Анатомія оливного фільтра: типи, принципи фільтрування, матеріали, відмови і компоненти

Автор матеріалу: Олег Тимошенко

Оливний фільтр складається з корпусу, гофрованого фільтрувального елемента на центральній трубці, перепускного і протидренажного клапанів та ущільнення; він затримує забруднення переважно за принципом глибинного фільтрування, а його ефективність і ресурс залежать від фільтрувального матеріалу і брудоємності. Нижче - які бувають оливні фільтри за способом очищення і схемою підключення, як вони фільтрують, з яких матеріалів виготовляються, як відмовляють і з яких компонентів складаються.

Коротка історія оливного фільтра

На початку автомобілебудування двигуни постійно виходили з ладу, і пробіг у кілька сотень кілометрів без ремонту вважався досягненням. Значною мірою причиною була відсутність систем очищення палива, повітря й оливи: пил і продукти зносу потрапляли в двигун і руйнували його. Ситуація змінилася у 1920-х роках, коли почали встановлювати фільтри. За даними джерела, першим оливним фільтром був Purolator, винайдений Ернестом Світлендом (Ernest Sweetland) у 1922 році (сама Purolator зазвичай датує винахід 1923 роком); за поширеною версією, назва походить від Pure Oil Later. Міжремонтний пробіг почав обчислюватися тисячами кілометрів.

Нерозбірні накручувані фільтри (spin-on) з'явилися в 1950-х роках. Сьогодні більшість оливних фільтрів - або накручувані нерозбірні, або розбірні зі змінним елементом (replaceable cartridge): у розбірному фільтрі є стакан зі знімною кришкою, в який встановлюють фільтрувальний елемент, і міняють лише елемент. Фільтрування оливи застосовують не тільки в автомобілях, а й в авіакосмічній галузі, енергетиці, нафтопереробці, гірництві та інших галузях, тому фільтр обирають з урахуванням умов роботи, продуктивності, вартості, зручності обслуговування і температурного режиму.

Типи оливних фільтрів за способом очищення

Механічні фільтри поділяються на фільтри грубого і тонкого очищення. Фільтр грубого очищення (сітка маслоприймача) здебільшого розташований у картері і, як правило, не потребує заміни; він затримує великі частинки, які швидко забили б фільтр тонкого очищення. Фільтр тонкого очищення затримує дрібніші частинки бруду і нагару. Механічні фільтри - найпоширеніший тип.
Гравітаційні фільтри (відстійники) працюють за рахунок осідання частинок, густіших за оливу: об'єм відстійника значно більший за підвідні трубопроводи, швидкість потоку падає, і важкі домішки випадають в осад.
Відцентрові фільтри (центрифуги) замість сили тяжіння використовують відцентрову силу: частинки бруду осідають на стінках корпусу, а очищена олива надходить у магістраль.
Магнітні фільтри притягують і збирають частинки заліза за допомогою магніту або електромагніту.

Повнопотокові, частковопотокові і комбіновані фільтри

Повнопотоковий фільтр найпростіший за конструкцією: з моменту пуску двигуна через нього проходить уся олива, що йде до точок змащення. Він швидше очищає оливу, але й швидше забруднюється, тому важливу роль у ньому відіграє перепускний клапан. Клапан відкривається за значного перепаду тиску між неочищеною і очищеною оливою - через забруднення елемента або високу в'язкість холодної оливи. Тоді олива надходить у двигун неочищеною, але змащення зберігається.

Частковопотоковий фільтр встановлено паралельно основній магістралі: за один прохід він очищає лише невелику частину оливи, а решта йде в двигун без фільтрування. Зате ця частина проходить через фільтр багато разів і очищається значно краще, ніж у повнопотоковому фільтрі; поступово очищається вся олива, хоча й довше. Перевага такої схеми - навіть за забитого фільтра потік оливи до двигуна не припиняється.

Комбінована схема поєднує повнопотоковий і частковопотоковий фільтри; за даними джерела, об'єми оливи через них співвідносяться приблизно як 9:1. Така схема забезпечує дуже глибоке очищення і подовжує ресурс двигуна, оливи і фільтрів; найчастіше її застосовують на дизелях вантажівок і будівельної техніки.

У типових накручуваних фільтрах олива проходить крізь фільтрувальний матеріал ззовні всередину - до центральної трубки. У деяких конструкціях напрямок потоку протилежний, що, за даними джерела, дає змогу краще керувати потоком і зменшити розмір елемента.

Як фільтр затримує частинки

Прямий перехват і глибинне затримання - частинка більша за прохід у фільтрувальному матеріалі і затримується в ньому.
Адсорбція - електростатичне або молекулярне притягання частинок до волокон.
Інерційне зіткнення - частинки за інерцією вдаряються у волокна під час обтікання їх оливою і затримуються.
Броунівський рух - частинки менше 1 мкм рухаються незалежно від потоку і осідають на волокнах поблизу; у в'язкій рідині цей механізм відіграє незначну роль.
Гравітаційний ефект - за низької швидкості потоку більше частинок осідає.

Розрізняють два основні принципи фільтрування - поверхневий і глибинний. Поверхневий нагадує друшляк: що більше частинок накопичується на поверхні, то більше вони перекривають отвори і зростає опір. Глибинний фільтр має об'ємну структуру - наприклад, полотно із суміші целюлозних волокон різних сортів деревини з додаванням синтетичних волокон, просочене спеціальними смолами. Забруднення затримуються всередині матеріалу, тож фільтр утримує багато бруду і довго зберігає малий перепад тиску. Автомобільні оливні фільтри працюють за принципом глибинного фільтрування, яке ефективніше затримує дрібні частинки.

Фільтрувальні матеріали і брудоємність

Від пористості матеріалу залежить, скільки затриманих частинок фільтр може утримати, - це його брудоємність. Що менші пори, то більше їх має бути, щоб перепад тиску на елементі залишався низьким. Основні фільтрувальні матеріали:

целюлоза - деревна маса з волокнами різного розміру і нерівномірним розміром пор; має добру брудоємність, але продукти окиснення оливи руйнують чисту целюлозу. За даними джерела, додавання навіть 25 % поліефіру підвищує стійкість матеріалу до старіння вп'ятеро;
скловолокно або синтетика - дрібні штучні або скляні волокна з рівномірнішим розміром пор; тонші волокна забезпечують вищу брудоємність і довговічність;
композитний матеріал - поєднання целюлози і скловолокна.

Найефективніші багатошарові матеріали, у яких на одному полотні розташовані шари з різною щільністю і розміром пор; за даними джерела, це дає змогу підвищити брудоємність аж до 100 %.

Як відмовляє фільтр

Каналоутворення (channeling) - за великого перепаду тиску проходи в матеріалі розширюються, неочищена олива проходить вільно, а раніше затримані частинки можуть вимиватися в магістраль.
Втомні тріщини - за циклічного навантаження потоком в елементі утворюються тріщини, крізь які олива проходить без фільтрування.
Руйнування волокон - волокна матеріалу руйнуються і самі стають забрудненням. Причинами можуть бути вібрації через неправильне встановлення корпусу, крихкість через несумісність з оливою або дуже великі перепади тиску.
Закупорювання - пори повністю забиваються, коли вичерпано брудоємність; передчасно це може статися через надлишок вологи, охолодження, велику кількість продуктів окиснення і шламу.

Як подовжити роботу фільтрів

Найкращий спосіб уберегти фільтр від передчасного вичерпання брудоємності - не допускати забруднення системи: що менше зовнішніх забруднень потрапить усередину, то менше частинок утвориться на поверхнях тертя. Для цього:

стежте за станом сапунів, які захищають систему від пилу і вологи;
тримайте ущільнення і циліндри чистими і сухими;
обирайте оливу з відповідним пакетом присадок за вимогами виробника.

Якщо фільтр викликає підозру, його не варто викидати: збережіть його в тому стані, в якому його знято, для аналізу виробником або лабораторією. Відпрацьовані оливні фільтри не можна викидати разом з побутовим сміттям - їх утилізують відповідно до екологічних вимог: зливають оливу, а фільтр подрібнюють або переробляють.

Типові компоненти оливного фільтра

Індикатор стану (є не в усіх фільтрах) - вимірює перепад тиску і показує залишковий ресурс або відмову фільтра.
Головка фільтра - верхня частина корпусу з каналами для входу і виходу оливи, у промислових фільтрах - також з індикаторами байпасу і перепаду тиску.
Перепускний (байпасний) клапан - забезпечує подачу оливи в систему змащення, якщо вона не може пройти крізь повністю забитий елемент або занадто в'язка на морозі. За даними джерела, для важких умов зі щоденним пуском промерзлого двигуна краще підходять фільтри з перепускним клапаном на вході, бо під час перепуску порожнина фільтра не промивається.
Основа - опорна частина, що з'єднує фільтр із головкою і запобігає витокам і розривам за зростання перепаду тиску.
Корпус - утримує всі елементи фільтра і спрямовує потік оливи через фільтрувальний елемент.
Центральна трубка (внутрішній каркас) - канал для виходу очищеної оливи і опора фільтрувального елемента, яка не дає йому зім'ятися за зростання перепаду тиску.
Фільтрувальний елемент (штора) - гофрований матеріал із целюлозних і синтетичних мікроволокон, іноді зі скловолокном або поліестером, часто просочений смолою для жорсткості і міцності.
Торцеві кришки - закривають фільтрувальний елемент з торців і запобігають протіканню оливи повз нього.
Дренажний отвір (у деяких фільтрах) - дає змогу злити оливу перед зніманням фільтра або відібрати пробу.
Пружина - задає зусилля перепускного клапана або притискає елемент.
Протидренажний клапан - гумова мембрана, яка не дає оливі витекти з фільтра на непрацюючому двигуні; інакше під час кожного пуску спочатку заповнювався б фільтр, і лише потім олива надходила б до деталей.
Ущільнювальне кільце - герметизує з'єднання фільтра з двигуном і не пропускає пил і бруд.

Оливний фільтр має обмежений ресурс і підлягає заміні одночасно з оливою. Повторне використання фільтра загрожує оливним голодуванням і поломкою двигуна, а економія на фільтрі може обернутися витратами, що в рази перевищують його вартість. Оливний фільтр за розмірами, оригінальним номером або номером аналога TESMA підбере для вашої техніки; звернутися до фахівців можна через сторінку контактів.