Luchtfilters, hoe werken ze?

Een luchtfilter zuivert de lucht voor deze in de motor komt. Dat is logisch. Toch zit er veel meer achter en dat leggen we je uit in dit blog.

De basis van een luchtfilter

Een luchtfilter bestaat meestal uit een primair en een secundair filter. De eerste is voor het filteren van de fijne en grove verontreiniging die je niet in de motor wilt hebben. Het secundair filter heeft een andere functie dan dat veel mensen denken. Dit filter is er niet als een tweede stage om nog kleinere deeltjes te filteren, maar dient er voor om bij het vervangen van het primaire filter te voorkomen dat er alsnog stof in de luchtinlaat van de motor komt. Dit is één van de grootste misvattingen over het secundaire filter.

Een pre-cleaner is de investering waard

Als je een machine hebt die veel in stoffige omgevingen werkt dan kan het al snel lonen om een pre-cleaner op je machine te installeren. Dit is een extra filtering die je op de luchtinlaat van je machine plaatst en die zorgt dat het eerste grove vuil al uit de lucht wordt gehaald voordat deze het primaire filter bereikt die de lucht echt moet filteren voor deze richting de motor gaat.

Een pre-cleaner werkt op de basis van luchtcirculatie. In de pre-cleaner wordt de lucht als het ware rondgeslingerd waardoor de zwaardere deeltjes verontreiniging naar de buitenkant worden geworpen en tegen de behuizing van het pre-filter komen. In deze behuizing zit een aflaatkanaal waardoor deze zwaardere deeltjes naar buiten worden geworpen. Voor extreme omstandigheden zijn er ook pre-filters die zijn opgebouwd uit twee etappes. De zogenaamde dual-stage pre-cleaner. De werking van het “tweede” pre-filter is in principe hetzelfde als die van de eerste.

Doordat een pre-filter al veel van de vervuiling uit de lucht filtert wordt er veel minder een beroep gedaan op het primaire filter en kan deze dus veel langer mee. Als jouw machine niet veel in stoffige omgevingen werkt dan heb je geen pre-filter nodig.

Het belang van een luchtfilter voor je motor

Het klinkt zo logisch dat je motor langer meegaat als je op tijd het luchtfilter vervangt. Dit is gedeeltelijk waar, maar hierover later meer. Als er stof in de motor terechtkomt, is het betrokken bij de verbranding in de cilinders. Als deze vervuiling inbrandt in de toevoerlucht in de cilinders, vormt dit een laagje aan de binnenkant van uw cilinders. Deze laag is vaak vele malen harder en grover dan staal en laat dus nooit los. Dit zorgt voor extra slijtage en zorgt ervoor dat uw motor veel korter meegaat.

In de regel kun je stellen dat een hoeveelheid van slechts 50 gram verontreiniging door stof in de aanvoerlucht een kleine motor al een definitief einde kan bezorgen. In het geval van grotere motoren, zoals in vrachtwagens en graafmachines, is dit ongeveer 100-150 gram en zelfs de grootste motoren, in bijvoorbeeld mijnbouw machines, kunnen kapotlopen zodra meer dan 200 gram stof de verbranding bereikt. Dit is extreem weinig als je kijkt naar de cilinderinhoud en het formaat van deze motoren. Het is dus belangrijk voor de levensduur van je motor dat je de vorming van deze silica laag voorkomt en de lucht schoon aanvoert naar je motor.

Hoeveel lucht gaat er door je motor?

Moderne motoren moeten steeds zuiniger en efficiënter werken. Dit komt deels door emissie eisen, maar ook doordat bedrijven steeds vaker kijken naar het verbruik van de machines voor lagere kosten of bepaalde aanbestedingen. In moderne motoren wordt er vaak veel lucht in de motor gevoerd doordat deze zijn voorzien van turbo’s of dat er extra koeling van de motor nodig is. Deze extra koeling, door after of intercoolers vraagt ook om meer lucht die door het filter gaat.

Een mooi praktijkvoorbeeld hiervan is de Cummins 4B motor. Deze is er in drie varianten:

1. Cummins 4B 3.9 liter ongeblazen
2. Cummins 4B 3.9 liter met turbo
3. Cummins 4B 3.9 liter met turbo en aftercooler

De eerste uitvoering levert 76 pk, de tweede uitvoering met turbo 105 pk en de derde, met aftercooler en turbo, levert 120 pk. In de praktijk betekend dit dat de laatste versie ongeveer twee keer de prestaties levert van de eerste.

Als je kijkt naar de hoeveelheid lucht die deze motoren nodig hebben dan heeft de eerste motor, dus zonder turbo of cooler, 11700 liter lucht nodig voor de verbranding van slechts 1 liter diesel. De tweede motor heeft 17100 liter nodig om 1 liter diesel te verbranden en de derde variant heeft zelfs meer dan 20000 liter lucht nodig voor de verbranding van slechts 1 liter diesel.

Als je naar volume kijkt dan verbuikt de eerste motor ongeveer 4 M³ lucht per minuut nodig, de tweede 7 M³ en de derde zelfs 9 M³ lucht per minuut.

Raar maar waar, een gebruikt luchtfilter is beter dan een nieuwe

Het lijkt logisch dat een filter moet worden vervangen zodra deze vervuilt is en vol met stof zit. Op het eerste gezicht lijkt een stoffig filter er op te duiden dat je het filter moet vervangen. Dit is niet perse waar. Wist je bijvoorbeeld dat een luchtfilter zelfs beter filtert als er stof op het filtermedia komt?

Dit komt doordat de eerste laag stof op het filter vaak bestaat uit wat grovere verontreiniging. Deze eerste laag tegengehouden vervuiling en stof zorgt er voor dat deze laag gaat helpen bij het vasthouden van kleinere deeltjes in de aangezogen lucht. De grotere deeltjes van de eerste stoflaag laten de lucht nog prima door, maar helpen dus wel in het eruit filteren van kleinere deeltjes. Het is zelfs zo dat van alle verontreiniging die een filter doorlaat in zijn gehele levensduur ongeveer 10% in de tijd wordt doorgelaten dat het filter net nieuw is. Dit is de periode dat de eerste laag grove verontreiniging zich nog niet gevormd heeft. De efficiëntie van een luchtfilter wordt dus in het begin beter van het eerste stof dat het filter opneemt. Het is zelfs zo dat een filter het best functioneert en het meest effectief is vlak voordat deze echt verstopt is, te weinig lucht doorlaat naar de motor en vervangen dient te worden.

Inspectie van je luchtfilter

Een visuele inspectie geeft soms een indicatie dat een filter moet worden vervangen. Maar met het bovenstaande in gedachte is dat nog niet zo eenvoudig. Als een filter vol stof zit kan het nog steeds een betere filtratie efficiëntie hebben dan een nieuw filter. Dit helpt je dus niet zo veel verder. Een ander nadeel van visuele inspectie is dat je iedere keer het filter uit de behuizing haalt. Dit geeft een verhoogd risico op het niet juist terugplaatsen en dat de dichting van het filter vervormt of beschadigd. De nadelen van visuele inspectie:

• Je kunt niet zien of een filter nog zijn werk doet. Een filter met dikke stoflaag functioneert vaak zelfs beter dan een nieuw filter
• Bij een visuele inspectie kun je de afdichtingen vervormen of beschadigen, waardoor juist wel vervuiling in je motor komt

Wat ook vaak wordt gedaan is bij het installeren van een nieuw filter de datum en draaiuren van de machine op het filter schrijven. Hierdoor kun je gepland onderhoud beter monitoren. Er zitten ook wat nadelen aan deze vorm van inspectie:

• Je moet de draaiuren strak bijhouden in een document of excel
• Je kunt niet inschatten hoe veel het filter heeft geleden. Heeft deze onder zware condities moeten werken of valt het allemaal wel mee en kan het filter eigenlijk nog vele draaiuren mee.
• Je vervangt veelal je filter veel te vroeg
• Je bent regelmatig bezig met inspectie om te kijken welke datum en draaiuren er ook alweer op het filter stonden.

Een mogelijke oplossing zijn de elektronische indicatoren die veel filtermerken nu aanbieden. Zo’n indicator meet hoeveel lucht er nog wordt doorgelaten en of er nog genoeg lucht richting de motor gaat. Deze indicatoren zijn de kleine investering meer dan waard. Niet alleen vanwege het gemak, maar vooral omdat ze zichzelf snel terugverdienen. Aangezien je niet kunt zien wanneer een filter vervangen moet worden en je dus ook op basis van draaiuren maar beperkt inzicht krijgt in hoeveel levensduur er nog in je filter zit, vervang je al snel een filter te vroeg. Met een indicator krijg je de maximale levensduur uit je luchtfilter. Doordat je het filter op precies het juiste moment vervangt gaat ook je motor langer mee, maar dit is moeilijk uit te rekenen. De rekensom voor het vroegtijdig vervangen is niet zo moeilijk. Onderzoek toonde aan dat luchtfilters in de regel vaak zo’n 30% te vroeg of preventief worden vervangen. Als je filter 30% langer meedraait heb je simpelweg veel minder filters om te vervangen in de levensduur van je machine. Voordelen van een elektronische indicator:

• Je filters gaan langer mee doordat je ze precies aan het einde van levensduur vervangt
• Je bespaart kosten doordat je filters langer in gebruik hebt
• Je voorkomt dat je te lang met een filter doet en deze al over zijn levensduur heen is