Автомобильные фильтры: повышение производительности и долговечности

Действительно, автомобильные фильтры играют решающую роль в поддержании оптимальной функциональности и экономичности автомобилей. Они в прямом смысле слова работают, как защитные барьеры для двигателей и жизненно важных компонентов, сокращая износ благодаря эффективному удаления загрязнений из топлива, воздуха и смазочных материалов. За последние годы индустрия автомобильных фильтров претерпела значительные преобразования. Технологические достижения привели к разработке более эффективных и долговечных фильтров, способствующих повышению эксплуатационных характеристик и долговечности автомобилей. Развивающаяся отрасль также стала свидетелем растущего внимания к экологичным конструкциям для решения экологических проблем.

Автомобильные фильтры применяются в различных областях, включая воздушные фильтры для впуска двигателя, топливные фильтры для обеспечения подачи чистого топлива, масляные фильтры для систем смазки воздушные фильтры для салона. По мере развития автомобильных технологий роль каждого из этих типов фильтров становится еще более важной в поддержании работоспособности и экономичности современных автомобилей. Хотя с некоторыми в скором времени мы, скорее всего, распрощаемся.

Векторы тенденций

Можно выделить семь ключевых тенденций на рынке автомобильных фильтров, определяющих темп и направления развития:

1. Строгие нормы выбросов. Ужесточение экологических норм, направленных на сокращение выбросов транспортных средств, повышает спрос на современные автомобильные фильтры. Нормативные акты, такие как стандарты Euro 6 в Европе, требуют использования эффективных систем контроля выбросов, включая сажевые фильтры и каталитические нейтрализаторы, для соблюдения строгих ограничений выбросов.

С другой стороны производители автомобильных фильтров начинают уделять больше внимания промышленной устойчивости. В результате разрабатываются новые, экологически чистые фильтрующие материалы и технологии. Например, некоторые производители изготавливают фильтры из упаковки и материалов, пригодных для вторичной переработки. Другие компании создают фильтры многоразового использования.

2. Технологические достижения в технологии фильтрации.Постоянные усовершенствования в технологии фильтрации повышают производительность и экономичность автомобильных фильтров. Такие инновации, как фильтрующие материалы из нановолокон, электростатическая фильтрация и многослойные конструкции фильтров, повышают эффективность процесса очистки, увеличивают интервалы обслуживания и повышают общую производительность двигателя. Другие производители делают фильтры, которые более устойчивы к износу, используя композиты и синтетические волокна.

1. Растущий спрос на электромобили (EV). Растущее внедрение электромобилей открывает новые возможности для рынка автомобильных фильтров. Хотя в электромобилях меньше традиционных фильтров – им не нужны воздушный фильтр на впуске ДВС и масляный по причине отсутствия собственно ДВС – им по-прежнему требуются салонные воздушные фильтры и фильтры системы термоменеджмента аккумулятора для поддержания качества воздуха в салоне и обеспечения оптимальной работы высоковольтного модуля.

При этом предъявляемые к ним требования ужесточаются. Например, фильтры охлаждающей жидкости EV должны быть способны удалять мельчайшие загрязнения, которые могут нанести вред аккумулятору, в то время как интеллектуальные воздушные фильтры EV должны быть способны удалять микронные частицы из воздуха.

1. Спрос на вторичном рынке и требования к техническому обслуживанию: Сегмент вторичного рынка стимулирует значительный спрос на автомобильные фильтры, поскольку владельцы транспортных средств ищут замену фильтров для текущего технического обслуживания и ремонта. Такие факторы, как увеличение возраста автомобиля, накопление пробега, самостоятельное техническое обслуживание, рост цен на фильтры OEM и расширение поставок высококачественных фильтров в сегменте аналогов способствуют продажам фильтров на вторичном рынке, поддерживая его рост.

5. Растущее осознание проблем, связанных с качеством воздуха. Автовладельцы стали лучше осознавать потенциальные последствия загрязнения воздуха для здоровья. Поэтому автомобильные фильтры, которые могут успешно удалять загрязняющие вещества из воздуха в автомобиле, пользуются повышенным спросом. В результате этого разрабатываются новые технологии фильтрации, такие как HEPA-фильтры и фильтры с активированным углем.
6. Растущий акцент на топливной экономичности. На автопроизводителей оказывается растущее давление с целью повышения топливной экономичности выпускаемых автомобилей. Одним из способов достижения этой цели является использование топливосберегающих фильтров. Например, высокоэффективные воздушные фильтры могут повысить топливную экономичность и производительность двигателя.
7. Растущий спрос на подключаемые фильтры. В индустрии автомобильных фильтров подключаемые фильтры являются недавней и развивающейся тенденцией. В эти фильтры встроены датчики для сбора информации о состоянии автомобиля и эффективности фильтра. Эти данные могут быть отправлены на облачный сервер или на компьютер в автомобиле. Собранная информация используется для отслеживания эффективности фильтра и определения того, когда необходима замена, а также прогнозирования различного рода поломок и необходимых профилактических мероприятий.

При этом надо понимать, что хотя рынок автомобильных фильтров предоставляет значительные возможности для роста, сохраняются такие проблемы, как волатильность цен на сырье, конкуренция со стороны альтернативных технологий фильтрации и появление электрических силовых установок, выводящих из оборота два весьма крупных сегмента. Однако эти проблемы также создают возможности для участников отрасли внедрять инновации, разрабатывать устойчивые решения для фильтрации и расширять ассортимент своей продукции в соответствии с меняющимися потребностями рынка и нормативными требованиями.

Таким образом, нет никаких сомнений в том, что мировой рынок автомобильных фильтров после связанной с коронавирусом стагнационной паузы, ожидает значительный рост. По данным Technavio, он увеличится на 6013,54 миллиона долларов с 2023 по 2027 год. Прогнозируется, что этот рост будет обусловлен совокупным годовым темпом роста (CAGR) почти в 4,14% в течение рассматриваемого периода. Ключевым драйвером станет Азиатско-Тихоокеанский регион (APAC), особенно Китай, Индия и Южная Корея, где прирост составит 58%. 

Комбинация смол

Под влиянием выше озвученных факторов, долгое время производители фильтров фокусировались главным образом на совершенствовании и модернизации основы фильтровальной среды – так называемой «фильтровальной бумаги», которую теперь «бумагой» можно называть лишь по традиции, понимая, что сейчас она все чаще представляет собой структурное полотно из синтетических волокон. Однако в последние несколько лет внимание постепенно переносилось на пропитки, пока в прошлом году не произошел настоящий прорыв в этой области. Но к нему обратимся чуть позже, а пока расскажем о предварявшем его внедрении.

Проведя множество исследований и заострившись на тематике пропиток в 2022 г. компания Neenah Filtration разработала фильтрующий материал, который использует запатентованную технологию асимметричного насыщения и сочетает в себе преимущества отверждающихся и не отверждающихся смол.

При обработке фильтрующих материалов в автомобильной промышленности важно обеспечить определенную жесткость материала для оптимальной скорости прокачки. Материал также должен быть сконструирован таким образом, чтобы линии складок и ямочки, образующиеся в процессе плиссирования, не повреждали его. Технология насыщения Neenah Filtration позволяет компании обеспечивать такую прочность, не ставя под угрозу пластичность материала.

Еще одна ключевая функция этого асимметричного насыщения, или возможности комбинировать различные типы смол в одном средстве, заключается в том, что оно позволяет изготавливать материалы индивидуально для удовлетворения потребностей заказчика.

Новое имя

Лигнин – запомните это название. Судя по всему, в ближайшее время оно прочно войдет в лексикон всех, кто, так или иначе, связан с автомобильной фильтрацией. Хотя специалистам по фильтрации в целом оно известно уже достаточно давно.

Лигнин – это экологически чистое химическое вещество, которое можно извлекать из широкого спектра лигноцеллюлозных биологических отходов. По сути, это древесное сырье, которое возникает в качестве побочного продукта при производстве целлюлозы. Его добавляли в полимерные мембраны для улучшения морфологии мембран при фильтрации. Лигнин, растворенный в растворе NaOH, можно наносить на различные подложки для улучшения гидрофильности поверхности и повышения других характеристик. 

Судя по всему, разработчики из Ahlstrom первыми обратили внимание на свойства лигнина и возможности их приложения в автомобильной индустрии. Ими были созданы новые фильтрующие материалы из возобновляемых и экологически чистых составов, использующих пропитку на основе лигнина, заменяющую смолу на основе ископаемых. Смола содержит значительное количество возобновляемого лигнина на биологической основе, при этом механические свойства и долговечность фильтрующих материалов сохраняются даже в сложных условиях эксплуатации.

По первоначальным оценкам Ahlstrom, новые фильтрующие материалы с пропиткой на основе лигнина оставляют меньший углеродный след, чем стандартные фильтрующие материалы на основе ископаемых смол. Кроме того, технология такой пропитки позволяет на 50-70% снизить выбросы формальдегида в процессе отверждения.

Ahlstrom сотрудничает с латиноамериканским производителем автомобильных фильтров Tecfil, который решил внедрить решение Ahlstrom Eco в окончательный дизайн фильтра. Новый продукт не заставил себя долго ждать. Уже в октябре прошлого года Tecfil продемонстрировала его на выставке AAPEX в Лас-Вегасе.

Инновационный и экологичный автомобильный фильтр на основе лигнина получил созвучное название – EcoLigna. Как утверждает производитель, в процессе его производства выбросы CO2 были снижены на 20%, при этом он на 15% превосходит обычные фильтры по производительности. 

В 2 раза больше

Не останавливаясь на одной новации Ahlstrom творит следующую. Буквально в апреле текущего года компания представила новую технологию двухслойных фильтрующих материалов, позволяющую увеличить срок службы фильтров и уменьшить размеры воздухозаборников.

Двухслойная конструкция обеспечивает вдвое большую пылеудерживающую способность по сравнению с однослойной конструкцией, поскольку каждый слой служит определенной цели для оптимизации общего удержания частиц в глубине материала.

Опытным путем установлено, что эта технология позволяет более чем на 50% продлить срок службы фильтра при использовании во впуске воздуха в автомобильные двигатели в той же конфигурации. Это также дает возможность уменьшить размер и вес фильтрующего элемента в автомобилях, где эти параметры важны.

Двухслойные фильтрующие материалы разработаны с учетом текущих и будущих характеристик воздухозаборника двигателя, включая топливные элементы. Материал может быть изменен с учетом огнестойкости для повышения безопасности при использовании без ущерба для производительности. Технология обладает высокой адаптивностью и может быть расширена для фильтрации воздуха и жидкостей во многих других транспортных и промышленных целях.

По факту двухслойные фильтрующие материалы Ahlstrom, если они будет успешны, установят  на рынке новые стандарты эффективности фильтрации. Их можно адаптировать к различным условиям, и они не только очищают и защищают, но и способствуют более экологичному будущему.

Последствия эпидемии…

Коронавирус научил людей бояться окружающего воздуха, поэтому даже после окончания эпидемии запрос на антибактериальные фильтры остается высок. A.L. Group утверждает, что разработала реально работающую  антивирусную и антибактериальную технологию, которая устраняет почти все вирусы, передаваемые воздушно-капельным путем, включая Covid-19.

Ее фильтр Active Shield предназначен для воздухоочистителей внутри помещений, для использования в салонных воздушных фильтрах на транспорте и в промышленных установках фильтрации. Фильтры производятся с использованием технологии нанесения покрытий, разработанной ведущим израильским университетом для решения проблемы инфекций в больницах путем обработки постельного белья пациентов и медицинской одежды, придавая им противовирусный и антибактериальный характер. После исследования технологии A.L. Group смогла адаптировать ее для обработки фильтрующих сред, используемых для производства воздушных и салонных фильтров.

Запатентованная технология использует сонохимическую вспомогательную обработку и ультразвуковые волны для покрытия фильтрующей среды оксидом металла, придавая ей противовирусные и антибактериальные свойства. По словам создателей, эта технология более экологична и безопасна, чем любая другая, доступная сегодня. В процессе пропитки не используются никакие вредные химические связующие. Металлические волокна также не добавляются.

Помимо фильтрации капель аэрозоля, переносящих вирус, оксид меди, которым пропитана фильтрующая среда Active Shield, нейтрализует вирусы и бактерии, разрушая защитные слои вредных организмов, вмешиваясь в их жизненные процессы, что делает их безвредными и неспособными к размножению.

Active Shield был протестирован в соответствии со стандартом ISO 18184: 2019 против SARS COV 2 в одной из ведущих лабораторий Китая. Тестирование показало более 99% противовирусной активности и снижение вирусной нагрузки более чем на 2 log. Также были проведены обширные медицинские тесты в соответствии со стандартом ISO 20743 для оценки антибактериальной эффективности Active Shield в отношении E.coli и S.aureus. Результаты демонстрируют отличную антибактериальную активность, снижающую рост бактерий на 3 log.

Еще одним преимуществом этой технологии является то, что ее можно комбинировать с дополнительными слоями салонного фильтра, создавая многофункциональный фильтр с углеродной средой, слоями биозащиты и HEPA-средой. Опробовав свою сонохимическую обработку на различных типах фильтрующих материалов, используемых A.L. Group для производства салонных фильтров, производитель выяснил, что она превосходно пропитывает все из них оксидом металла. Носитель, покрытый с использованием этого уникального процесса, можно комбинировать с другими слоями, которые обеспечивают дополнительные функциональные возможности, такие как защита от запаха и антиаллергенные свойства. Это позволит создать многофункциональный фильтр следующего поколения, который принесет пользу здоровью всех людей .

A.L. Group провела серию тестов фильтрации на обработанных фильтрах. Результаты не показывают разницы в пылеудерживающей способности, эффективности фильтрации и перепаде давления между фильтрами Active Shield и обычными фильтрами, доказывая, что покрытие Active Shield никоим образом не влияет на производительность фильтра.

…и глобального потепления

Глобальное потепление приносит населению планеты многие беды. Одна из них – увеличивающееся количество лесных пожаров, во время которых выделяется огромнее количество дыма. Этот дым не щадит никого и в том числе автомобилистов. Поэтому во многих регионах планеты возник нешуточный запрос на фильтры, способные очищать воздух в салоне от дыма лесных пожаров. 

Не разрабатывая специальной системы Mercedes-Benz обнаружил, что его «энергетическая система управления подачей воздуха» с тремя уровнями фильтрации впервые появившаяся на седанах  EQS  прекрасно справляется в том числе и с дымом. Она  улавливает мельчайшие вирусы и устраняет смог с помощью активированного угля. Когда воздух снаружи становится загрязненным песком, она автоматически герметизирует салон.

Откровение снизошло как это часто бывает случайно. Получивший такую же систему новый кроссовер Mercedes EQE летом прошло года оказался в Нью-Джерси, где из-за дыма от лесных пожаров в Канаде индекс качества воздуха на улице достиг колоссальных 350, что соответствует наихудшим условиям для дыхания в мире. Однако рассекая апокалиптическую оранжевую пелену, как космический корабль на токсичной планете, кроссовер сохранял в салоне индекс качества воздуха всего 23.

Конечно, водителям придется заплатить за безопасность дыхания: система Mercedes  доступна только  на новейших электрических моделях в качестве допопции от  450 евро.

BMW AG, между тем, два года назад вступила в воздушные войны против штутгартских коллег с аналогичной системой. Толчком к разработке послужили в основном сильно загрязненные промышленные районы в Индонезии и Китае.

Система BMW, построенная на основе плотного фильтра из мельчайших волокон, недоступна на самых бюджетных автомобилях концерна. Недорогие системы очистки воздуха BMW поначалу сопоставимы, но со временем теряют свою эффективность. Компания заявляет, что примерно через два года ее высококачественная система будет в 16 раз эффективнее стандартного оборудования.

Как видим и в будущем рынок автомобильной фильтрации останется важнейшим компонентом технического обслуживания автомобилей и охраны окружающей среды, обеспечивая чистый воздух в салоне, чистоту смазочных материалов и контроль выбросов в автомобилях по всему миру. Поскольку производители автомобилей и потребители в равной степени отдают приоритет производительности, экономичности и экологичности, рост рынка зависит не только от фильтров; речь идет о стиле вождения, надежности и экологической ответственности на дороге. Рынок автомобильных фильтров - это не просто сегмент автомобильной промышленности; это катализатор прогресса и устойчивости. Используя возможности, предоставляемые технологическими достижениями, нормативными требованиями и рыночными тенденциями, рынок автомобильных фильтров не просто фильтрует загрязняющие вещества; он формирует будущее мобильности, предлагая более чистые и экологичные транспортные решения для грядущих поколений.