Чистые среды в автомобиле Часть 1. Масляные фильтры
Перед вами очередная статья об ассортименте и технологиях Группы Motorservice. Начало в «АБС-авто» № 8/2015, с. 18–20, № 9/2015, с. 10–11 и № 10/2015, с. 14–15.
Начнем с двигателя
В автомобильных системах необходимо фильтровать практически все рабочие жидкости. А точнее, рабочие среды. Сразу скажем, что Группа Motorservice предлагает нашему рынку весь ассортимент автомобильных фильтров. Бренд, под которым они поставляются, настраивает на серьезный лад – это Kolbenschmidt (KS).
Дело в том, что на современном рынке выигрывают поставщики комплексных решений. Дальше логика простая. KS – мировой производитель деталей моторной группы: гильз, поршней, поршневых колец, блоков цилиндров, подшипников скольжения. А масляные, воздушные и топливные фильтры – неотъемлемая часть любого ДВС. Значит, фильтры KS проектируются и испытываются в составе единого организма двигателя.
Весь ассортимент автомобильных фильтров от Группы Motorservice представлен в таблице.
Мы начнем с группы моторных фильтров, а именно с триады «чистое масло, чистый воздух, чистое топливо». Но приоритет отдадим масляным фильтрам, и вот почему.
Если воздух и топливо являются, в общем-то, «расходными материалами», то масло – полноправная деталь двигателя. Деталь вполне осязаемая – это и надежный масляный клин в подшипниках, и упругая пленка в паре «кулачок – толкатель», и цепкий к хонинговальным рискам слой в цилиндропоршневой группе… От состояния «жидкой детали» зависит не только надежная работа, но и ресурс двигателя – главного автомобильного агрегата.
Системы фильтрации масла
В современных двигателях применяют две схемы очистки масла: полнопоточную и комбинированную. Наиболее распространена полнопоточная схема, когда масло многократно проходит по кругу «масляный насос – фильтр – пары трения – картер» (рис. 1). Фильтры для этих автомобилей называют полнопоточными. Иногда употребляется термин «магистральный фильтр».
В комбинированной системе (рис. 2) параллельно полнопоточному фильтру встраивают дополнительный фильтрующий элемент или центрифугу (центробежный фильтр).
В зарубежной литературе дополнительный фильтр именуют bypass filter, у нас же его называют «частичнопоточным», и вот почему. За время, когда через полнопоточный фильтр проходит 100% масла, частичнопоточный в зависимости от калибровки впускного канала (дросселя) пропускает от 3 до 10% – но с более тщательной «отбраковкой» инородных частиц.
В сравнении с полнопоточными, комбинированные системы в 2–3 раза снижают износ подшипников коленчатого вала и маслосъемных колец. Кроме того, они позволяют продлить срок службы моторного масла и почти в 2 раза увеличить ресурс полнопоточных фильтров. Но вместе с тем комбинированная система очистки масла усложняет двигатель и увеличивает его стоимость.
У читателя может возникнуть вопрос: а нельзя ли сделать полнопоточный фильтр с трехмикронной тонкостью отсева и не городить дополнительную магистраль? К сожалению, нельзя. Такой фильтр имел бы ничтожный срок службы из-за быстрого засорения.
Какими они бывают
В «масляной» линейке Группы Motorservice есть все виды фильтров. По назначению – полнопоточные и байпасные; по конструкции – неразборные spin-on и сменные картриджного типа (см. рис. на заставке).
Картриджи могут быть как традиционными с металлическими трубками-усилителями внутри и сетками снаружи, так и более современными, металла не содержащими. Последние удобно утилизировать, поэтому они прекрасно вписываются в экологические программы ведущих производителей автомобилей. Всего же ассортимент фильтров KS покрывает 90% европейского, 20% азиатского и изрядную долю автопарка СНГ.
В идеале фильтр должен удерживать 100% загрязняющих веществ без перепада давления. Но в реальной жизни приходится искать компромисс между эффективностью фильтрации и пропускной способностью. Поэтому конструкторы ввели понятие тонкости отсева загрязнений. Оно привязано к размерам фильтруемых частиц.
Важно знать, что «тонкость отсева» без уточнения, «какая именно тонкость», мало о чем говорит. Речь может идти о средней, номинальной или абсолютной тонкости отсева. Так, «средняя тонкость отсева» означает, что фильтр задержит 50% частиц указанного размера. «Номинальная» – что фильтром «тормозятся» 95% загрязнений. И наконец, «абсолютная» – что отфильтровываются все 100% частиц. При испытаниях проверяют номинальную тонкость отсева загрязнений.
Тенденции развития современных масляных фильтров таковы: во‑первых, уменьшение габаритов из-за тесного подкапотного пространства; во‑вторых, увеличение ресурса, диктуемое ростом межсервисных пробегов. Для решения этих задач производителю необходимо правильно выбрать фильтровальный материал. О нем – в следующем разделе.
Штора правит бал
Что ни говорите, а значение фильтров у нас недооценивают. Как-то раз еду за рулем, слушаю радио. В студии идет спор, какие запчасти покупать – оригинальные или от нашего юго-восточного соседа. Звонивший говорит: у соседа, конечно. У него дешевле. Какая разница, что за бумага стоит в фильтре. Мол, бумага и есть бумага…
А ведь представился профессионалом. С машинами, мол, не один десяток лет. Жаль, разубеждать его было некому. Придется сейчас, тем более, что мне довелось бывать на зарубежных заводах, выпускающих фильтровальные материалы.
Так вот, главная деталь масляного фильтра – штора, изготовленная действительно из особой бумаги. Чаще всего ее укладывают многолучевой «звездой». Иногда – шевронным или спирально-складчатым способом, и не только в масляных, но в топливных и круглых воздушных фильтрах. Такие способы увеличивают поверхность фильтрующего элемента.
Параметры фильтровального материала определяются смесью сырья – натуральных и синтетических волокон. Их основными характеристиками являются длина и обработка. Первая влияет на прочность материала, а вторая – на его пропускную способность и эффективность фильтрации.
Полученную из волокон бумагу пропитывают различными смолами. Цель – дополнительное повышение химических и механических характеристик материала. Кроме того, на этапе изготовления фильтровальных материалов в них вводят огне-, водо-, износостойкие добавки и пластификаторы.
Таким образом, современные фильтровальные материалы представляют собой не просто бумагу в привычном понимании. Это трехмерные среды с высокой пористостью и большой внутренней поверхностью.
Помимо состава бумаги, свою лепту в качество фильтрации вносит геометрия гофр. Продвинутые производители формируют на шторе выступы, обеспечивая постоянный зазор между гофрами. А при гофрировании делают на вершинах лучей П-образные площадки, не позволяющие шторе «схлопываться» при прохождении потока масла. Тем самым ресурс элемента увеличивается еще на 15–20%. Вот вам и бумага, о которой так пренебрежительно отзывался слушатель.
В заключение этой главы отметим, что в фильтрах KS используется бумага ведущих мировых производителей фильтровальных материалов – Hollingsworth & Vose и Ahlstrom.
О задачах клапанов
Неразборный масляный фильтр spin-on показан на рис. 3. Надеемся, его конструкция понятна из чертежа – тонкостенный металлический корпус, уже знакомая нам штора и несколько клапанов. Чаще всего их бывает два – перепускной и обратный. Иногда к ним добавляется третий – противосливной. Но обо всем по порядку.
Главный клапан – перепускной. Иногда его называют предохранительным или обводным, а в иностранной литературе величают bypass valve.
Назначение перепускного клапана – обеспечить подачу масла к парам трения, если оно не может пройти через фильтрующий элемент. Такое случается при сильном загрязнении шторы, при холодном пуске двигателя, когда масло загустело, и при резком нажатии на педаль газа. Во всех перечисленных случаях давление в системе смазки возрастает, пружина клапана сжимается, клапан открывается, и масло проходит в двигатель, предотвращая масляное голодание (рис. 4 и 5).
Обратный клапан часто называют антидренажным (anti-drain valve). Его назначение – перекрывать впускные отверстия, расположенные по кольцу в крышке корпуса. Тем самым при неработающем двигателе масло удерживается в фильтре и предотвращается «сухой» пуск – ведь на заполнение пустого фильтра маслом потребуется время, в течение которого пары трения могут испытывать масляное голодание.
Некоторые неразборные фильтры имеют еще один клапан – противосливной (anti-syphon valve). Он перекрывает выпускное (центральное) отверстие и не позволяет маслу вытекать из корпуса при отворачивании фильтра. Иными словами, фильтр становится «чернильницей-непроливайкой». Так обеспечивается чистота рук механика, двигателя и, конечно, окружающей среды.
Актуальные советы
Замена картриджей обычно проблем не вызывает. Вместе с фильтроэлементом необходимо заменять и все уплотнения, поставляемые в комплекте. С неразборными фильтрами все гораздо интереснее.
Количество и расположение клапанов зависит от конструкции двигателя и размещения фильтра. Вариантов рабочих положений у масляного фильтра несколько: горизонтальное, наклонное, вертикальное отверстиями вниз, вертикальное отверстиями вверх.
Маленький пример. Если фильтр расположен на блоке отверстиями вверх, то при выключенном зажигании масло в двигатель стекать не будет. Оно благополучно останется в корпусе фильтра. Значит, при запуске мотора фильтр наполнять не потребуется. Вывод: антидренажный клапан тут не нужен. Как, впрочем, и противосливной. Фильтр для этого двигателя технологически проще и дешевле.
Теперь о перепускном клапане. Если этот клапан расположен в блоке двигателя, то в фильтре он отсутствует. Скажем больше – такой фильтр может быть вообще бесклапанным! Хотя выглядеть будет как «коллега» с клапанами.
Так вот. Но не дай вам бог поставить бесклапанный фильтр на обычный мотор, даже если резьба подойдет. Несколько холодных пусков, густое масло штора не пропускает, и здравствуйте, задиры!
Вот почему фильтры надо подбирать не по габаритам и присоединительной резьбе, а строго по каталогу. В нашем случае это совсем несложно, поскольку Группа Motorservice оказывает клиентам постоянную информационную поддержку.
Бывает, фильтр раздувается как небольшой мячик. А если его зажать в тиски и разрезать, окажется, что штора деформирована и смята (рис. 6). Не спешите винить в этом фильтр – при сертификации его испытывают на отсутствие остаточных деформаций при давлении масла 1,5 МПа. А полтора мегапаскаля соответствуют пятнадцати(!) техническим атмосферам. Такого давления в исправной системе смазки двигателя не бывает. Значит, она неисправна? Совершенно верно, проверяйте и при необходимости заменяйте редукционный клапан. Скорее всего, именно он окажется виновником «гипертонии».
На этом сегодня закончим. Впереди у нас разговор о других фильтрах KS – топливных, воздушных, салонных и некоторых специальных. До встречи в 2016 году.
Иллюстрации Группы Motorservice
