Olcsó tuning a rossz levegőszűrő

2010.04.30. 08:24 Módosítva: 2010-04-30 11:54:31
Mindenki tudja, hogy mi az elsődleges funkciója a levegőszűrőnek, és nagyjából azt is érezzük, hogy minél nagyobb a fojtása, annál gyengébb lesz a gép.

Rövid gondolkodás után rájövünk, hogy ha csökkentjük a fojtást, akkor nő a motorunk teljesítménye. Ha csökkentjük a fojtását, akkor nem romlik a szűrés hatásfoka? Ha csökkentjük a fojtást, biztos az erősödés? A műszaki dolgokban ritkán van megoldás kompromisszum nélkül. Nézzük sorjában!

A motor levegőszűrője a beszívott levegőben található por, homok és egyéb szennyeződések kiszűrésére szolgál. Ezt nevezzük elsődleges funkciónak. Az utóbbi időkben a szívászaj csillapítása is feladatává vált, ez a másodlagos funkció. A szűrőt két fontos számmal jellemezhetjük, az egyik a kapacitása, tehát, mennyi szennyezőanyagot képes felfogni, a másik a szűrési minősége, azaz, mekkora az a szemcseméret, amely a szűrőn már nem képes áthaladni – ezt hivatalosan szűrési küszöbnek nevezzük. Persze van egyéb jellemzője is, mint például a hatásfoka, nyomásvesztése, ezekről is ejtünk pár szót a későbbiekben.

A kapacitást a karbantartási periódusokhoz kell mérni, figyelembe véve a motor légnyelését, amely a lökettérfogattal és az üzemi fordulatszám-tartománnyal van összefüggésben, valamint az üzemeltetési körülményeket, azaz, hol használjuk a motort. Nagyobb felületű szűrő kell a 15 ezer kilométer szervizintervallumú motorhoz, mint a 7500-ashoz, ahogy nagyobb felületű szűrő kell egy 13 000 1/min fordulatú 600-as sportmotornak, mint egy 5000 1/min fordulatú Royal Enfieldnek, pedig lökettérfogatuk szinte azonos. A kapacitás általában fordítottan arányos a fojtással, tehát a nagyobb kapacitású szűrők kisebb fojtásúak, de ritkán férnek el egy sportmotor airboxában.

A szűrési küszöb csökkentése azonban erősen növeli a fojtást, azaz a jobban szűrő betét nagyobb fojtású. Ha a motor konstrukciós sajátosságait nézzük, például az illesztéseit, akkor a szűrési küszöb optimális meghatározása az a küszöbszám, amely méret alatt bejutó szemcsék jelentős kopást nem okoznak, de feleslegesen nem növelik a szűrő helyigényét és fojtását.

Persze a teljes szűrés lenne az ideális, de ez nem valósítható meg egyszerűen, tekintetbe véve a költségeket, helyigényt. Akik szédülnek a számoktól és a szakmai dolgoktól, most ugorjanak egy bekezdést. Aki élvezi, ha olajos a keze és a kenyérszelet vastagságát is tolómérővel méri, az olvashat tovább.

A belső égésű motor dugattyújának és a henger felső harmadának legnagyobb kopása a 15-20 mikron közötti részecskéknél következik be, a nagyobb szemcseméret a dugattyúgyűrű – hengerfal illesztésébe nem fér bele, ha normál felületi minőséget feltételezünk. Ezt valós üzemi kísérletekkel, valamint próbapadon is bebizonyították. A kopás a szemcseméret ismeretében Gauss-görbét formáz, egy szemcseméret intervallumban nagyon megnő a kopás. A 15 mikronra való szűrési küszöb beállítás azonban nem ésszerű, ugyanis a kisebb szemcseméret is okoz kopást, de ha megtalálunk egy optimumot, akkor normál költséggel, normál méretben tudunk levegőszűrőt gyártani. Ez az optimum utcai motor esetében olyan 5-15 mikron között van. Azért hangsúlyozzuk, hogy utcai motor, mert egy terepmotor esetében más a követelmény, más jellegű a szűrő is. Teljesen más az előírás egy porban arató kombájnnál is, de minket az kivételesen nem érdekel.

Jellemzője még a szűrőnek a fojtása, vagy kicsit szakmaibb fogalmazással a nyomásvesztése. Ezt a névleges térfogatáramnál a gyártók megadják az adott szűrőre vonatkoztatva. Kezd a dolog bonyolult lenni, mert több paramétert vizsgálunk, és ha az egyik javul (pl. csökken a szűrési küszöb), akkor a másik (nyomásvesztés) romlik, azaz nő a fojtás. Azt hiszem, már kezdjük érezni, hogy miért jobb egy gyári minőségű papírbetétes szűrő egy nagy nevű márkából, mint egy noname, olcsó szűrő. Egyrészt a maximális teljesítményt korlátozhatjuk vele, rosszabb esetben pedig a motor élettartama drasztikusan csökken. Jellemző ránk, hogy éjszakákat morfondírozunk azon, milyen olajjal járassuk a motorunkat és hogyan melegítsük reggelente, azonban megvesszük a gagyi, olcsó levegőszűrőt. Nagyot hibázunk.

Milyen típusú levegőszűrők vannak? Ez a Totalbike, nem a Mezőgazdasági TMK műhely, úgyhogy a centrifugál, olajtükrös inercia-szűrőket kihagyjuk, egyenest nekiszaladunk a motorokon alkalmazott betétes levegőszűrőknek, amelyek száraz és nedves rendszerűek is lehetnek.

Utcai motorok legelterjedtebb gyári szerelésű szűrője a papírbetétes száraz szűrő. Elve hasonló a szitához, a porózus szűrőpapír által alkotott rácson a rács pórusainál nagyobb méretű szemcsék fennakadnak, a kisebbek bejutnak. A szűrőpapír impregnált (pl. fenolgyantával), amely a pórushálózat egyenletesebbé tétele érdekében kerül a szűrőpapírra, valamint a levegő nedvességével szembeni ellenálló képesség növelése okán. A szűrőnek nagy felületűnek kell lenni, erős mechanikai szilárdságúnak, hogy a nagy sebességgel érkező szemcsék ne semmisítsék meg és ne szakítsák szét a szűrő rostjait,  mert akkor a szűrés minősége leromlik, a szűrési küszöb megnő.

A filter előnye, hogy eltömődésekor a szűrési küszöb csökken és a motoros azt érzi, hogy a motor nem elég erős, a fogyasztás esetleg megnő, de meghibásodást nem okoz. Ez nagyon fontos, mert majd látjuk, hogy a terepmotorok versenyszűrőjénél és a nedves sportszűrőknél ez pontosan fordítva van.

A papírbetétes szűrő gyártása egyszerűnek tűnik, de nem az. Átlagos utcai porszennyezést figyelembe véve a szűrőnek jellemzője a hatásfoka, ezt a gyártó meghatározza a szűrőt gyártó cég számára, hogy mekkora legyen, mekkora nyomásesése (fojtása) legyen újkorában és adott üzemóra után. Ezentúl fontos a szűrő kapacitása, a szennyeződés tároló képessége. Ezen adatokkal pontosan meghatározható egy levegőszűrő.

Ha a motorhoz nem megfelelő levegőszűrőt használunk, vagy megveszünk egy olcsó utángyártottat, akkor ezek az értékek a gyárilag specifikálttól eltérhetnek, szerencsétlen esetben a motor kopása akár többszörösére is nő úgy, hogy mi semmit sem veszünk észre belőle, de a barátunk motorja még 50 ezer kilométernél nem eszi az olajat, a miénk meg már igen.

Ha a specifikálttól eltérő (rosszabb) minőségű szűrő kerül a motorba, akkor a kopás, elsősorban a hengerfal kopása már nem a szerkezeti anyagok minőségétől függ majd, hanem a levegő minősége lesz a meghatározó tényező. A szennyeződés az égéstérből lekerül az olajjal a forgattyúsházba, a váltóba, gyakorlatilag mindenhova eljuthat, függően attól, hogy az olajkör melyik részébe úszik bele.

Ezek után nem csodálkozunk, hogy ha megnézzük a szűrőket akár a motorokban, akár az autókban, az összes modellben nagyjából 5-6 féle gyártmány van gyárilag. Ezek a legjobbak, ezek tudtak olyan specifikációjú szűrőt gyártani (adott áron), ami a modellben megfelelt. A gyártók ezeket a szűrőket tesztelik és ellenőrzik. Meg kell említenünk azt is, hogy a papírbetétes szűrők egyszer használatosak, nem tisztíthatók.

Hibát követ el az az ember, aki 6-8 baros levegővel, kompresszorral kifújja a szűrőből a port, ugyanis a nagy nyomás a szűrőpapír elemi rostjait, porózusságát mechanikailag teszi tönkre és a szűrési küszöb könnyedén duplájára nő, de akár megsokszorozódik, hiszen a pórusok megnagyobbodnak. A szűrőpapír nem erre az igénybevételre van mechanikailag méretezve. Aki nem hiszi, meggyőződhet maga róla: tegyünk a napra egy új szűrőt, a szűrő árnyékába egy fénymérőt. Jegyezzük fel az értéket. Majd egy koszos szűrőnél mérjük meg a fényerősséget az árnyékában és aztán fújjuk ki alaposan kompresszorral az áramlási iránnyal ellentétesen. Most megint tegyük mögé a fénymérőt és lepődjünk meg, hogy a fényerősség eléri, sőt, meghaladja a vadiúj szűrő mögött mértet, pedig a koszos szűrőpapír nem lett fehérebb, mint az új. De a fényt és a koszt jobban átereszti. Ez nem egy tudományos teszt, több helyen támadható is, de elgondolkodtató.

A másik szűrőtípus a nedves szűrő, ebbe a kategóriába tartoznak pl. a K&N direktszűrőnek becézett sportszűrői. A nedves szűrők abban különböznek a száraz (szintén betétes) papírszűrőktől, hogy a szűrő anyaga általában valamiféle gyapotszál, amely speciális folyadékkal van nedvesítve. A gyapotszálak fonata által képzett „szita” lyukmérete nagy, akár 0,1-0,4. mm is lehet, azonban semmilyen szemcseméret nem tud úgy áthaladni, hogy egy útjába kerülő, nedves szálnak ne ütközzön neki és ott ne tapadjon fel a felvitt olaj vagy egyéb nedvesítő rétegre. Látjuk, hogy a szűrés alfája és omegája a felvitt szűrőfolyadék, amely megköti a szennyeződéseket. Ha mindet megkötné, az lenne az ideális eset és akkor a szűrési küszöb nulla lenne. Ez valójában nem valósul meg még frissen kent szűrőnél sem, azonban a szűrési küszöb alacsonyabb lehet, mint a száraz papírbetétesnél és ezzel egy időben a nyomásesése kisebb, tehát a motort kevésbé fojtja, jobb lesz a töltéscsere, nagyobb lesz a teljesítmény. Tehát ez a tuti szűrő? Sajnos nem.

Ahogy a neve is mutatja – sportszűrő –, elsősorban versenycélra ideális. Jellemzője, hogy a telítődésével a szűrési küszöbe ugyan nő, tehát egyre nagyobb részecskék kerülnek a motorba, de fojtása nem változik jelentősen, így a teljesítmény nem csökken, a versenyző be tudja fejezni a futamot teljesítményvesztés nélkül. Ez elsősorban terepmotorosoknál, pl. motokrosszban fontos, mert bár a motor kicsit megsínyli, de a győzelem a miénk lehet.

További hátránya az utca emberének, hogy karbantartása piszkos, munkás és gyakran is kell. Mosás, szárítás és szűrőolajjal kenés az egyik legmocskosabb meló a krosszpálya mellett, de ott amúgy is van baj és kosz elég. Utcán nem javasolt az ilyen szűrő, nem is igazán szokás ezt utcai motorba tenni. A szűrő anyaga a már említett gyapotszálak fonata, vagy a terepmotorokon egyszerű, viszonylag kisméretű lyukakkal rendelkező, habosított szivacs.

Az ilyen jellegű abszorpciós szűrő nem új keletű találmány, már a Pannóniákon is hasonló volt, ott a szűrő anyaga drótszövet volt, a szűrőolaj pedig egy-két evőkanál motor vagy hajtóműolaj. A Babettán is ilyen volt 1974-ben is, a tank alatti kis testbe drótszál volt sűrűn belenyomva, amire motorolajat kellett folyatni. A 60-as években ez nem számított sportszűrőnek, ez volt és kész, a korszerűbbnek tekinthető papírbetétes szűrők a korai 80-as években terjedtek el.

Az újabb, gyapotszálas vagy szivacs anyagú szűrők minőségének csak az egyik meghatározója a szűrő anyaga; a másik fontos eleme maga a szűrőolaj. Valójában sok esetben nem is olaj ez, nem is szénhidrogének elegye, hanem egyéb szintetikus folyadék (esetenként biológiailag lebomló), amely megfelelően ragacsos ahhoz, hogy a beleütköző szemcséket megfogja, és megkösse. A folyadék viszkózussága (sűrűsége) és ragacsossága sok félreértésre ad okot, amikor a pálya mellett az önjelölt szakemberek ebből próbálják megállapítani a szűrőfolyadék jóságát. A kézzel is érezhetően sűrű és ragacsos folyadéknak az az előnye, hogy a relatíve nagy méretű résecskéket pl. a 20 mikron felettieket is könnyen megkötik, de az egészen apró, 1-7 mikronosok pedig a nagyobb felületi feszültség miatt lepattannak róla. További előnye, hogy a kiszáradása vagy olaj kihordása alacsony szinten marad, nem kell óránként újra kenni.

A másik véglet a nagyon híg folyadék, aminek felvitele egyszerű, de a szűrőből könnyen kifolyik vagy akár ki is szárad (olajkihordás is nagy lesz, néha a karburátor tele van szűrőolajjal), azonban a kis felületi feszültség és a jó nedvesítő képesség miatt még az 1 mikronos porszemcsék is jól beleragadnak, a nagyobb részecskék azonban nem olyan könnyen maradnak benne. A 25 mikron felett részek már nem annyira veszélyesek a hengerfalra, a híg szűrőfolyadék a kisebb szennyeződések esetében hatékony, erre van kiélezve.

A nagy hibát akkor követjük el, amikor a nedves szűrőt nem kenjük, itatjuk át vagy fújjuk be megfelelő szűrőfolyadékkal vagy nem tisztítjuk kellő gyakorisággal. A száraz szűrő gyakorlatilag csak a verebeket nem engedi be, a szúnyogokat simán, a kopás jelentős lesz. A telítődött nedves szűrő fojtása alig nagyobb, de szépen „átszív” és bejut a szennyeződés a motorba. Mindkét esetben elképesztő mértékben felgyorsuló kopásról beszélünk, ami nem csak a hengerfalra veszélyes, hiszen az olajkörbe is bejut.

Vajon ha kicseréljük a nagyobb fojtású papírbetétes szűrőt egy kisebb fojtású, de rendszeresen, megfelelő anyaggal ápolt nedves sportszűrőre mit fogunk érezni? Nő a teljesítmény? Csökken az élettartam?

Az élettartam nem igazán csökken, csak ha elhanyagoljuk a szűrő ápolását. Számos valós üzemi teszten láthattuk, hogy ideális esetben a nedves sportszűrő jobban szűr, szűrési küszöbe alacsonyabb, kisebb a fojtása, így nem kell aggódni. A hangsúly az ideális eseten van, ugyanis az ideális viszony fenntartása akár napi, vagy futamonkénti szűrőcserét, vagy mosást és tisztítást igényel. A tisztítás sem lehet akármivel, mert a gyapotszálak a benzines mosástól károsodnak, felületük sérül, így megkötő képességük romlik. Legjobb, ha a gyári tisztítófolyadékot használjuk, amit a szűrő gyártója ad vagy ajánl.

A teljesítmény növekedése már nem ennyire egyértelmű kérdés. A belsőégésű motort úgy kell szemlélnünk, mint egy rendszert, amire a láncelmélet jellemző. Egy lánc csak annyira lehet erős, mint a leggyengébb szeme. Ha a leggyengébb szemet kicseréljük egy erősebbre, akkor a lánc is erősebb lesz. A motor töltéscseréjét befolyásolja a levegőszűrő fojtása, a szelepvezérlés ideje (vezérműtengely geometriája), az égéstér és szelepek szerkezeti kialakítása, a kipufogórendszer fojtása, hogy csak a leglényegesebbeket említsük. Ha ebben a láncban a legnagyobb fojtást, a legnagyobb korlátozó tényezőt a levegőszűrő jelenti, akkor annak cseréjével akár 2-5%-os teljesítménynövekedést nyerhetünk. Ha a legnagyobb fojtása a kipufogónak van, akkor hiába teszünk sportszűrőt, sajnos szinte semmit nem érünk el, kipufogócsere is szükséges, de akkor meg lehet, hogy a szívószelep mérete vagy vezérlési ideje lesz a szűk keresztmetszet.

Egy eső utáni, portalan napon vegyük ki a levegőszűrőt, tegyünk egy pár km-es kört, és ha azt érezzük, hogy a motor sokkal jobban megy, akkor a szűrő fojtása nagy és egy sportszűrő segíthet. Ha nem érzünk semmi különbséget, akkor maradjunk a gyárinál, legalább nem kell mosogatnunk, és koszolnunk vele: a szűrőnk nem korlátozza a teljesítményt.