоимостью и выгодой может быть получен только при точном соответствии всех компонентов системы. Несмотря на расчеты всех характеристик фильтра, провалы в спектре заглушения часто можно обнаружить и исправить только на стенде для акустических тестов или уже на автомобиле. В частности у грузовиков и автобусов, частоты сравнительно низкие. Дизайн в этом случае должен включать т.н. дополнительные глушители. Внедряется широкий спектр возможностей для целенаправленного ослабления определенных частот.

Присадка входящего воздуха.

Для оптимального сжигания в двигателях искрового зажигания необходимо соотношение воздуха и топлива 14:1 (теоретически необходимое соотношение). Этот идеальный случай определяется как = 1. Значение лямбды ниже 1 указывает на избыток топлива (богатая смесь); значение лямбды выше 1 указывает на недостаток топлива (бедная смесь). или соотношение воздуха и топлива, имеет совершенно различные последствия в разных режимах работы двигателя. Лямбда, равная единице, соответствует компромиссу между производительностью и минимальным потреблением топлива, с одной стороны, и соответствию требованиям выброса выхлопных газов, с другой стороны. Именно поэтому двигатели, оборудованные каталитическим конвертором и системой с обратной связью для контроля соотношения воздуха/топлива, работают на этой смеси. Карбюраторные двигатели тоже должны стремиться к этому компромиссу в образовании смеси сгорания. Обычно, поршень двигателя доставляет в камеру сгорания один и тот же объем смеси с каждым движением. Поскольку процентное содержание воздуха в смеси дает различную плотность в зависимости от температуры, различия в температуре приводят к изменениям в составе смеси.

Предотвращение этого и есть задача контрольной системы, вмонтированной в воздушный фильтр карбюрированных двигателей: контролируемая температура входящего воздуха. Ее цель - регулировать температуру и, таким образом, сохранять плотность входящего воздуха постоянной. Принцип действия сравнительно прост: она использует источник тепла, чтобы немедленно нагреть входящий воздух. В двигателях, охлаждаемых водой, это тепло отдается системой отработавших газов. В этой связи очень важно, что контролирующее оборудование следит за желаемой температурой, соответственно устанавливая правильное соотношение смеси.
Побочным эффектом является то, что нагретый входящий воздух быстрее нагревает до рабочей температуры коллектор и карбюратор, приводя к испарению топлива во время фазы нагрева, тем самым, обеспечивая большую эмиссию.

Самый простой тип контроля теплого воздуха - обычно установленный вручную воздухозаборник "совкового" типа или клапан для летнего или зимнего использования; тем не менее, это уже не отвечает современным требованиям. Термостатические элементы, расположенные в области смешанного воздуха у входной трубы воздушного фильтра, обеспечивают постоянную температуру входящего воздуха во время работы двигателя. В зависимости от температуры воздуха термостат регулирует клапан, открывая путь всасываемому теплому воздуху. Теплый и холодный воздух смешиваются выше термостата. Поэтому температура смешанного воздуха, поступающего в карбюратор, может держаться на постоянном уровне. Рабочим элементом такого термостата является термально активный воск в капсуле. Воск значительно меняет объем в узком спектре температур; изменение объема трансформируется напрямую в движение контрольной системы.

Тем не менее, эти расширяющиеся от термального воздействия термостаты могут контролировать только фиксированную величину, независимо от температуры двигателя или загрузки.

При эксплуатации двигателя в полузагруженном состоянии с низким потреблением топлива ( =1 при повышении температуры входящего воздуха) и при обеспечении максимальной мощности при полной загрузке ( =1 при понижении температуры входящего воздуха), для контроля температуры используется биметаллический контроллер (термоэлемент). Для этого поток во входящем коллекторе ниже дроссельной заслонки клапана направляется через биметаллический контроллер, расположенный в воздушном фильтре, к диафрагме, которая приводит в движение клапан для теплого воздуха. При условиях частичной загрузки поток входного коллектора контролируется посредством диаметра отверстия таким образом, чтобы достичь желаемой температуры входящего воздуха. В условиях полной загрузки депрессия коллектора на входе слишком низка, чтобы управлять клапаном, поэтому двигатель получает только не нагретый воздух из окружающей среды.

Чтобы содержать входящий воздух при определенной температуре даже при полной загрузке, используется комбинация термостата с термальным воском и биметаллического контроллера.

Двойные биметаллические контроллеры используются для обеспечения работы при полной загрузке в начальной фазе, чтобы обеспечить лучшее соотношение воздуха / топлива даже при холодном двигателе. Более того, биметаллические контроллеры ограничения обеспечивают мягкий переход от температуры входящего воздуха в диап