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.

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?

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

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 VAZ 2111.

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.

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"…

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.

Рис. 1. "Моментные" характеристики двигателя ВАЗ-2111 с различными воздушными фильтрами

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.

Рис. 2. Зависимость сопротивления фильтров от частоты вращения коленчатого вала

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 (рис. 4.)? 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.

Рис. 3. Изменение расхода воздуха в зависимости от частоты вращения коленчатого вала

Рис. 4. Фильтр Pipercross крупным планом

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. 5: в лидерах - "красный" Pro.Sport.

Рис. 5. 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…

Михаил Колодочкин, Александр Шабанов.
За рулем №10 2006
01.10.2006

Источник: WWW.ZR.RU - автомобильный журнал "За рулем".