Главная роль масляного фильтра заключается в том, чтобы очищать масло от разрушительных загрязнений в механических системах, таких как двигатель, коробка передач, гидравлические системы и другие системы, зависящие от смазывания.
Если масло не очищается от загрязнений (частичек металла, нагара, ржавчины, грязи и других посторонних примесей), то они довольно быстро оказываются на поверхностях стенок цилиндров, внутри основных подшипников, на поршнях, коленвале и на других жизненно важных деталях. Спустя некоторое время эти загрязнения в местах трения начинают царапать металл.
В самом начале автомобилестроения двигатели постоянно выходили из строя. Если пробег без ремонта составлял одну-другую сотню километров, это уже считалось достижением. И причиной тому бала не примитивная конструкция моторов, а в большей степени — отсутствие систем очистки топлива, воздуха и масла. Пыль, частицы распада попадали в двигатель и уничтожали его.
Ситуация коренным образом изменилась в 20-х годах прошлого века, когда начали устанавливать фильтры. Самым первым был масляный фильтр «Purolator» (Pure Oil Later — чистое масло на выходе, изобретенный в 1922 году Эрнестом Свитлендем (Ernest Sweetland). Межремонтный пробег стал исчисляться тысячами километров. И с тех пор масляный фильтр является неотъемлемой деталью любого двигателя внутреннего сгорания.
Фильтры неразборного типа, распространенные в сегодняшней автомобильной промышленности, были введены в 1950-х годах и оставались стандартом практически до начала 1970-х годов.
Помимо автомобильной промышленности, фильтрация масла является неотъемлемой частью оборудования в различных отраслях промышленности, в том числе аэрокосмической, в энергетике, нефтепереработке, сфере производства, горном деле и т.д.
Большинство современных конструкций масляного фильтра выпускаются 2-х типов — неразборные (spin-on), и разборные (replaceable cartridge) со сменным фильтрующим элементом. Поэтому очень важно, чтобы фильтры и системы фильтрации были выбраны так, чтобы они удовлетворяли технологии использования, стоимости, производительности, простоты использования и влияния температурных условий.
Разборный масляный фильтр упрощённо представляет собой стакан (1) со съёмной крышкой, в который вставлен фильтрующий элемент (2), подобный применяемому в неразборных фильтрах типа «spin-on». По мере загрязнения меняется только фильтрующий элемент.
Типы масляных фильтров в зависимости от способа очистки
1. Фильтры механической очистки
2. Гравитационного типа
3. Центробежного типа
4. Магнитного типа
Самым распространенным типом масляного фильтра на сегодняшний день является фильтр механической очистки масла.
Фильтр механической очистки масла подразделяется на фильтр грубой очистки и фильтр тонкой очистки. Фильтр грубой очистки масла в большинстве случаев находится в картере двигателя и не требует замены на протяжении всего срока службы автомобиля. Этот тип масляного фильтра позволяет очищать моторное масло от крупных частиц, которые могут быстро забить фильтр тонкой очистки масла.
Фильтр тонкой очистки масла, в свою очередь, задерживает более мелкие частицы грязи и нагара, обеспечивая тем самым полную чистоту моторного масла.
Гравитационные фильтры (отстойники).
Принцип их действия основан на осаждении под действием силы тяжести частиц, имеющих бо́льшую плотность, чем смазочное масло. Отстойник имеет значительно бо́льший объём, чем подводящие и отводящие трубопроводы, скорость потока масла значительно снижается и происходит выпадение тяжёлых примесей в осадок.
Центробежные фильтры (центрифуги)
Отличие этих фильтров от гравитационных в том, что сила тяжести заменяется так называемой «центробежной силой» в центрифуге, благодаря которой частицы грязи отделяются от масла и оседают на стенках корпуса масляного фильтра, а очищенное масло поступает в масляную магистраль.
Магнитные фильтры
Этот тип фильтров использует магнит или электромагнит которые привлекают и собирают частички железа при прохождении масла через область магнитного потока.
Типы масляных фильтров в зависимости от способа смазывания
1. полнопоточные фильтры
2. частичнопоточные фильтры
3. фильтры комбинированного типа
Полнопоточный масляный фильтр является самым простым по конструкции. С момента пуска двигателя он сразу же пропускает через себя всё моторное масло, поступающее одновременно ко всем зонам, требующим смазки. Такая схема по сравнению с другими быстрее очищает масло, но и быстрее загрязняет фильтр. Вот почему в масляном фильтре важная роль отводится перепускному клапану. Он срабатывает при значительном перепаде давления, возникающего между неочищенным и очищенным объемами масла из-за загрязнения фильтрующего элемента или повышении вязкости масла при понижении температуры. В случае срабатывания перепускного клапана масло поступает в двигатель неочищенным, но обеспечивается его смазка, а значит, предотвращается выход из строя от перегрева.
Частичнопоточный масляный фильтр, расположенный в параллельной основному маслопроводу линии, очищает за один раз лишь небольшую часть моторного масла. Большая же часть сначала поступает в двигатель без фильтрации. Однако этот небольшой объем проходит по параллельному контуру многократно, поэтому степень его очистки гораздо выше, чем у полнопоточного фильтра. Постепенно также качественно очищается и весь объем залитого моторного масла, хотя на это и требуется гораздо больше времени. Такие системы способны поддерживать масло в приемлемом состоянии на протяжении длительного вемени. Их весомое преимущество – даже при забитом фильтре и сломанных клапанах поток масла не прекратится и двигатель будет работать.
Конструкция комбинированного масляного фильтра подразумевает размещение на масляной линии сразу двух фильтров – полнопоточного и частичнопоточного. Объемы моторного масла, проходящие сквозь них, соотносятся как 9:1. Степень очистки масла близка к полной, что автоматически увеличивает ресурс и двигателя, и моторного масла, и масляных фильтров. Здесь устройство масляного фильтра гарантирует максимальное качество фильтрации масла и наибольший срок его использования Чаще всего такой тип применяется на дизельных двигателях грузового автотранспорта и строительной техники.
В типичных фильтрах контейнерного типа стандартом является направление потока масла снаружи фильтра внутрь. Это означает, что масло проходит через цилиндрический фильтрующий материал с наружной поверхности фильтра во внутреннюю сердцевину.
Тем не менее, в некоторых случаях направление потока может быть прямо противоположным — при этом масло, поступающее в фильтр через сердцевину, поднимается наружу фильтра с помощью уникального дизайна складок. Это делается для того, чтобы улучшить управление потоком масла, а также уменьшить размер фильтрующего элемента.
Механизмы фильтрации и фильтрующие среды
Фильтрующие элементы подразделяются на несколько типов по различным механизмам фильтрации:
• Прямой перехват и глубинное задержание — частица блокируются на фильтрующей поверхности в связи с тем, что размер частиц, больше, чем проходы в фильтрующей среде.
• Адсорбция — электростатическое или молекулярное притяжение частиц между волокнами фильтрующей среды.
• Инерционное столкновение — частицы сталкиваются с фильтрующим материалом по инерции при обтекании маслом и подвергаются абсорбции.
• Броуновское движение — частицы размером менее 1 микрона перемещаются независимо от потока жидкости и адсорбируются при непосредственной близости. к фильтрующей среде. Этот механизм гораздо менее распространен, особенно в вязкой жидкости.
• Гравитационный эффект — при низком давлении в потоке оседают гораздо больше загрязняющих частиц.
Два основных принципа фильтрации — поверхностный и глубинный. Простой пример поверхностного принципа фильтрации — это дуршлаг или сито. Чем больше макарон высыпается в друшлаг, тем хуже сливается вода, так как эти же макароны закрывают отверстия и создают дополнительное сопротивление для воды. Чтобы этого избежать, фильтр приходилось бы очень часто очищать от поверхностных загрязнений.
Таких недостатков лишён принцип глубинного фильтрования. Этот принцип основан на применении специального фильтровального полотна, который, к примеру, создается из смеси разных сортов древесины, в которую добавляются специальные синтетические волокна. Это полотно еще пропитывают специальными смолами, чрбы придать ему особые свойства. Полученная таким способом объёмная структура волокна позволяет задерживать значительное количество загрязнений, а также сохранять в течение длительного времени минимальный перепад давлений между входом и выходом. Загрязнения в этом случае удерживаются внутри фильтровального материала.
Фильтры в автомобилях работают по принципу глубинной фильтрации.
На графике ниже показано, что глубинная фильтрации является более эффективной в захвате мелких частиц по сравнению с поверхностной фильтрацией. Это связано с глубокими слоями фильтра, обеспечивающими наиболее оптимальное улавливание частиц. .
Типы фильтрующих материалов и грязеёмкость
Пористость фильтрующего материала играет важную роль в том, насколько хорошо фильтр может сохранять захваченные частицы. Это известно как грязеёмкость фильтра. Когда размер пор уменьшается, для поддержания низкого перепада давления через фильтрующий элемент, плотность пор должна увеличиться для поддержания объема масла в контакте с поверхностью. Другим фактором является материал фильтрующего элемента. Существуют три основных типа фильтрующего материала, используемых для фильтров:
1. Целлюлоза – состоит из древесной массы с волокнами разного размера и несогласованным размером пор.
2. Стекловолокно (синтетические) – cостоит из мелких искусственные стеклянных волокон с более последовательным размером пор.
3. Композитный – состоит из комбинации целлюлозы и стекловолокна.
Целлюлозные фильтры изготавливаются из волокон различного размера. Они обладают хорошей грязеёмкостью за счет высокого уровня адсборции. Недостатком такого фильтра является то, что продукты окисления масла вызывают распад чистой целлюлозы, но добавка даже 25% полиэфира увеличивает стойкость материала к старению в пять раз.
Фильтры из стекловолокна обладают меньшим размером волокон, что способствует более высокой грязеёмкости и долговечность фильтра.
Наиболее эффективными являются многослойные материалы, в которых на одном полотне располагают слои с разной плотностью и размером пор. За счет этого получается значительный прирост грязеёмкости, вплоть до 100%.
Виды отказов фильтра
Ченнелинг (канализирование) — во время больших перепадов давления, проходы в фильтрующем материале могут увеличиться настолько, что нефильтрованное масло может свободно проходить без эффективного захвата загрязнителя. Кроме того, загрязняющие частицы, которые были ранее задержаны в фильтре, в соответствии с увеличенными проходами могут быть смыты и загрязнить масло. Поток масла смывает с поверхности фильтрующего элемента накопленную грязь, увлекая ее в магистраль.
Усталостные трещины — в циклических условиях потока внутри фильтрующего элемента могут образовываться трещины, и масло проходит через них нефильтрованным.
Разрушение волокон – волокна фильтрующего материала могут разрушаться и производить новые загрязнения, состоящие из фильтрующего материала. Это может быть вызвано неправильным размещением корпуса фильтра или недостаточно точной его установкой, при который он может генерировать разрушительные вибрации.
Охрупчивание от несовместимости масла или очень большие перепады давления также могут привести к распаду фильтрующего материала.
Закупорка — во время работы поры фильтрующего материала могут быть полностью забиты при превышениии грязеемкости. Закупорка может произойти преждевременно при излишней влажности, охлаждаении, наличии большого количества окисленных продуктов, шлама и т. д.
Поддержание установленных фильтров
Лучший способ оградить фильтр от достижения предельной грязеемкости — избегать загрязнения в системе с самого начала. Чем меньше внешних загрязнений попадет в систему, тем меньше загрязняющих веществ они сами создадут внутри (частицы создают частицы на контакте трущихся поверхностей). Используйте следующие рекомендации для поддержания установленных фильтров:
• Обеспечьте надлежащее состояние сапунов, устанавленных для предотвращения загрязнения и попадания влаги в систему.
• Держите уплотнения и цилиндры чистыми и сухими, используя соответствующие средства.
• Выберите соответствующий сорт масла и пакет присадок по противодействию загрязнениям и уменьшению внутреннего трения.
Если возникли подозренния и вопросы по фильтру — фильтр не должен быть уничтожен, так как это было бы выбрасыванием ключевых доказательств. Поддерживайте фильтр в том же состоянии, в каком он был удален, и используйте его для анализа изготовителем или в лаборатории.
Утилизация фильтров
Масляные фильтры не предназначены для выбрасывания их в мусорную корзину. Ужесточение правил по охране окружающей среды диктуют соответствующие распоряжения по утилизации фильтров. Общие правила включают слив масла, дробление или сжигание фильтра.
.jpg)
Типрвые компоненты масляного фильтра
A. Индикатор состояния — это устройство обычно измеряет перепад давление для того, чтобы указывать оставшийся срок эксплуатации или отказ масляного фильтра.
B. Головка фильтра – верхняя часть корпуса фильтра, содержащая порты для входного а и выходного потока, а также показатели байпаса и перепада давления.
C. Перепускной клапан – иногда называют предохранительным, обводным или байпасным. Его назначение – обеспечить гарантированную подачу моторного масла в систему смазки двигателя в случае, если оно не может пройти через фильтрующий элемент при его полном засорении или слишком большой вязкости масла при низких температурах. Для более жестких условий эксплуатации, с ежедневным пуском промерзшего зимой двигателя, лучше всего подходят фильтры с перепускным клапаном, расположенным на входе. При такой схеме полость фильтра никогда не промывается при перепуске масла.
D. Основание – опорная часть фильтрующей структуры, обеспечивающая соединение с головкой фильтра. Это помогает предотвратить утечки или разрывы в связи с увеличением перепада давление и часто содержит монтажные устройства для подключения к головке фильтра.
Е. Корпус фильтра – служит для монтажа всех элементов фильтра, помогает направить масляный поток через фильтрующий элемент. Корпус не оказывает большого влияния на работу масляного фильтра. Однако он позволяет сохранять целостность всех его внутренних элементов.
F. Центральная труба (внутренний каркас) – это центральный канал для выхода потока из фильтрующего материала. Отвечает за возврат отфильтрованного масла в двигатель. Центральная трубка является остовом всего фильтр, действует в качестве опоры для фильтрующего элемента и предотвращает его разрушение при увеличении перепада давления.
G. Фильтрующий элемент(штора) – гофрированный фильтрующий пматериал, обеспечивающий большую площадь поверхности фильтрации. Фильтрующий материал имеет множество мелких пор, состоит он в основном из микроскопических волокон целлюлозы и синтетических материалов. Также применяют стекловолокно и полиэстер, которые повышают эффективность фильтрации и долговечность фильтра. Материал в некоторых случаях насыщают смолой, которая придает ему дополнительную жесткость и прочность.
H. Заглушка – торцевая крышка несущей конструкции фильтрующего элемента на противоположном конце фильтра. Помогает предотвратить утечки или разрывы в связи с увеличением перепада давления.
I. Дренажный порт – этот порт обеспечивает возможность слива масла перед снятием масляного фильтра. Он может также использоваться для взятия образца масла или удаления излишек масла перед утилизацией.
J. Пружина – задает натяжение для перепускного клапана. В других конфигурациях может быть использована пластинчатая пружина.
К. Противосливной клапан – это предварительно смазанное уплотнительное кольцо.. Не даёт маслу уйти из фильтра на неработающем двигателе. Иначе, при каждом старте двигателя сначала будет наполняться фильтр и только потом будут смазываться детали мотора.
L. Пылезащитное уплотнение — предотвращает попадание пыли и других загрязняющих веществ внутрь корпуса фильтра.
Масляный фильтр имеет строго ограниченный ресурс и подлежит замене одновременно с маслом. Повторное использование масляного фильтра грозит возникновением масляного голодания двигателя и его поломкой.
