Этот многоликий SPIN-ON
Кроме опытных мастеров автосервиса, наш журнал читают начинающие механики, водители и просто любознательные автомобилисты. Все ли знают, как устроен полнопоточный масляный фильтр? Тем более, что конструкций у него несколько? Чтобы помочь в них разобраться, мы публикуем этот небольшой обзор.
Масляные фильтры относятся к изделиям, назначение которых ясно из названия. Как и все в этом мире, они поддаются классификации. Существуют три основных типа конструкции масляных фильтров: неразборные, разборные и модульные (модульно-разборные). Сегодня мы будем говорить о неразборных фильтрах, и только о них.
Хрестоматийный неразборный масляный фильтр spin-on показан на рис. 1. Он состоит из тонкостенного металлического корпуса с присоединительной резьбой, фильтрующего элемента (шторы) и нескольких клапанов. Чаще всего их бывает два – перепускной и обратный. Иногда к ним добавляется третий – противосливной. Кратко познакомимся с ними.
Обратный клапан часто называют антидренажным (anti-drain valve). Его назначение – перекрывать впускные отверстия фильтра и удерживать масло в его корпусе при заглушенном двигателе. Тем самым предотвращается «сухой» пуск двигателя – ведь на заполнение фильтра маслом потребуется время, при этом пары трения будут испытывать масляное голодание.
Некоторые неразборные фильтры имеют еще один клапан – противосливной (anti-syphon valve). Перекрывая выпускное отверстие корпуса, он не позволяет маслу вытекать при отворачивании фильтра, а сам фильтр становится «чернильницей-непроливайкой». Так обеспечивается чистота рук, двигателя и, конечно, окружающей среды.
Теперь о главном клапане – перепускном. Его еще 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, или при холодном пуске двигателя, когда масло загустело, или при резком нажатии на педаль газа, вызывающем резкое повышение давления в системе смазки.
Перепускной клапан в фильтрах spin-on располагают за шторой, как показано на рис 1. Но смотрите: масло при открытии перепускного клапана сначала омывает штору и лишь потом устремляется через клапан в двигатель. Понятно, что накопленная шторой грязь рискует быть смытой в магистраль – и тогда очистку надо начинать заново.
Правда, существует еще одно техническое решение – размещение перепускного клапана вблизи впускных отверстий рядом с антидренажным клапаном (см. рис. 2). При его срабатывании масло направляется в магистраль, минуя штору. Риск смывания грязи при этом существенно меньше.
Когда-то подобную конструкцию предложила фирма Purolator. Сегодня патент на фильтры с совмещенным перепускным и антидренажным клапанами имеет ОАО «Автоагрегат» (г. Ливны). Оно же серийно выпускает такие изделия под маркой Premier. Подробнее об этих фильтрах можно прочитать в отдельном врезе на с. 53.
Чистотой масла при открытом перепускном клапане обеспокоены и другие производители фильтров. Так, одна известная российская компания предложила расположить за перепускным клапаном дополнительный фильтрующий элемент. Когда перепускной клапан открыт, неочищенное масло проходит через него, и загрязнения задерживаются (рис. 3). Решение защищено патентом на полезную модель.
Проблемой непрерывной фильтрации масла при открытом перепускном клапане много и успешно занимался полтавский инженер-подвижник и изобретатель Анатолий Николаевич Колтунов. Широко известен его фильтр, выпускаемый под маркой «КОЛАН». Это изделие имеет дополнительный фильтрующий элемент, расположенный перед перепускным клапаном (рис. 4). Таким образом, масло фильтруется всегда – и при холодном пуске, и при резком увеличении оборотов двигателя, и при засорении основного фильтрующего элемента.
Фильтр А.Н. Колтунова имеет ряд патентов. В их числе не только оригинальная конструкция, но и возможность диагностики износа двигателя по состоянию загрязнений шторы, возможность сообщить водителю о необходимости замены фильтра, технология утилизации масляных фильтров и ряд других решений. Многие специалисты называют фильтр Колтунова новым словом в деле автомобильной фильтрации.
Количество и расположение клапанов существенно зависят от конструкции двигателя и размещения фильтра на блоке. А вариантов рабочих положений у него немало: горизонтальное, наклонное, вертикальное отверстиями вниз, вертикальное отверстиями вверх…
Так, при расположении отверстиями вверх антидренажный и противосливной клапаны становятся просто ненужными. А если и перепускной клапан установлен в блоке, фильтр может оказаться вообще бесклапанным. И не дай вам бог поставить его на обычный мотор, даже если резьба подойдет… Кстати, такие случаи бывали, и об одном из них мы сейчас расскажем.
На вопрос – как выбирать фильтр, обычно отвечают: по «Руководству по эксплуатации автомобиля». Что ж, заглянем в документ 3100–3902008 рЭ. Там на с. 57 сказано буквально следующее: «…на двигателях ЗМЗ-4062 допускается в послегарантийный период применение масляных фильтров зарубежного производства <…> C102, C113, С117, С149 <…>».
А что такое фильтр С113? Смотрим в каталог: он имеет антидренажный (A.D.) и противосливной (3V.) клапаны и не имеет перепускного (B.P.) (см. табл. 1)!
Отличный современный фильтр – но (вот беда!) предназначенный для двигателей, у которых перепускной клапан находится в блоке. Не иначе как составители «руководства» подбирали фильтры по габаритам и присоединительной резьбе…
Сколько моторов «стукануло» из-за этой ошибки, история умалчивает. Ведь «обводного канала» (перепускного клапана) нет ни в блоке ЗМЗ-4062, ни в фильтре С113. При холодном пуске или загрязненной шторе поток масла упирается в фильтроэлемент, после чего пары трения «объявляют голодовку». Масляную… К счастью, завод довольно быстро исправился и выпустил новое «Руководство по эксплуатации» с правильными рекомендациями. Но прецедент был создан. И прежний документ еще долго гулял по рукам.
Надеемся, история не повторится. И все же, изучая заводские инструкции, не забывайте заглядывать в каталог производителя фильтров.
Но клапаны клапанами, а главный чистильщик моторного масла – это фильтрующая штора. Чаще всего в полнопоточных фильтрах встречается тонкостенная штора в виде многолучевой звезды. Иногда штору укладывают шевронным или спирально-складчатым способами, что позволяет существенно увеличить поверхность фильтрующего элемента.
Как правило, штору изготавливают из специальной бумаги с определенной пористостью и высокими прочностными и термоводостойкими свойствами. Для придания бумаге такого «букета» характеристик ее пропитывают фенолформальдегидными, эпоксидными или акриловыми смолами.
Из чего изготавливают корпус масляного фильтра? Как правило, из обычной «черной» стали, что вполне оправдано. Во-первых, это удешевляет само изделие. Во-вторых, в отличие от фильтра топливного, коррозия корпусу изнутри не грозит: его защищает моторное масло. Что касается защиты снаружи, сталь легко окрашивается. Но лучше всего себя зарекомендовало порошковое покрытие.
Важно подобрать толщину стенок, чтобы корпус выдерживал нормативное давление при испытании и не раздувался подобно мячику. Для российских условий это давление равно 15 кг/см2. Кстати, на двигателе его достичь очень трудно, поэтому фильтры испытываются на стенде.
Корпус соединяется с крышкой и усилителем. Эти элементы защищают от коррозии гальваническим способом. Тут же отметим, что форма и расположение впускных отверстий роли не играют – лишь бы обеспечивалась суммарная площадь входной магистрали (см. фото на заставке). Правда, следует знать: чем больше отверстий, тем меньше жесткость усилителя.
И наконец, о резьбе и уплотнителе. Если резьба окажется прослабленной, фильтр может сорвать. Впрочем, качественным фильтрам это не грозит, равно как и слишком тугое закручивание: их резьба попадает точно в середину диапазона. Тут же отметим, что холоднокатаная резьба предпочтительнее нарезной.
Что касается уплотнительного кольца, его выполняют из специальной маслостойкой резины. Этот материал исключает подтекание масла и самопроизвольное отворачивание фильтра при вибрации двигателя. Кольцо должно выступать над торцом примерно на 1,5 мм.
Определить на глаз эффективность работы фильтра невозможно. Но это и не требуется, поскольку все допущенные к эксплуатации «расходники» и запчасти имеют «паспорт» – сертификат.
«Изделие сертифицировано». Разумеется, за этой фразой стоят испытания. Строгие и бескомпромиссные. Узаконенные нормативной документацией.
Во всем мире основным инструментом оценки фильтров являются лабораторно-стендовые испытания. Они проводятся на аттестованном оборудовании по методикам и нормативам ISO 4548 «Методы испытаний полнопоточных масляных фильтров ДВС».
Масляные фильтры легковых автомобилей оцениваются по десяти параметрам. Все перечислять не будем, укажем лишь основные, увязав их с реальным двигателем.
1. Начальное гидравлическое сопротивление. Фактически это перепад давления на входе и выходе масляного фильтра при заданном расходе масла. Данная характеристика показывает, как влияет на давление в системе смазки сам фильтр. Это особо важно при работе двигателя на холостом ходу.
Если сопротивление фильтра велико, а оборотов мотора недостаточно, чтобы открыть перепускной клапан, давление в системе падает ниже нормы. Двигателю грозят задиры и прочие последствия масляного голодания.
Норматив начального гидравлического сопротивления менее 0,03 МПа (~ 0,3 технической атмосферы). Если норматив выполняется, падения давления на холостых оборотах не будет.
2. Показатели эффективности очистки (тонкость и полнота отсева загрязняющих примесей).
Ну, показатели эффективности, они и есть показатели эффективности – что на стенде, что на двигателе. Впрочем, кое-какие объяснения все же потребуются.
Важно знать, что показатель «тонкость отсева» без уточнения «какая именно тонкость» ни о чем не говорит. Речь может идти о средней, номинальной или абсолютной тонкости отсева.
Так, «средняя тонкость отсева» означает, что фильтр задержит 50% частиц монодисперсного загрязнителя указанного размера.
«Номинальная» – что фильтром «тормозятся» 95% загрязнений указанного размера.
И наконец, «абсолютная» – что отфильтровываются все 100% частиц указанного размера.
При сертификационных испытаниях фильтров обычно оценивают номинальную тонкость отсева.
Кроме тонкости отсева, нормативные документы содержат и другие важные показатели, в частности полноту отсева. Для полнопоточных фильтров она должна быть не менее 25%. Как это связано с номинальной тонкостью? Никакого секрета: имеются методики пересчета. Так, при номинальной тонкости 95% размер частиц не должен превышать 57 мкм.
Можно сказать и по-другому: при полноте отсева 25% фильтр обязан задерживать 95% монодисперсных загрязняющих частиц размером 57 мкм.
Полнота отсева задает предельные значения загрязнений с учетом не только размеров, но и концентрации частиц. Так, полнота отсева менее 25% приводит к резкому увеличению интенсивности износа пар трения в двигателе.
Однако «тоньше» вовсе не означает «лучше» – так и штору забить недолго. Иными словами, при чрезмерно большой полноте отсева срок службы фильтра будет крайне малым. Значит, нужен некий оптимум – его-то и должен обеспечить производитель фильтра, подбирая фильтровальную бумагу для своего изделия.
3. Герметичность фильтра и отсутствие остаточных деформаций при давлении масла 1,5 МПа (~15 технических атмосфер).
Полагаем, с этим показателем все понятно. Полтора мегапаскаля примерно соответствуют пятнадцати техническим атмосферам. Такого давления в системе смазки двигателя достичь трудно даже при неисправном редукционном клапане в масляном насосе. Если испытатели выносят вердикт «Фильтр герметичен, остаточные деформации отсутствуют», значит, корпус прочен, а закатка выполнена безупречно.
О качественной сборке корпуса и внутренностей изделия свидетельствуют и другие «силовые» показатели – в частности, предельные перепады давления, не вызывающие разрушения фильтра и фильтроэлемента.
Словом, прошедшим испытания масляным фильтрам не грозят «раздувание» и деформации при небрежной транспортировке.
4. Работа перепускного и антидренажного клапана (при их наличии).
Перепускной клапан настраивают на определенный перепад давления до и после фильтрующей шторы, а конкретные нормы задаются моторным или автомобильным заводом. Так, стандартный «жигулевский» фильтр открывает клапан при перепаде давления в диапазоне от 0,075 до 0,1 МПа. Извольте, что называется, соответствовать.
Что касается антидренажного клапана, он должен быть герметичен, и этим всё сказано.
5. Габаритные размеры и присоединительная резьба фильтра.
Габаритные размеры должны обеспечивать возможность легкого монтажа и демонтажа фильтра в подкапотном пространстве. И несколько слов о резьбе. Слишком тугая затруднит упомянутый монтаж, прослабленная не обеспечит герметичности соединения. Диаметр резьбы для масляных фильтров автомобилей ВАЗ должен быть в пределах от 17,323 до 17,678 мм. А кольцевое резиновое уплотнение должно не допускать подтекания масла и самопроизвольного отвинчивания фильтра при вибрации двигателя.
И в заключение подчеркнем особо: официальная методика обеспечивает важнейшую характеристику – воспроизводимость результатов, без которой не бывает ни науки, ни практики. Испытывай изделия десять, сто, тысячу раз – итоговые цифры будут совпадать в пределах погрешности измерений. Вот почему сертифицированным фильтрам можно верить. И рекомендовать их потребителю.
