Масло без фильтра – деньги на ветер

От чистоты моторного масла зависят надежность и ресурс двигателя, а также его мощностные и экологические показатели. Важна и экономия высококачественных моторных масел – они сегодня недешевы, а срок их службы напрямую связан со степенью загрязнения.

Про масло

Моторное масло часто называют «жидкой деталью». И в этой метафоре есть изрядная доля правды. Действительно, этакая «многостаночная» деталь, мастер на все руки: снижает трение в подшипниках и других динамически сопрягаемых парах, уменьшает износ, отводит тепло и защищает от коррозии металлические поверхности. Масляная пленка уплотняет камеру сгорания, а в некоторых узлах служит рабочим телом. А еще стараниями масла очищаются внутренности двигателя, вымываются отложения и тонко диспергируются. разумеется, список этот можно продолжить.

На столь хлопотной службе масло непрерывно загрязняется. А загрязненное масло уже не работник – его свойства ухудшаются, и мы об этом еще поговорим. кроме того, примеси вызывают повышенный износ и преждевременный выход деталей из строя. особенно страдают кривошипно-шатунная и цилиндропоршневая группы.

Загрязняющие примеси делятся на два основных вида: органические и неорганические. органические образуются в результате неполного сгорания топлива, а также термического разложения, окисления и полимеризации масла и топлива. Свою лепту вносят реакции с участием соединений серы и воды.

Органические загрязнения агрегируют, образуют частицы с высокой поверхностной активностью и интенсифицируют процессы окисления масла. кроме того, органические частицы ускоряют расход диспергирующих присадок (дисперсантов). Это естественно: ведь дисперсантам приходится работать с гораздо большим количеством взвесей.

В итоге масло начинает быстро стареть. Ухудшаются его реологические свойства, особенно прокачиваемость при низких температурах. А значит, при холодном пуске двигателя пары трения смазываются недостаточно.

Теперь о неорганических загрязнениях. В первую очередь это пыль, попадающая извне. Ведь ни один, даже фирменный, воздушный фильтр не является абсолютным – какую-то часть неочищенного воздуха он неизбежно пропускает. А уж если это какая-нибудь подделка, пиши пропало – грязный воздух для мотора обеспечен.

Самая опасная пыль – кварцевая, содержащая более 95% оксида кремния (IV) SiO2. На наших дорогах кварцевой пыли более чем достаточно – особенно в средней полосе. А по абразивным свойствам она превосходит знаменитую пыль из Аризонской пустыни, используемую в стандартах ISO для испытаний фильтров. И вот этот абразив циркулирует в масле, внедряется в масляный клин в подшипниках, царапает зеркало цилиндра...

Есть еще одна группа неорганических загрязнений – это технологическая грязь. она остается в блоке при небрежной сборке мотора, чаще при капитальном ремонте, чем на заводе. Хотя грешат такой грязью и моторные заводы, особенно из числа ветеранов нашего автопрома. Свою долю в копилку технологической грязи вносят и продукты приработки нового двигателя.

Технологические частицы, особенно если это металлическая стружка, очень коварны. казалось бы, размеры их слишком велики, чтобы попасть в зазоры трущихся пар. Но не все так просто: циркулируя по системе, металлические частицы перемалываются, дробятся, в конце концов попадают таки в масляный клин и начинают «есть» вкладыши.

А еще к неорганическим загрязнениям относятся продукты срабатывания зольных присадок. В частности, детергентов (моющих присадок).

Правда, сегодня эта проблема не столь актуальна, как прежде. В последние годы большое распространение имеют малозольные масла, получаемые по технологии low SAPS (низкая величина сульфатной зольности, фосфора и серы) для совместимости с каталитическими нейтрализаторами отработавших газов и сажевыми фильтрами. И детергенты в этих маслах совсем другие, беззольные.

Загрязнение масла в дизелях происходит интенсивнее, чем в бензиновых и газовых двигателях. Это не удивительно, ведь работа мотора с воспламенением от сжатия принципиально отличается от двигателя c искровым зажиганием. Например, топливная смесь сгорает не полностью, поэтому в цилиндрах образуется некоторое количество сажи. Часть ее уносится с отработавшими газами, а часть попадает из камеры сгорания в масло. Чем это плохо? Во-первых, ускоряется старение масла, о чем уже говорилось. Во-вторых, частицы сажи быстро разносятся по двигателю, откладываясь на деталях толстым слоем и грозя забить каналы. В-третьих, сажа препятствует действию противоизносных присадок.

Для уменьшения отложений сажу необходимо поддерживать во взвешенном мелкодисперсном состоянии. Поэтому в дизельные масла вводят большое количество диспергирующих присадок, тех самых дисперсантов. Но тут начинается другая неприятность. Некоторые дизели оснащаются центробежными маслоочистителями (центрифугами). они неплохо справляются с крупными загрязняющими частицами, но неэффективно очищают масло от мелкодисперсной сажи.

Еще пример. Из-за высокой степени сжатия в картер дизеля прорывается больше газов. Да и состав этих газов несколько иной, чем в бензиновых моторах. Прорываясь через лабиринт поршневых колец, они интенсивно окисляют масло.

Можно ли замедлить этот процесс? Да, можно, если при фильтрации масла задерживать частицы металлов (например, продукты износа), которые служат катализаторами реакции окисления. И тогда реакция пойдет не столь интенсивно, и масло дольше сохранит свою работоспособность.

Чистота масла очень важна для подшипника турбины. Продукты износа, грязь, оставшаяся после неаккуратно выполненного ремонта, довольно быстро выводят его из строя.

Однако даже при интенсивном загрязнении масло не сразу ухудшает свои свойства. На первом этапе происходит простое накопление инородных веществ, лишь со временем вызывающих старение и необходимость замены масла. Вот почему так важно своевременно удалять из моторного масла загрязняющие примеси. А именно, фильтровать, фильтровать и еще раз фильтровать. Для этого существует система очистки масла и ее главное звено – масляный фильтр.

Далее мы предлагаем небольшой «ликбез» по системам очистки масла. Спору нет, сведения эти известные, но они могут пригодиться начинающим сервисникам. Ведь без понимания азов не достигнешь мастерства.

Про фильтры

В современных двигателях применяют две схемы очистки масла: полнопоточную и комбинированную (см. рис. на с. 26-27). Наиболее распространена полнопоточная схема, когда масло многократно проходит по кругу «масляный насос – фильтр – пары трения – картер». За примерами далеко ходить не надо – так очищается масло в двигателях большинства иномарок и всех отечественных легковушек. Фильтры для этих автомобилей так и называют – полнопоточные.

В комбинированной системе параллельно полнопоточному фильтру включают дополнительный фильтрующий элемент или центрифугу. Такие решения применяют, например, на дизельных «Мерседесах», некоторых внедорожниках и многих моделях грузовиков.

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 выпускного канала пропускает от 1 до 10% – но с более тщательной «отбраковкой» инородных частиц. В качестве примера назовем такие цифры: тонкость отсева полнопоточного фильтра составляет от 25 до 45 мкм, а частичнопоточного – 1-3 мкм.

Испытания, проведенные в НАМИ, показали, что 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. И здесь 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.

Есть такая поговорка: новое – это хорошо забытое старое. Она удивительным образом подходит к теме данного раздела. Так, принцип комбинированной очистки масла известен очень давно. В свое время наши «Победы» и «двадцать первые» «Волги» имели два масляных фильтра: полнопоточный пластинчатый и частичнопоточный картонный. Их и называли соответственно: фильтры грубой и тонкой очистки.

Первый не менялся никогда – его пластины очищались поворотом специального рычажка, после чего грязь оказывалась в нижней части корпуса и удалялась при замене масла. Второй имел сменный элемент – сейчас его назвали бы «картриджем». Именовался он АСФО – автомобильный суперфильтр-отстойник. Аналогичные решения применялись и на зарубежных автомобилях.

Эти фильтры были хороши для моторных масел того времени. А сегодня они оказалась бы неработоспособными, и вот почему. Благодаря моющим присадкам уровень диспергированности загрязнений в современных маслах очень высок – следовательно, посторонние частицы беспрепятственно пройдут через пластины фильтра грубой очистки и быстро забьют поры картонного элемента тонкой очистки.

Поэтому с появлением качественных масел модернизировались и системы очистки – они стали полнопоточными, а пластинчатые фильтры ушли в историю, уступив место «коллегам» с бумажной шторой. Когда же двигатели обрели множество прецизионных узлов, комбинированные системы вновь оказались востребованными, но уже на ином, более высоком уровне.

А читатель может задать друзьям вопрос «на засыпку»: что общего у «Победы» с дизельным «Мерседесом»? И когда те пожмут плечами или снобистски поморщатся, блесните эрудицией: обе машины имеют комбинированные системы очистки моторного масла и два фильтра: полнопоточный и частичнопоточный.

Как и все в этом мире, масляные фильтры поддаются классификации. Существуют три основных типа конструкции этих изделий: неразборные, разборные и модульные (модульно-разборные).

Хрестоматийный неразборный полнопоточный фильтр spin-on всем известен. он состоит из тонкостенного металлического корпуса с присоединительной резьбой, фильтрующего элемента (шторы) и нескольких клапанов.

Разборный фильтр состоит из закрепленного в моторном отсеке (чаще всего на блоке) корпуса и сменного элемента – подобную, хотя и не идентичную конструкцию имели описанные выше фильтры тонкой очистки. Сегодня разборные фильтры встраивают как в полнопоточную, так и в комбинированную систему очистки.

Несмотря на некоторые неудобства обслуживания и замены элемента, разборные конструкции признаны перспективными: во-первых, они существенно дешевле неразборных, а во-вторых, экологичнее, поскольку проще утилизируются.

Последним словом в фильтровальном деле являются пластиковые модули в виде готового узла с фильтроэлементом, клапанами, масляными каналами, крепежом и уплотнениями. Модуль монтируется на двигателе, а фильтроэлемент легко заменяется при техническом обслуживании автомобиля. Такой масляный модуль показан на с. 29.

Теперь о клапанах. Чаще всего их два: перепускной и обратный. Начнем с перепускного. Его еще называют предохранительным или обводным, а в иностранной литературе величают bypass valve.

Перепускной клапан чаще всего располагают за шторой, на противоположной отверстиям стороне. Существует еще одно решение – размещение перепускного клапана вблизи впускных отверстий. При его срабатывании масло направляется в магистраль, минуя штору. риск смывания грязи со шторы при этом существенно меньше. А в разборных конструкциях перепускной клапан располагают в корпусе фильтра или непосредственно в блоке двигателя.

Назначение антидренажного клапана (anti-drain valve) – удерживать масло в корпусе фильтра при заглушенном двигателе. он перекрывает впускные отверстия фильтра.

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 он становится «чернильницей-непроливайкой». Так обеспечивается чистота рук, двигателя и окружающей среды.

Количество и расположение клапанов существенно зависят от конструкции двигателя и расположения фильтра. А вариантов рабочих положений у него немало: горизонтальное, наклонное, вертикальное отверстиями вниз, вертикальное отверстиями вверх...

Так, в последнем случае 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...

• Владимир Волков, канд. техн. наук, директор ИЦПА ФГУП «НАМИ»
• Александр Первушин, зав. лабораторией «НАМИ-ХИМ»