در موتورهای احتراق داخلی، فرایند احتراق و کیفیت آن مهم‌ترین بخش در روند تولید نیرو است. در واقع هرچه این احتراق بهتر و با کیفیت بیشتری صورت بگیرد، بازدهی موتور افزایش می‌یابد و توان خروجی آن بیشتر می‌شود. کیفیت احتراق به دقت قطعات موتور و شرایط احتراق بستگی دارد. به این معنی که در ابتدا موتور باید مونتاژ بی‌نقصی داشته باشد و هر قطعه نیز بدون تأخیر و اشکال به وظایف خود عمل کند و سپس ملزومات اصلی احتراق نیز به میزان دقیق و در زمان درست در محفظه احتراق قرار داشته باشند. این ملزومات که شامل سوخت، هوا و جرقه هستند، از ترکیب بنزین یا گازوئیل، اکسیژن و فعالیت شمع خودرو تأمین می‌شوند. به این ترتیب که مخلوط سوخت و هوا در سیلندرها آماده احتراق و با جرقه شمع شعله‌ور می‌شود. نکته مهم در این بخش کیفیت و میزان دقیق سوخت و هوا و درصد مناسب مخلوط این دو و زمان درست جرقه‌زنی است. در این بین شمع‌ها، فیلتر سوخت و فیلتر هوا در تأمین بخشی از این کیفیت مؤثر هستند. امروز قصد داریم از فیلتر هوا و نقش آن در این فرایند بیشتر صحبت کنیم.
فیلتر هوا چیست و چه نقشی در خودرو ایفا می‌کند؟
گفتیم که فرآیند احتراق در موتورهای احتراقی با مشتعل شدن مخلوط سوخت و هوا تکمیل می‌شود. این مخلوط، نسبت سوخت و هوا در آن و خلوصش در فرآیند احتراق تأثیر بسیاری دارد. هرچه تناسب این مخلوط دقیق‌تر باشد تراکم آن‌ها بهتر نتیجه داده و احتراق مؤثرتر خواهد بود. اما خلوص مخلوط نیز در این امر تأثیر بسزایی دارد. این خلوص به معنای عدم وجود هرگونه آلودگی مانند ذرات معلق خاک و غبار یا حتی رطوبت است. وجود این ذرات ضمن بالابردن درصد آلایندگی خودرو، کیفیت احتراق را تحت تأثیر قرار می‌دهد. همچنین موجب آسیب جدی به برخی قطعات موتور می‌شود. پس هوا و سوخت برای داشتن خلوص مناسب باید پیش از رسیدن به محفظه احتراق یا حتی منفلید هوا، تصفیه شوند. این عمل را فیلترها انجام می‌دهند. فیلتر هوا در جایی اهمیت خود را نشان می‌دهد که بدانیم هوای موردنیاز این ترکیب از محیط اطراف پیشرانه مکش می‌شود بنابراین می‌تواند بسیار آلوده باشد. در واقع موتور مانند بدن انسان هوای موردنیاز خود برای تولید انرژی را از بیرون تنفس می‌کند. حال اگر این هوای تنفس شده، با آلودگی‌های فراوان وارد آن شود تأثیر بدی بر عملکرد و اجزای مختلفش خواهد گذاشت. مانند بدن ما که اگر در هوای آلوده نفس بکشد به غیر سرفه و تنگی نفس ممکن است با آسیب ریوی مواجه گردد. به این ترتیب فیلتر هوا در مسیر ورودی هوا به داخل محفظه مخصوص آن درون موتور قرار گرفته و از ورود این ذرات به درون موتور پیشیگیری می‌کند. در نتیجه می‌توان نقش فیلتر هوا را به این صورت بیان کرد:
- بهبود کیفیت احتراق و در نتیجه بالا بردن راندمان موتور؛
- پیشگیری از آسیب رسیدن به قطعات موتور در اثر ورود آلودگی‌های هوای محیط به درون آن و در نتیجه بالا بردن عمر مفید موتور و قطعات و اجزای مختلفش؛
- کاهش درصد آلایندگی خودرو؛
- بهبود عملکرد سیستم تهویه مطبوع خودرو؛
- پیشگیری از وارد آمدن هرگونه آسیب به سیستم سوخت‌رسانی خودرو؛
- کاهش مصرف سوخت با تصفیه هوا و بهبود تزریق یا پاشش مخلوط سوخت و هوا به درون سیلندرها.
ضمن اینکه فیلتر هوا، با ممانعت از ورود ذرات آلاینده به داخل موتور و رسوب آن‌ها در بین قطعات مختلف موتور، کار روغن را که نوعی شوینده این قطعات و بخش‌های مختلف آن‌هاست ساده‌تر می‌کند و به این ترتیب عمر مفید آن را افزایش می‌دهد. همچنین باید اضافه کرد آلوده بودن هوای وارد شده به موتور و ترکیب آن با سوخت، می‌تواند آسیبی جدی به پیستون‌ها، دیواره سیلندرها و سوپاپ‌ها وارد کند. این آسیب‌ها شامل زنگ‌زدگی، خوردگی و خراشیدگی قطعات ذکر شده می‌شود که هریک ممکن است آسیب به قطعه‌ای دیگر را نیز به‌دنبال داشته باشد.
انواع فیلتر هوای خودرو
پیش از پرداختن به انواع فیلتر هوا باید گفت این فیلترها در هر نوعی که باشند، جایگاه ثابتی در تمام خودروها دارند و آن پشت ورودی هوای موتور است. این محل می‌تواند روی موتور یا جلوی آن باشد. فیلتر هوا درون یک محفظه پلاستیکی قرار می‌گیرد که یک لوله مکش هوا به داخل دارد. بنابراین در هر خودرویی، محل فیلتر هوا را با پیدا کردن این محفظه پلاستیکی خواهیم یافت. اما فیلترهای هوا در انواع مختلفی تولید می‌شوند که این انواع معمولا در جنس مواد به‌کار رفته و بازده عملکردی متفاوت هستند. انواع فیلتر هوای خودرو عبارتند از:
۱. فیلتر هوای کاغذی یا سلولزی
این فیلترها از کاغذ‌های مخصوص سلولزی ساخته می‌شوند که برای کارایی بیشتر به‌صورت آکاردئونی و پلیسه‌دار طراحی می‌گردند. کاغذ چین‌خورده فیلتر نیز در نهایت برای حفظ ساختار در یک فریم پلاستیکی قرار می‌گیرد. عمر مفید این فیلترها چندان زیاد نیست اما در عوض قیمت مناسبی دارند.
۲. فیلتر هوای کتان
این فیلترها را از لایه‌های پارچه مخصوصی که پارچه‌های روغنی نامیده می‌شوند، می‌سازند. این لایه‌ها که معمولا شش تا هستند ضمن حفظ سرعت هوای مکیده‌شده که به‌سمت موتور در حرکت است، آن را با دقت و به‌خوبی تصفیه می‌کند. فیلترهای کتان عملکرد بهتری از دیگر انواع فیلتر دارند. لایه‌های پارچه در این نوع فیلتر نیز پلیسه‌دار طراحی شده و در فریم فلزی قرار می‌گیرند. فیلترهای کتان گران‌ترین نوع فیلتر هوای خودرو هستند.
حتما بخوانید: معرفی بهترین ماشین‌های ایرانی برای خرید
۳. فیلتر هوای اسفنجی
این فیلترها که معمولا چند لایه ساخته می‌شوند، از فناوری نانو بهره می‌برند و عموما در خودروهای مسابقه‌ای کاربرد دارند. مواد به‌کار رفته در این فیلترها لایه‌های پلی‌اورتان است که درنهایت برای حفظ ساختار در یک محفظه توری و فلزی قرار می‌گیرد. کیفیت و عمر مفید فیلترهای اسفنجی بیشتر از انواع سلولزی است اما این نوع فیلتر از قیمت بالاتری نیز برخوردار است.
نحوه عملکرد و کار این فیلترها در واقع تفاوتی نخواهد داشت و تنها عمر مفید و قیمت آن‌هاست که تفاوت‌هایی را ایجاد می‌کند. لازم به ذکر است که فیلترهای اسفنجی معمولا از نوع قابل شست‌وشو هستند و امکان استفاده مجدد دارند.
نحوه عملکرد فیلتر هوا
فیلتر هوا بخشی از سیستم هوارسانی به موتور خودرو است و عملکرد آن قسمتی از وظایف این سیستم محسوب می‌شود. به این ترتیب که سیستم هوا رسانی در خودرو، هوای موردنیاز احتراق را به میزان کافی، با خلوص لازم و بدون آلایندگی، در دمای بهینه برای موتور و در زمان مناسب به منیفولد گاز رسانده تا در آنجا با سوخت مخلوط شده وارد محفظه احتراق شود. فیلتر هوا در واقع اولین بخش از این سیستم و ورودی مسیر هوا از بیرون به درون موتور است. پیشتر هوا مستقیم وارد فیلتر هوا شده و پس از تصفیه کامل درون آن، از طریق لوله‌های ثابت به درون منیفولد گاز منتقل می‌شد.
اما امروزه عموما از یک لوله واسط نیز استفاده می‌شود که یک سر آن به محفظه پلاستیکی فیلتر هوا وصل است و سر دیگر به جلوی خودرو، پشت جلوپنجره و محل مکش هوا می‌رسد. در واقع هوا پیش از عبور از رادیاتور وارد این لوله شده و به‌سمت فیلتر مکیده می‌شود. فیلتر هوای تصفیه‌شده را به‌وسیله لوله‌ی میانه به منیفولد گاز فرستاده در این بخش با بنزین مخلوط شده و آماده ورود به سیلندر می‌شود. مکش هوا معمولا با باز شدن دریچه گاز که به منیفولد هوا راه دارد صورت می‌گیرد. هرچه این دریچه بازتر شود، مکش شدید‌تر شده و هوای بیشتری به‌سمت موتور جریان می‌یابد. فیلتر هوا فرایند تصفیه و انتقال را بدون تأثیر بر فشار مکش هوا انجام می‌دهد. فیلترهایی که بدون لوله واسط هوا را مکیده و به موتور هدایت می‌کردند عموما هرمی‌شکل بودند و فیلترهای امروزی نیز فرمی تخت و ذوزنقه‌ای یا مستطیلی دارند. محفظه پلاستیکی این فیلترها دو لوله در دو سر خود دارد که یکی به‌سمت موتور و دیگر به‌سمت جلوپنجره می‌رود.