Мало кому приходилось совершать марш-броски в полной химической защите. Не самое приятное занятие, надо признать: жарко, весь обливаешься потом и, главное, воздуха не хватает: уж больно тяжело дышать через респиратор или противогаз… Автомобиль тоже вынужден постоянно дышать через своеобразный респиратор – воздушный фильтр.
Без него – никак: насосет пыли, износит цилиндры – и в отставку. Чтобы не заработать хроническую одышку, сохраняя при этом должный боевой настрой, придуманы специальные воздушные фильтры, носящие громкое название – «фильтры нулевого сопротивления». О них сегодня и пойдет разговор.
Но для начала...
ПОГОВОРИМ О ВОЗДУХЕ
Воздух для бензинового двигателя – это «предмет первой необходимости». Мало подать в цилиндры топливо – надо его еще сжечь. А для этого требуется окислитель, попросту говоря – кислород. Горит топливо только в очень узком соотношении концентраций топлива и воздуха. Сумеешь подать в цилиндр дополнительный воздух – получишь возможность сжечь дополнительное количество топлива. А это – мощность. Поэтому практически всегда тюнинг двигателя начинается с того, чтобы насытить его воздухом – на этом пути стоит множество преград. И сопротивление дроссельной заслонки, и гидравлическое сопротивление в клапанных щелях и каналах системы впуска, и местные сопротивления в местах стыковки впускных труб и каналов головки цилиндров, и – ближе к нашей теме! – сопротивление воздушного фильтра.
Коническая форма способна обмануть датчики, но не природу. Кажется, что расход воздуха возрастает, однако на мощности это не сказывается.
Термин «фильтр нулевого сопротивления» – это некая аллегория, стремление достичь невозможного. Понятно, что при полном отсутствии сопротивления он и фильтровать-то не будет. А мы проверим, насколько конструкторам этих фильтров удалось приблизиться к идеалу. И, конечно же, постараемся понять – действительно ли игра стоит свеч? Надо ли покупать жутко дорогой, но столь же красивый фильтр? И что мы с этого будем иметь? Действительно ли уменьшение сопротивления на впуске дает заметный прирост мощности? Или это очередная модная игрушка для любителей тюнинга?
Лидер экспертизы на вазовском двигателе смотрится несколько чужеродно. Красота – страшная сила?
Поскольку работа, мягко говоря, предстоит трудоемкая, поступим так: временно забудем первое слово – «фильтр» и остановимся на двух последних – «нулевого сопротивления». Иными словами, качество фильтрации этих игрушек оставим на потом, когда займемся обычными панельными воздушными фильтрами – в сравнении с ними это будет и понятнее, и уместнее. А сейчас оценим только реакцию двигателя на их установку.
ПРЕДСТАВЛЯЕМ УЧАСТНИКОВ
Pro.Sport Red Cotton
Ориентировочная цена – 1400 руб.
Лидер теста – с ним потери давления во впускном тракте минимальны. Отсюда – прирост мощности и крутящего момента.
Pro.Sport Twister
Ориентировочная цена – 800 руб.
Самый дешевый из испытанных фильтров показал, в общем-то, средние результаты. Во всяком случае, крутящий момент «поднимал» вместе со всеми.
Pro.Sport Trust
Ориентировочная цена – 1100 руб.
«Зеленый гриб» ничем особо не выделился – разве что привлекательной внешностью. В общем – нормальный середняк.
Pipercross
Ориентировочная цена – 2500 руб.
Самое дорогое изделие оказалось в конце списка как раз из-за цены – никаких иных «преимуществ» отмечено не было.
Вообще-то, фильтры нулевого сопротивления на каждом прилавке не валяются. Это – сугубо специфические изделия, адресованные любителям быстро ездить или хотя бы считать себя таковыми. Задачу собрать всех представителей «нулевок» мы не ставили: в день закупки образцов московские магазины предложили нам четыре таких фильтра – три вида изделия Pro.Sport и их коллегу Piper-cross. Все они пригодны для использования на впрысковом двигателе ВАЗ-2111
Да, но с чем же их сравнивать? Поступили просто – взяли два крайних варианта. В первом случае использовали обычный «среднестатистический» воздушный фильтр, а во втором… просто сняли фильтр (!) и посмотрели, что будет, если на впуске действительно обеспечить «нуль». Забегая вперед, отметим, что даже в этом случае получить нулевое сопротивление не удалось.
ПОБЕЖАЛИ…
Итак, нацепили «респираторы» – фильтры то есть, и – вперед, вперед… Поочередно участников забега устанавливали на двигатель, который в свою очередь был водружен на моторный тормозной стенд. А дальше, во всем диапазоне оборотов – от холостого до номинала – смотрели, какую мощность выдаст двигатель. По-ученому это называется съемом внешней скоростной характеристики. Заодно померили расходы топлива и воздуха и, что в нашем случае самое важное, сопротивление воздушных фильтров. Для этого сразу за фильтром вывели трубку отбора воздуха и подключили ее к лабораторному дифференциальному манометру. Расход воздуха определяли и по показаниям датчика массового расхода воздуха – ДМРВ, и через лабораторный расходомер.
Начали с вышеупомянутых крайних вариантов – обычного панельного фильтра, давшего кривую мощности штатного варианта комплектации двигателя, а также со снятой «кастрюлей» с фильтром. В итоге получили две границы – «штатную» и с полным отсутствием сопротивления фильтра. А дальше поочередно пошли в дело все красивые игрушки под названием «фильтры нулевого сопротивления»…
Рис. 1. «Моментные» характеристики двигателя ВАЗ-2111 с различными воздушными фильтрами.
Рис. 2. Зависимость сопротивления фильтров от частоты вращения коленчатого вала.
Рис. 3. Изменение расхода воздуха в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.
БЕЗ РЕСПИРАТОРА ЛЕГЧЕ…
Попробуем разобраться в том, что получено. Для начала взглянули на рис. 1, где сведены так называемые «моментные кривые», характеризующие влияние фильтров на мощность двигателя. Несколько трудно смириться с тем, что обычный воздушный фильтр способен так придавить мощность, но это факт. Обратите внимание: если штатный панельный фильтр четко опустил кривую, то все «нулевки» дали довольно близкие результаты, лежащие в пределах погрешности измерения относительно кривой, полученной на двигателе без фильтра.
Что сказать… Конечно, 4–5% прироста мощности на высоких оборотах – это серьезно. Нет ли ошибки? Результаты эксперимента проверили на математической модели аналогичного двигателя. К слову, эту программу в свое время активно использовали специалисты бюро спортивных двигателей АВТОВАЗа – с ее помощью предварительно настраивали многие варианты тюнинговых моторов. Результат повторился – те же самые проценты.
А что же с сопротивлениями фильтров? Посмотрите на рис. 2. Два наших крайних варианта – штатный фильтр и с отсутствием оного – очертили поле изменения кривых для всех «нулевок». Как мы и предполагали ранее, сопротивление в них, конечно же, присутствует – ближе всего к грани «полного нуля» лег «красный» вариант Pro.Sport Red Cotton. Отметим сразу, что в зоне выше 5000 об/мин показаны расчетные данные, полученные методом математического моделирования – на рисунке они выделены прерывистыми линиями.
Предвидим вопрос – а откуда вообще взялось сопротивление для варианта без фильтра? Дело в том, что и ДМРВ, и часть впускного воздухопровода до места измерения давления тоже «небезгрешны» – они-то и сопротивляются. Так что все верно.
Интереснее другое (рис. 3). Фильтр Pipercross, несмотря на несколько большее сопротивление, вдруг показал существенное увеличение расхода воздуха – до 10%! Это потянуло за собой соответственный рост расхода топлива, но мощности движку не прибавило. Что за ерунда? Выяснилось все, когда сопоставили данные измерения расхода воздуха по показаниям ДМРВ и лабораторным расходомером. Если у всех остальных вариантов они сильно не расходились (ведь датчик для стенда специально подбирали), то для этого фильтра обнаружилась разница в те же 10%, причем ДМРВ расход явно завышал. Причину обнаружили, когда любопытства ради засунули нос в «потроха» фильтра. Видите красный конус? При сужении канала поток ускоряется, а датчик массового расхода воздуха работает по принципу термоанемометра – измеряет скорость потока, пересчитывая его на массовый расход по несложной формуле. Он-то не понимает, что конус фильтра пережимает проходное сечение! Вот и получилось, что фильтр Pipercross обманул ДМРВ, заставив его переобогатить смесь. Поэтому расход вырос, а мощности не прибавилось – вот и вся разгадка.
НАС НЕ ДОГОНЯТ!
Бывалые говорят: основной эффект на «нулевках» достигается тогда, когда уходишь по оборотам за 6–7 тысяч, то есть на типичных спортивных и «глубоко тюнингованных» моторах. На стенде нам так высоко не забраться – пришлось опять обратиться к математическому моделированию. Итог – на рис. 4: в лидерах – «красный» Pro.Sport.
Рис. 4. Оценка прироста мощности двигателя при частоте 7000 об/мин в зависимости от типа воздушного фильтра.
Все это хорошо, но известный закон природы говорит: где чего прибавится, то столько же должно убавиться. Думается, весь ожидаемый негатив скажется как раз на качестве фильтрации – об этом же говорят наши предыдущие исследования (ЗР, 2004, № 6). Напомним также, что такие фильтры задумывались не для повседневной езды на работу, а для спортивных заездов, в которых долговечность узлов и агрегатов – дело десятое. А всем, кого интересуют как раз реальные киловатты мощности, предлагаем внимательно изучить наши графики и гистограммы. Надеемся, это поможет сделать свой выбор в нелегкой мысленной борьбе между необходимым и излишним…
Изображения
